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車床縱向進給裝置（zhì）的（de）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（shè）計了一種能（néng）夠實現長行程（chéng）的車床縱向進給裝置，將普通的滾珠絲杠螺母更改（gǎi）為雙齒輪（lún）與床身齒條齧合，達到傳動目的（de）。這一裝置采用雙齒輪齒條（tiáo）消隙（xì）結構（gòu），通過碟簧預（yù）緊（jǐn）迫，使齒（chǐ）輪產生軸向位（wèi）移，有效（xiào）消（xiāo）除進給運動的間隙，能夠消除正反轉間（jiān）隙，保證傳（chuán）動精度。所設計的車床縱向（xiàng）進給裝（zhuāng）置具有性能可靠、結構簡單、調整（zhěng）方便、性價比高等優點，對車床的縱（zòng）向進給傳動係統具有普（pǔ）遍適用性，特別適（shì）用於重型臥式車床的縱向進給傳動係統。

關鍵詞: 車床縱向進給設計

1、設計背景

隨著我國機床行業新產（chǎn）品持續（xù）發展更新，大重型及長行程機床的需求量不斷增加，對機床構件加（jiā）工精度的要求不斷提高。在設備基礎部件剛性、精度（dù）等（děng）達到標準的前提下，提高機床整體的剛性（xìng）、精度及傳遞（dì）扭矩已成為機床進（jìn）給傳動機構設計的關鍵。現（xiàn）有的機床進給傳動機構中，所采用的進給傳動方式主要有齒輪齒條傳動副、滾珠絲杠螺母傳動副、靜壓蝸杆蝸母傳動（dòng）副等。為了保證（zhèng）機床進給傳動（dòng）係（xì）統的定位精度和靜態、動（dòng）態性能，進給傳動機構設計時應著重考慮機床具（jù）有高傳動（dòng）剛（gāng）度、低摩擦（cā）因數、小轉動慣（guàn）量，以及消除齒側（cè）傳動間隙（xì）等。

在進給（gěi）傳動機構設計方麵，齒輪（lún）齒條傳（chuán）動副適用於（yú）長行程機床，傳動機構的剛度和效率高，但傳動不夠平穩，傳動時產生的齒側間（jiān）隙導致傳動（dòng）精度不高。滾珠絲杠（gàng）螺母傳動副摩擦損失小，傳動效率高，運動平穩無爬行，主要適用於行程較短的機床。對於行程超過6 m 的長行程機床，隨著（zhe）絲杠的加長，撓度增（zēng）大，絲杠中部（bù）容易（yì）產生彎曲變形，使刀架移動定位精度超差，無法（fǎ）達到傳動精度要求。另一方（fāng）麵，機械轉動慣量增（zēng）大，既（jì）增（zēng）加（jiā）生產成（chéng）本，又降低機床的使用可靠性（xìng）。靜壓蝸杆蝸母傳（chuán）動副的軸向牽引力大，運動平穩，反向衝（chōng）擊小，無磨損，無傳動間隙，精度高，但（dàn）是蝸母的製造難度（dù）大，安裝工藝性差（chà），精度（dù）不容易保證，屬高附加（jiā）值產品，製造成（chéng）本高。

綜（zōng）合分析現有進給（gěi）傳動機構的不足與缺陷，為提高機床整體的加工精度（dù），使進給傳動機構更加簡單實用，經過（guò）調查研究，采（cǎi）各家所長，結合國內外先進的設計理念，針對行程在 6 m 以上的數控重（chóng）型車床，設計了車床縱（zòng）向進給裝置，采用雙齒輪齒條傳動機構方案。雙齒輪傳動機構將機床縱向進給傳動中普通的滾（gǔn）珠（zhū）絲（sī）杠螺母傳動改（gǎi）為雙（shuāng）齒輪與床身齒（chǐ）條的齧合，以此來達到縱（zòng）向進給的目的，可以消除齒輪正反轉產生（shēng）的齒側間隙，定位精度高。與（yǔ）普通滾珠絲杠（gàng）螺母（mǔ）傳動相比，雙齒輪齒條傳動機構性能可靠，適用性強，結構簡單，提高了（le）機床整體的加工（gōng）精度。雙齒輪齒條傳動機構適用於機床製造領域中數控重型臥式車（chē）床的進給（gěi）傳動，特別適用於長行程車（chē）床的縱向傳動，可以（yǐ）減小傳動磨耗，剛度和工藝性好，調整（zhěng）方便。雙齒輪齒條傳（chuán）動機（jī）構（gòu）可以（yǐ）彌補滾珠絲杠螺母傳動剛度差、靜壓蝸杆蝸母傳動生產成本高的不足。目前，筆者公司生產的 CC 係列重型臥式車床傳動進給箱采用了所（suǒ）設計的車床縱向進給裝置。

2 、傳動原理

縱向進給傳動係統（tǒng）原理如（rú）圖 1 所示。

圖 1 縱（zòng）向進給傳（chuán）動（dòng）係統原理

電機軸（zhóu）Ⅰ由交流伺服電機（jī）帶動（dòng）旋轉，經 Z1Z2、Z3Z4 兩級齒輪齧合傳遞（dì）至傳力軸Ⅲ。在傳力軸Ⅲ上有兩個齒（chǐ）數（shù）和模數均相同，但（dàn）旋轉方向相反的齒輪 Z5、Z6，分別與二級齒輪軸Ⅳ上齒輪 Z7、二級齒輪軸Ⅶ上齒輪 Z8 齧合，帶動二級齒輪軸Ⅳ、Ⅶ旋轉，再分別經兩級齒輪傳（chuán）遞至雙斜齒輪。雙（shuāng）斜（xié）齒輪與床身上齒條齧（niè）合，達到縱向進給的目的（de）。

