數控臥車中雙牙棒的工作原理與調整

■齊重數控裝備股份有限公司 （黑龍江 161005） 劉紅臣 王繼興

數控臥車中雙牙棒的工作原理與調整

■齊重數控裝備股份有限公司 （黑龍江 161005） 劉紅臣 王繼興

摘要：當前重型數控臥車大刀架縱向移動大多采用雙牙棒傳動，與滾珠絲杠相比，具有較大優越性。床身可以很長不受限制，安裝精度要求低，齒輪磨損后，可通過調整來消除反向間隙，正確掌握調整方法可以使反向間隙達到0.04mm。

1. 工作原理

采用2個一樣的斜齒輪（即雙牙棒）同時與精密斜齒牙條相嚙合結構，傳遞軸向力。減速箱中Ⅲ軸為調整軸，軸上有一對螺旋角相反的斜齒輪（1個左旋、1個右旋），這樣形成2條傳動鏈傳給牙棒，正向運動和反向運動各由1條鏈來傳動，使牙棒在斜齒條上做無間隙運動。

圖1所示為調整完間隙的理想狀態，工作過程如下：當電動機逆時針旋轉時，Ⅲ軸也逆時針旋轉，Ⅲ軸上的右旋齒輪帶動Ⅳ軸順時針旋轉，最后帶動牙棒軸Ⅵ軸順時針旋轉，使進給箱體在齒條上向左移動，此時，因Ⅲ軸逆時針旋轉，使軸上的左旋齒輪與Ⅵa軸出現間隙，同樣一直到Ⅵa軸和齒條整個傳動鏈出現間隙，從而不參與傳動。同理，當電動機帶動Ⅲ軸順時針旋轉時，右側傳動鏈工作，進給箱體向右移動，左側傳動鏈出現間隙，不參與運動。

2. 調整方法

圖1　雙牙棒傳動示意圖

圖2　Ⅲ軸（調整軸）裝配圖

（1）調整原理。圖2所示Ⅲ軸為調整軸，用外部扳手旋轉預緊套，使其在箱體上軸向移動，并通過彈簧傳動到壓蓋，壓蓋通過推力軸承傳動到Ⅲ軸，使整個Ⅲ軸及軸上各齒輪軸向左移動。圖1所示：當Ⅲ軸向前面軸向移動時，軸上的右旋齒輪也跟著一起軸向移動，逐漸與Ⅳ軸的主動輪接觸并逐漸使Ⅳ軸順時針旋轉一個角度（角度的大小與螺旋角和Ⅲ軸的軸向移動距離有關），這樣，最后使牙棒軸Ⅵ軸順時針旋轉一個角度，使齒條左側面與左牙棒接觸，整個左側傳動鏈無間隙。同時，Ⅲ軸向前面軸向移動時，軸上的左旋齒輪最后使牙棒軸Ⅵa軸逆時針旋轉一個角度，使齒條右側面與右牙棒接觸。至

此，從齒條到Ⅲ軸再到齒條的整個傳動鏈無間隙，即達到圖1所示無間隙的理想狀態。

（2）調整方法。受結構限制，Ⅲ軸的軸向移動量不能很大，所以需要預調整。牙棒軸上的齒輪由脹套固定，通過實踐證明，整個進給箱只保留1個牙棒軸Ⅵa軸的調整脹套，更加方便容易。具體說明如下：

讓Ⅲ軸位置處于最外面的狀態，開動電動機使箱體向左移動一下，此時，左傳動鏈已無間隙。在實際應用中，可將電動機報閘打開，去掉使能，使電動機為自由狀態。然后利用箱體側面的窗口，用杠桿撬動Ⅵa軸上的齒輪，使其有順時針轉動的趨勢，并保持住，此時右側傳動鏈除牙棒外，都無間隙，同時用扳手扳動牙棒軸外面的方頭，使牙棒軸Ⅵa軸有逆時針轉動的趨勢并保持，馬上開始鎖緊脹套，至此，預調整完成。最后調整Ⅲ軸，根據需要使其向里面移動并鎖緊。整個傳動鏈理論上無間隙，調整完成。

3. 間隙的計算

因齒輪和齒輪（齒條）之間存在間隙，當電動機由正轉到反轉時，在一定角度內，盡管電動機轉動，但齒條還要等間隙消除（受力的一側）以后才能接觸到牙棒，箱體才會移動，即反向間隙。每一級齒輪間隙對最后反向間隙的影響取決于其距離電動機的傳動比大小，也就是說最后一級距電動機的傳動比最大，對反向間隙影響最大，中間級距離電動機的傳動比變小而影響變小（成比例）。為方便計算設各級傳動比都為1∶2，螺旋角20°，牙棒分度圓周長400mm。

（1）總間隙的計算。以圖1為例，具體計算如下：總傳動比1∶3 2，反向間隙用X代表，X1代表第一級傳動齒輪間隙即電動機軸齒輪與Ⅱ軸齒輪嚙合間隙，X牙代表牙條牙棒間隙，這樣總反向間隙X總=X1/32+X2/16+X3/8+X4/4+X5/2+X牙。由此可以看出，反向間隙主要是牙條牙棒間隙。

（2） 調整量的計算。本例中只考慮調整量對牙條牙棒的間隙，假設Ⅲ軸到Ⅵ軸無間隙。Ⅲ軸軸向最大移動量為5mm，Ⅲ軸相當于將旋轉約tg20。×5=1.8°，牙棒將旋轉約1.8/8（Ⅲ軸～Ⅵ軸的傳動比）即0.225°，則消除間隙為0.225÷360×400=0.25（mm），也就是說，最大調整量為0.25mm。當反向間隙超過此數時，只靠調整是不能完全消除的，所以需要預調整。

4. 心得體會

實際中，有的傳動鏈還有第7軸，則杠桿撬動的方向相反；有的結構是2個牙棒軸上都有脹套，可以先固定好1個，只預留1個脹套來調整；也有的結構有更多的脹套，調整方法一樣。調整時，最好讓電動機處于自由狀態。本例中當杠桿的力量足夠時，箱體會向左移動，此時已確保除右牙棒外都無間隙。反向間隙主要來源在于牙棒和齒條，在判斷間隙來源時，只要保證電動機脹套無問題，則電動機到Ⅲ軸間的間隙可以忽略不計。調整后出現反向間隙仍很大，一般為箱體與齒條的距離不對。運行過程中出現間隙不對，會有規律，如果與運行方向有關，為Ⅲ軸未鎖緊所致（立式結構）；如果到某一位置不對，檢查床身與齒條接縫。對于全閉環（光柵尺），為了保證重復定位精度，要求半閉環的反向間隙最好控制在0.10mm以內，在實際使用中，可以使間隙控制到0.04mm。

收稿日期：（20150421）