摘要:介紹了一種采用變導程蝸輪蝸桿的高精度分度方法,分析變導程蝸輪蝸桿傳動原理、變導程蝸輪蝸桿調隙結構和變導程蝸輪蝸桿加工和調整方法。變導程蝸輪蝸桿分度精度高,調整方便、使用壽命長,非常適合在高精度分度和旋轉伺服軸等工程場合應用。
 
         高精度分度裝置在現代數控機床特別是加工中心、數控銑床等設備上應用得非常廣泛,除了分度功能外,常常直接作為一個旋轉伺服軸與其它坐標軸聯動。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動蝸輪蝸桿傳動機構。伺服電機旋轉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,分度裝置的精度可以達到0.07°/50=0.001 4°。可以達到很高的分度和定位精度,但采普通的蝸輪蝸桿機構存在一個問題: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間隙的變導程蝸輪蝸桿機構,可以非常好地解決這個問題。該裝置已成功應用在五軸的復雜螺旋線加工銑床上。
        
1　變導程蝸輪蝸桿傳動原理
        變導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。變導程蝸輪桿傳動與普通圓柱蝸輪蝸桿傳動的區別在于:
        變導程蝸桿的左右齒面具有不相等的導程。圖1為一個導程逐漸增大的變導程蝸桿結構,標準齒的導程(單頭蝸桿)p=πm,齒厚為p=πm /2,跟它相鄰的第一個齒導程變為p=πm+t,齒厚為p=πm /2+t,齒間距不變。同理相鄰的第二個齒導程變為p=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,它們之間的嚙合側隙也隨之改變。當一對變導程蝸輪副運轉很長時間后,因磨損造成齒面嚙合側隙加大而破壞了運動的平穩性,此時,將變導程蝸桿沿齒厚減薄的方向位移一段軸向距離,嚙合側隙則隨之減小或完全消除,隨之恢復了運動的平穩性。這就是變導程蝸桿傳動的工作原理。
                      
        
2　變導程蝸輪蝸桿調隙結構
       為了消除因磨損造成齒面嚙合側隙變大問題,導程蝸輪蝸桿必須有一個調隙結構。我們在五軸的復雜螺旋線加工銑床上,調隙結構如圖2。這種結構將蝸桿、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整軸向位置。可調節行程大約為20mm。
                      

3　變導程蝸輪蝸桿加工和調整
       變導程蝸桿的加工有很多文獻已經做過論述,這里重點討論蝸輪的加工和裝配工藝。由于變導程蝸桿左、右側節距不相等,其左、右側實際模數也不等。以與蝸桿標準齒和它相鄰的第一個變導程齒為例:            
                                           
        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、右側模數應分別與蝸桿左、右側模數相等。通常要對蝸輪兩側進行不同變位處理,使它與蝸桿左右側模數相配合。
         但對于蝸桿導程變動不大的變導程蝸輪蝸桿,可以采用一種簡易實用的蝸輪加工和調整方法。我們在工程中應用的變導程蝸桿標準齒數據為m=2mm,z=1,q=11.2mm,p=6.28mm,標準導程角γ=arctan(z1/q)=5.102 165°。導程增加0.2mm后p=6.48mm,m=6.48/3.14=2.063 69mm,q=d
22.4/2.063 69=10.854 3mm,導程角γ=arctan(z1/q)=5.263 7°。兩者導程角變化只有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,慢慢旋轉蝸輪并同時讓蝸輪中心靠近標準中心距位置。這樣經過修磨后蝸輪和變導程蝸桿就能嚙合得非常緊密。
         
4　 結論
          采用伺服電機加變導程蝸輪蝸桿的分度方法分度精度高,調整方便,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伺服軸等工程應用場合。