一種小型插齒機(jī)軸承工作臺(tái)的設(shè)計(jì)

黃 蓉，嚴(yán)文超

（1.湖北中南鵬力海洋探測(cè)系統(tǒng)工程有限公司，湖北 宜昌443000；2.湖北三峽職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖北 宜昌443000）

1 前言

傳統(tǒng)插齒機(jī)的工作臺(tái)結(jié)構(gòu)主要采用的是錐孔定位的方式，即工作臺(tái)主軸與工作臺(tái)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(shí)進(jìn)行配刮。此結(jié)構(gòu)在工作臺(tái)長(zhǎng)期的負(fù)載旋轉(zhuǎn)過(guò)程中容易引起錐孔的研損，導(dǎo)致工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的精度保持性不好。當(dāng)工作臺(tái)想滿足大圓周小進(jìn)給切削方式的時(shí)候，提高工作臺(tái)的旋轉(zhuǎn)速度，工作臺(tái)主軸會(huì)出現(xiàn)潤(rùn)滑不足、摩擦加劇和油溫升過(guò)高等問(wèn)題，直接導(dǎo)致機(jī)床加工性能惡化，影響使用壽命。

針對(duì)現(xiàn)在汽車行業(yè)和齒輪制造業(yè)對(duì)加工設(shè)備的高速高效要求，軸承結(jié)構(gòu)在小型高速插齒機(jī)工作臺(tái)的使用已經(jīng)越來(lái)越廣泛。工作臺(tái)的軸承結(jié)構(gòu)主要是采用了主軸軸承對(duì)工作臺(tái)主軸的上下兩端進(jìn)行定位，利用軸承精度保持性好、可滿足高速運(yùn)轉(zhuǎn)和壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，從而確保插齒機(jī)保持良好的整體性能。

2 小型插齒機(jī)軸承工作臺(tái)設(shè)計(jì)

2.1 優(yōu)化工作臺(tái)底座和主軸的結(jié)構(gòu)

工作臺(tái)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(tái)主軸上下兩端采用主軸軸承，軸承的結(jié)構(gòu)和工作原理保證了其運(yùn)動(dòng)摩擦系數(shù)較低，所受摩擦力較小，有較高的機(jī)械效率，在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中能保持較低的功率消耗，且起動(dòng)性能好。軸承有很好的精度和轉(zhuǎn)速，由于其運(yùn)行中受到的摩擦小、磨損低，因此使用壽命較長(zhǎng)。而且軸承結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、質(zhì)量輕、便于安裝與拆卸。插齒機(jī)軸承工作臺(tái)結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

2.2 取消工作臺(tái)底座下面的調(diào)整墊

從結(jié)構(gòu)和工藝上對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡(jiǎn)化，減少了以往的配磨調(diào)整墊工序。蝸輪經(jīng)粗滾滾完后安裝于工作臺(tái)主軸總成上進(jìn)行半精滾、精滾，精滾時(shí)找正工作臺(tái)臺(tái)面及主軸安裝下軸承安裝外圓面在0.005，按標(biāo)準(zhǔn)中心高滾切。無(wú)需找正203 法蘭盤定位安裝面，就現(xiàn)場(chǎng)加工時(shí)找正復(fù)校在0.02～0.03 的情況來(lái)看，軸承本身具有一定的調(diào)整作用。

圖1 插齒機(jī)軸承工作臺(tái)結(jié)構(gòu)

2.3 優(yōu)化底座外觀結(jié)構(gòu)

增加工作臺(tái)底座鑄件表面的斜面的坡度，去掉前方擋邊，使加工產(chǎn)生的鐵屑不容易掛留在工作臺(tái)上，在冷卻液的作用下更利于回油和排屑。同時(shí)增大轉(zhuǎn)角倒圓半徑，使機(jī)床清潔更簡(jiǎn)單。

