一种数控落地铣镗床X 轴进给箱传动结构的优化设计

徐东辉 段提勇 陈雪芳 崔凤有

(①齐齐哈尔二机床(集团)有限责任公司设计院，黑龙江 齐齐哈尔 161005;②杭州娃哈哈集团有限公司设备工程部，浙江 杭州 130103)

数控落地铣镗床滑座带动固定在其上的立柱做进给运动，即为X 轴进给运动，主轴箱等在立柱导轨上做垂向运动。实现X 轴进给运动的机构为X 轴进给箱，其传动结构可靠性及稳定性对X 轴的定位精度、重复定位精度及反向差值的影响尤为重要，同时X 轴运动精度是数控机床其他轴运动的基础，直接关系到机床整体精度。本文对机床X 轴进给箱齿轮受力结构进行优化。

1 工作原理

目前数控落地铣镗床X 轴进给箱安装在滑座内，X轴进给运动采用伺服电动机驱动进给箱内齿轮组做旋转运动，最终将动力通过进给箱的齿轮轴1 和齿轮轴2 作用于固定在床身上的齿条，从而将回转运动转化为直线运动，实现X 轴进给运动。X 轴进给正、反方向运动，分别由齿轮1 和齿轮2 与齿条啮合来实现动力传递。在调整时，齿轮1 做为定位齿轮，先与齿条一侧齿面啮合贴紧，然后调整齿轮2 与齿条另一侧齿面啮合贴紧，位置调整好后，将V'轴齿轮3 与齿轮2 用胀套进行涨紧连接，从而实现正反向齿轮齿条间的无间隙传动。

2 存在问题及分析

数控落地铣镗床在进行大平面重切削或空间位置面加工及曲面外轮廓加工时，X 轴进给箱需要经常加减速及正反向运动，因此齿轮齿条啮合产生的瞬间冲击很大，冲击力反作用到Ⅴ'轴的齿轮2，致使联接齿轮3 胀套发生松动，严重影响X 轴进给运动的精度。

目前胀套在Ⅴ'轴位置时，通过增大胀套的尺寸规格来提高其涨紧能力，在短期内可以满足功能需要，但如果机床长期工作且受连续冲击力作用，胀套与Ⅴ'轴和齿轮3 接触面间会产生松动;如果取消胀套，采用键-键槽式刚性连接，便无法调整，也就无法消除齿轮2与齿条的啮合间隙，同样影响X 轴运动精度。

根据以上分析，在现有的技术条件下，优化的方向是保证胀套与齿轮轴间有足够的接触应力，同时不增加装置的复杂性。

3 问题解决方法

进给箱齿轮组从Ⅰ轴到Ⅴ'(Ⅴ)轴所传递的扭矩逐渐增大、速度则逐渐降低，即靠近传动链末端齿轮或齿轮轴所受到齿轮齿条副的反作用冲击力越大，也就是Ⅳ'轴齿轮所受到的冲击力小于Ⅴ'轴。

根据以上分析为减小胀套所受到的冲击及考虑空间位置，将胀套位置从Ⅴ'轴齿轮3 改到Ⅳ'轴的齿轮4。Ⅳ'轴齿轮5 齿数为21，与之啮合的Ⅴ'轴齿轮3 齿数为61，胀套在Ⅳ'轴所受到的扭矩只是Ⅴ'轴时的近1/3，改进前后结构对比如图2。

通过将胀套由Ⅴ'轴改到Ⅳ'轴，不但很好地利用了装置的空间资源，且没有使装置结构复杂，更重要的是大大减小了胀套受到的冲击力，使其工作更加稳定。

4 结语

随着科学技术的快速发展，对数控落地铣镗床加工精度及运动稳定性的要求越来越高。X 轴进给箱中胀套位置在Ⅳ'轴比在Ⅴ'轴受力效果更好，更适用于高精度、大扭矩的数控机床，此结构目前广泛应用于TK6920 系列产品中，其稳定的运动及高精度获得了用户的好评。

［1］陈心昭，权义鲁.现代实用机床设计手册［M］.北京:机械工业出版社，2006:684-778.