CN102001017B - 一种用于摆头的双导程蜗轮蜗杆消隙装置及制造方法 - Google Patents

Abstract

一种用于摆头的双导程蜗轮蜗杆消隙装置及其制造方法，其特征在于摆动件与蜗轮固定为一体在双导程蜗杆的驱动下摆动，而双导程蜗杆的固定端及浮动端在各自的球轴承支撑下转动，固定端的球轴承两端还有轴向止推的推力球轴承，通过调整垫实现驱动机构的轴、径向消隙；在双导程蜗杆两端盖、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。制造：设定蜗轮蜗杆传动比、计算并给出加工参数、切削加工出的摆轴的摆动扭矩为4000N.m，电机和蜗轮蜗杆传动比120∶1；轴向消隙的调整距离为5mm；装配后调整轴向消隙的调整距离达设计参数0.15mm之内。优点：①双导程蜗轮蜗杆在摆头结构中的应用；②双导程蜗轮蜗杆的间隙调整技术；③双导程蜗轮蜗杆的温度抑制技术。

Description

一种用于摆头的双导程蜗轮蜗杆消隙装置及制造方法

技术领域

本发明涉及机械加工设备，该消隙装置适用于各种摆头机构的消隙及驱动。

技术背景

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。在国内数控机床市场中，国内企业占有份额较少，产品主要集中在经济型、普通型等低档数控机床产品领域，而高档数控机床，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。

发明内容

本发明的目的是提供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，解决了带摆头的高速五轴加工中心摆头消隙的瓶颈问题。

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。

制造上述双导程蜗轮蜗杆消隙结构的方法，其特征在于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。

此双导程蜗轮蜗杆消隙装置在摆头结构中的应用能够实现的效果：①双导程蜗轮蜗杆的间隙调整技术，②蜗轮轴向位置公差±0.02mm；③双导程蜗轮蜗杆的温度抑制，蜗杆在齿厚增加的相反方向的消隙调节控制在0.02mm以内。降速比大，可达到120∶1、结构紧凑、工作平稳、无噪音、抑制发热的特点，更有侧隙调整方便且可以调至很小的优点。适用于航空复杂结构件加工中的摆头结构，从而打破国外的垄断和技术封锁，对提高我国航空工业水平具有重要的战略意义。

附图说明

附图1是双导程蜗轮蜗杆驱动结构在一种摆头结构中的应用示意图；

附图2是图1摆头中的双导程蜗轮蜗杆驱动结构剖面示意图；

附图3是摆头双导程蜗轮蜗杆传动俯视图；

具体实施方式

本发明的双导程蜗轮蜗杆消隙装置在摆头上的安装位置如图1所示，伺服电机1固定在框架2上，消隙装置中的双导程蜗杆12定位在框架2里，蜗轮23通过蜗轮圆周上的螺钉与摆动件3连为一体，摆动件3包括图1所示的几部分，在双导程蜗杆12的驱动下实现摆动。图2所示的是图1中框架2内部的双导程蜗轮蜗杆驱动结构的剖面，位于中心的双导程蜗杆12采用固定-浮动的支撑方式，图2中伺服电机1连接摆头动力上的大带轮，大带轮通过齿形带4带动小带轮7，小带轮7通过胀紧套5固定在双导程蜗杆12浮动端的末端，双导程蜗杆12的浮动端有一组球轴承11定位在浮动端支撑套10、另一固定端A有球轴承15定位在固定端支撑套14中，两支撑套固定在框架2内，浮动端B端盖9和固定端端盖22分别固定在浮动端支撑套10和固定端支撑套14上，并分别由浮动端卡簧6和固定端卡簧16定位在双导程蜗杆12上；双导程蜗杆12固定端的球轴承15两侧设置推力球轴承13和推力球轴承19、锁紧螺母21锁紧固定端A，实现轴向止推；在浮动端B的端盖9、浮动端支撑套10和固定端端盖22、固定端支撑套14及蜗轮23上、下面与骨架密封件8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：此双导程蜗轮蜗杆消隙装置关键在于①保证蜗轮蜗杆啮合的中心距为280±0.02mm；②蜗轮轴向位置公差±0.02mm；③蜗杆在齿厚增加的相反方向的消隙调节控制在0.02mm以内。图3中的箭头方向为齿厚增加的方向。具体方式是：装配上述双导程蜗轮蜗杆的消隙结构，其特征在于设定蜗轮蜗杆传动比，给出框架2加工参数，蜗轮蜗杆啮合的中心距和蜗轮轴向位置公差通过框架2的精密加工来保证；计算并给出蜗轮蜗杆的加工参数，加工出的蜗轮蜗杆驱动摆轴的摆动扭矩为4000N.m，选定电机和蜗轮蜗杆传动比120∶1；轴向消隙的调整距离为5mm；根据这些要求委托蜗轮蜗杆制造厂家按图纸要求进行加工，并要求机加蜗轮蜗杆的轴向位置公差应保证蜗杆轴向串动1mm，蜗轮蜗杆间的传动间隙径向变化0.03mm，以消除蜗轮23和双导程蜗杆12的侧隙，侧隙调整目标为0.02mm以内，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，用调整垫17调整径向范围为5mm，垫每调整径向1mm，轴向间隙可变化0.03mm，以此为原则，调整到一个大致位置是，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24进行双导程蜗杆12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14外周安置调整垫17，以调整消除双导程蜗杆轴向侧隙，调整垫17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。

作业状态：伺服电机通过大带轮带动齿形带4，带动小带轮7旋转，小带轮4在胀紧套5的作用下与双导程蜗杆12固定，通过胀紧套5带动双导程蜗杆12转动，双导程蜗杆12在球轴承11和15的支撑下转动，在推力球轴承13和19支撑下克服蜗轮蜗杆传动中的轴向力，双导程蜗杆12带动蜗轮23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通过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。

Claims (2)

1.一种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，蜗轮与摆动件连为一体，在双导程蜗杆驱动下实现摆动；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上，支撑套定位在框架里，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；机加蜗轮蜗杆的轴向位置公差保证蜗杆轴向串动1mm，蜗轮蜗杆间的传动间隙径向变化0.03mm，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；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。

2.一种制造权利要求1所述的双导程蜗轮蜗杆消隙装置的方法，其特征在于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、设计并加工出蜗轮蜗杆驱动摆轴的摆动扭矩为4000N.m，并要求机制公差是蜗杆轴向串动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轴向侧隙达设计参数，消除双导程蜗轮蜗杆(12)的轴向侧隙，轴向侧隙调整目标为0.02mm以内，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，用调整垫(17)调整径向范围为5mm，调整垫每调整径向1mm，轴向间隙可变化0.03mm，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，只用调整垫调整轴向侧隙调至0.02mm以内；为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(24)调整双导程蜗杆(12)的径向啮合，通过三坐标测量和用铅粉研蜗轮蜗杆来分析啮合状况，将双导程蜗杆(12)的径向间隙调至±0.02mm以内。

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