数控磨边头进给调节阻力及相关影响因素

陈欣健

（科达制造股份有限公司，佛山528313）

1 前言

数控磨边头是数控磨边机上的关键部件，进给调节阻力分析是可靠性设计的基础，本文就调节阻力及相关影响因素进行分析。

2 调节原理

如图1,电机、支承套、磨轮可等效为一个构件，由磨头座及前、后铜套支承；通过小齿轮，驱动大齿轮（45°斜齿轮副），大齿轮内腔螺纹，且与支承套上的相应螺纹配合（螺纹副），由于大齿轮两端面被轴承所限制，在小齿轮作用下，只可旋转，不可轴向运动，根据相对运动原理，从而可驱动支承套在铜套中前后移动，实现磨轮的进给和退刀运动。

图1 调节原理

3 力学模型建立及静力学分析

将电机、支承套、磨轮等效为一个构件，且以磨头轴垂直主平面为力学投影平面。

图2 为当磨轮向前进给时受力情况。

图2 当磨轮向前进给时受力情况。

函数图象如图3

图3 函数图象

结合式（6）、(7)、(8)及图3，结论：

1)重心位置L1:L1↑,Q↑，重心越远,所需调节驱动力越大;

2)电机及磨轮系统质量M:M↑,Q↑质量越大,所需调节驱动力越大;

3)滑套导向长度:L2↑,Q↓，该距离越长,所需调节驱动力越小;

4)摩擦系数μ:μ↑，Q↑；μ↓Q↓。

图四为当磨轮后退时受力情况，分析结论同上，推演从略。

图4 磨轮后退时受力情况

4 其他影响因素分析

如图5，为大齿轮处端面及螺纹副处受力情况。驱动力矩=端面摩擦力矩+螺纹处摩擦力矩。这两处阻力矩都与磨擦系数有关，且摩擦系数μ↑，所需驱动力F↑

图5 大齿轮处端面及螺纹副处受力情况

特别值得关注的是，第一级齿轮副处的啮合情况，如图6，上图为大齿轮理论中心与实际旋转中心不重合的情况（同心度误差或称径跳），下图为小齿轮理论中心与实际旋转中心不重合的情况（同心度误差或称径跳），两者都可导致调节力急剧增大甚至卡死。特征分析：

调节阻力大，但比较均匀，系配合间隙小或润滑不良；调节阻力时大时小，小齿轮转一圈，最大阻力便出现一次，小齿轮同心度存在问题；小齿轮转若干圈，最大阻力出现一次，且与两齿轮传动比一致，大齿轮同心度存在问题。

图6 第一级齿轮副处的啮合情况

从以上分析可知，数控磨边头进给调节阻力影响因素有：电机及磨轮系统质量M、重心位置L1、运动副磨擦系数μ、支承套导向长度L2，及齿轮的制造精度，要解决问题应从这些主要因素入手。

电机及磨轮系统质量M：尽可能减轻电机重量，例如采用铝壳电机；

重心位置L1：电机悬伸长度尽可能缩短，即L1↓；

支承套导向长度L2：在结构尺寸允许的条件下，尽可能加长；

运动副磨擦系数μ：据机械设计手册,1 1-25：

钢- 钢:0.15(无润滑剂),0.05-0.1(有润滑)

钢- 铸铁:0.2-0.3(无润滑剂),0.05-0.15(有润滑)钢- 黄铜:0.19(无润滑剂),0.03(有润滑)

钢- 青铜:0.15-0.18(无润滑剂),0.1-0.15(有润滑)

不同材质的摩擦副有一定差异，但影响最大的是润滑情况，要保证可靠、充分的润滑，装配时务必重视。

为防止粉尘及其它杂物进入滑动套，磨头座两端应设计有防尘圈，同时两端滑套应开有沟槽，不但可储存润滑油，还可给可能进入的粉尘一个滞留的空间，防止进入配合面造成卡死现象。

采用性能较好的橡胶防水套，特别是前端防水套。

齿轮轮齿面尽可能光滑，以降低摩擦系数，但最主要的还是保证同心度，防止调节时周期性的卡滞现象。