应用于AB 轴摆头的双导程蜗轮蜗杆消隙装置

白旭++高崇++刘爽

摘 要：应用于AB 轴摆头的双导程蜗轮蜗杆消隙装置，适用于各种摆头机构的消隙及驱动，可满足摆头的摆轴快速摆动，扭矩大，刚性强的要求。

关键词：AB轴摆头；双导程蜗轮蜗杆；摆头消隙；大扭矩

基金项目：国家科技重大专项项目（课题）：带AB轴的高速五轴联动加工中心

中图分类号：TH16 文献标识码：A

前言

近年来，随国家经济建设健康高速发展，我国数控机床技术得到了快速发展和长足进步，但和国际先进水平相比还有相当大差距。特别是五坐标联动、大型数控机床的市场份额为国外品牌所占领。机床工业的现状致使我国航空结构件数控加工装备长期以来以国外进口设备为主，尤以带AB 轴摆头结构的五轴加工中心等高技术关键装备接近100%依赖进口。由于这类设备采购时必须向设备生产国申请许可证，设备的获取性受国际政治因素影响很大，经常出现关键重要设备采购延误或采购不到而影响到飞机制造企业的科研和生产任务的完成。

当今常用的摆头的驱动结构有：齿轮齿圈式、伸缩支链式和双段蜗轮蜗杆式。而此三种常用的结构都有些致命的缺点：定位精度差；结构复杂，系统要求高；侧隙调整难和蜗杆发热大等。

结构及特点

为解决摆头的驱动结构问题，本文提出一套双导程蜗轮蜗杆消隙装置及制造方法，适用于各种摆头机构的消隙及驱动，可满足摆头的摆轴快速摆动，扭矩大，刚性强的要求。

双导程蜗轮蜗杆消隙装置，适用于各种摆头机构的消隙及驱动，其特征在于采用双导程蜗杆结构，伺服电机固定在框架上，蜗轮蜗杆安装在框架中，摆动件与蜗轮固定为一体在双导程蜗杆的驱动下实现摆动，双导程蜗杆采用固定- 浮动的支撑方式，双导程蜗杆两端各有一组球轴承定位在支撑套并定位在框架里，双导程蜗杆浮动端的末端通过胀紧套连接带轮、齿形带至伺服电机；双导程蜗杆固定端的球轴承两侧还各自设置推力球轴承并锁紧固定端，实现轴向止推；在双导程蜗杆两端端盖、支撑套及蜗轮上下面与骨架密封件的边缘均安装密封圈，形成一个封闭腔，在此腔中充满蜗轮蜗杆油实现润滑。

制造方法：

制造上述双导程蜗轮蜗杆消隙结构，先设定蜗轮蜗杆传动比、设计出蜗轮蜗杆啮合的中心距为280±0.02mm，给出框架加工参数、设计并加工出摆轴的摆动扭矩为4000Nm，并保证蜗杆轴向串动1mm，蜗轮蜗杆间的传动间隙径向变化0.03mm，设定电机和蜗轮蜗杆传动比120 ∶ 1 ；轴向消隙的调整距离为5mm ；按上述结构装配后用调整垫调整消除双导程蜗轮蜗杆的侧隙，用调整垫调整径向范围为5mm，垫每调整1mm，轴向间隙可变化0.03mm，侧隙调整目标为0.02mm 以内，所以通过计算：0.02×1/0.03 ≈ 0.67mm，得出调整垫的厚度应该比理论值大0.67mm，以此为原则，调整到一个大致位置，再通过蜗轮蜗杆的摆动，用百分表可测出间隙，与计算对比，最终以测出的结果为准，只用调整垫就能保证侧隙调至0.02mm 以内。

为了保证双导程蜗轮蜗杆传动正确啮合，还需要靠蜗轮下面的蜗轮调整垫进行双导程蜗杆的径向啮合调整，通过三坐标测量和用铅粉研蜗轮蜗杆的分析啮合情况，使此间隙调至±0.02mm 以内；在固定端支撑套外周安置调整垫，以调整消除双导程蜗杆轴向侧隙，调整垫的调整范围为≤ 5mm，根据蜗轮蜗杆的加工要求：垫每调整1mm，轴向间隙可变化0.03mm，故间隙的调整范围在5×0.03 = 0.15mm 之内。

为保证蜗杆副的耐磨性及寿命，蜗杆副采用了具有硬度和耐磨性好的合金材料；润滑油采用N320 蜗轮蜗杆油，附着力大，减小了双导程蜗轮蜗杆磨损比较大的缺点。这套双导程蜗轮蜗杆装置摆动扭矩可达到4000N.m，摆速可达到10rpm，适用于大扭距，高速切削加工的五轴联动加工中心。

工作状态描述：

伺服电机通过大带轮带动齿形带带动小带轮旋转，小带轮在胀紧套的作用下与双导程蜗杆固定，通过胀紧套带动双导程蜗杆转动，双导程蜗杆在球轴承组的支撑下转动，在推力球轴承支撑下克服蜗轮蜗杆传动中的轴向力，双导程蜗杆带动蜗轮传动，蜗轮转动实现了摆轴的摆动。整个传动采用图3所示的支撑结构，固定端A 通過一组推力轴承实现轴向止推，一组球轴承实现支撑，浮动端B 也是依靠一组球轴承实现支撑，这种支撑易于释放蜗轮蜗杆传动中发热产生的热伸长。

应用扩展：

应用双导程蜗轮蜗杆消隙装置的AB 轴摆头精度高、性能好、装配简单、安全可靠，可大幅提高A、B双摆五轴机床几何精度和生产效率。此带双导程蜗轮蜗杆消隙装置可扩展应用于机床转台及各类摆头。

参考文献

[1] 濮良贵 机械设计（第五版） 高等教育出版社，1994.