應(yīng)用于AB 軸擺頭的雙導(dǎo)程蝸輪蝸桿消隙裝置

白旭++高崇++劉爽

摘 要：應(yīng)用于AB 軸擺頭的雙導(dǎo)程蝸輪蝸桿消隙裝置，適用于各種擺頭機(jī)構(gòu)的消隙及驅(qū)動，可滿足擺頭的擺軸快速擺動，扭矩大，剛性強的要求。

關(guān)鍵詞：AB軸擺頭；雙導(dǎo)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(lián)動加工中心

中圖分類號：TH16 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

前言

近年來，隨國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)健康高速發(fā)展，我國數(shù)控機(jī)床技術(shù)得到了快速發(fā)展和長足進(jìn)步，但和國際先進(jìn)水平相比還有相當(dāng)大差距。特別是五坐標(biāo)聯(lián)動、大型數(shù)控機(jī)床的市場份額為國外品牌所占領(lǐng)。機(jī)床工業(yè)的現(xiàn)狀致使我國航空結(jié)構(gòu)件數(shù)控加工裝備長期以來以國外進(jìn)口設(shè)備為主，尤以帶AB 軸擺頭結(jié)構(gòu)的五軸加工中心等高技術(shù)關(guān)鍵裝備接近100%依賴進(jìn)口。由于這類設(shè)備采購時必須向設(shè)備生產(chǎn)國申請許可證，設(shè)備的獲取性受國際政治因素影響很大，經(jīng)常出現(xiàn)關(guān)鍵重要設(shè)備采購延誤或采購不到而影響到飛機(jī)制造企業(yè)的科研和生產(chǎn)任務(wù)的完成。

當(dāng)今常用的擺頭的驅(qū)動結(jié)構(gòu)有：齒輪齒圈式、伸縮支鏈?zhǔn)胶碗p段蝸輪蝸桿式。而此三種常用的結(jié)構(gòu)都有些致命的缺點：定位精度差；結(jié)構(gòu)復(fù)雜，系統(tǒng)要求高；側(cè)隙調(diào)整難和蝸桿發(fā)熱大等。

結(jié)構(gòu)及特點

為解決擺頭的驅(qū)動結(jié)構(gòu)問題，本文提出一套雙導(dǎo)程蝸輪蝸桿消隙裝置及制造方法，適用于各種擺頭機(jī)構(gòu)的消隙及驅(qū)動，可滿足擺頭的擺軸快速擺動，扭矩大，剛性強的要求。

雙導(dǎo)程蝸輪蝸桿消隙裝置，適用于各種擺頭機(jī)構(gòu)的消隙及驅(qū)動，其特征在于采用雙導(dǎo)程蝸桿結(jié)構(gòu)，伺服電機(jī)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(dǎo)程蝸桿的驅(qū)動下實現(xiàn)擺動，雙導(dǎo)程蝸桿采用固定- 浮動的支撐方式，雙導(dǎo)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(dǎo)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(jī)；雙導(dǎo)程蝸桿固定端的球軸承兩側(cè)還各自設(shè)置推力球軸承并鎖緊固定端，實現(xiàn)軸向止推；在雙導(dǎo)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(xiàn)潤滑。

制造方法：

制造上述雙導(dǎo)程蝸輪蝸桿消隙結(jié)構(gòu)，先設(shè)定蝸輪蝸桿傳動比、設(shè)計出蝸輪蝸桿嚙合的中心距為280±0.02mm，給出框架加工參數(shù)、設(shè)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(shè)定電機(jī)和蝸輪蝸桿傳動比120 ∶ 1 ；軸向消隙的調(diào)整距離為5mm ；按上述結(jié)構(gòu)裝配后用調(diào)整墊調(diào)整消除雙導(dǎo)程蝸輪蝸桿的側(cè)隙，用調(diào)整墊調(diào)整徑向范圍為5mm，墊每調(diào)整1mm，軸向間隙可變化0.03mm，側(cè)隙調(diào)整目標(biāo)為0.02mm 以內(nèi)，所以通過計算：0.02×1/0.03 ≈ 0.67mm，得出調(diào)整墊的厚度應(yīng)該比理論值大0.67mm，以此為原則，調(diào)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(jié)果為準(zhǔn)，只用調(diào)整墊就能保證側(cè)隙調(diào)至0.02mm 以內(nèi)。

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

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(dǎo)程蝸輪蝸桿磨損比較大的缺點。這套雙導(dǎo)程蝸輪蝸桿裝置擺動扭矩可達(dá)到4000N.m，擺速可達(dá)到10rpm，適用于大扭距，高速切削加工的五軸聯(lián)動加工中心。

工作狀態(tài)描述：

伺服電機(jī)通過大帶輪帶動齒形帶帶動小帶輪旋轉(zhuǎn)，小帶輪在脹緊套的作用下與雙導(dǎo)程蝸桿固定，通過脹緊套帶動雙導(dǎo)程蝸桿轉(zhuǎn)動，雙導(dǎo)程蝸桿在球軸承組的支撐下轉(zhuǎn)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(dǎo)程蝸桿帶動蝸輪傳動，蝸輪轉(zhuǎn)動實現(xiàn)了擺軸的擺動。整個傳動采用圖3所示的支撐結(jié)構(gòu)，固定端A 通過一組推力軸承實現(xiàn)軸向止推，一組球軸承實現(xiàn)支撐，浮動端B 也是依靠一組球軸承實現(xiàn)支撐，這種支撐易于釋放蝸輪蝸桿傳動中發(fā)熱產(chǎn)生的熱伸長。

應(yīng)用擴(kuò)展：

應(yīng)用雙導(dǎo)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(jī)床幾何精度和生產(chǎn)效率。此帶雙導(dǎo)程蝸輪蝸桿消隙裝置可擴(kuò)展應(yīng)用于機(jī)床轉(zhuǎn)臺及各類擺頭。

參考文獻(xiàn)

[1] 濮良貴 機(jī)械設(shè)計（第五版） 高等教育出版社，1994.