【摘要】數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)是整個(gè)機(jī)床加工過(guò)程的重要組成，在進(jìn)行相應(yīng)的零件加工時(shí)，被加工件的加工精度會(huì)極大地受到進(jìn)給系統(tǒng)的影響。因此要想保證零件的加工精度，提高加工質(zhì)量，就要對(duì)機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)所存在的間隙進(jìn)行準(zhǔn)確的掌握，并采取有效的技術(shù)或結(jié)構(gòu)措施等，消除這種間隙，從而提高位移及運(yùn)動(dòng)精度，保證加工質(zhì)量。本文中對(duì)數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)中常用到的消隙結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)的分析與探討。

【關(guān)鍵詞】消隙；進(jìn)給系統(tǒng)；齒輪齒條；滾珠絲杠

在使用數(shù)控機(jī)床進(jìn)行零件加工時(shí)，雖然工作效率及零件統(tǒng)一性均有所提高，但是也存在著一些問(wèn)題，機(jī)床間隙就是嚴(yán)重影響零件加工精度的重要因素，因此要采取合理的措施進(jìn)行機(jī)床消隙，提高加工精度?，F(xiàn)今的機(jī)床消隙結(jié)構(gòu)可大致分為滾球絲杠傳動(dòng)和齒輪齒條傳動(dòng)方式兩種，下文將對(duì)各種方式中不同結(jié)構(gòu)的消隙原理及特點(diǎn)進(jìn)行闡述。

一、滾珠絲杠傳動(dòng)

做為一種較為常用的傳動(dòng)方式，滾球絲杠傳動(dòng)通常情況下具有傳動(dòng)效率高、運(yùn)動(dòng)更加平衡、靈活性高、使用壽命長(zhǎng)等諸多的特點(diǎn)，但是在其本身DN參數(shù)值及極限轉(zhuǎn)速等因素的局限，這一技術(shù)通常只在中小行程的數(shù)控機(jī)床中得到使用。

1.雙螺母消隙絲杠

雙螺母消隙絲杠結(jié)構(gòu)屬于滾珠絲杠范疇之內(nèi)，其結(jié)構(gòu)由兩個(gè)螺母及一個(gè)調(diào)整墊片共同構(gòu)成，如圖1所示。以預(yù)知機(jī)床運(yùn)動(dòng)精度、切削抗力等因素的前提下，將預(yù)緊力提前計(jì)算出來(lái)，并通過(guò)對(duì)調(diào)整墊片厚度的選配，使得兩上螺母之前產(chǎn)生方向本反的預(yù)緊力，從而使兩個(gè)螺母、絲杠以及滾球均實(shí)現(xiàn)軸向移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)消除絲杠間隙的最終目的，也相應(yīng)的提高了絲杠的剛性。

該結(jié)構(gòu)是我國(guó)現(xiàn)用的絲杠傳動(dòng)機(jī)床中較為常用的一種消隙結(jié)構(gòu)，其具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、調(diào)整方便、便于維修等諸多優(yōu)點(diǎn)，特別是當(dāng)絲杠使用的時(shí)間較長(zhǎng)，產(chǎn)生了一定程度的磨損，且間隙有所增大時(shí)，也不用重新更換設(shè)備，只要將墊片進(jìn)行重新配制后，使可繼續(xù)使用，并能夠保證原有的精度。但其也存在一定的缺點(diǎn)，由于相較于其它結(jié)構(gòu)多出了中間墊片這種結(jié)構(gòu)，使得這種消隙結(jié)構(gòu)的螺母長(zhǎng)度在諸多的絲杠類結(jié)構(gòu)中是最長(zhǎng)的一種。

2.復(fù)合螺母消隙絲杠

復(fù)合螺母消隙絲杠的工作原理十分接近于雙螺母絲杠預(yù)緊結(jié)構(gòu)，只有其使用的是變位導(dǎo)程預(yù)緊方式。該預(yù)緊方式是在由CNC控制的高精度外圓磨床磨削工作進(jìn)程中，在對(duì)分界面處導(dǎo)程△P值進(jìn)行控制的過(guò)程中，使?jié)L球的兩個(gè)循環(huán)與一個(gè)螺母及絲杠形成反向位移，從而得到預(yù)緊力而消除間隙。該結(jié)構(gòu)有效的消除了雙螺母結(jié)構(gòu)存在的形位誤差，使得整體的螺母結(jié)構(gòu)更為緊湊，質(zhì)量變輕，結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，可以滿足一定的加工精度要求。但是這種結(jié)構(gòu)不適用于加工精度要求較高的數(shù)控機(jī)床設(shè)備，長(zhǎng)時(shí)間使用造成磨損后精度下降，維修復(fù)雜，且只有更換螺母才能完成維修。

3.低預(yù)緊無(wú)間隙單螺母絲杠

這種結(jié)構(gòu)絲杠滾道截面為雙圓弧型式，絲杠滾珠尺寸比螺母和絲杠滾道所構(gòu)成的雙圓弧直徑稍大，這時(shí)滾珠會(huì)與螺母和絲杠產(chǎn)生小過(guò)盈配合，有四個(gè)接觸點(diǎn)，通常稱這種接觸為“X式接觸”。為保證裝配的方便，這個(gè)過(guò)盈值一般不會(huì)很大，因此螺母的預(yù)緊力小于前兩種結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)也比較簡(jiǎn)單，螺母長(zhǎng)度最小。由于這種絲杠接觸點(diǎn)多，運(yùn)行時(shí)溫升和磨損較大，一般常用于機(jī)床垂直軸或者傾斜軸。