2.4 保持原有基型零件

蝸輪與蝸桿套、聯(lián)軸器等結(jié)構(gòu)沿用基型零件，便于零件的管理，也能適應(yīng)模塊化要求。工作臺(tái)主軸軸承轉(zhuǎn)速的試驗(yàn)表明，將工作臺(tái)負(fù)載后運(yùn)行打表測(cè)量蝸輪與蝸桿的間隙，連續(xù)3 d 得出的數(shù)據(jù)分析結(jié)論表明各個(gè)時(shí)間段上蝸輪蝸桿嚙合間隙比較穩(wěn)定，蝸輪在運(yùn)行中沒(méi)有磨損。插齒機(jī)軸承工作臺(tái)應(yīng)用如圖2 所示。

圖2 插齒機(jī)軸承工作臺(tái)應(yīng)用

3 工作臺(tái)主軸軸承轉(zhuǎn)速試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

將某機(jī)床分廠現(xiàn)場(chǎng)一臺(tái)機(jī)床進(jìn)行接線開(kāi)車；測(cè)量該機(jī)床蝸輪、蝸桿的間隙（四點(diǎn)），按表1 所示記錄；機(jī)床工作臺(tái)承載載荷100 kg，即在機(jī)床工作臺(tái)上放置100 kg 實(shí)物；將工作臺(tái)以3 r/min 和4 r/min 各運(yùn)行24 h（每天8 h，共3 d，兩種轉(zhuǎn)速共6 d），每4 h 測(cè)量一次該機(jī)床蝸輪、蝸桿的間隙（四點(diǎn)），共測(cè)量6 次，兩種共12 次，按表1 記錄；將測(cè)量值記錄表格中，分柝并存檔。

試驗(yàn)記錄如表1 所示。

表1 試驗(yàn)記錄

3.2 試驗(yàn)結(jié)論分析

目前工作臺(tái)采用材料為錫青銅ZQSn10-1，硬度高，耐磨性極好，不易產(chǎn)生咬死現(xiàn)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(fù)荷（20 MPa 以下）和高滑動(dòng)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(dòng)速度8 m/s=480 m/min。以現(xiàn)有工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)4 r/min 來(lái)計(jì)算，蝸輪、蝸桿轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)嚙合面產(chǎn)生相對(duì)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(shù)80，其實(shí)際工作滑移速度60.4 m/min 遠(yuǎn)低于理論滑動(dòng)速度480 m/min，工作臺(tái)快速旋轉(zhuǎn)是可行的。從實(shí)際運(yùn)行的結(jié)果來(lái)看，在各個(gè)時(shí)間段上蝸輪蝸桿嚙合間隙均比較穩(wěn)定，蝸輪在運(yùn)行中沒(méi)有磨損，工作臺(tái)運(yùn)行4 r/min 是可行的。

4 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)亮點(diǎn)與創(chuàng)新性分析

該項(xiàng)目在現(xiàn)場(chǎng)產(chǎn)品中使用的320 型工作臺(tái)主軸軸承結(jié)構(gòu)工作臺(tái)已有8 臺(tái)，根據(jù)加工和裝配過(guò)程中的跟蹤情況來(lái)看，確實(shí)可以降低工作臺(tái)組件的加工難度，利于精度的保證。

通過(guò)對(duì)主軸軸承工作臺(tái)用戶進(jìn)行走訪，基于使用2 年的插齒機(jī)調(diào)查結(jié)果，反映了小型插齒機(jī)工作臺(tái)改主軸軸承的穩(wěn)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(chǎn)品加工的穩(wěn)定性也更高。

工作臺(tái)主軸與工作臺(tái)底座的定位孔為錐面，磨損后需要進(jìn)行刮研修配，維修技術(shù)要求較高，維修復(fù)雜且周期較長(zhǎng)。改進(jìn)型工作臺(tái)以直孔替代了錐孔，裝配過(guò)程中省去刮研工序，裝配效率有很大程度的提高。