雙齒輪輸出進(jìn)給箱的安裝工藝

盧傳杰 李革志 趙海院 王振宇

（德州普利森機(jī)床有限公司，德州 253000）

進(jìn)給箱是機(jī)床最精密的部件之一。它的安裝精度直接影響機(jī)床的工作精度、穩(wěn)定性以及使用壽命[1]。以數(shù)控車床為例，刀架X向進(jìn)給通常采用滾珠絲桿傳動(dòng)結(jié)構(gòu)形式。X向行程一般比較短，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，精度好控制。刀架Z向進(jìn)給情況比較復(fù)雜。一般情況下，Z向行程小于6 m時(shí)采用滾珠絲桿傳動(dòng)結(jié)構(gòu)形式進(jìn)給。當(dāng)行程較大時(shí)，因滾珠絲桿的扭曲、下垂及擺動(dòng)等問(wèn)題，齒輪齒條結(jié)構(gòu)應(yīng)用較為普遍。

齒輪輸出進(jìn)給箱分為單齒輪輸出和雙齒輪輸出。最大加工工件質(zhì)量在25 t以下的機(jī)床，進(jìn)給箱通常采用單齒輪輸出結(jié)構(gòu)[2-3]。單齒輪輸出進(jìn)給箱安裝工藝較為簡(jiǎn)單，只需要進(jìn)行簡(jiǎn)單的拉表、找正與緊固即可。當(dāng)機(jī)床加工工件噸位較大時(shí)，一般采用雙齒輪輸出減速箱，即兩個(gè)輸出齒輪同時(shí)與齒條嚙合[4]。對(duì)于粗加工工序，兩個(gè)齒輪同一方向的齒面與齒條嚙合，可以提高進(jìn)給剛度。對(duì)于精度要求高的場(chǎng)合，兩個(gè)齒輪不同方向的齒面與齒條嚙合，可將進(jìn)給箱反向傳動(dòng)間隙控制在較為理想的較小值。

雙齒輪輸出齒輪齒條嚙合是過(guò)定位結(jié)構(gòu)，如何保證該結(jié)構(gòu)的正確安裝是行業(yè)難點(diǎn)。如圖1所示，以數(shù)控三導(dǎo)軌車床為例，拖板2與齒條3安裝在床身4上，拖板2與床身4為滑動(dòng)結(jié)合，齒條3與床身4為固定結(jié)合，進(jìn)給箱1與拖板2為固定結(jié)合。進(jìn)給箱1為雙齒輪輸出結(jié)構(gòu)，雙齒輪與齒條3嚙合。傳統(tǒng)的安裝工藝是先對(duì)拖板2與床身4的滑動(dòng)結(jié)合面進(jìn)行刮研，以提高接觸面積，然后分別安裝齒條3、拖板2和進(jìn)給箱1。

圖1 重型臥式車床結(jié)構(gòu)圖

這種工藝主要以各零部件的尺寸精度為前提，主要存在以下問(wèn)題。第一，忽略了各零部件累計(jì)的尺寸公差。對(duì)機(jī)床各零部件進(jìn)行檢測(cè)，其尺寸公差均在理想范圍，但機(jī)床的工作性能往往不夠理想，如位置精度低、運(yùn)行不平穩(wěn)等。研究發(fā)現(xiàn)，進(jìn)給箱雙齒輪與齒條的嚙合狀態(tài)是主要影響因素，各零部件的累計(jì)尺寸公差直接影響嚙合狀態(tài)。第二，忽略了刮研過(guò)程中材料不均勻去除的因素。刮研的主要目的是增加接觸面積。觀察發(fā)現(xiàn)，對(duì)拖板刮研的過(guò)程中，材料的去除量是不均勻的。刮研完成后，拖板原始的工藝基準(zhǔn)已經(jīng)喪失。進(jìn)給箱與拖板把合后，進(jìn)給箱已經(jīng)處于傾斜狀態(tài)，雙齒輪與齒條處于不正確的嚙合狀態(tài)，造成裝配誤差較大，但該因素往往被忽略。第三，忽略了兩個(gè)齒輪與齒條都嚙合后，齒輪處于強(qiáng)制變形的嚙合狀態(tài)。用涂色法、壓線法檢測(cè)兩個(gè)齒輪的嚙合狀態(tài)，都處于理想狀態(tài)，但是機(jī)床的進(jìn)給精度、穩(wěn)定性不夠好。監(jiān)控進(jìn)給電機(jī)發(fā)現(xiàn)，單齒輪嚙合時(shí)負(fù)載小，雙齒輪嚙合后負(fù)載大，說(shuō)明雙齒輪發(fā)生了強(qiáng)制變形。

1 雙齒輪輸出進(jìn)給箱傳動(dòng)結(jié)構(gòu)

圖2是雙齒輪輸出進(jìn)給箱Ⅰ～Ⅲ軸傳動(dòng)結(jié)構(gòu)圖。其中，電機(jī)與Ⅰ軸連接采用脹套鎖緊方式，避免了傳統(tǒng)鍵傳動(dòng)反向間隙大的缺點(diǎn)。圖3為Ⅲ～Ⅸ軸傳動(dòng)結(jié)構(gòu)圖。其中，調(diào)節(jié)Ⅲ軸末端的調(diào)整螺母，Ⅲ軸可以在軸向方向微量移動(dòng)。如圖3所示，Ⅲ軸兩側(cè)分別裝有螺旋方向相反的斜齒輪，分別傳遞給兩側(cè)的傳動(dòng)鏈。當(dāng)Ⅲ軸軸線移動(dòng)時(shí)，在斜齒輪的軸向力作用下，兩側(cè)的傳動(dòng)鏈同時(shí)朝相反的方向轉(zhuǎn)動(dòng)。兩個(gè)輸出齒輪抱緊齒條，從而達(dá)到消除反向間隙的目的[5]。各傳動(dòng)軸與齒輪連接，最大可能地使用脹套結(jié)構(gòu)，可以避免普通平鍵或花鍵連接造成反向間隙較大的問(wèn)題，繼而避免影響傳動(dòng)精度。Ⅸ軸、Ⅵ軸為輸出軸，轉(zhuǎn)速最低，扭矩最大，軸與齒輪連接采用脹套結(jié)構(gòu)會(huì)降低傳動(dòng)穩(wěn)定性，故采用高精度雙鍵連接結(jié)構(gòu)。

