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車床縱向進給裝置的設計

2021-10-11 來源：天水星火機床有限（xiàn）責（zé）任公司作（zuò）者：洪春萍

摘要: 設計（jì）了一種能（néng）夠實現長行程的（de）車床縱向進給裝（zhuāng）置，將普通的（de）滾珠絲杠螺母更改為（wéi）雙齒輪與床身齒條（tiáo）齧合，達到傳動目的。這一裝置采用雙齒（chǐ）輪（lún）齒條消隙結構，通過碟（dié）簧預緊迫，使（shǐ）齒輪產生（shēng）軸向位移，有效消除進給運動的（de）間隙，能夠消除正反轉間隙，保證傳動精度。所設（shè）計的車床縱向進（jìn）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統具有普遍適用性，特別適用（yòng）於重型臥式車床的縱向進給傳動係統。

關鍵（jiàn）詞: 車床縱向進給設（shè）計

1、設計（jì）背景（jǐng）

隨著我（wǒ）國機床行業新產品持續發展更新，大重型及長行程機床（chuáng）的需求量不（bú）斷增加，對機床（chuáng）構件加工（gōng）精度的（de）要求不斷提高。在設備基礎部件剛性、精度（dù）等達到標準的前（qián）提下，提高機床整體的剛性、精度及傳遞扭矩（jǔ）已成為機床（chuáng）進給傳動機構設計的（de）關鍵（jiàn）。現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（lún）齒條傳動副、滾珠絲杠螺母（mǔ）傳（chuán）動副、靜壓蝸杆蝸母傳動副等。為了保證機床進給傳動係（xì）統的定位精度和靜態、動態性能，進給傳動機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）除齒側傳動間隙等。

在進給傳動機構（gòu）設（shè）計方麵，齒輪齒條傳動副適用（yòng）於長行程機床，傳動機構的剛度和效率高，但傳動不夠平穩，傳動（dòng）時產生的齒側間（jiān）隙導致傳動精度不高。滾珠絲杠螺母（mǔ）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（háng）程超過6 m 的長行程機床，隨著絲杠的加長，撓度增大，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（fǎ）達到傳動精（jīng）度要求。另一方麵，機械轉動慣（guàn）量增大，既增加生產成本，又降低機床的使用可靠性。靜壓蝸杆蝸（wō）母傳動副的軸向牽引力大（dà），運動平穩，反（fǎn）向衝擊小，無磨損，無傳動間隙，精度高，但是蝸母的製造難度大，安裝工藝性差，精度不容易保（bǎo）證，屬高附加值產品，製造成本高。

綜合分析現（xiàn）有進給傳動機構（gòu）的不（bú）足與缺陷，為提高機床（chuáng）整體的加工（gōng）精度，使進（jìn）給傳動機構更（gèng）加簡單實用（yòng），經過調（diào）查研究，采各家所長，結合國內外先進的設計理念，針對（duì）行程在 6 m 以上的數控（kòng）重型車床，設計了車床（chuáng）縱向（xiàng）進給（gěi）裝置，采用雙齒輪齒條傳動（dòng）機構方案。雙齒輪傳動機構將機床（chuáng）縱向進給傳動中普通（tōng）的滾珠絲杠螺母傳動改為雙齒輪（lún）與床身齒條的齧合，以（yǐ）此來達到縱向進給的目（mù）的，可以消除齒輪正反轉產生的齒側間隙，定位精度高。與普通滾（gǔn）珠絲杠螺母傳動相比，雙齒輪齒條傳動機構性能可靠，適用性強，結構簡單，提高了機床整體的加工精度。雙齒輪齒條傳（chuán）動機構適用（yòng）於機床製造（zào）領域中（zhōng）數控重型臥式車床的（de）進給傳（chuán）動，特別適用於長行程車床的（de）縱（zòng）向傳動，可以減小傳動磨耗（hào），剛度和工藝性（xìng）好，調整方便。雙齒輪齒條傳動機構可以（yǐ）彌補滾珠絲杠（gàng）螺母傳動剛度差（chà）、靜壓蝸杆蝸母傳動生產成本（běn）高的不足。目前（qián），筆者公司生產的 CC 係列重型臥式（shì）車床傳動進給（gěi）箱采用了所設計的車（chē）床縱向進給裝置。

2 、傳動原理

縱向（xiàng）進給傳動係統原理如圖 1 所示。

圖 1 縱（zòng）向進給傳動係統原理

電機軸Ⅰ由交流伺（sì）服（fú）電機帶動旋轉，經 Z1Z2、Z3Z4 兩級齒輪齧合傳遞至傳（chuán）力軸Ⅲ。在傳力軸Ⅲ上有兩個齒數和模數（shù）均相同，但旋轉方（fāng）向相反的齒輪（lún） Z5、Z6，分別與二級（jí）齒輪（lún）軸Ⅳ上齒輪 Z7、二級齒輪軸Ⅶ上齒輪 Z8 齧合（hé），帶動二（èr）級齒輪軸Ⅳ、Ⅶ旋轉，再分別經兩級齒輪傳（chuán）遞至雙斜齒輪。雙斜齒輪與床身上齒條齧合，達到縱向進給的目的。

