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車床（chuáng）縱向進給裝置的（de）設計（jì）

2021-10-11 來（lái）源：天水星火機床有限責任公司作者：洪春萍

摘要: 設計了一種（zhǒng）能夠實現長行程的車床縱向進給裝置，將普通的滾珠（zhū）絲杠螺（luó）母更改為雙齒輪與（yǔ）床身（shēn）齒條齧合，達（dá）到傳動目的。這一（yī）裝置采用雙齒輪齒條消隙結構，通過碟簧預（yù）緊（jǐn）迫，使齒輪產生軸（zhóu）向位移，有效消除進給運動的間隙，能夠消除正反轉間隙，保證傳動精度。所設計的車床縱向進給裝置具有性能可靠、結構簡（jiǎn）單（dān）、調（diào）整方便、性價比高等優點（diǎn），對車床的縱向進給傳動係統具有普遍適用性，特別（bié）適用於重型臥（wò）式車床的縱向進給傳動係統。

關鍵詞（cí）: 車床縱向進給設計

1、設計背景

隨著我國機床行業新產品持續發展更新，大重型（xíng）及長行程機床的需求量不斷增加，對機床構件加（jiā）工精度（dù）的要求不斷提高。在設備（bèi）基礎（chǔ）部件剛性、精度等（děng）達到（dào）標準的前提下，提高機床整（zhěng）體的（de）剛性、精度及傳遞扭矩已成為機床進給傳動機構設（shè）計的關鍵。現有的機（jī）床進給傳（chuán）動機（jī）構中，所采用的（de）進給傳（chuán）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（chuán）動副等。為（wéi）了保（bǎo）證機床進給傳動係統的定（dìng）位精度和靜態、動態性能（néng），進給傳動機構設（shè）計時（shí）應著重考慮機床具有高傳動剛度、低摩擦因數、小轉動慣量，以及消除齒側（cè）傳動間隙等。

在進給傳動機構設計方（fāng）麵，齒輪齒條傳（chuán）動（dòng）副適用（yòng）於長行程機床，傳動機（jī）構的剛度和效率高，但傳（chuán）動不（bú）夠平穩，傳動時產生（shēng）的齒側間（jiān）隙導致傳動精度不高（gāo）。滾珠絲杠螺母傳動副摩擦損失小，傳動效率高，運動平穩無爬行（háng），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，隨著絲杠的加長，撓度增大，絲杠中（zhōng）部容易產生彎曲變形，使刀架移動定位精（jīng）度超差，無法達到（dào）傳（chuán）動（dòng）精度要求。另一方麵，機械轉動慣量（liàng）增大，既增加生產成本，又降低機床的使用可（kě）靠性。靜（jìng）壓蝸杆蝸母傳動副的軸向牽引力大，運動平穩，反向衝擊小，無磨（mó）損，無傳動間隙，精度高，但（dàn）是蝸（wō）母的製造難度大，安裝工藝性差，精度（dù）不容易保證，屬高附加值產品，製（zhì）造成本高。

綜合分析現有進給（gěi）傳（chuán）動機構的不足與缺陷（xiàn），為提高機床整體的加工精度，使進給傳動機構更加簡單實用，經過調查研究（jiū），采各家所長，結（jié）合國內外（wài）先進的設計（jì）理念，針對行程在 6 m 以上的數控重型車床，設計了車床縱（zòng）向（xiàng）進給裝置，采用雙齒輪齒條傳動機構方案。雙（shuāng）齒輪傳動機構將機床（chuáng）縱向進給傳（chuán）動中（zhōng）普通的滾珠絲杠螺母傳動改為雙齒輪與床身齒條的齧合，以此（cǐ）來達到縱向進給的目的，可以消除齒輪正反轉產生的齒側間隙，定位精度高。與（yǔ）普通滾珠絲杠螺（luó）母傳動相比，雙齒輪齒條傳動機構性能可靠（kào），適用性強，結構簡單，提高了機床整體的加工精度。雙齒輪齒條傳動機構（gòu）適用於（yú）機床製造領域中（zhōng）數控重型臥式（shì）車床的進給傳動，特別適用於長行程車床的縱向傳動，可以減小傳動（dòng）磨耗，剛度和工藝性好，調（diào）整方便（biàn）。雙齒輪齒條傳動機構可以彌補滾珠絲（sī）杠螺母傳動剛度差（chà）、靜壓蝸杆蝸母傳動生產（chǎn）成本高的不足。目前，筆者公司生（shēng）產的 CC 係列重型臥式車床傳動進給箱采用了所設（shè）計（jì）的車床縱向進給裝置。

2 、傳動原理

縱向進給傳動係統原理如圖 1 所示。

圖 1 縱向進給傳動係統原理（lǐ）

電機軸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軸Ⅲ。在傳力軸Ⅲ上有兩個齒數和模數均相同，但旋轉方向相反的齒輪 Z5、Z6，分別與二級齒（chǐ）輪軸Ⅳ上齒輪 Z7、二級齒輪軸Ⅶ上齒輪 Z8 齧合，帶動二（èr）級齒輪軸Ⅳ、Ⅶ旋轉，再分別經兩級齒輪傳遞至雙斜齒輪。雙（shuāng）斜齒輪與床身上齒條（tiáo）齧合，達到縱向進給的目的。

