1机床概述

　　TK6216型数控落地铣镗床有X，Y，W，U 4个进给轴，能实现任意三轴联动，是一种性能优良、工艺范围广泛、精度及生产效率高的先进设备，可以取代龙门刨床，一次装夹即可完成钻孔、扩孔、镗孔、切沟槽，以及平面的铣削等加工。

　　此机床主要由床身、滑座、进给箱、立柱、主轴箱等组成。立柱在床身上移动称为X轴，主轴箱在立柱上垂直移动称为Y轴，镗杆轴向移动称为W轴，平旋盘滑块移动称为U轴。

　　各向行程值如下：

　　X：6000mm；Y：3000mm；W：900mm；U：200mm.

　　2对X轴状况的分析

　　与普通卧镗相比，TK6216型数控落地铣镗床X轴有以下特点：

　　2.1行程大

　　由于该机床主要是用来加工大型工件的，固行程较大。X轴的行程为6m，根据用户的要求还可能会更大。

　　2.2负重大

　　此轴移动的部件有滑座、进给箱、立柱、主轴箱、重锤等，约重30t左右。

　　按0.1的摩擦系数计算

　　，要有3t的推动力，再加上切削力、惯性等其它因素，拟定按7t的推动力计算。

　　X轴的进给若采用丝杠，则丝杠的拉压变形约占整个传动系统总变形的30 %～50%，当机床进给轴较长时，普通滚珠丝杆就难以胜任大负荷的传动，并且滚珠丝杆的制造也将有一定的困难。

　　由于负重大等因素的影响，立柱移动时的阻力会有一定的波动，设计不好就很容易发生爬行现象。

　　基于以上情况，拟定在X坐标上采用双片薄齿错齿及预载双小齿轮齿条进给机构，这样就有效地避免采用滚珠丝杠的弊端以及爬行现象的发生。

　　3X轴进给箱的原理及结构

　　件号为031及033的即为2个小齿轮。

　　这2个小齿轮分别与齿条之间在一侧有侧隙，另一侧则无侧隙。

　　但2个都与齿条接触以后，对整体来说就不会有串动。

　　031的左齿面紧紧地与齿条相靠，而033的右齿面也与齿条紧密相靠。

　　这样就有效地削除了齿轮传动侧隙。

　　各零件传递的路径如下：

　　可看出5对齿轮啮合及2对齿轮齿条啮合都满足了能够正确啮合的条件，即

　　m 1 =m 2α1 =β2β1 =β2为了消除齿轮侧隙，在这个进给箱里采用了2种方式：

　　3.1双片薄齿错齿结构

　　在从电机传到028（双齿轮轴）的过程中，3个齿轮副传动中的大齿轮均采用双片薄齿错齿的组合双齿轮结构形式。在这组合双齿轮的2片齿轮中周向上安装有弹簧，在装配时通过弹簧的弹性可使2片齿轮相互转动一个转角来自动找正消隙后上紧连接螺钉，这样两片大齿轮的左、右齿面就分别与小齿轮的右、左齿面啮合（即2个大齿轮中，其中1个用到左齿面，则另1个用到右齿面），从而消除了侧隙。

　　当然，在设计时齿宽只能按1片大齿轮的齿宽计算。

　　3.2预载双小齿轮齿条结构

　　在从028传到双小齿轮（031和033）的过程中，采用028为双齿轮轴，2齿轮均为斜齿轮，但螺旋方向不同。028a为右旋，028b为左旋，分别传给035（左旋）和029（右旋）。在装配时，当调整028产生轴向位移时，031和033就会产生一个互为相反方向的转角，使031的左齿面与齿条的右齿面接触，033的右齿面与齿条的左齿面接触（或反之），从而就消除了与齿条的间隙。029及035的分度圆直径d29=337.63，031及033的分度圆直径d 31 = 147。

　　22。　028两齿轮的螺旋角均为β= 25°。设调整028的轴向位移为h，那么029与035的分度圆就会以相反的方向转过一个相同的弧长及转角。

　　根据三角函数的知识可得转过的弧长为：δ29 =δ35 =h tan25°

　　由于031与029同轴、033与035同轴，所以它们的转角都相同，由此可得当028轴向调整h时，则031与033分度圆能够转过的弧长那么031与033可以与齿条消除的侧隙即为2δ。则有下列关系：当h为1mm时，则：δ= 147。22×1×tan25°/ 337.63=0.2mm即每当028齿轮轴在轴向调整1mm，则每个小齿轮使其分度圆转过一个0。

　　2mm的弧长，从而可消除齿轮、齿条间的侧隙2δ=0.4mm.由于受齿条（由很多小齿条组合起来）槽宽不一至、直线度的误差以及小齿轮齿宽的误差等因素的影响，齿轮齿条的侧隙会有一定的变化，但在有预载荷的情况下，使用时可经自动调整来弥补。

　　这是由于侧隙的调整是通过调整螺母及调整螺杆来实现的，调整螺杆传力而使碟形弹簧受压缩，碟形弹簧具有弹性，在侧隙变化时，028齿轮轴在碟形弹簧的作用下，会及时发生微量的轴向移动（因为螺旋角25°远远大于当量摩擦角而不会自锁），从而弥补增加或减少的侧隙。

　　由于齿轮齿条承受到高速重载的作用，会产生一定的热量，这个可以通过润滑油把热量分散后通过箱体散发到大气中。

　　显然双小齿轮及齿条的润滑是滴油润滑而至使润滑油带走的热量少，但齿条的散热效果远远大于齿轮的散热效果。

　　4传递动力及速动的计算

　　要求X轴进给范围为1～4000mm/min，快速移动v= 8000mm/min，传递动力为F= 7t。

　　经过反复的计算及反复的齿轮配对后，决定采用SIEMENS电机1FT61088AC711AG1（扭矩特性），其有关参数如下：

　　扭矩：T= 58Nm（最大70Nm）最大转速：n= 2000r/min

　　功率：P=14.7kW从电机到031及033（双小齿轮）的传动比为：i= 76×74×53×51 /（22×21×17×17）= 113.85

　　4.1传递动力F的计算

　　考虑到齿轮副及轴承等的效率问题，粗略地传递总效率按η=0.8算。进给电机在0～2000r/min转速范围内为恒扭矩。

　　由于进给箱的降速以及能量的损耗，传到双小齿轮处的扭矩

　　双因为T双=F（r为双小齿轮的分度圆半径），则传递动力F=T双/r= 2 T双/d 31 = 2×5282。

　　64 /（147。2×10 -3）= 71765N≈7t

　　4.2立柱滑座移动速度的计算

　　立柱进给的最大速度v大=n

　　iπd 31 = 2000×3。14×147。22 / 113。85 = 8124mm/min≈8000 mm/min以上计算说明：当进给电机转速从0～2000r/min时，滑座移动速度从0～8000mm/min，而且此速度范围内能够保持7t左右的推动力。

　　当然，当负载小于7t时，则电机的输出功率自然就会小于58Nm。

　　5结语

　　与普通进给箱相比，采用预载双小齿轮齿条结构的进给箱结构相对复杂，体积也偏大一些，对装配工人的技术水平要求也相应的要高一些。但是预载双小齿轮齿条结构的进给箱，解决了长行程高负荷下滚珠丝杠难以胜任的问题。它有效地消除了齿轮与齿轮、齿轮与齿条间的侧隙，保证了立柱平稳地进给，在实际使用中有效地解决了机床进给轴的爬行现象。现在，在昆明机床股份有限公司的长行程大负荷的机床，特别是在落地铣镗床中，普遍采用此结构，取得了满意的效果。