立式加工中心A 軸的改造

山東光岳轉(zhuǎn)向節(jié)有限責(zé)任公司 (聊城 252000) 楊寶亮 曹林科 呂建魁 魏 林

我廠立式加工中心在使用中，A 軸存在重復(fù)定位不準(zhǔn)確和定位夾緊后轉(zhuǎn)動(dòng)等問(wèn)題，致使平面及孔的垂直度加工精度降低，影響產(chǎn)品質(zhì)量?，F(xiàn)對(duì)其進(jìn)行改造。

1.原因分析

(1)A 軸工作原理如圖1 所示。

圖1 A 軸工作原理圖

A 軸工作原理:①NC 系統(tǒng)對(duì)程序代碼處理后，向步進(jìn)電動(dòng)機(jī)輸入頻率為f 的N 個(gè)脈沖。②步距角為α 的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)傳動(dòng)比分別為i、j 的直齒齒輪、蝸輪蝸桿嚙合傳動(dòng)。③蝸輪、摩擦盤(pán)和分度卡盤(pán)通過(guò)銷(xiāo)鍵與軸聯(lián)接，(1/f)后4 者理論上(開(kāi)環(huán)系統(tǒng))應(yīng)同時(shí)轉(zhuǎn)過(guò)(N·α·i·j)角度。④角度定位完成后，NC 系統(tǒng)控制兩側(cè)液壓缸分別擠壓對(duì)應(yīng)的摩擦盤(pán)實(shí)現(xiàn)夾緊。

由A 軸工作原理可知，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、齒輪和蝸桿蝸輪共同作用實(shí)現(xiàn)分度定位功能。若齒間磨損嚴(yán)重，可導(dǎo)致配合間隙變大，引起A 軸重復(fù)定位不準(zhǔn)確。

(2)鉆削力學(xué)分析。鉆頭切削工件時(shí)，間接對(duì)A軸工裝板產(chǎn)生軸向分力Fz(見(jiàn)圖2)，同時(shí)該力與A軸回轉(zhuǎn)中心存在力臂L1，在該點(diǎn)形成T切削(見(jiàn)圖3)。

由A 軸的受力分析可知，若液壓缸對(duì)摩擦盤(pán)產(chǎn)生的軸向壓力過(guò)小，當(dāng)T摩擦＜T切削時(shí)，易引起A 軸定位夾緊松動(dòng)。

圖2 鉆頭受力分析

圖3 A 軸受力分析

2.對(duì)策制定

(1)A 軸重復(fù)定位不準(zhǔn)確:可通過(guò)雙蝸桿軸向調(diào)整法、雙蝸輪錯(cuò)位調(diào)整法和單蝸桿軸徑向調(diào)整法消除蝸桿蝸輪副配合間隙，提高重復(fù)定位精度。

(2)A 軸定位夾緊松動(dòng):可通過(guò)增大液壓缸對(duì)摩擦盤(pán)的摩擦力矩來(lái)保證夾緊。通過(guò)摩擦力矩公式推導(dǎo)可知，力矩為摩擦因數(shù)、液壓缸壓力、活塞底面積、回轉(zhuǎn)力臂和液壓缸個(gè)數(shù)5 項(xiàng)的乘積。結(jié)合車(chē)間實(shí)際情況，易采取改善液壓缸的措施提高夾緊力。

3.對(duì)策實(shí)施

(1)雙蝸桿軸向調(diào)整法消除齒間間隙。由圖4可知，通過(guò)布置兩個(gè)蝸桿，蝸輪兩側(cè)齒面均得到壓緊，蝸輪正反轉(zhuǎn)時(shí)不存在配合間隙。但是該機(jī)構(gòu)需要兩臺(tái)伺服電動(dòng)機(jī)分別驅(qū)動(dòng)，成本過(guò)高不予考慮。

(2)雙蝸輪錯(cuò)位調(diào)整法消除齒間間隙。由圖5可知，通過(guò)兩個(gè)蝸輪圓周方向的錯(cuò)位布置，可增大蝸輪的有效接觸寬度，降低二者的配合間隙。但是該機(jī)構(gòu)制作復(fù)雜、維護(hù)不便，不予考慮。

(3)雙蝸輪錯(cuò)位調(diào)整法消除齒間間隙。由圖6、圖7 可知，通過(guò)調(diào)整偏心套的角度位置，可調(diào)節(jié)蝸桿與蝸輪的徑向間隙;通過(guò)預(yù)緊推力軸承，可調(diào)整蝸桿與蝸輪軸向間隙。簡(jiǎn)單易行，擬采取。

圖4 雙蝸桿軸向調(diào)整法

圖5 雙蝸輪錯(cuò)位調(diào)整法

圖6 偏心套

圖7 壓力角方向的齒間間隙

(4)增強(qiáng)液壓夾緊力:通過(guò)力學(xué)計(jì)算得出，液壓缸參數(shù)為10 MPa，個(gè)數(shù)為2 個(gè)。

4.效果驗(yàn)證

(1)消除間隙:經(jīng)試驗(yàn)檢測(cè)，A 軸經(jīng)過(guò)任意角度的旋轉(zhuǎn)再?gòu)?fù)位后，數(shù)值正確歸位，說(shuō)明系統(tǒng)間隙已基本消除。

圖8 夾緊驗(yàn)證圖

(2)增強(qiáng)夾緊力:經(jīng)試驗(yàn)檢測(cè)(見(jiàn)圖8)，雖然系統(tǒng)間隙已基本排除。但在鉆削受力時(shí)，A 軸自身的彈性位移為h，導(dǎo)致孔位移為L(zhǎng)。在孔的加工過(guò)程中，此彈性位移易造成垂直度和位置度超差。

經(jīng)計(jì)算驗(yàn)證，h (實(shí)際)=0.098 mm，L=0.01764 mm。由于圖樣要求此孔的位置度要求為φ0.3 mm ＞L，所以符合圖樣要求。