王超俊

( 河南廣播電視大學(xué)，河南鄭州450000)

數(shù)控銑齒機(jī)的工件箱主要由蝸輪、蝸桿、伺服電機(jī)、工件箱箱體及工件拉緊油缸等幾部分組成，其主要功能是夾緊被加工齒輪并使其按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)動(dòng)。工件箱具體結(jié)構(gòu)及在銑齒機(jī)總成中的布置如圖1所示。

圖1 數(shù)控銑齒機(jī)立體總成

1 工件箱重力平衡配重的必要性

工件箱作為數(shù)控銑齒機(jī)的垂直運(yùn)動(dòng)部件，通過(guò)伺服電機(jī)帶動(dòng)螺旋絲杠實(shí)現(xiàn)沿立柱導(dǎo)軌的垂直運(yùn)動(dòng)，因重力的作用，向下運(yùn)動(dòng)時(shí)的驅(qū)動(dòng)力與重力方向相同，向上運(yùn)動(dòng)時(shí)的驅(qū)動(dòng)力與重力方向相反，如果不采取措施對(duì)重力進(jìn)行平衡，不僅影響到工件箱的運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性，而且傳動(dòng)滾珠絲杠始終承擔(dān)著工件箱的重力，會(huì)導(dǎo)致滾珠絲杠的磨損，降低滾珠絲杠的傳動(dòng)精度，從而影響機(jī)床精度的保持性。此外，采用滾珠絲杠傳動(dòng)時(shí)，由于滾珠絲杠無(wú)自鎖功能，當(dāng)控制系統(tǒng)失電時(shí)，工件箱會(huì)因重力而下滑，這是不容許的。因此，有必要對(duì)工件箱的重力平衡問(wèn)題進(jìn)行研究并加以解決。

2 工件箱配重塊平衡配重

粗切數(shù)控銑齒機(jī)床工件箱的平衡配重采用如圖2所示的配重塊配重平衡方法來(lái)進(jìn)行平衡配重。所述的配重塊平衡機(jī)構(gòu)由立柱體內(nèi)腔中的配重塊、鏈條、鏈輪、鏈輪座，工件箱等組成。鏈條的兩端分別連接工件箱和配重塊，當(dāng)交流伺服電機(jī)帶動(dòng)滾珠絲杠工作時(shí)，工件箱沿著立柱導(dǎo)軌上下移動(dòng)，鏈條的另一端連接配重塊，工件箱上下移動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)鏈條通過(guò)滑輪改變作用力的方向后，拖動(dòng)配重塊與工件箱做反方向的移動(dòng)，以達(dá)到配重的目的。

雖然配重塊平衡配重結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，但是，配重塊平衡配重會(huì)增大銑齒機(jī)的整體質(zhì)量。此外，由于工件箱與配重塊之間是非剛性連接，工件箱向下運(yùn)動(dòng)時(shí)運(yùn)動(dòng)慣量等于工件箱慣量與配重塊慣量之和;向上運(yùn)動(dòng)時(shí)總慣量?jī)H為工件箱慣量，運(yùn)動(dòng)加速度必須小于配重塊自由落體加速度，這使工件箱的速度和加速度都受到限制，因此高速、高精的數(shù)控精切銑齒機(jī)不適合選用配重塊平衡配重。

圖2 工件箱重物配重示意圖

3 工件箱液壓平衡配重

3.1 液壓平衡配重

液壓平衡配重的方法就是在工件箱重力的反方向增加一個(gè)與工件箱重力相等的液壓力，抵消工件箱重力的作用，從而減少主軸絲杠副的單面磨損，保持機(jī)床精度及運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性，能極大地提高滾珠絲杠副的壽命。當(dāng)主軸伺服控制系統(tǒng)或液壓站電源失電時(shí)可實(shí)現(xiàn)自鎖，從而確保機(jī)床控制系統(tǒng)安全、可靠地運(yùn)行。另外液壓平衡配重可調(diào)節(jié)，直至系統(tǒng)平衡。當(dāng)系統(tǒng)突然斷電時(shí)可實(shí)現(xiàn)自鎖，壓力不足時(shí)系統(tǒng)可提供報(bào)警信號(hào)，采用風(fēng)冷卻系統(tǒng)散熱，方便可靠，油壓專(zhuān)用電機(jī)使結(jié)構(gòu)更緊湊;變量泵可自動(dòng)調(diào)節(jié)流量，減少功耗。

3.2 液壓平衡配重方案設(shè)計(jì)

液壓平衡裝置布局位置很重要，應(yīng)該與主驅(qū)動(dòng)軸對(duì)稱(chēng)布局，這樣平衡缸受力均勻。分析該機(jī)床結(jié)構(gòu)，受立柱體尺寸所限以及工件箱行程要求，采用與工件箱平行的方式在立柱體的兩側(cè)安裝2 個(gè)油缸，油缸在液壓系統(tǒng)工作的情況下產(chǎn)生與工件箱重力大小相等、方向相反的液壓力，從而減輕滾珠絲杠副工作載荷，達(dá)到平衡配重的目的。如圖3 所示。

3.3 銑齒機(jī)液壓系統(tǒng)原理圖

根據(jù)系統(tǒng)的功能需要，初步擬定的數(shù)控銑齒機(jī)液壓系統(tǒng)如圖4 所示。夾緊油缸系統(tǒng)溢流閥8 起調(diào)定夾緊油缸壓力的作用;SP1 壓力繼電器起控制夾緊油缸工作壓力的作用，當(dāng)SP1 發(fā)出信號(hào)后，銑齒機(jī)進(jìn)給機(jī)構(gòu)才開(kāi)始加工工件。液壓平衡系統(tǒng)采用了兩個(gè)溢流閥，無(wú)減壓閥。平衡壓力由溢流閥12 調(diào)定，溢流閥14 的調(diào)定壓力應(yīng)大于溢流閥12，當(dāng)運(yùn)動(dòng)部件向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，單向閥截止，單向閥上端的壓力會(huì)大于平衡壓力，此時(shí)，溢流閥14 開(kāi)啟。氣體加載式蓄能器15 主要起液流緩沖作用，其充氣壓力等于0.8 倍的平衡壓力。當(dāng)運(yùn)動(dòng)部件靜止或向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，蓄能器會(huì)儲(chǔ)存部分液流量;當(dāng)運(yùn)動(dòng)部件向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，蓄能器會(huì)釋放部分液流量，以補(bǔ)充液流量的不足。

圖3 液壓平衡配重方案示意圖

圖4 液壓原理圖

4 結(jié)論

分析了數(shù)控銑齒機(jī)工件箱配重塊平衡配重方案存在的問(wèn)題，介紹了液壓平衡配重的原理，設(shè)計(jì)出了液壓平衡配重的新方案，同時(shí)給出了液壓原理圖。該方案已進(jìn)行樣機(jī)試制，實(shí)踐證明:只要各元器件選擇適當(dāng)，該工件箱運(yùn)動(dòng)的速度和加速度都能達(dá)到較大的值，從而滿(mǎn)足機(jī)床高速、高精度的性能要求。

【1】邱新橋，張桂英，張晨陽(yáng).機(jī)床垂直運(yùn)動(dòng)部件重力平衡方法的研究［J］.機(jī)械制造，2004(1):39 －41.

【2】辛濤，張黨勃，李偉龍.立式車(chē)床液壓重力平衡系統(tǒng)設(shè)計(jì)改進(jìn)的研究［J］.機(jī)械工程師，2012(1):104 －105.

【3】陸慧琴.機(jī)床液壓平衡系統(tǒng)分析［J］. 精密制造與自動(dòng)化，2001(1):15 －17.