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車床縱（zòng）向進給裝置的設計

2021-10-11 來源：天水星火機床有限責任公司作者：洪春萍

摘要: 設計了（le）一種能夠實現長行程的車床縱向進給（gěi）裝置（zhì），將普（pǔ）通的滾珠絲（sī）杠螺母更改為雙齒輪（lún）與（yǔ）床（chuáng）身齒條齧合，達到傳動目的。這一裝置采用雙齒輪齒條消隙結構，通過碟簧預緊迫，使齒輪（lún）產生軸向位移，有效消（xiāo）除進給運動的間隙，能夠（gòu）消除正反（fǎn）轉間隙，保證傳動精度。所（suǒ）設計的車（chē）床縱向進給裝置具有性能可靠、結構簡單、調整方便、性價比高等優點，對車床的縱向進給傳動係（xì）統具（jù）有普遍適用性，特別適用於重型臥式車床的縱向進（jìn）給傳動係統。

關鍵詞: 車床（chuáng）縱向進給設計

1、設計背景

隨著我國機床行（háng）業新產品持續發展更新，大重型及長行程機床的需求量不斷增加，對機床（chuáng）構件加工精（jīng）度的要求不斷提高。在（zài）設備基礎部（bù）件剛性、精度等達（dá）到標準的前（qián）提下，提高機床整體的剛性、精度及傳遞扭矩已成為機床（chuáng）進（jìn）給傳動機構設計的關鍵。現有的機床進給傳動機構中，所采用（yòng）的進給傳動方式主要有齒輪齒條傳動（dòng）副（fù）、滾（gǔn）珠絲杠（gàng）螺母傳動（dòng）副、靜壓蝸杆蝸（wō）母（mǔ）傳動副等。為了保（bǎo）證機床進給傳動係統的定位（wèi）精度（dù）和靜態、動態性能，進給傳動機（jī）構設計時應著重考慮機床具有高傳（chuán）動剛度、低摩擦因數、小轉動慣量，以及消（xiāo）除（chú）齒側傳動間隙等。

在進給傳動機構設計（jì）方麵，齒輪齒條傳動副適用於長行程（chéng）機床，傳動機構的剛度（dù）和效率高，但傳動不夠平穩，傳動時產生（shēng）的齒側間隙導致傳動精度不高（gāo）。滾珠絲杠螺（luó）母傳動副摩擦損失（shī）小，傳動效率高，運動平穩無爬行，主要（yào）適用於行程較（jiào）短的機（jī）床。對於行程超過（guò）6 m 的長行（háng）程機（jī）床，隨著絲杠的加長，撓（náo）度增大，絲杠中部容易產生彎曲變形，使刀架移動定位精度超差，無法達到傳動精度要求。另一方（fāng）麵，機械轉（zhuǎn）動慣量增大（dà），既增加生產成本，又降低機床的使用可靠性。靜壓蝸杆蝸母傳動（dòng）副的軸向牽引力大，運動平穩，反向衝擊（jī）小，無磨損，無傳（chuán）動間隙（xì），精度高（gāo），但是蝸（wō）母的製造難度大，安裝工藝性差，精度不容易保證，屬高附（fù）加值產品，製造（zào）成本高。

綜合分析現有進給傳動機構的不足與缺陷，為提高機床整體的加工精度，使進（jìn）給（gěi）傳動機構更加簡單實用，經過調查研究，采各家所長，結合國內外先進的設計理（lǐ）念，針對行程在 6 m 以上的數控重型車床，設（shè）計了車（chē）床縱向進給裝置，采用雙齒輪齒條傳（chuán）動機構方案。雙（shuāng）齒輪傳動機構將機床縱向進給傳動中普（pǔ）通的滾珠絲（sī）杠螺母傳動改為雙齒輪與床身（shēn）齒條的齧合，以此來達到縱向進給的（de）目的，可以消除齒輪正反轉產生的齒側（cè）間隙，定位精（jīng）度高。與普通滾珠絲杠螺母傳動相比，雙齒輪齒條傳（chuán）動機（jī）構性能（néng）可靠，適用性（xìng）強，結構簡單，提高（gāo）了（le）機床整體的加（jiā）工精度。雙齒輪（lún）齒條傳動機構適用於機床製造領域中數控重型臥式車床的進給傳動，特別（bié）適用於長行程車（chē）床的縱向傳動（dòng），可以減小（xiǎo）傳（chuán）動磨耗，剛度和工藝性好，調整方便。雙齒輪齒條傳動（dòng）機構可以彌補滾珠絲杠螺母傳動剛度差、靜（jìng）壓蝸杆蝸母傳（chuán）動生（shēng）產成本高的不足。目前，筆者公司（sī）生產的 CC 係列重型臥式車床傳動進給（gěi）箱采用了所設計的車床縱向進給裝置。

2 、傳動原（yuán）理

縱向進給傳動係統原理如圖 1 所（suǒ）示。

圖 1 縱向進給傳動係統原（yuán）理

電機軸（zhóu）Ⅰ由（yóu）交流伺服電機帶（dài）動旋轉，經 Z1Z2、Z3Z4 兩級齒輪齧合傳遞至傳力（lì）軸Ⅲ。在傳力軸Ⅲ上有兩（liǎng）個（gè）齒數和模數均相同，但旋轉方向相（xiàng）反的齒輪 Z5、Z6，分別與二級（jí）齒輪軸（zhóu）Ⅳ上齒輪 Z7、二級（jí）齒輪軸Ⅶ上齒輪 Z8 齧（niè）合，帶動二級齒輪軸Ⅳ、Ⅶ旋轉，再分別經（jīng）兩級齒輪傳遞至雙斜齒輪。雙斜齒輪與床身上齒條齧合，達到縱向進給的目的。