3、裝（zhuāng）置結構設（shè）計

車床縱向進（jìn）給裝置（zhì）結構中，進給箱和刀架床鞍合為一體。進（jìn）給箱立軸分布，兩傳動鏈對稱分布。電機軸Ⅰ，降速軸Ⅱ，傳力軸Ⅲ，二級（jí）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（hé）齒數相同、旋轉方向（xiàng）相反的傳力斜齒輪 Z5、Z6，傳力斜齒（chǐ）輪 Z5、Z6 分（fèn）別與二級（jí）齒輪軸Ⅶ、Ⅳ上安裝的斜齒輪 Z7、Z8 齧（niè）合。斜齒輪軸Ⅵ、Ⅸ外端安裝有消隙齒輪 Z15、Z16。傳力軸Ⅲ的一端安裝有碟簧，碟簧外（wài）端（duān）安裝有螺母壓蓋。由（yóu）交流伺服（fú）電機驅動雙齒輪齒條消隙進給箱，經床身上的斜（xié）齒條實（shí）現大縱向無級調速快速移動與進給運動。

4 、消隙原理

數控機床的進給傳動裝置中，常采用齒輪傳動副來達到降速比和轉矩的要求。由於齒輪齒麵在製造中存在一定誤差，不（bú）可（kě）能達到理想齒麵的要求，因此一對（duì）齧合的齒輪總應（yīng）有一定的齒側間隙，才能（néng）正常工作。齒側間隙的存在會造成進給傳動（dòng）係統的反向動作落後於數控（kòng）係統指（zhǐ）令要求，形成跟（gēn）隨誤差，甚（shèn）至是輪廓誤（wù）差。對閉環係統而言，齒側間隙還（hái）會影（yǐng）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（jìn）量減小齒側間隙。工作行程長的大型（xíng）機床通常采用雙（shuāng）齒輪齒條（tiáo）傳動（dòng）機構，通過碟簧自動進行調整來消（xiāo）除間隙（xì）。所設計的車床縱向進給裝置通過旋（xuán）緊（jǐn）傳力軸（zhóu）Ⅲ頂端（duān）的螺母壓蓋，壓（yā）迫碟簧使傳力（lì）軸Ⅲ產生一定的軸向位移，再利用傳力軸Ⅲ上（shàng）一對齒數、模數相同但旋轉方向相反的斜齒輪，使二級齒輪軸Ⅳ向不同方向旋轉，以此達到雙齒輪消隙的目（mù）的。

5 、間隙調整

臥式車床縱向進給傳動由進給箱內的齒（chǐ）輪帶動（dòng）齒條傳動來實現，通過雙齒輪消隙機（jī）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（jiān）隙，從而保證正反向傳（chuán）動的準確（què）性。間隙（xì）調整時，在傳力軸ⅢA端施加預緊力矩。傳力軸Ⅲ向下移動，帶動左旋斜齒輪 Z7 和右旋斜齒輪 Z8 向下移動。左旋斜齒輪 Z7 向（xiàng）下移動（dòng），迫使二級齒輪軸Ⅳ做（zuò）逆時針轉動，通過（guò）齒（chǐ）輪齧合帶動二級齒輪軸Ⅴ、斜齒輪軸Ⅵ旋轉。右旋齒輪 Z8迫使二（èr）級齒輪軸Ⅶ逆時針（zhēn）轉動，通過齒輪齧合帶動二級齒輪（lún）軸Ⅷ、斜齒輪軸Ⅸ旋轉。這樣就（jiù）使左（zuǒ）旋齒輪軸、右旋齒輪軸（zhóu）分別按逆時針和順時針（zhēn）兩個方向轉動（dòng），進而使斜（xié）齒輪 B 左側齒麵、斜齒輪 C 右（yòu）側齒麵同時與（yǔ）床身齒條緊密齧合，形成無側隙齧合，從而消除進（jìn）給（gěi）箱內齒輪傳動造成的反向間隙及死區誤差。預緊力矩的（de）大小以既能消除（chú）反向間隙，又能使齒條移動自如為宜。預緊（jǐn）力矩過小，不足以消除反向間隙。預（yù）緊力矩過大，對齒輪齒條壽命有影響。預緊力矩調整時，可通過專用工具旋轉輸出軸來對兩（liǎng）個斜齒輪（lún）施（shī）加（jiā）載荷，進行預緊，使兩個斜齒輪與齒條的（de）齒（chǐ）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

所設（shè）計的車床縱向進給裝置（zhì）已（yǐ）在筆者公司生產的（de）數控重型臥式車床上實現（xiàn）應（yīng）用，並申（shēn）請了實（shí）用新型專利［10］，性能穩定可靠。實踐表明，車床（chuáng）縱向（xiàng）進（jìn）給裝（zhuāng）置具有性能可靠、實用性強、結構簡單、調整方便、性價比高等優勢，特別適合用於長（zhǎng）行程車床的縱向進給傳動係統，可以（yǐ）在重型臥式車床縱向進給傳動中得到廣泛的應用。

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