一種小型插齒機軸承工作臺的設(shè)計

黃 蓉，嚴文超

（1.湖北中南鵬力海洋探測系統(tǒng)工程有限公司，湖北 宜昌443000；2.湖北三峽職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖北 宜昌443000）

1 前言

傳統(tǒng)插齒機的工作臺結(jié)構(gòu)主要采用的是錐孔定位的方式，即工作臺主軸與工作臺底座的定位孔為錐面，分別按照錐度1∶20 錐度加工后，在裝配時進行配刮。此結(jié)構(gòu)在工作臺長期的負載旋轉(zhuǎn)過程中容易引起錐孔的研損，導(dǎo)致工作臺旋轉(zhuǎn)運動的精度保持性不好。當(dāng)工作臺想滿足大圓周小進給切削方式的時候，提高工作臺的旋轉(zhuǎn)速度，工作臺主軸會出現(xiàn)潤滑不足、摩擦加劇和油溫升過高等問題，直接導(dǎo)致機床加工性能惡化，影響使用壽命。

針對現(xiàn)在汽車行業(yè)和齒輪制造業(yè)對加工設(shè)備的高速高效要求，軸承結(jié)構(gòu)在小型高速插齒機工作臺的使用已經(jīng)越來越廣泛。工作臺的軸承結(jié)構(gòu)主要是采用了主軸軸承對工作臺主軸的上下兩端進行定位，利用軸承精度保持性好、可滿足高速運轉(zhuǎn)和壽命長等優(yōu)點，從而確保插齒機保持良好的整體性能。

2 小型插齒機軸承工作臺設(shè)計

2.1 優(yōu)化工作臺底座和主軸的結(jié)構(gòu)

工作臺底座的定位孔采用直孔，減小了加工難度，便于保證加工精度。改孔的受力為端面受力，利于保持定位孔精度。工作臺主軸上下兩端采用主軸軸承，軸承的結(jié)構(gòu)和工作原理保證了其運動摩擦系數(shù)較低，所受摩擦力較小，有較高的機械效率，在運轉(zhuǎn)過程中能保持較低的功率消耗，且起動性能好。軸承有很好的精度和轉(zhuǎn)速，由于其運行中受到的摩擦小、磨損低，因此使用壽命較長。而且軸承結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、質(zhì)量輕、便于安裝與拆卸。插齒機軸承工作臺結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

2.2 取消工作臺底座下面的調(diào)整墊

從結(jié)構(gòu)和工藝上對結(jié)構(gòu)進行簡化，減少了以往的配磨調(diào)整墊工序。蝸輪經(jīng)粗滾滾完后安裝于工作臺主軸總成上進行半精滾、精滾，精滾時找正工作臺臺面及主軸安裝下軸承安裝外圓面在0.005，按標(biāo)準(zhǔn)中心高滾切。無需找正203 法蘭盤定位安裝面，就現(xiàn)場加工時找正復(fù)校在0.02～0.03 的情況來看，軸承本身具有一定的調(diào)整作用。

圖1 插齒機軸承工作臺結(jié)構(gòu)

2.3 優(yōu)化底座外觀結(jié)構(gòu)

增加工作臺底座鑄件表面的斜面的坡度，去掉前方擋邊，使加工產(chǎn)生的鐵屑不容易掛留在工作臺上，在冷卻液的作用下更利于回油和排屑。同時增大轉(zhuǎn)角倒圓半徑，使機床清潔更簡單。

2.4 保持原有基型零件

蝸輪與蝸桿套、聯(lián)軸器等結(jié)構(gòu)沿用基型零件，便于零件的管理，也能適應(yīng)模塊化要求。工作臺主軸軸承轉(zhuǎn)速的試驗表明，將工作臺負載后運行打表測量蝸輪與蝸桿的間隙，連續(xù)3 d 得出的數(shù)據(jù)分析結(jié)論表明各個時間段上蝸輪蝸桿嚙合間隙比較穩(wěn)定，蝸輪在運行中沒有磨損。插齒機軸承工作臺應(yīng)用如圖2 所示。

圖2 插齒機軸承工作臺應(yīng)用

3 工作臺主軸軸承轉(zhuǎn)速試驗結(jié)果分析

3.1 試驗設(shè)計

將某機床分廠現(xiàn)場一臺機床進行接線開車；測量該機床蝸輪、蝸桿的間隙（四點），按表1 所示記錄；機床工作臺承載載荷100 kg，即在機床工作臺上放置100 kg 實物；將工作臺以3 r/min 和4 r/min 各運行24 h（每天8 h，共3 d，兩種轉(zhuǎn)速共6 d），每4 h 測量一次該機床蝸輪、蝸桿的間隙（四點），共測量6 次，兩種共12 次，按表1 記錄；將測量值記錄表格中，分柝并存檔。

試驗記錄如表1 所示。

表1 試驗記錄

3.2 試驗結(jié)論分析

目前工作臺采用材料為錫青銅ZQSn10-1，硬度高，耐磨性極好，不易產(chǎn)生咬死現(xiàn)象，有較好的鑄造性能和切削加工性能，在大氣和淡水中有良好的耐蝕性。用于在高負荷（20 MPa 以下）和高滑動速度（8 m/s）下工作的耐磨零件，如連桿、襯套、軸瓦、齒輪、蝸輪等。工作溫度范圍為280 ℃，滑動速度8 m/s=480 m/min。以現(xiàn)有工作臺旋轉(zhuǎn)4 r/min 來計算，蝸輪、蝸桿轉(zhuǎn)動時嚙合面產(chǎn)生相對滑移速度為3.141 6×0.06×4×80=60.4 m/min，其中蝸桿分度圓直徑為60 mm，蝸輪齒數(shù)80，其實際工作滑移速度60.4 m/min 遠低于理論滑動速度480 m/min，工作臺快速旋轉(zhuǎn)是可行的。從實際運行的結(jié)果來看，在各個時間段上蝸輪蝸桿嚙合間隙均比較穩(wěn)定，蝸輪在運行中沒有磨損，工作臺運行4 r/min 是可行的。

4 結(jié)構(gòu)設(shè)計亮點與創(chuàng)新性分析

該項目在現(xiàn)場產(chǎn)品中使用的320 型工作臺主軸軸承結(jié)構(gòu)工作臺已有8 臺，根據(jù)加工和裝配過程中的跟蹤情況來看，確實可以降低工作臺組件的加工難度，利于精度的保證。

通過對主軸軸承工作臺用戶進行走訪，基于使用2 年的插齒機調(diào)查結(jié)果，反映了小型插齒機工作臺改主軸軸承的穩(wěn)定性和精度保持性良好。在零件加工制造中具有高的精度，同批次產(chǎn)品加工的穩(wěn)定性也更高。

工作臺主軸與工作臺底座的定位孔為錐面，磨損后需要進行刮研修配，維修技術(shù)要求較高，維修復(fù)雜且周期較長。改進型工作臺以直孔替代了錐孔，裝配過程中省去刮研工序，裝配效率有很大程度的提高。