3、裝置結（jié）構設計

車床縱向進給裝置結構中，進給箱（xiāng）和刀架床鞍合為（wéi）一體。進給箱（xiāng）立軸（zhóu）分布，兩傳動鏈對稱分布。電機軸Ⅰ，降速軸Ⅱ，傳力軸Ⅲ，二級齒輪軸Ⅳ、Ⅴ、Ⅶ、Ⅷ，斜齒輪軸Ⅵ、Ⅸ，以及各軸上安裝（zhuāng）的圓柱齒（chǐ）輪組成車床（chuáng）縱向進（jìn）給裝置，各軸之間均由圓柱齒輪齧合。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（lún） Z5、Z6，傳力斜齒輪 Z5、Z6 分別與二級齒輪軸Ⅶ、Ⅳ上（shàng）安裝的斜齒輪 Z7、Z8 齧（niè）合。斜齒輪軸Ⅵ、Ⅸ外端安（ān）裝有消隙齒輪 Z15、Z16。傳力軸Ⅲ的一端安裝有碟簧，碟（dié）簧外端安裝（zhuāng）有螺母（mǔ）壓蓋。由交流伺服電機驅動雙齒輪齒條消隙進給箱，經床身上的斜齒（chǐ）條實現大縱（zòng）向無級調速（sù）快速移動與進給運動。

4 、消隙原（yuán）理

數控機床的進給傳動裝置中（zhōng），常采用齒輪傳動副來達到降速比和轉矩的要求。由於齒輪齒麵在（zài）製造中存在一定（dìng）誤（wù）差，不可能達到（dào）理想齒麵的要（yào）求，因此一（yī）對齧合的齒輪總（zǒng）應有一定的齒側間隙（xì），才能正常工作。齒側間隙的存在會造成（chéng）進給傳動係統的反向動作落後於數控係統指令要求，形（xíng）成跟隨誤差，甚至是輪廓誤差。對閉環係統而言，齒側間隙還會影響係統的穩定性。因此，齒輪傳動副（fù）常采用各種消除側隙的措施，以盡量（liàng）減小齒（chǐ）側間隙。工作行程長的大型機床通常采用（yòng）雙齒輪齒條傳動機構，通過碟簧自（zì）動進行調整來消（xiāo）除間隙。所設（shè）計的車床縱向（xiàng）進給裝置通過旋（xuán）緊傳力軸Ⅲ頂端的（de）螺母壓蓋，壓迫碟簧使傳力軸Ⅲ產生一定的軸向位移（yí），再（zài）利用傳力軸Ⅲ上一對齒數、模數相同但旋轉方向相反的斜齒輪，使二級齒輪（lún）軸Ⅳ向不同方向旋轉，以此達到（dào）雙齒輪消（xiāo）隙的目的。

5 、間隙（xì）調整（zhěng）

臥式車（chē）床縱向進給（gěi）傳動由進給箱內的齒輪帶動（dòng）齒條傳動來實現，通過雙齒（chǐ）輪消隙機構的調整（zhěng），可以使兩個斜齒輪與床身齒條同時齧合來消除間隙，從而保證正反向（xiàng）傳動（dòng）的準確性（xìng）。間隙調整時，在傳（chuán）力軸ⅢA端（duān）施（shī）加預緊力矩。傳力軸Ⅲ向下移動，帶動（dòng）左（zuǒ）旋斜齒輪 Z7 和右旋斜齒輪 Z8 向下移動。左旋（xuán）斜齒輪 Z7 向下移動，迫使二級齒輪軸Ⅳ做逆時針轉動，通過齒輪齧合帶動二級齒輪軸Ⅴ、斜（xié）齒輪軸（zhóu）Ⅵ旋轉（zhuǎn）。右旋齒輪 Z8迫使二級齒輪軸Ⅶ逆時針轉動，通過齒輪齧合帶動二級（jí）齒輪（lún）軸Ⅷ、斜齒輪軸Ⅸ旋轉。這樣就使左旋齒輪軸、右旋齒輪軸分別按逆（nì）時針和順時針兩個方向轉動，進而使（shǐ）斜齒輪 B 左側齒麵（miàn）、斜齒輪 C 右側齒麵（miàn）同時與床身齒條緊密齧合，形成無側隙齧合，從而消除進（jìn）給箱內齒輪傳動造成（chéng）的反向間隙及死區（qū）誤（wù）差。預緊力矩（jǔ）的大小以既能消除（chú）反向間隙，又能使齒條移動自如為宜（yí）。預緊力矩（jǔ）過小，不足以消除反向間隙。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）過專用工具旋轉輸出（chū）軸來對兩個斜齒輪施（shī）加載荷，進行預緊，使兩個斜齒（chǐ）輪與齒條的齒麵同時（shí）齧（niè）合，起到消除傳動間隙、提高傳動精度的（de）作用。

6、結束（shù）語

所（suǒ）設計的車床縱向進給裝置已（yǐ）在筆者（zhě）公司生產（chǎn）的數控重型臥式車床上實現應用，並申請了實用新型專（zhuān）利［10］，性能穩定可靠。實踐表明，車床縱向進（jìn）給裝置（zhì）具有性能可靠、實用性強、結構簡單、調整方便、性（xìng）價比高等優勢，特別適合用（yòng）於長行程車床的縱向進給傳動係統，可以在重型臥式車床縱向進給傳動中得到廣（guǎng）泛的應用。

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