3、裝置結構設計

車床縱向進給（gěi）裝置結構中，進給箱（xiāng）和刀架床鞍合（hé）為一體。進給箱立軸分布（bù），兩傳動鏈對稱分布。電機軸Ⅰ，降速軸Ⅱ，傳力軸（zhóu）Ⅲ，二級（jí）齒輪（lún）軸（zhóu）Ⅳ、Ⅴ、Ⅶ、Ⅷ，斜齒輪（lún）軸Ⅵ、Ⅸ，以（yǐ）及各軸（zhóu）上安（ān）裝的圓柱齒輪組成車床縱向進給裝置，各軸之間均由圓柱齒輪（lún）齧合。傳力軸Ⅲ兩端分別裝有模數和齒數相同、旋轉方向相反的傳力斜齒輪 Z5、Z6，傳力斜齒輪 Z5、Z6 分別與二級齒（chǐ）輪軸Ⅶ、Ⅳ上安裝的斜齒輪 Z7、Z8 齧合（hé）。斜齒輪軸Ⅵ、Ⅸ外端安裝有消隙齒輪 Z15、Z16。傳力軸Ⅲ的一端安裝（zhuāng）有碟簧，碟簧外端安裝有（yǒu）螺母壓蓋。由交流伺服電機驅動雙齒輪齒條消隙進給（gěi）箱，經床身上的斜齒條實現大縱（zòng）向無級（jí）調速快速移動與進給運動。

4 、消隙原理（lǐ）

數控機床的進給傳動裝置中，常采用齒（chǐ）輪傳動（dòng）副來達到降速比和轉（zhuǎn）矩（jǔ）的要求。由於齒（chǐ）輪齒麵在製造中存在一定誤差（chà），不可能達到理想齒（chǐ）麵的要求，因此一對齧合的齒輪總應有一定的齒側間隙，才能正常工作。齒側間隙的存在會造成進給傳動係統的反向動（dòng）作落（luò）後於數控係統指令要求，形成跟隨誤差，甚至（zhì）是輪廓誤差。對閉環係統而言，齒側間隙還會影響係統（tǒng）的穩定性。因此，齒輪（lún）傳動副常（cháng）采用各種消除側隙的措施（shī），以盡量減小齒側間隙。工作行（háng）程長的大型機床通常（cháng）采用（yòng）雙齒（chǐ）輪齒條傳（chuán）動機構，通過碟簧自動進行調整（zhěng）來消除（chú）間隙。所設計的車床縱向進給裝置通過旋緊傳（chuán）力軸Ⅲ頂端的螺母（mǔ）壓蓋，壓迫碟簧使傳力軸Ⅲ產生一定（dìng）的軸（zhóu）向位移，再利用傳力軸Ⅲ上一對齒數、模（mó）數相同但旋轉方向相反的斜齒輪，使（shǐ）二級齒輪軸Ⅳ向不同方向旋（xuán）轉，以此達到雙齒輪消隙的目（mù）的。

5 、間隙調整

臥式車床縱向進（jìn）給傳動由進給箱內的齒輪帶動齒條傳動來實現，通過雙齒輪消隙機構的調整，可以使兩個斜（xié）齒輪與床身齒條同時齧合來消除間隙，從而保證正反向傳動的準確性。間隙調整時，在傳力（lì）軸ⅢA端施加（jiā）預緊力矩。傳力軸Ⅲ向下移動，帶動左（zuǒ）旋斜齒（chǐ）輪 Z7 和右旋（xuán）斜齒輪 Z8 向下移動。左旋斜齒輪 Z7 向下移動，迫使（shǐ）二級齒輪軸Ⅳ做（zuò）逆時針轉動，通過齒輪齧合帶動二級（jí）齒輪軸Ⅴ、斜齒輪（lún）軸Ⅵ旋轉。右旋（xuán）齒輪（lún） Z8迫使二級（jí）齒輪軸（zhóu）Ⅶ逆時針轉動，通過齒輪齧合帶動二級齒輪軸Ⅷ、斜齒輪軸Ⅸ旋轉。這樣就使左旋齒輪軸、右旋齒（chǐ）輪軸分別按逆時針和順時針兩個方向轉動，進（jìn）而使斜齒輪 B 左側齒麵、斜齒輪 C 右側齒麵同時與床身齒條緊密齧合，形成無側隙齧合，從而消除進（jìn）給箱內齒輪傳（chuán）動造成的反向間隙及（jí）死區誤差。預緊力矩的大小以既能消除反向間隙，又能使齒條移動自（zì）如為宜。預緊（jǐn）力矩過小，不足（zú）以消除反向間隙。預緊力矩過大，對齒輪齒條壽命有影響。預緊力矩調整時，可通（tōng）過專用（yòng）工具旋轉輸出軸來（lái）對（duì）兩個斜齒輪施加載荷，進（jìn）行預緊，使兩個斜（xié）齒輪與齒條的齒麵同時（shí）齧合（hé），起到消除傳動間隙、提高傳動精度的作用。

6、結束語

所（suǒ）設計的車床縱向進給裝置已在筆者公司生產的數控重型臥式（shì）車床上實現應用，並申（shēn）請了實用新型專利［10］，性能穩定可靠。實踐表明，車床縱向（xiàng）進（jìn）給裝置具有性能可靠、實用性（xìng）強（qiáng）、結構簡（jiǎn）單、調整方便、性價（jià）比高等優勢，特（tè）別（bié）適合用於長行程車床的（de）縱向進給傳動係統，可以在重型臥式車床縱向進給傳（chuán）動中得到廣泛的（de）應用。

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