摘要：研究設計的數(shù)控雙齒輪消隙減速機，通過采用脹套連接，并且同時調(diào)整消隙軸齒的相對轉(zhuǎn)角，使齒輪往相反方向轉(zhuǎn)動，達到高精度齒合，沒有反向的傳動間隙，從而達到消隙的目的。結合準直儀的精確實時測量，對數(shù)控機床的定位精度進行分析，分析結果表明其消隙減速機的精度在規(guī)范要求的范圍內(nèi)，說明消隙減速機的消隙效果還是很良好的，特別適用于重型、大型數(shù)控機床的進給傳動，在實際工程中有廣泛應用。

關鍵詞：數(shù)控機床;消隙機構;定位精度

1.引言

齒輪傳動是一種廣泛應用于各種機械設備的一種傳動方式，具有傳動效率高，運作比較平穩(wěn)等特點。在一般的伺服機電系統(tǒng)中，普通齒輪的齒側(cè)間隙回轉(zhuǎn)誤差會造成伺服系統(tǒng)反應滯后，降低數(shù)控機床的精度。特別是在大型、重型數(shù)控機床中，必須要提高齒輪的傳動精度，減小進給傳動鏈的反向間隙，以此提高機床的坐標定位精度。再者，需要加長進給的傳動鏈，增大傳動扭矩，減小脈沖當量。在齒輪傳動過程中，齒側(cè)間隙一直是傳動機構正常工作的必要條件，但是由于齒側(cè)間隙的存在會導致齒輪反向運動時死區(qū)的存在，降低系統(tǒng)的傳動精度，并影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性，不利于數(shù)控機床精細制作。因此在數(shù)控機床的設計制造中，怎么消除齒側(cè)間隙具有重大的工程意義。

2.雙齒輪消隙的設計原理

數(shù)控機床雙齒輪的消隙結構如圖1所示，采用全閉環(huán)封閉系統(tǒng)。輸入軸2上的兩個斜齒輪的模數(shù)、齒數(shù)是相同的但是旋轉(zhuǎn)方向卻相反，軸1和軸3上的兩個齒輪數(shù)、模數(shù)等相關參數(shù)相同而旋轉(zhuǎn)方向相反，分別與輸入軸2上的兩個斜齒輪相互咬合。齒輪4和齒輪6參數(shù)相同，可以是直齒輪也可以是斜齒輪，但斜齒輪相對來說傳動更穩(wěn)定。

1，3-輸出軸;2-輸入軸;4，6-出齒輪;5-齒帶

圖1?雙齒輪消隙設計原理

進給傳動由齒輪2輸入，再通過兩個斜齒輪分別傳遞給齒輪軸1和齒輪軸3，然后由齒輪4和齒輪6帶動齒輪帶5，從而帶動各個部件的移動。

如果在齒輪軸2施加軸向力F，那么軸2上的兩個斜齒輪將產(chǎn)生微量的軸向移動，從而帶動軸1和軸3轉(zhuǎn)動相反的微小角度，使齒輪4和齒輪6與緊貼齒輪帶，消除齒輪間隙。當伺服電機帶動齒輪2軸正向轉(zhuǎn)動的時候，齒輪軸1和軸3向相反的方向轉(zhuǎn)動，此時，由齒輪4驅(qū)動齒輪帶向左移動，齒輪6空轉(zhuǎn)。反之，當伺服電機帶動齒輪軸2反向轉(zhuǎn)動時，齒輪軸1和軸3同時會發(fā)生正向轉(zhuǎn)動，此時由齒輪6驅(qū)動齒輪帶向右移動，齒輪4空轉(zhuǎn)。由于齒輪4和齒輪6分別緊貼齒輪帶的相反面，坐標運動的部件需要反向進給的時候，齒輪4和齒輪6會馬上驅(qū)動齒輪改換方向，從而在方向傳動時也不會產(chǎn)生齒輪間隙。

