数控卧车中双牙棒的工作原理与调整

■齐重数控装备股份有限公司 （黑龙江 161005） 刘红臣 王继兴

数控卧车中双牙棒的工作原理与调整

■齐重数控装备股份有限公司 （黑龙江 161005） 刘红臣 王继兴

摘要：当前重型数控卧车大刀架纵向移动大多采用双牙棒传动，与滚珠丝杠相比，具有较大优越性。床身可以很长不受限制，安装精度要求低，齿轮磨损后，可通过调整来消除反向间隙，正确掌握调整方法可以使反向间隙达到0.04mm。

1. 工作原理

采用2个一样的斜齿轮（即双牙棒）同时与精密斜齿牙条相啮合结构，传递轴向力。减速箱中Ⅲ轴为调整轴，轴上有一对螺旋角相反的斜齿轮（1个左旋、1个右旋），这样形成2条传动链传给牙棒，正向运动和反向运动各由1条链来传动，使牙棒在斜齿条上做无间隙运动。

图1所示为调整完间隙的理想状态，工作过程如下：当电动机逆时针旋转时，Ⅲ轴也逆时针旋转，Ⅲ轴上的右旋齿轮带动Ⅳ轴顺时针旋转，最后带动牙棒轴Ⅵ轴顺时针旋转，使进给箱体在齿条上向左移动，此时，因Ⅲ轴逆时针旋转，使轴上的左旋齿轮与Ⅵa轴出现间隙，同样一直到Ⅵa轴和齿条整个传动链出现间隙，从而不参与传动。同理，当电动机带动Ⅲ轴顺时针旋转时，右侧传动链工作，进给箱体向右移动，左侧传动链出现间隙，不参与运动。

2. 调整方法

图1　双牙棒传动示意图

图2　Ⅲ轴（调整轴）装配图

（1）调整原理。图2所示Ⅲ轴为调整轴，用外部扳手旋转预紧套，使其在箱体上轴向移动，并通过弹簧传动到压盖，压盖通过推力轴承传动到Ⅲ轴，使整个Ⅲ轴及轴上各齿轮轴向左移动。图1所示：当Ⅲ轴向前面轴向移动时，轴上的右旋齿轮也跟着一起轴向移动，逐渐与Ⅳ轴的主动轮接触并逐渐使Ⅳ轴顺时针旋转一个角度（角度的大小与螺旋角和Ⅲ轴的轴向移动距离有关），这样，最后使牙棒轴Ⅵ轴顺时针旋转一个角度，使齿条左侧面与左牙棒接触，整个左侧传动链无间隙。同时，Ⅲ轴向前面轴向移动时，轴上的左旋齿轮最后使牙棒轴Ⅵa轴逆时针旋转一个角度，使齿条右侧面与右牙棒接触。至

此，从齿条到Ⅲ轴再到齿条的整个传动链无间隙，即达到图1所示无间隙的理想状态。

（2）调整方法。受结构限制，Ⅲ轴的轴向移动量不能很大，所以需要预调整。牙棒轴上的齿轮由胀套固定，通过实践证明，整个进给箱只保留1个牙棒轴Ⅵa轴的调整胀套，更加方便容易。具体说明如下：

让Ⅲ轴位置处于最外面的状态，开动电动机使箱体向左移动一下，此时，左传动链已无间隙。在实际应用中，可将电动机报闸打开，去掉使能，使电动机为自由状态。然后利用箱体侧面的窗口，用杠杆撬动Ⅵa轴上的齿轮，使其有顺时针转动的趋势，并保持住，此时右侧传动链除牙棒外，都无间隙，同时用扳手扳动牙棒轴外面的方头，使牙棒轴Ⅵa轴有逆时针转动的趋势并保持，马上开始锁紧胀套，至此，预调整完成。最后调整Ⅲ轴，根据需要使其向里面移动并锁紧。整个传动链理论上无间隙，调整完成。

3. 间隙的计算

因齿轮和齿轮（齿条）之间存在间隙，当电动机由正转到反转时，在一定角度内，尽管电动机转动，但齿条还要等间隙消除（受力的一侧）以后才能接触到牙棒，箱体才会移动，即反向间隙。每一级齿轮间隙对最后反向间隙的影响取决于其距离电动机的传动比大小，也就是说最后一级距电动机的传动比最大，对反向间隙影响最大，中间级距离电动机的传动比变小而影响变小（成比例）。为方便计算设各级传动比都为1∶2，螺旋角20°，牙棒分度圆周长400mm。

（1）总间隙的计算。以图1为例，具体计算如下：总传动比1∶3 2，反向间隙用X代表，X1代表第一级传动齿轮间隙即电动机轴齿轮与Ⅱ轴齿轮啮合间隙，X牙代表牙条牙棒间隙，这样总反向间隙X总=X1/32+X2/16+X3/8+X4/4+X5/2+X牙。由此可以看出，反向间隙主要是牙条牙棒间隙。

（2） 调整量的计算。本例中只考虑调整量对牙条牙棒的间隙，假设Ⅲ轴到Ⅵ轴无间隙。Ⅲ轴轴向最大移动量为5mm，Ⅲ轴相当于将旋转约tg20。×5=1.8°，牙棒将旋转约1.8/8（Ⅲ轴～Ⅵ轴的传动比）即0.225°，则消除间隙为0.225÷360×400=0.25（mm），也就是说，最大调整量为0.25mm。当反向间隙超过此数时，只靠调整是不能完全消除的，所以需要预调整。

4. 心得体会

实际中，有的传动链还有第7轴，则杠杆撬动的方向相反；有的结构是2个牙棒轴上都有胀套，可以先固定好1个，只预留1个胀套来调整；也有的结构有更多的胀套，调整方法一样。调整时，最好让电动机处于自由状态。本例中当杠杆的力量足够时，箱体会向左移动，此时已确保除右牙棒外都无间隙。反向间隙主要来源在于牙棒和齿条，在判断间隙来源时，只要保证电动机胀套无问题，则电动机到Ⅲ轴间的间隙可以忽略不计。调整后出现反向间隙仍很大，一般为箱体与齿条的距离不对。运行过程中出现间隙不对，会有规律，如果与运行方向有关，为Ⅲ轴未锁紧所致（立式结构）；如果到某一位置不对，检查床身与齿条接缝。对于全闭环（光栅尺），为了保证重复定位精度，要求半闭环的反向间隙最好控制在0.10mm以内，在实际使用中，可以使间隙控制到0.04mm。

收稿日期：（20150421）