一種數(shù)控落地銑鏜床X 軸進給箱傳動結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計

徐東輝 段提勇 陳雪芳 崔鳳有

(①齊齊哈爾二機床(集團)有限責(zé)任公司設(shè)計院，黑龍江 齊齊哈爾 161005;②杭州娃哈哈集團有限公司設(shè)備工程部，浙江 杭州 130103)

數(shù)控落地銑鏜床滑座帶動固定在其上的立柱做進給運動，即為X 軸進給運動，主軸箱等在立柱導(dǎo)軌上做垂向運動。實現(xiàn)X 軸進給運動的機構(gòu)為X 軸進給箱，其傳動結(jié)構(gòu)可靠性及穩(wěn)定性對X 軸的定位精度、重復(fù)定位精度及反向差值的影響尤為重要，同時X 軸運動精度是數(shù)控機床其他軸運動的基礎(chǔ)，直接關(guān)系到機床整體精度。本文對機床X 軸進給箱齒輪受力結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化。

1 工作原理

目前數(shù)控落地銑鏜床X 軸進給箱安裝在滑座內(nèi)，X軸進給運動采用伺服電動機驅(qū)動進給箱內(nèi)齒輪組做旋轉(zhuǎn)運動，最終將動力通過進給箱的齒輪軸1 和齒輪軸2 作用于固定在床身上的齒條，從而將回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為直線運動，實現(xiàn)X 軸進給運動。X 軸進給正、反方向運動，分別由齒輪1 和齒輪2 與齒條嚙合來實現(xiàn)動力傳遞。在調(diào)整時，齒輪1 做為定位齒輪，先與齒條一側(cè)齒面嚙合貼緊，然后調(diào)整齒輪2 與齒條另一側(cè)齒面嚙合貼緊，位置調(diào)整好后，將V'軸齒輪3 與齒輪2 用脹套進行漲緊連接，從而實現(xiàn)正反向齒輪齒條間的無間隙傳動。

2 存在問題及分析

數(shù)控落地銑鏜床在進行大平面重切削或空間位置面加工及曲面外輪廓加工時，X 軸進給箱需要經(jīng)常加減速及正反向運動，因此齒輪齒條嚙合產(chǎn)生的瞬間沖擊很大，沖擊力反作用到Ⅴ'軸的齒輪2，致使聯(lián)接齒輪3 脹套發(fā)生松動，嚴(yán)重影響X 軸進給運動的精度。

目前脹套在Ⅴ'軸位置時，通過增大脹套的尺寸規(guī)格來提高其漲緊能力，在短期內(nèi)可以滿足功能需要，但如果機床長期工作且受連續(xù)沖擊力作用，脹套與Ⅴ'軸和齒輪3 接觸面間會產(chǎn)生松動;如果取消脹套，采用鍵-鍵槽式剛性連接，便無法調(diào)整，也就無法消除齒輪2與齒條的嚙合間隙，同樣影響X 軸運動精度。

根據(jù)以上分析，在現(xiàn)有的技術(shù)條件下，優(yōu)化的方向是保證脹套與齒輪軸間有足夠的接觸應(yīng)力，同時不增加裝置的復(fù)雜性。

3 問題解決方法

進給箱齒輪組從Ⅰ軸到Ⅴ'(Ⅴ)軸所傳遞的扭矩逐漸增大、速度則逐漸降低，即靠近傳動鏈末端齒輪或齒輪軸所受到齒輪齒條副的反作用沖擊力越大，也就是Ⅳ'軸齒輪所受到的沖擊力小于Ⅴ'軸。

根據(jù)以上分析為減小脹套所受到的沖擊及考慮空間位置，將脹套位置從Ⅴ'軸齒輪3 改到Ⅳ'軸的齒輪4。Ⅳ'軸齒輪5 齒數(shù)為21，與之嚙合的Ⅴ'軸齒輪3 齒數(shù)為61，脹套在Ⅳ'軸所受到的扭矩只是Ⅴ'軸時的近1/3，改進前后結(jié)構(gòu)對比如圖2。

通過將脹套由Ⅴ'軸改到Ⅳ'軸，不但很好地利用了裝置的空間資源，且沒有使裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，更重要的是大大減小了脹套受到的沖擊力，使其工作更加穩(wěn)定。

4 結(jié)語

隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，對數(shù)控落地銑鏜床加工精度及運動穩(wěn)定性的要求越來越高。X 軸進給箱中脹套位置在Ⅳ'軸比在Ⅴ'軸受力效果更好，更適用于高精度、大扭矩的數(shù)控機床，此結(jié)構(gòu)目前廣泛應(yīng)用于TK6920 系列產(chǎn)品中，其穩(wěn)定的運動及高精度獲得了用戶的好評。

［1］陳心昭，權(quán)義魯.現(xiàn)代實用機床設(shè)計手冊［M］.北京:機械工業(yè)出版社，2006:684-778.