3.雙齒輪消隙的精度

對于滾珠絲杠來說，精度對數(shù)控機床的加工精細度有很大的影響，特別是在半閉環(huán)的加工系統(tǒng)中，定位的精度在很大程度上會受到滾珠絲杠的精度的影響。滾珠絲杠自身的螺距誤差是造成數(shù)控機床產(chǎn)生偏差的主要原因。螺距誤差的計算公式如下：

（1）

式中：為滾珠絲杠的相鄰的兩個螺牙的螺距誤差;為滾珠絲杠螺紋的旋合長度內(nèi)的螺距累計?。

本文以采用德國的KRT含尼龍彈性體的聯(lián)軸器為例，在機床的運轉(zhuǎn)過程中，尼龍彈性體的變形將會復印到滾珠絲杠上面，并且會對進給系統(tǒng)的精度產(chǎn)生影響。彈性變形反映待進給系統(tǒng)的執(zhí)行部件上的誤差計算公式如下：

（2）

式中：是撓性聯(lián)軸器尼龍彈性體的扭轉(zhuǎn)角度變形量;t為滾珠絲杠的螺距;為進給誤差。

聯(lián)軸器尼龍彈性體的變形量非常小，而且尼龍彈性體的復映誤差和一般的滾珠絲杠螺距誤差相比，比其精確很多，不在一個數(shù)量級上。因此對于這種驅(qū)動結構，可以忽略傳動精度的影響。

在數(shù)控機床的運轉(zhuǎn)過程中，變速箱的齒輪消隙結構的優(yōu)良決定了和其連接的回轉(zhuǎn)臺的定位精度。通過實際測量數(shù)控機床回轉(zhuǎn)工作臺的定位精度，可以驗證齒輪消隙效果的好壞。

數(shù)控機床的回轉(zhuǎn)工作臺的定位精度是這樣定義的：在來或者回兩個方向的最大值與最小值的差值。而重復定位精度是這樣定義的：在來或者回的兩個方向上最大的重復定位精度6sj。根據(jù)數(shù)控機床的實測結果，數(shù)控機床在順時針旋轉(zhuǎn)時，在回轉(zhuǎn)臺分度值150°下測得的平均位置偏差為+3sj，最大值為5.842″，在回轉(zhuǎn)臺分度值360°下測得的平均位置偏差為-3sj，最小值為-1.043″。從而可以得到回轉(zhuǎn)臺順時針旋轉(zhuǎn)時的定位精度為6.885″。在回轉(zhuǎn)臺分度值為120°的情況下，得到重復定位的精度6sj的最大值為3.286″，所以回轉(zhuǎn)臺的重復定位精度為3.286″。通過測試驗證了此雙齒輪消隙減速機的消隙效果良好，能達到工程需要的定位精度和重復定位精度。

4.結論

本文通過設計的數(shù)控機床雙齒輪消隙減速機結構，保證了消隙結構有很大的可調(diào)性，并且機床結構在調(diào)整安裝方面都很方便。而且還提高了數(shù)控機床精確定位的穩(wěn)定性，通過測試試驗證明了機床回轉(zhuǎn)工作臺的定位精度在規(guī)范要求的去殼范圍之內(nèi)。設計的消隙減速機與齒條匹配，用閉環(huán)控制，并且機床的定位精度高，定位穩(wěn)定，可用于重型、大型機床的進給驅(qū)動，使用效果良好，對于數(shù)控機床的齒輪消隙有很大幫助，同時設計的數(shù)控機床齒輪消隙結構為大型機床的消隙結構設計提供了依據(jù)。

參考文獻：

[1]鐘文斌，田貴磊，肖圣龍.雙齒輪消隙結構的研制與分析[J].機械設計與制造，2014（4）

[2]喬保中.數(shù)控機床進給系統(tǒng)傳動消隙結構分析[J].現(xiàn)代制造技術與裝備，2010（1）

作者簡介：

徐言（1993-），男，現(xiàn)為長江大學機械工程學院本科學生。