一種小型插齒機軸承工作臺的設計

黃 蓉，嚴文超

（1.湖北中南鵬力海洋探測系統工程有限公司，湖北 宜昌443000；2.湖北三峽職業技術學院，湖北 宜昌443000）

1 前言

傳統插齒機的工作臺結構主要采用的是錐孔定位的方式，即工作臺主軸與工作臺底座的定位孔為錐面，分別按照錐度1∶20 錐度加工后，在裝配時進行配刮。此結構在工作臺長期的負載旋轉過程中容易引起錐孔的研損，導致工作臺旋轉運動的精度保持性不好。當工作臺想滿足大圓周小進給切削方式的時候，提高工作臺的旋轉速度，工作臺主軸會出現潤滑不足、摩擦加劇和油溫升過高等問題，直接導致機床加工性能惡化，影響使用壽命。

針對現在汽車行業和齒輪制造業對加工設備的高速高效要求，軸承結構在小型高速插齒機工作臺的使用已經越來越廣泛。工作臺的軸承結構主要是采用了主軸軸承對工作臺主軸的上下兩端進行定位，利用軸承精度保持性好、可滿足高速運轉和壽命長等優點，從而確保插齒機保持良好的整體性能。

2 小型插齒機軸承工作臺設計

2.1 優化工作臺底座和主軸的結構

工作臺底座的定位孔采用直孔，減小了加工難度，便于保證加工精度。改孔的受力為端面受力，利于保持定位孔精度。工作臺主軸上下兩端采用主軸軸承，軸承的結構和工作原理保證了其運動摩擦系數較低，所受摩擦力較小，有較高的機械效率，在運轉過程中能保持較低的功率消耗，且起動性能好。軸承有很好的精度和轉速，由于其運行中受到的摩擦小、磨損低，因此使用壽命較長。而且軸承結構緊湊、體積小、質量輕、便于安裝與拆卸。插齒機軸承工作臺結構如圖1 所示。

2.2 取消工作臺底座下面的調整墊

從結構和工藝上對結構進行簡化，減少了以往的配磨調整墊工序。蝸輪經粗滾滾完后安裝于工作臺主軸總成上進行半精滾、精滾，精滾時找正工作臺臺面及主軸安裝下軸承安裝外圓面在0.005，按標準中心高滾切。無需找正203 法蘭盤定位安裝面，就現場加工時找正復校在0.02～0.03 的情況來看，軸承本身具有一定的調整作用。

圖1 插齒機軸承工作臺結構

2.3 優化底座外觀結構

增加工作臺底座鑄件表面的斜面的坡度，去掉前方擋邊，使加工產生的鐵屑不容易掛留在工作臺上，在冷卻液的作用下更利于回油和排屑。同時增大轉角倒圓半徑，使機床清潔更簡單。

2.4 保持原有基型零件

蝸輪與蝸桿套、聯軸器等結構沿用基型零件，便于零件的管理，也能適應模塊化要求。工作臺主軸軸承轉速的試驗表明，將工作臺負載后運行打表測量蝸輪與蝸桿的間隙，連續3 d 得出的數據分析結論表明各個時間段上蝸輪蝸桿嚙合間隙比較穩定，蝸輪在運行中沒有磨損。插齒機軸承工作臺應用如圖2 所示。

圖2 插齒機軸承工作臺應用

3 工作臺主軸軸承轉速試驗結果分析

3.1 試驗設計

將某機床分廠現場一臺機床進行接線開車；測量該機床蝸輪、蝸桿的間隙（四點），按表1 所示記錄；機床工作臺承載載荷100 kg，即在機床工作臺上放置100 kg 實物；將工作臺以3 r/min 和4 r/min 各運行24 h（每天8 h，共3 d，兩種轉速共6 d），每4 h 測量一次該機床蝸輪、蝸桿的間隙（四點），共測量6 次，兩種共12 次，按表1 記錄；將測量值記錄表格中，分柝并存檔。

試驗記錄如表1 所示。

表1 試驗記錄

3.2 試驗結論分析

目前工作臺采用材料為錫青銅ZQSn10-1，硬度高，耐磨性極好，不易產生咬死現象，有較好的鑄造性能和切削加工性能，在大氣和淡水中有良好的耐蝕性。用于在高負荷（20 MPa 以下）和高滑動速度（8 m/s）下工作的耐磨零件，如連桿、襯套、軸瓦、齒輪、蝸輪等。工作溫度范圍為280 ℃，滑動速度8 m/s=480 m/min。以現有工作臺旋轉4 r/min 來計算，蝸輪、蝸桿轉動時嚙合面產生相對滑移速度為3.141 6×0.06×4×80=60.4 m/min，其中蝸桿分度圓直徑為60 mm，蝸輪齒數80，其實際工作滑移速度60.4 m/min 遠低于理論滑動速度480 m/min，工作臺快速旋轉是可行的。從實際運行的結果來看，在各個時間段上蝸輪蝸桿嚙合間隙均比較穩定，蝸輪在運行中沒有磨損，工作臺運行4 r/min 是可行的。

4 結構設計亮點與創新性分析

該項目在現場產品中使用的320 型工作臺主軸軸承結構工作臺已有8 臺，根據加工和裝配過程中的跟蹤情況來看，確實可以降低工作臺組件的加工難度，利于精度的保證。

通過對主軸軸承工作臺用戶進行走訪，基于使用2 年的插齒機調查結果，反映了小型插齒機工作臺改主軸軸承的穩定性和精度保持性良好。在零件加工制造中具有高的精度，同批次產品加工的穩定性也更高。

工作臺主軸與工作臺底座的定位孔為錐面，磨損后需要進行刮研修配，維修技術要求較高，維修復雜且周期較長。改進型工作臺以直孔替代了錐孔，裝配過程中省去刮研工序，裝配效率有很大程度的提高。