摘要:介紹了一種采用變導(dǎo)程蝸輪蝸桿的高精度分度方法,分析變導(dǎo)程蝸輪蝸桿傳動原理、變導(dǎo)程蝸輪蝸桿調(diào)隙結(jié)構(gòu)和變導(dǎo)程蝸輪蝸桿加工和調(diào)整方法。變導(dǎo)程蝸輪蝸桿分度精度高,調(diào)整方便、使用壽命長,非常適合在高精度分度和旋轉(zhuǎn)伺服軸等工程場合應(yīng)用。
 
         高精度分度裝置在現(xiàn)代數(shù)控機床特別是加工中心、數(shù)控銑床等設(shè)備上應(yīng)用得非常廣泛,除了分度功能外,常常直接作為一個旋轉(zhuǎn)伺服軸與其它坐標軸聯(lián)動。一般的高精度分度裝置通常采用伺服電機或混合式步進電機驅(qū)動蝸輪蝸桿傳動機構(gòu)。伺服電機旋轉(zhuǎn)一圈細分最小精度由電機反饋編碼器的精度決定。例如一個5120線的編碼器,旋轉(zhuǎn)一圈細分最小度為360°/5 120=0.07°,采用一個減速比為1∶50的蝸輪蝸桿機構(gòu),分度裝置的精度可以達到0.07°/50=0.001 4°?？梢赃_到很高的分度和定位精度,但采普通的蝸輪蝸桿機構(gòu)存在一個問題:裝配初期蝸輪蝸桿嚙合得還比較緊密,分度裝置的傳動精度較高;但運行一段時間后,蝸輪蝸桿就會磨損出現(xiàn)間隙。傳動的精度沒有保證,整個分度裝置的分度精度就會大大降低。本文介紹了一種可調(diào)間隙的變導(dǎo)程蝸輪蝸桿機構(gòu),可以非常好地解決這個問題。該裝置已成功應(yīng)用在五軸的復(fù)雜螺旋線加工銑床上。
        
1　變導(dǎo)程蝸輪蝸桿傳動原理
        變導(dǎo)程蝸輪蝸桿傳動的工作原理與普通圓柱蝸桿傳動原理基本相同。沿蝸桿軸的中心剖面看,同樣的蝸桿齒形相當于齒條,蝸輪相當于與它嚙合的齒輪。變導(dǎo)程蝸輪桿傳動與普通圓柱蝸輪蝸桿傳動的區(qū)別在于:
        變導(dǎo)程蝸桿的左右齒面具有不相等的導(dǎo)程。圖1為一個導(dǎo)程逐漸增大的變導(dǎo)程蝸桿結(jié)構(gòu),標準齒的導(dǎo)程(單頭蝸桿)p=πm,齒厚為p=πm /2,跟它相鄰的第一個齒導(dǎo)程變?yōu)閜=πm+t,齒厚為p=πm /2+t,齒間距不變。同理相鄰的第二個齒導(dǎo)程變?yōu)閜=πm+2t,齒厚為p=πm /2+2t,齒間距不變。蝸桿的軸向齒厚沿其軸線從一端到另一端按一定的比例增大(或者減小),而與變導(dǎo)程蝸桿嚙合的蝸輪齒厚均相等。這樣,當蝸桿沿軸向移動時,它們之間的嚙合側(cè)隙也隨之改變。當一對變導(dǎo)程蝸輪副運轉(zhuǎn)很長時間后,因磨損造成齒面嚙合側(cè)隙加大而破壞了運動的平穩(wěn)性,此時,將變導(dǎo)程蝸桿沿齒厚減薄的方向位移一段軸向距離,嚙合側(cè)隙則隨之減小或完全消除,隨之恢復(fù)了運動的平穩(wěn)性。這就是變導(dǎo)程蝸桿傳動的工作原理。
                      
        
2　變導(dǎo)程蝸輪蝸桿調(diào)隙結(jié)構(gòu)
       為了消除因磨損造成齒面嚙合側(cè)隙變大問題,導(dǎo)程蝸輪蝸桿必須有一個調(diào)隙結(jié)構(gòu)。我們在五軸的復(fù)雜螺旋線加工銑床上,調(diào)隙結(jié)構(gòu)如圖2。這種結(jié)構(gòu)將蝸桿、軸承和電機由一個可以移動的套筒做成一個整體,移動套筒可沿軸向由鎖緊螺母調(diào)整軸向位置?？烧{(diào)節(jié)行程大約為20mm。
                      

3　變導(dǎo)程蝸輪蝸桿加工和調(diào)整
       變導(dǎo)程蝸桿的加工有很多文獻已經(jīng)做過論述,這里重點討論蝸輪的加工和裝配工藝。由于變導(dǎo)程蝸桿左、右側(cè)節(jié)距不相等,其左、右側(cè)實際模數(shù)也不等。以與蝸桿標準齒和它相鄰的第一個變導(dǎo)程齒為例:            
                                           
        之相嚙合的蝸輪齒厚相等,為了保證正常的嚙合,要求與蝸桿嚙合的蝸輪左、右側(cè)模數(shù)應(yīng)分別與蝸桿左、右側(cè)模數(shù)相等。通常要對蝸輪兩側(cè)進行不同變位處理,使它與蝸桿左右側(cè)模數(shù)相配合。
         但對于蝸桿導(dǎo)程變動不大的變導(dǎo)程蝸輪蝸桿,可以采用一種簡易實用的蝸輪加工和調(diào)整方法。我們在工程中應(yīng)用的變導(dǎo)程蝸桿標準齒數(shù)據(jù)為m=2mm,z=1,q=11.2mm,p=6.28mm,標準導(dǎo)程角γ=arctan(z1/q)=5.102 165°。導(dǎo)程增加0.2mm后p=6.48mm,m=6.48/3.14=2.063 69mm,q=d
22.4/2.063 69=10.854 3mm,導(dǎo)程角γ=arctan(z1/q)=5.263 7°。兩者導(dǎo)程角變化只有0.16°,說明齒厚漸變比較小。對于這種情況可以對蝸輪不作變位處理,采用展成原理調(diào)整修磨蝸輪。具體方法如下:將蝸桿上均勻撒一些金剛砂,固定蝸桿位置,蝸輪與蝸桿中心距先定的大一些以便于蝸輪與蝸桿能夠嚙合進去,慢慢旋轉(zhuǎn)蝸輪并同時讓蝸輪中心靠近標準中心距位置。這樣經(jīng)過修磨后蝸輪和變導(dǎo)程蝸桿就能嚙合得非常緊密。
         
4　 結(jié)論
          采用伺服電機加變導(dǎo)程蝸輪蝸桿的分度方法分度精度高,調(diào)整方便,使用壽命長,精度不受磨損影響,非常適合在高精度分度和旋轉(zhuǎn)伺服軸等工程應(yīng)用場合。