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        機(jī)械雙擺頭中的蝸輪蝸桿消隙結(jié)構(gòu)

        2014-08-23 11:12:54大連東方專(zhuān)用機(jī)床有限公司遼寧116113
        金屬加工(冷加工) 2014年10期
        關(guān)鍵詞:蝸桿傳動(dòng)蝸輪蝸桿

        大連東方專(zhuān)用機(jī)床有限公司 (遼寧 116113) 李 凡

        大連連城數(shù)控機(jī)器股份有限公司 (遼寧 116036) 張樹(shù)禮

        雙擺頭又稱(chēng)叉型銑頭、五軸頭,可完成主軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)及A、C軸的連續(xù)擺動(dòng)。A、C軸擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)及機(jī)床的X、Y、Z軸的直線運(yùn)動(dòng),構(gòu)成機(jī)床的五坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)。以雙坐標(biāo)擺動(dòng)主軸頭為例,其主軸傳動(dòng)是以齒輪傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)形式實(shí)現(xiàn),A、C軸的傳動(dòng)以蝸輪蝸桿的方式實(shí)現(xiàn),這種風(fēng)格的主軸頭體可以實(shí)現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩切削,但各個(gè)坐標(biāo)的擺動(dòng)速度及主軸的旋轉(zhuǎn)速度往往由于結(jié)構(gòu)的限制,不能做到非常理想,在黑金屬加工方面就具有明顯的優(yōu)勢(shì),這種結(jié)構(gòu)也是傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方式。國(guó)外專(zhuān)業(yè)頭體生產(chǎn)廠家及各個(gè)有能力設(shè)計(jì)生產(chǎn)的主機(jī)廠家已經(jīng)非常成熟,并且已經(jīng)大量裝備到機(jī)床上,已經(jīng)有一定的歷史了,其裝備的機(jī)床主要特點(diǎn)為重型化、復(fù)合化,主軸轉(zhuǎn)速基本能達(dá)到3500~4500 r/min,主軸轉(zhuǎn)矩可以達(dá)到1000 N·m左右,坐標(biāo)軸的回轉(zhuǎn)速度一般在20 r/min左右,其配置的機(jī)床可實(shí)現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩的5軸加工,5面加工等其他普通機(jī)床難以實(shí)現(xiàn)的特殊加工部位的大轉(zhuǎn)矩加工,普遍應(yīng)用在造船、礦山、機(jī)車(chē)等行業(yè)的大型箱體類(lèi)等異性零件及復(fù)雜零件的粗、精加工領(lǐng)域。

        長(zhǎng)期以來(lái),雙擺頭技術(shù)被國(guó)外壟斷。我國(guó)航空、發(fā)電、造船等領(lǐng)域大都從國(guó)外進(jìn)口,來(lái)完成高質(zhì)量的葉輪、螺旋槳等空間曲面的加工。而我國(guó)生產(chǎn)的龍門(mén)加工中心所配用的角度頭,大都是如圖1所示結(jié)構(gòu)的直角頭。

        圖1

        近年來(lái),隨著技術(shù)的進(jìn)步,我國(guó)在國(guó)家重大科技項(xiàng)目上,對(duì)雙擺頭技術(shù)進(jìn)行了攻關(guān)研究,一是適合高速加工的電主軸式雙擺頭;二是適應(yīng)重切削大轉(zhuǎn)矩的機(jī)械式雙擺頭的研究,使國(guó)產(chǎn)雙擺頭成功問(wèn)世,其技術(shù)水平和質(zhì)量接近或達(dá)到世界同類(lèi)產(chǎn)品的先進(jìn)水平。

        機(jī)械雙擺頭雖然體積不大,但結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜,既有主電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),使主軸旋轉(zhuǎn);又有擺動(dòng)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),使主軸完成擺動(dòng)動(dòng)作,在5軸龍門(mén)加工中心中稱(chēng)為A軸;另外,還有回轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),使主軸頭完成繞垂直軸的回轉(zhuǎn)動(dòng)作,在5軸龍門(mén)加工中心中稱(chēng)為C軸。

        由圖2可見(jiàn),機(jī)械雙擺頭3個(gè)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在有限的空間里組合在一起,不僅設(shè)計(jì)難度大,制造與裝配更為復(fù)雜,因此,在未出現(xiàn)電主軸雙擺頭之前,世界上只有幾個(gè)國(guó)家能制造。由于機(jī)械雙擺頭要求運(yùn)動(dòng)精度高,因此,其傳動(dòng)的直齒輪、錐齒輪和蝸輪蝸桿的精度要求更高。僅以主軸頭回轉(zhuǎn)系統(tǒng)為例 (C軸),所采用的蝸輪蝸桿傳動(dòng),就采用了特殊的消隙結(jié)構(gòu)。由于蝸輪蝸桿傳動(dòng)摩擦力較大,磨損嚴(yán)重,運(yùn)行一定時(shí)間后螺旋齒與蝸輪齒之間會(huì)產(chǎn)生較大間隙,而高精度雙擺頭是不允許有較大間隙的。下面是一種機(jī)械雙擺頭的參數(shù):

        圖2

        機(jī)械傳動(dòng)A、C軸可交換擺動(dòng)主軸頭(蝸輪蝸桿傳動(dòng)):軸功率28/43 kW;主軸最高轉(zhuǎn)速5600 r/min;主軸最大轉(zhuǎn)矩638/971 N·m;A/C軸轉(zhuǎn)速 25°/s;A/C軸回轉(zhuǎn)分辨率為 0.001°;A/C軸驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩7000 N·m;A/C夾緊轉(zhuǎn)矩20000 N·m;刀柄形式為BT50/JT50;刀具夾緊方式:碟形彈簧;刀具松開(kāi)方式:液壓;擺動(dòng)軸到主軸頭距離270 mm;A軸擺動(dòng)范圍:±100°;C軸擺動(dòng)范圍:±n×360°。

        從上述參數(shù)中看到,A/C軸的回轉(zhuǎn)分辨率是0.001°,精度如此之高,若蝸輪蝸桿的間隙過(guò)大,A/C的重復(fù)定位精度就會(huì)很低,滿足不了高精度5軸機(jī)床的加工需要。因此,在蝸桿的設(shè)計(jì)時(shí),采用了分體式消隙結(jié)構(gòu)。

        圖3是可調(diào)整傳動(dòng)間隙的蝸輪蝸桿傳動(dòng)裝置,其結(jié)構(gòu)原理是安裝在機(jī)體上的蝸輪蝸桿,蝸桿做成分體式,即由套筒式蝸桿和心軸式蝸桿組成。心軸式蝸桿一端的軸體部分插裝在套筒式蝸桿的內(nèi)孔,并固定聯(lián)接成一體的結(jié)構(gòu)。套筒蝸桿外側(cè)的蝸桿齒與心軸蝸桿外側(cè)的蝸桿齒形成與蝸輪相嚙合的蝸桿螺旋齒。在套筒蝸桿的一端裝有軸承,在心軸蝸桿的一端也裝有軸承,兩端固定安裝在機(jī)體上,并設(shè)有調(diào)整軸向間隙的調(diào)整墊。

        圖3

        當(dāng)蝸輪蝸桿使用一段時(shí)間后,如果蝸桿螺旋齒與蝸輪齒間隙變大,可隨時(shí)改變調(diào)整墊厚度,以調(diào)整軸向間隙的大小,從而保持蝸桿螺旋齒與蝸輪齒的間隙處于理想狀態(tài),達(dá)到運(yùn)行平穩(wěn)、噪聲小、動(dòng)力傳遞精度高的目的。

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