二、齒輪傳動(dòng)

齒輪傳動(dòng)方式的消隙結(jié)構(gòu)的應(yīng)用范圍更為廣泛，其不但可以應(yīng)用于大行程直線進(jìn)給系統(tǒng)的消隙工作中，也能夠完成回轉(zhuǎn)系統(tǒng)的消隙任務(wù)。該結(jié)構(gòu)的理論設(shè)計(jì)中本應(yīng)該不存在側(cè)隙，但在實(shí)際的加工中，為了達(dá)到補(bǔ)償加工及安裝等工序帶來(lái)的尺寸誤差，避免卡死情況的發(fā)生，必須在輪齒的非工作面上預(yù)置一定的齒間側(cè)隙，以避免因誤差或熱變等而造成的輪齒卡死現(xiàn)象的發(fā)生，除了這項(xiàng)作用外，這些側(cè)隙的存在還能夠?yàn)闈?rùn)滑油膜提供存在空間。側(cè)隙的存在雖然起到了一定的有利作用，但使用機(jī)構(gòu)反轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)存在空程，使得機(jī)構(gòu)無(wú)法實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確定位，因此要采用一定的消隙機(jī)構(gòu)來(lái)消除或縮小側(cè)隙，使側(cè)隙帶來(lái)的不利影響降到最低。齒輪消隙的一般原理是，使用兩組齒輪分別接觸齒條的前后齒面，消除傳動(dòng)間隙。

1.雙片斜齒輪軸向彈簧消隙

本結(jié)構(gòu)是在傳動(dòng)軸上同時(shí)安裝齒輪和齒輪，兩齒輪通過(guò)平鍵軸向固定，兩齒輪中間裝有彈簧，將兩個(gè)齒輪漲開(kāi)，使兩齒輪間留有余量。然后通過(guò)端面彈簧和螺母調(diào)整預(yù)載。裝配時(shí)先調(diào)整好齒輪和齒條的中心距，使齒輪和齒條的間隙不大于0.1mm，這時(shí)調(diào)節(jié)螺母，控制齒輪和齒輪的軸向位移，使兩齒輪嚙合處齒面分別砥柱齒條前后齒面，消除齒側(cè)間隙，達(dá)到適當(dāng)?shù)念A(yù)加載扭矩。這種消隙方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)整方便。

2.機(jī)械預(yù)載雙齒輪消隙

該消隙結(jié)構(gòu)是由伺服電機(jī)同時(shí)驅(qū)動(dòng)減速箱和，兩組減速箱安裝在同一箱體上，并通過(guò)傳動(dòng)軸中間的扭力聯(lián)軸器使兩個(gè)齒輪間產(chǎn)生相反方向的預(yù)加載荷，使兩齒輪分別與相嚙合齒條的前后面接觸實(shí)現(xiàn)消隙。這種方式安裝方便，并且只需一個(gè)電機(jī)傳動(dòng)，對(duì)數(shù)控系統(tǒng)要求較低，但對(duì)齒輪齒條精度要求較高。

3.電氣預(yù)載雙齒輪消隙

電氣預(yù)載消隙方式，是隨著電氣控制技術(shù)和功能部件的快速發(fā)展而產(chǎn)生的。其消隙原理和機(jī)械預(yù)載方式基本一致，都是利用兩個(gè)齒輪的反向預(yù)載扭矩分別作用于齒條正反兩面消除間隙。不同廠家數(shù)控系統(tǒng)中控制的方式有所差別，西門子數(shù)控系統(tǒng)中雙電機(jī)消隙是由主從軸控制功能實(shí)現(xiàn)的。機(jī)床靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，驅(qū)動(dòng)軸和制動(dòng)軸之間產(chǎn)生張力，使兩個(gè)齒輪分別作用于齒條正反兩面實(shí)現(xiàn)消隙；機(jī)床加速運(yùn)動(dòng)時(shí)，驅(qū)動(dòng)軸在出力的過(guò)程中，制動(dòng)軸張力減小直至為零，然后反向與驅(qū)動(dòng)軸同時(shí)供給機(jī)床動(dòng)力。

結(jié)語(yǔ)

本文中介紹了多種常用的消隙結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)的有效使用大大緩解了因進(jìn)給間隙而造成的誤差，在進(jìn)行數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)者要全面的結(jié)合機(jī)床的加工精度要求、用途及加工成本等多個(gè)方面因素，進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)，從而使得所使用的數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)及相應(yīng)的消隙結(jié)構(gòu)在滿足使用要求的前提下，設(shè)備投入資金較低，進(jìn)而降低生產(chǎn)成本投入。此外，除了以上的有隙進(jìn)給方式外，還有直線電機(jī)傳動(dòng)、雙導(dǎo)程蝸桿傳動(dòng)等多種無(wú)間隙進(jìn)給，但這些方式存在結(jié)構(gòu)及經(jīng)濟(jì)投入大等多種問(wèn)題，在日常生產(chǎn)中較少使用。

參考文獻(xiàn)

[1]劉志兵，孫志強(qiáng).雙電動(dòng)機(jī)消隙驅(qū)動(dòng)在大重型機(jī)床上的應(yīng)用[J].制造技術(shù)與機(jī)床，2010（04）.

[2]易剛.數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的精度分析[J].金屬加工（冷加工），2011（04）.

[3]陳光勝，李郝林，林獻(xiàn)坤.數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械剛度的閉環(huán)參數(shù)辨識(shí)[J].中國(guó)機(jī)械工程，2013（14）.