應用于AB 軸擺頭的雙導程蝸輪蝸桿消隙裝置

白旭++高崇++劉爽

摘 要：應用于AB 軸擺頭的雙導程蝸輪蝸桿消隙裝置，適用于各種擺頭機構的消隙及驅動，可滿足擺頭的擺軸快速擺動，扭矩大，剛性強的要求。

關鍵詞：AB軸擺頭；雙導程蝸輪蝸桿；擺頭消隙；大扭矩

基金項目：國家科技重大專項項目（課題）：帶AB軸的高速五軸聯動加工中心

中圖分類號：TH16 文獻標識碼：A

前言

近年來，隨國家經濟建設健康高速發展，我國數控機床技術得到了快速發展和長足進步，但和國際先進水平相比還有相當大差距。特別是五坐標聯動、大型數控機床的市場份額為國外品牌所占領。機床工業的現狀致使我國航空結構件數控加工裝備長期以來以國外進口設備為主，尤以帶AB 軸擺頭結構的五軸加工中心等高技術關鍵裝備接近100%依賴進口。由于這類設備采購時必須向設備生產國申請許可證，設備的獲取性受國際政治因素影響很大，經常出現關鍵重要設備采購延誤或采購不到而影響到飛機制造企業的科研和生產任務的完成。

當今常用的擺頭的驅動結構有：齒輪齒圈式、伸縮支鏈式和雙段蝸輪蝸桿式。而此三種常用的結構都有些致命的缺點：定位精度差；結構復雜，系統要求高；側隙調整難和蝸桿發熱大等。

結構及特點

為解決擺頭的驅動結構問題，本文提出一套雙導程蝸輪蝸桿消隙裝置及制造方法，適用于各種擺頭機構的消隙及驅動，可滿足擺頭的擺軸快速擺動，扭矩大，剛性強的要求。

雙導程蝸輪蝸桿消隙裝置，適用于各種擺頭機構的消隙及驅動，其特征在于采用雙導程蝸桿結構，伺服電機固定在框架上，蝸輪蝸桿安裝在框架中，擺動件與蝸輪固定為一體在雙導程蝸桿的驅動下實現擺動，雙導程蝸桿采用固定- 浮動的支撐方式，雙導程蝸桿兩端各有一組球軸承定位在支撐套并定位在框架里，雙導程蝸桿浮動端的末端通過脹緊套連接帶輪、齒形帶至伺服電機；雙導程蝸桿固定端的球軸承兩側還各自設置推力球軸承并鎖緊固定端，實現軸向止推；在雙導程蝸桿兩端端蓋、支撐套及蝸輪上下面與骨架密封件的邊緣均安裝密封圈，形成一個封閉腔，在此腔中充滿蝸輪蝸桿油實現潤滑。

制造方法：

制造上述雙導程蝸輪蝸桿消隙結構，先設定蝸輪蝸桿傳動比、設計出蝸輪蝸桿嚙合的中心距為280±0.02mm，給出框架加工參數、設計并加工出擺軸的擺動扭矩為4000Nm，并保證蝸桿軸向串動1mm，蝸輪蝸桿間的傳動間隙徑向變化0.03mm，設定電機和蝸輪蝸桿傳動比120 ∶ 1 ；軸向消隙的調整距離為5mm ；按上述結構裝配后用調整墊調整消除雙導程蝸輪蝸桿的側隙，用調整墊調整徑向范圍為5mm，墊每調整1mm，軸向間隙可變化0.03mm，側隙調整目標為0.02mm 以內，所以通過計算：0.02×1/0.03 ≈ 0.67mm，得出調整墊的厚度應該比理論值大0.67mm，以此為原則，調整到一個大致位置，再通過蝸輪蝸桿的擺動，用百分表可測出間隙，與計算對比，最終以測出的結果為準，只用調整墊就能保證側隙調至0.02mm 以內。

為了保證雙導程蝸輪蝸桿傳動正確嚙合，還需要靠蝸輪下面的蝸輪調整墊進行雙導程蝸桿的徑向嚙合調整，通過三坐標測量和用鉛粉研蝸輪蝸桿的分析嚙合情況，使此間隙調至±0.02mm 以內；在固定端支撐套外周安置調整墊，以調整消除雙導程蝸桿軸向側隙，調整墊的調整范圍為≤ 5mm，根據蝸輪蝸桿的加工要求：墊每調整1mm，軸向間隙可變化0.03mm，故間隙的調整范圍在5×0.03 = 0.15mm 之內。

為保證蝸桿副的耐磨性及壽命，蝸桿副采用了具有硬度和耐磨性好的合金材料；潤滑油采用N320 蝸輪蝸桿油，附著力大，減小了雙導程蝸輪蝸桿磨損比較大的缺點。這套雙導程蝸輪蝸桿裝置擺動扭矩可達到4000N.m，擺速可達到10rpm，適用于大扭距，高速切削加工的五軸聯動加工中心。

工作狀態描述：

伺服電機通過大帶輪帶動齒形帶帶動小帶輪旋轉，小帶輪在脹緊套的作用下與雙導程蝸桿固定，通過脹緊套帶動雙導程蝸桿轉動，雙導程蝸桿在球軸承組的支撐下轉動，在推力球軸承支撐下克服蝸輪蝸桿傳動中的軸向力，雙導程蝸桿帶動蝸輪傳動，蝸輪轉動實現了擺軸的擺動。整個傳動采用圖3所示的支撐結構，固定端A 通過一組推力軸承實現軸向止推，一組球軸承實現支撐，浮動端B 也是依靠一組球軸承實現支撐，這種支撐易于釋放蝸輪蝸桿傳動中發熱產生的熱伸長。

應用擴展：

應用雙導程蝸輪蝸桿消隙裝置的AB 軸擺頭精度高、性能好、裝配簡單、安全可靠，可大幅提高A、B雙擺五軸機床幾何精度和生產效率。此帶雙導程蝸輪蝸桿消隙裝置可擴展應用于機床轉臺及各類擺頭。

參考文獻

[1] 濮良貴 機械設計（第五版） 高等教育出版社，1994.