圖2 雙齒輪輸出進(jìn)給箱Ⅰ～Ⅲ軸傳動(dòng)結(jié)構(gòu)圖

圖3 雙齒輪輸出進(jìn)給箱Ⅲ～Ⅸ軸傳動(dòng)結(jié)構(gòu)圖

2 安裝工藝

為了解決傳統(tǒng)工藝造成的裝配過(guò)程復(fù)雜、裝配精度不穩(wěn)定問(wèn)題，本工藝提供了一種機(jī)床進(jìn)給箱的安裝新方法[6]，極大地提高了進(jìn)給箱安裝精度，使得機(jī)床運(yùn)行更加平穩(wěn)。新工藝采用的裝配流程，如圖4和 圖5所示。

圖5 雙齒輪輸出進(jìn)給箱與床身、拖板安裝位置圖

如圖4所示，在上平面11留有裝配調(diào)整量和加工出工藝基準(zhǔn)面12的進(jìn)給箱內(nèi)，松開Ⅷ軸和V軸上的脹套，使齒輪與軸可以相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。將齒條3放在2個(gè)齒輪13上，用橡膠棒輕敲擊齒條上基準(zhǔn)面31和齒條側(cè)基準(zhǔn)面32，使齒條3與兩個(gè)齒輪13近似嚙合。齒條3和齒輪13均為斜齒，將齒條3自然放置到兩個(gè)齒輪13時(shí)，其齒面一般不會(huì)完全嚙合。緩慢地往復(fù)旋轉(zhuǎn)兩個(gè)齒輪13，在斜齒面的軸向力與徑向力的作用下，齒條3將發(fā)生水平位移和垂直位移，直至齒條3和齒輪13完全嚙合。此時(shí)，可用涂色法驗(yàn)證齒條3和齒輪13的嚙合接觸面積，軸向達(dá)到100%，徑向達(dá)到85%以上接觸。同時(shí)，為保證雙齒輪強(qiáng)制變形后的安裝精度，需用百分表5檢測(cè)齒條側(cè)基準(zhǔn)面32和進(jìn)給箱側(cè)基準(zhǔn)面12的平行度，檢測(cè)齒條上基準(zhǔn)面31與進(jìn)給箱上基準(zhǔn)面11的平行度。

圖4 齒條與雙齒輪輸出進(jìn)給箱安裝調(diào)整示意圖

如圖5所示，將以上組件置于安裝工位，底面用4個(gè)頂尖6支撐，使進(jìn)給箱上基準(zhǔn)面11與拖板下基準(zhǔn)面21之間、齒條上基準(zhǔn)面31與床身下基準(zhǔn)面41之間、齒條側(cè)基準(zhǔn)面32與床身側(cè)基準(zhǔn)面42之間分別留有間隙。此外，分別調(diào)整頂尖6，直至齒條上基準(zhǔn)面31與床身下基準(zhǔn)面41之間、齒條側(cè)基準(zhǔn)面32與床身側(cè)基準(zhǔn)面42之間分別平行。測(cè)量齒條上基準(zhǔn)面31與床身下基準(zhǔn)面41之間的間隙值，記為A；測(cè)量進(jìn)給箱上基準(zhǔn)面11的4個(gè)角與拖板下基準(zhǔn)面21之間的間隙值，分別依次記為B1、B2、B3、B4；按照B1、B2、B3、B4與A值的差值，計(jì)算出進(jìn)給箱上基準(zhǔn)面11的平面度銑削量，配銑基準(zhǔn)面11，鎖緊Ⅷ軸和V軸上的脹套。最后，將進(jìn)給箱1裝配在拖板2上，進(jìn)給箱安裝完成。移動(dòng)進(jìn)給箱，檢查裝配后的齒輪13與齒條3的接觸面，判定進(jìn)給箱的裝配符合要求。

新工藝實(shí)施后，連續(xù)多次對(duì)裝配的進(jìn)給箱齒輪與齒條接觸情況進(jìn)行跟蹤檢測(cè)，都能達(dá)到技術(shù)要求，且使機(jī)床Z向位置精度高于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)1～3倍，精度穩(wěn)定，Z向位置精度一次交檢合格率達(dá)到100%。

3 結(jié)語(yǔ)

實(shí)踐證明，雙齒輪輸出進(jìn)給箱裝配新工藝先讓雙輸出齒輪與齒條正確嚙合，再選擇進(jìn)給箱上平面作為調(diào)整對(duì)象，通過(guò)配銑一次加工完成，避免了多次調(diào)整造成的裝配精度不穩(wěn)定、人力物力的消耗等，有效解決了原裝配工藝的諸多不足，大大提高了雙齒輪輸出進(jìn)給箱裝配的精度、效率。此外，新裝配工藝在精密分度雙牙棒進(jìn)給箱裝配中進(jìn)行了推廣應(yīng)用，效果 良好。