3、裝置（zhì）結構設計

車床縱向進給裝置結構中，進給箱（xiāng）和刀架床（chuáng）鞍合為一體。進給箱立軸分布，兩傳動鏈對（duì）稱分布。電機軸Ⅰ，降速軸Ⅱ，傳力軸Ⅲ，二（èr）級齒輪軸Ⅳ、Ⅴ、Ⅶ、Ⅷ，斜齒輪軸Ⅵ、Ⅸ，以及各軸（zhóu）上安裝的圓柱齒輪組成車床縱向進給裝（zhuāng）置，各軸之間均（jun1）由圓（yuán）柱齒輪齧合。傳力軸Ⅲ兩端分（fèn）別裝（zhuāng）有模數和齒數相（xiàng）同、旋轉方（fāng）向相反的傳力斜齒輪 Z5、Z6，傳力斜（xié）齒輪 Z5、Z6 分別與二（èr）級齒輪（lún）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（xiāo）隙齒（chǐ）輪 Z15、Z16。傳力軸（zhóu）Ⅲ的一端安裝有碟簧，碟簧外端安裝有螺母壓蓋。由交流伺服電機驅動雙齒輪齒條消隙進給箱，經床身上的斜齒條（tiáo）實現大縱向無級調速（sù）快速（sù）移動與進給運動。

4 、消隙原理

數控機床的進給傳動裝置中，常采用齒輪傳動（dòng）副來達到降速比和（hé）轉矩的要求。由（yóu）於齒輪齒麵在製造中存在一定誤差，不可能達到（dào）理想齒麵的要求，因此一對齧合的齒輪總應有一定的齒側間（jiān）隙，才能正常（cháng）工作。齒側間（jiān）隙的存在會（huì）造成（chéng）進給（gěi）傳動係（xì）統的反向動作落後於數控係統指令要求，形成跟隨誤差，甚（shèn）至是輪廓誤差。對閉環（huán）係統而言，齒（chǐ）側間隙還會影響係統的穩定性。因此，齒輪傳動副常采用各種消除側隙的措施，以盡量減小齒側間隙。工作行程長的大（dà）型機床（chuáng）通常采用雙齒輪齒條（tiáo）傳動機構，通過（guò）碟簧自動進行調整來消除（chú）間隙。所設計的車床縱向進給裝置通過旋緊傳（chuán）力軸（zhóu）Ⅲ頂端的螺（luó）母壓蓋（gài），壓迫碟簧使傳力軸Ⅲ產生一定的（de）軸向位移，再利用傳力軸Ⅲ上一對齒數、模數相同但旋（xuán）轉方向相反的斜齒輪，使二級（jí）齒輪軸Ⅳ向不同（tóng）方向旋轉，以此達到雙齒輪消（xiāo）隙的目的。

5 、間隙調整

臥式車床縱向進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，可以使兩個斜齒輪與床身齒條同時齧合來消除間隙，從而保證正（zhèng）反向傳動的準確性。間隙調整時，在傳力軸ⅢA端施加預緊力矩（jǔ）。傳力軸Ⅲ向下移動，帶動左旋斜齒輪 Z7 和（hé）右旋斜齒輪 Z8 向下移動。左旋斜齒輪（lún） Z7 向下移動，迫使二級齒輪軸（zhóu）Ⅳ做逆（nì）時（shí）針轉動，通過齒輪齧合帶動二級齒輪軸Ⅴ、斜齒輪軸Ⅵ旋轉。右旋齒輪 Z8迫使（shǐ）二級齒輪（lún）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（zhuǎn）。這樣就（jiù）使左旋齒輪軸、右旋齒輪軸分（fèn）別按逆時針和順時針兩個方向轉動，進而使斜齒（chǐ）輪 B 左側齒麵、斜齒（chǐ）輪 C 右側齒麵同（tóng）時與床身齒條緊密齧合（hé），形成無側隙齧合，從而消除進給箱內齒輪傳動造成的反向間（jiān）隙及死區誤差。預緊力矩的大小以既能消除反向間隙，又能使齒條移動自如為宜。預緊力矩過小，不足以消除反向間隙。預緊力矩過大，對齒輪（lún）齒條壽命有影響（xiǎng）。預（yù）緊（jǐn）力（lì）矩調整時，可通過專用工具旋轉輸出軸來對兩個斜齒輪施加載荷，進行（háng）預緊，使兩個斜齒（chǐ）輪與齒條的齒麵（miàn）同時齧合，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（jì）的車床縱向進給（gěi）裝置已在筆者公司生產的（de）數控重型臥式（shì）車床（chuáng）上實現應用，並申請了實用新（xīn）型專利［10］，性能穩定可靠。實踐表明（míng），車床縱向進給裝置（zhì）具有性能可靠、實用性強、結構簡單、調整方（fāng）便、性價比高等優勢，特別適合用於長行程車床的縱向進給傳（chuán）動（dòng）係統，可以在重型（xíng）臥式車床縱向進給傳動中得（dé）到廣泛的應用（yòng）。

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