双输出消隙齿轮箱工程师论文

图 1，TK6913 数控落地镗铣床机械结构示意图
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பைடு நூலகம்
齿条-消隙齿轮箱进给设计
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X 向进给系统设计
3.1 相关机床参数：X 向
机床设计要求满足以下参数要求：
表 1 TK6913 参数要求 技术规格 X 向行程/L 快速进给速度/s 定位精度 重复定位精度 X 向移动件质量/M X 计算摩擦系数/f 加减速时间常数/t 参数要求 10,000m 8,000mm/min 0.02mm/1000mm 0.01mm 60,000kg 0.05 500ms
图 2 法国ＭＩＪＮＯ齿条选型样本
3.4 输出齿轮齿数与减速比的确定
机床进给速度与电机转速的关系为： v 1000 n= i z m 式中：n——电机转速 rpm v——进给速度 m/min Z—— 输出齿轮齿数 M——输出齿轮模数 i——齿轮箱减速比 输出齿轮齿数要大于 17 个，以使在加工时，不发生根切，而为了尽量减小 输出齿轮扭矩，齿数也不能过多，因此选择 Z=18 一般进给伺服电机的额定转速在 2000rpm，希望在机床快进时 v=8m/min， 伺服电机工作在额定转速工作，此时需要的减速比 n z m i= v 1000
3.2 齿条的齿形选择
齿条的齿形分为直齿和斜齿。 目前市场上各个品牌的斜齿条螺旋角基本上固 定是 19°31’42”。 采用斜齿条，配合斜齿轮传动的话，会产生一个与传动力无关的轴向力，此 轴向力会对导轨产生一定的压力，造成磨损。而直齿条则没有这个问题。因此虽 然采用斜齿条会增大啮合系数，但此机型采用直齿条已经可以满足使用，因此， 我采用直齿条。
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2 机床概述
TK6913 落地镗铣床机械部分主要由床身、滑座、立柱、滑枕等部分组成，其 中立柱通过螺钉安装在滑座上，跟随滑座一起在床上上移动，是机床的 X 向（见 图 1） 。镗杆和主轴箱通过滚珠丝杠可以再立柱上下移动，是机床的 Y 向，镗杆的 伸缩运动为 Z 向。主运动结合三个直线进给实现钻、镗、铣的加工。 X 向需要驱动的重量包括滑座、 立柱、 主轴箱和镗杆等部件， 总重量为 60 吨。 X 向运动要求满足一定的速度并保证定位精度和重复定位精度。 目前这种结构采用 的导轨方式主要有滑动导轨，静压导轨和直线导轨。滑动导轨可以承受较大的重 量，但是其摩擦系数一般较大，一般可达到 0.1-0.3；静压导轨可以在滑座和床身 之间形成一层油膜，铸件不直接接触而减低摩擦系数，摩擦系数能够达到 0.005-0.01，但是对加工安装要求较高；随着技术的发展，直线导轨在承受重量方 面的能力越来越高，而其本身的滚动摩擦带来的低摩擦系数也越来越适合在重型 机床上应用，因此，我们选择德国施耐伯格公司的直线双导轨作为 X 向导轨。在 此基础上计算选择进给系统。
3.3 齿条模数的计算和选择
齿条驱动滑座运动需要克服的力包括： F ：机床 X 向切削分力 Fa：机床加速时的加速力 Ff：摩擦阻力 数控机床在加速时不会有加工，在加工时不会有加速。因此，在计算时只需 要单独考虑加速力和 X 向切削力。此台机床在用盘铣刀铣平面时所受到的 X 向 切削力最大，而此时 X 向的分力也会远远小于机床的在加速时需要的加速力。 因此，我们在计算齿条需要提供的驱动力时仅考虑摩擦阻力和加速力，即： F0=（Fa+Ff）*c =（M*a+M*g*f）*c =(M*s/60t+ M*g*f)*c =(60,000*8/60/0.3+60,000*9.8*0.05)*1.2 =67,280.00N 式中：F0——需要进给驱动力 N Fa——机床加速所需驱动力 N
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2000 18 8 3.14 8 1000 i=113.04 即，初步选定输出齿轮齿数 z=18，减速比约 i≈113 时可以满足使用要求。
i=
3.5 齿轮箱结构及连接接口方案设计：
根据落地镗铣床的结构特点，采用滑座端面安装齿轮箱，齿条安装在床身上 的结构方式，电机安装在齿轮箱上端，可以避免采用伞齿轮，同时对机床加工不 受影响。 结合滑座，床身空间，采用如下的接口形式。
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齿条-消隙齿轮箱进给设计 Ff—— 摩擦阻力 N c——系统安全系数 M——移动部件质量 Kg a——加速度 m/s2 g——重力加速度 m/s2 f——摩擦系数 查询法国 MIJNO 公司生产的齿条样本，对比传递力参数，选择标准模数 8 直齿条， 其传递力为 78300N 大于需要的驱动力 67,280.00N， 超过需求驱动力 16%。
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1 前言
数控落地镗铣床是机械加工设备中经常会用到的一种机床， 具有镗孔、 钻孔、 铣削、切槽等加工功能。随着中国经济的发展，对数控落地镗铣床的加工能力要 求越来越高，其中要求加工工件的体积越来越大，长度越来越长，因此需要镗铣 床的 x 向长度越来越长。 目前，机床进给系统主要有以下几种形式有，滚珠丝杠副，直线电机，蜗杆 蜗母条副，齿条-消隙齿轮箱结构和齿条与双电机消隙结构。滚珠丝杠副由于在 丝杆长度过长时，由于自身重力原因，造成其下垂，影响其运行精度；直线电机 在成本和传动力方面也不适合长行程进给； 蜗轮蜗母条副， 因为蜗母条可以拼接， 采用双蜗杆可以消隙， 因此可以用在长行程进给系统上，但是由于蜗杆和蜗母条 直接在工作时是滑动摩擦，因此效率较低，而且高精度蜗母条的加工难度较大， 因此齿条被广泛的用到机床的长行程进给上。 一般来说， 当进给长度超过 6 米时， 就需要用齿条。 双电机和双输出消隙齿轮箱的结构各有优势， 双输出消隙齿轮箱的结构在电 气结构上可以更简单。因此本文主要论述齿条-消隙齿轮箱进给系统结构在数控 落地镗铣床的上应用，通过计算，参照等方法确定，目前采用此方法用在机床长 行程进给中是一个理想的选择。
