浅谈数控落地式镗铣床X轴进给箱结构优化

摘要：根据现场安装调试和用户意见反馈，现对我厂生产的落地式镗铣床结构进行优化，提高数控机床的X轴的数控精度和稳定性。

关键词：落地式镗铣床；进给箱；反向间隙；稳定性

中图分类号：TB2文献标识码：B 文章编号：1009-9166（2011）0014(C)-0129-02

随着电子，机械和液压技术的不断进步和提高，数控机床的自动化的程度也有了长足的进步。在这几年里，我厂生产的数控落地式铣镗床采用德国西门子数控系统可实现任意四轴联动，可完成空间位置面加工及曲面外轮廓的加工。机床各轴具有良好的动态性能，不存在不稳定现象。例如：低速爬行、震荡的现象等。但早期用户经常反映在机加过程中滑座（X轴）进给箱经常出现爬行、震荡且同时伴有反向间隙大的现象。针对此种情况，我们认真研究出现此种问题的原因，同时不断的更改结构，来适应使用要求，通过不断的摸索我们发现生此情况主要原因在于进给箱中的消隙涨圈没有锁紧或是锁紧后保持时间短所致。于是我们考虑改用其它形式的涨圈和更改涨圈的安装位置，来改变此种情况。经一段时间的实践验证更换这种新式结构后上述问题基本消逝，解决了上述问题。现已经广泛的用在数控落地式镗铣床的进给系统当中。现我把改进后的新式的介绍给大家分享。

我厂生产的数控型落地式镗铣床X轴进给系统采用的是双牙棒消隙结构，内部是由多级齿轮传动组成，齿轮通过涨圈涨紧实现与床身齿条的精确啮合来消除滑座的反向间隙。如上图所示。通过现场调试和用户反馈发现这种结构存在主要问题有：1、从安装调整方面来说，进给系统消隙调整困难；2、从受力方面来说，由于Ⅴ轴受力较大，涨圈锁紧后稳定性差，使用一段时间后就出现消隙涨圈松动反向间隙增大的现象；3、从机床稳定性方面来说，当滑座进给轴出现间隙后，数控机床就出现振荡，造成机床的不稳定。针对以上这些问题，我们仔细研究发现产生涨圈松动间隙不稳定的主要原因有以下几个方面：因素一：涨圈锁紧位置有问题，Ⅴ轴扭矩较大，不利于涨圈的锁紧，使用一段时间后容易松动。原结构采用国产涨圈，涨圈锁紧性能不好。锁紧力不足，容易涨偏且不易拆卸。因素二：装配调整有问题，由于单件清洁度差，造成涨圈与齿轮的有效接触面积变小，造成涨圈易产生松动。因素三：滑座间隙调整有问题，造成运行阻力大，使涨圈产生松动。对以上问题逐一进行比对研究。对胀圈所在的轴进行受力分析：

据扭矩计算公式，电机输出扭矩为：M=9550P/n，

由此可以推算出

Ⅳ轴扭矩为：M4=9550P/n4

Ⅳ轴转速为：n4=n×z1/z2×z2’/z3×z3’/z4

Ⅴ轴转速为：n5=n4×z4’/z5

V轴扭矩为M5=9550P/n5，M5/M4=n4/n5=z5/z4’M5=M4×z5/z4’

z5＞z4’M4＜M5

以上结果可知，Ⅳ轴涨紧所需扭矩小于Ⅴ轴，我们将胀套的位置更改到Ⅳ轴上减少涨圈所承受的扭矩的大小，改善了涨圈的受力的大小。于是我们提出如下改进方案。

以往41部进给箱消隙锁紧涨圈的过程是首先要将Ⅴ轴上端轴承套拿出，提起Ⅲ轴，然后消除间隙，锁死胀圈，最后再将其他零部件一一还原。为了改善调整过程，提高涨圈的稳定性，我们将涨圈移从Ⅴ轴至Ⅳ轴后，改变齿轮的尺寸，并且增加了工艺孔。现在只需拿出Ⅳ轴最上面的法兰盘，就可以直接消除间隙了。调整的时间也大大缩短了。如下为胀圈位置变动对照图：

通过结构调整和受力分析，发现原来所使用的涨圈不是十分理想，根据现在实际情况，决定使用新型的进口胀圈，进一步改善胀圈和整个滑座进给系统的使用机械性能。下面的表格即为新旧胀圈的比对情况：

根据上面的表格，我们不难看出，新型的胀圈无论在传递力矩、轴向力，还是胀圈与轴结合面上的压力等各项机械性能指标上，都要好于以前使用的旧式涨圈。

改进结构后调试和使用中不再出现锁紧涨圈松动的现象，滑座（X轴）进给稳定性明显的提高。出现爬行、振动、反向间隙大的现象完全杜绝，满足了用户的使用要求。

作者单位：齐齐哈尔第二机床厂

作者简介：贾智（1975― ），职称：技师，工作单位：齐齐哈尔第二机床厂。

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