新型數(shù)控轉(zhuǎn)臺蝸輪副耐磨性能和精度保持性試驗研究

■ 煙臺環(huán)球機床裝備股份有限公司 （山東 265500） 潘紹剛 刁靜林 劉 翔 王興麟

1.試驗樣品

對4臺TK13200F數(shù)控轉(zhuǎn)臺進行試驗，該轉(zhuǎn)臺采用1.3倍齒頂高蝸輪副，蝸輪材料采用AlBC3銅合金。

2.耐磨性能試驗研究

（1）試驗方法：該轉(zhuǎn)臺蝸輪副屬于精密蝸輪副，其工作特點是輕載低速，蝸輪副的磨損十分緩慢，需采用加速試驗法。適當(dāng)加大蝸輪副的轉(zhuǎn)速及載荷，加快磨損，縮短試驗時間。試驗前，應(yīng)對蝸輪副進行抗膠合能力、抗擦傷能力計算和分析，確保加速試驗時，齒面只出現(xiàn)正常的磨損失效形式。

將3臺數(shù)控轉(zhuǎn)臺分別在3種工況（見表1）下進行運轉(zhuǎn)試驗，為提高試驗效率，數(shù)控轉(zhuǎn)臺在0°～120°范圍內(nèi)做往復(fù)運轉(zhuǎn)。

蝸輪副磨損后最直接的影響就是導(dǎo)致轉(zhuǎn)臺蝸輪副間隙增大，所以本試驗通過自準(zhǔn)直儀測量轉(zhuǎn)臺蝸輪副間隙的變化來間接測量蝸輪齒面的磨損。

（2）試驗結(jié)果及分析：分別在3種工況下進行試驗，每跑車100h后檢測蝸輪磨損區(qū)和非磨損區(qū)的轉(zhuǎn)臺蝸輪副間隙，每次檢測位置相同。檢測結(jié)果如表2～表4所示。

表 1

表3 輕載中轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)試驗

表4 重載高轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)試驗

由此可知，在磨損區(qū)，蝸輪副間隙隨著時間的增加而變大。同時，在非磨損區(qū)，蝸輪副間隙也有較小的增加，其主要原因是蝸桿軸向竄量逐漸變大。另外，由于分度誤差的存在，導(dǎo)致0h（磨損前）蝸輪副磨損最大處和非磨損處的間隙不同。磨損最大處和非磨損處間隙的差值減去0h時兩處間隙的差值即為蝸輪磨損值。表5所示為3種工況下的蝸輪磨損量。

由表5可知，工作臺轉(zhuǎn)速由3r/min提高到10r/min時，磨損速度由0.05″/h提高到0.07″/h，工作臺轉(zhuǎn)速由10r/min提高到19.4 r/min，負(fù)載由80N·m提高到150 N·m時，磨損速度由0.07″/h提高到0.11″/h，由此可見，磨損速度隨著工作臺轉(zhuǎn)速和負(fù)載的增加而增加。

在實際使用過程中，每個月的工作時間按200h計算，3個月600h磨損量的對比情況如表6所示。

表6給出了我司產(chǎn)品在不同使用工況下，蝸桿副間隙的調(diào)整量，同時可知，我司產(chǎn)品的耐磨性與國外先進蝸桿副轉(zhuǎn)臺的耐磨性差別不大。

3.精度保持性試驗研究

數(shù)控轉(zhuǎn)臺的精度保持性是數(shù)控轉(zhuǎn)臺的一項重要指標(biāo)，它不僅關(guān)系著數(shù)控轉(zhuǎn)臺的精度性能，而且對數(shù)控轉(zhuǎn)臺的耐久性和可靠性有著重要影響。我們通過對數(shù)控轉(zhuǎn)臺進行加速運轉(zhuǎn)試驗，初步預(yù)測了轉(zhuǎn)臺的使用壽命。

（1）使用壽命預(yù)測公式T＝（b－a）β/λ，其中λ為蝸輪副精度平均變化率，a為蝸輪副初始精度，b為蝸輪副失效時精度，β為加速因子。β可按公式β＝（MS/M0）2.75Ns/N0計算，其中MS、Ns分別為轉(zhuǎn)臺在加速工況下的負(fù)載力矩和轉(zhuǎn)速，M0、N0分別為正常工況下的對應(yīng)值。

（2）試驗結(jié)果及分析。用加速試驗法對數(shù)控轉(zhuǎn)臺進行蝸輪副精度保持性試驗。試驗工況：工作臺負(fù)載力矩80N·m，工作臺轉(zhuǎn)速10r/min，頻次5.4循環(huán)/min，工作臺在0°～120°范圍內(nèi)往復(fù)運動，試驗共進行400h，齒面未出現(xiàn)異常磨損。轉(zhuǎn)臺分度精度用自準(zhǔn)直儀每50h檢測一次。磨損區(qū)域內(nèi)的分度精度如表7所示。

λ取正反轉(zhuǎn)分度精度的平均值0.071″/h，加速因子β＝（80/30）2.75×10/3＝49.5。數(shù)控轉(zhuǎn)臺的初始精度為30″，一般認(rèn)為當(dāng)精度下降一倍時，則認(rèn)為喪失運動精度。將上述各檢驗值代入使用壽命預(yù)測公式，T＝20 916h，每月按170h計算，此工作臺的使用壽命在10年左右。

表 5

表 6

表 7

4.結(jié)語

通過對數(shù)控轉(zhuǎn)臺進行試驗，我們對其蝸輪副的基本性能有了初步了解，可歸納為以下幾點：

（1）由試驗可知，蝸輪副磨損速度隨著工作臺轉(zhuǎn)速和負(fù)載的增加而增加。給出了數(shù)控轉(zhuǎn)臺在不同工況下蝸輪副間隙的調(diào)整值，其耐磨性能基本與國外數(shù)控轉(zhuǎn)臺一致。

（2）數(shù)控轉(zhuǎn)臺作為精密分度使用，正常工況下，磨損率約為1.43x10－3″/h，使用壽命在10年左右。