关键词
齿条 双输出消隙齿轮箱 安装调试 Key words：Rack、Zero-backlash gearbox with double output gear shafts Adjusting and debugging
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目
录
摘要 ........................................................................................................................... 2 关键词 ....................................................................................................................... 2 1 前言 ....................................................................................................................... 4 2 机床概述 ............................................................................................................... 5 3 X 向进给系统设计 ............................................................................................. 6 3.1 相关机床参数：X 向......................................................................................... 6 3.2 齿条的齿形选择 ................................................................................................ 6 3.3 齿条模数的计算和选择 ..................................................................................... 6 3.4 输出齿轮齿数与减速比的确定 ........................................................................ 7 3.5 齿轮箱结构及连接接口方案设计： ................................................................. 8 3.6 减速机的校核计算 ............................................................................................ 9 3.6.1 齿轮的校核与计算 ........................................................................................ 12 3.6.2 轴承的校核与计算 ........................................................................................ 13 3.6.3 碟簧压紧力的设计和计算 ............................................................................ 14 3.6.4 行星减速机的选择 ........................................................................................ 16 3.6.5 其他零件设计要求 ........................................................................................ 16 3.7 伺服电机的选择 .............................................................................................. 16 4 总结 ................................................................................................................... 18 参考文献 ................................................................................................................. 19 致谢 ......................................................................................................................... 20
论文题目： 齿条-消隙齿轮箱进给设计
申报职称：
机械设计工程师
申报人姓名：史天民 联系电话: 13811189269 申报人单位： 论文专业：机械设计
摘要
对数控落地镗铣床 TK6913 的 X 向进给，采用齿条-消隙齿轮箱的结构主要 部分进行设计，并做出说明。主要内容包括：机床简介、X 向进给方案选择、 齿条的选择、齿轮箱与连接结构设计、齿轮箱内部齿轮设计等。其中重点做了 齿条的选择计算，齿轮箱内部齿轮的计算选择和安装调试方法等。并结合机械 参数要求，选择合适的伺服电机，完成进给系统的整体设计。