一種數(shù)控落地銑鏜床X 軸進(jìn)給箱傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

徐東輝 段提勇 陳雪芳 崔鳳有

(①齊齊哈爾二機(jī)床(集團(tuán))有限責(zé)任公司設(shè)計(jì)院，黑龍江 齊齊哈爾 161005;②杭州娃哈哈集團(tuán)有限公司設(shè)備工程部，浙江 杭州 130103)

數(shù)控落地銑鏜床滑座帶動(dòng)固定在其上的立柱做進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，即為X 軸進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，主軸箱等在立柱導(dǎo)軌上做垂向運(yùn)動(dòng)。實(shí)現(xiàn)X 軸進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)為X 軸進(jìn)給箱，其傳動(dòng)結(jié)構(gòu)可靠性及穩(wěn)定性對X 軸的定位精度、重復(fù)定位精度及反向差值的影響尤為重要，同時(shí)X 軸運(yùn)動(dòng)精度是數(shù)控機(jī)床其他軸運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)，直接關(guān)系到機(jī)床整體精度。本文對機(jī)床X 軸進(jìn)給箱齒輪受力結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。

1 工作原理

目前數(shù)控落地銑鏜床X 軸進(jìn)給箱安裝在滑座內(nèi)，X軸進(jìn)給運(yùn)動(dòng)采用伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)進(jìn)給箱內(nèi)齒輪組做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，最終將動(dòng)力通過進(jìn)給箱的齒輪軸1 和齒輪軸2 作用于固定在床身上的齒條，從而將回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)X 軸進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。X 軸進(jìn)給正、反方向運(yùn)動(dòng)，分別由齒輪1 和齒輪2 與齒條嚙合來實(shí)現(xiàn)動(dòng)力傳遞。在調(diào)整時(shí)，齒輪1 做為定位齒輪，先與齒條一側(cè)齒面嚙合貼緊，然后調(diào)整齒輪2 與齒條另一側(cè)齒面嚙合貼緊，位置調(diào)整好后，將V'軸齒輪3 與齒輪2 用脹套進(jìn)行漲緊連接，從而實(shí)現(xiàn)正反向齒輪齒條間的無間隙傳動(dòng)。

2 存在問題及分析

數(shù)控落地銑鏜床在進(jìn)行大平面重切削或空間位置面加工及曲面外輪廓加工時(shí)，X 軸進(jìn)給箱需要經(jīng)常加減速及正反向運(yùn)動(dòng)，因此齒輪齒條嚙合產(chǎn)生的瞬間沖擊很大，沖擊力反作用到Ⅴ'軸的齒輪2，致使聯(lián)接齒輪3 脹套發(fā)生松動(dòng)，嚴(yán)重影響X 軸進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的精度。

目前脹套在Ⅴ'軸位置時(shí)，通過增大脹套的尺寸規(guī)格來提高其漲緊能力，在短期內(nèi)可以滿足功能需要，但如果機(jī)床長期工作且受連續(xù)沖擊力作用，脹套與Ⅴ'軸和齒輪3 接觸面間會(huì)產(chǎn)生松動(dòng);如果取消脹套，采用鍵-鍵槽式剛性連接，便無法調(diào)整，也就無法消除齒輪2與齒條的嚙合間隙，同樣影響X 軸運(yùn)動(dòng)精度。

根據(jù)以上分析，在現(xiàn)有的技術(shù)條件下，優(yōu)化的方向是保證脹套與齒輪軸間有足夠的接觸應(yīng)力，同時(shí)不增加裝置的復(fù)雜性。

3 問題解決方法

進(jìn)給箱齒輪組從Ⅰ軸到Ⅴ'(Ⅴ)軸所傳遞的扭矩逐漸增大、速度則逐漸降低，即靠近傳動(dòng)鏈末端齒輪或齒輪軸所受到齒輪齒條副的反作用沖擊力越大，也就是Ⅳ'軸齒輪所受到的沖擊力小于Ⅴ'軸。

根據(jù)以上分析為減小脹套所受到的沖擊及考慮空間位置，將脹套位置從Ⅴ'軸齒輪3 改到Ⅳ'軸的齒輪4。Ⅳ'軸齒輪5 齒數(shù)為21，與之嚙合的Ⅴ'軸齒輪3 齒數(shù)為61，脹套在Ⅳ'軸所受到的扭矩只是Ⅴ'軸時(shí)的近1/3，改進(jìn)前后結(jié)構(gòu)對比如圖2。

通過將脹套由Ⅴ'軸改到Ⅳ'軸，不但很好地利用了裝置的空間資源，且沒有使裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，更重要的是大大減小了脹套受到的沖擊力，使其工作更加穩(wěn)定。

4 結(jié)語

隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，對數(shù)控落地銑鏜床加工精度及運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性的要求越來越高。X 軸進(jìn)給箱中脹套位置在Ⅳ'軸比在Ⅴ'軸受力效果更好，更適用于高精度、大扭矩的數(shù)控機(jī)床，此結(jié)構(gòu)目前廣泛應(yīng)用于TK6920 系列產(chǎn)品中，其穩(wěn)定的運(yùn)動(dòng)及高精度獲得了用戶的好評。

［1］陳心昭，權(quán)義魯.現(xiàn)代實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2006:684-778.