镗铣头自动分度结构分析及改进设计*

□ 陈 昳 □ 汪重道 □ 桂 林

武汉重型机床集团有限公司 武汉 430205

随着国内装备技术水平的不断发展，机床用户对数控龙门镗铣床的镗铣头功能提出了更高的要求，包括要求实现附件铣头自动分度定位、通水通电、自动换刀等完备功能。

镗铣头自动分度定位工作原理为：滑枕 （如图1所示）通过油缸工作使旋转体向下位移，端面定位齿盘脱开，旋转体上的内齿与传动轴上的外齿啮合，滑枕顶部的主电机通过齿轮箱驱动传动轴转动，旋转体随之转动至需要的角度后，端面定位齿盘重新啮合，完成整个分度定位流程。

目前，我厂研发的XHD2720×180/17×12机床的镗铣头在进行自动分度定位过程中，不能完全实现稳定的铣头自动分度定位，出现以下现象。

（1）镗铣头自动分度转位过程中出现主电机负载超出理论预期值，系统显示主电机负载功率达到40%～50%，部分角度范围内主电机负载甚至达到70%～80%。

（2）镗铣头自动分度定位不够准确，误差值一般达到大约1.5～2°，而且在不同的角度范围内误差值不尽相同，无法进行数控系统补偿。

（3）旋转体分度齿盘松开、啮合动作过程不稳定，经常出现旋转体轴向窜动、径向转动、转位结合齿啮合打滑造成分度动作无法完成。

1 影响镗铣头自动分度定位的因素

1.1 传动间隙累积过大

图1中由传动箱主电机驱动旋转体进行分度转位，传动环节比较多。由于传动间隙累积、传动零件的扭转变形误差累积等因素造成旋转体实际的转位角度与主电机设定角度误差较大，而传动箱上的角度编码器检测位置与旋转体相距较远，无法准确检测旋转体实际位置，造成主电机无法同步补偿定位误差值。

1.2 装配误差造成阻尼过大

旋转体在滑枕中的定心面和转动面为减摩涂层，装配灌胶过程中容易出现旋转体安装偏心、倾斜、转动面间隙不满足设计要求等问题。

▲图1 滑枕原设计结构简图

通过检查，密封圈装配后出现偏心、压缩量过大等问题。该问题直接造成了旋转体移动和转动过程中的摩擦阻尼过大、受力不均匀、转动轴线偏移，同时进一步造成零件扭转变形增大。受此影响，镗铣头分度转位过程中出现电机负载过大和不均匀、角度限位无触点无法正常工作、齿盘移动啮合时扭转错齿等现象。

1.3 结合齿实际啮合长度不够

由于结合齿轮齿部倒圆过大、空行程装配控制不严，镗铣头转位用内外结合齿在啮合、松开动作中存在齿部啮合长度不够和零件齿部磨损等问题，以至于出现啮合打滑现象，影响了镗铣头分度定位的稳定性。

2 采用伺服驱动的镗铣头自动精确分度设计

综合上述3个因素，同时结合我厂目前实际加工、装配的现状，通过完善减摩涂层的装配工艺性、简化电机传动环节、严格密封圈的安装精度、严格装配纪律等措施，采取了以下改进方案。

（1）在滑枕内旋转体尾端增加自动分度驱动装置，由专用电机配减速箱直接驱动旋转体分度转位，减少了中间的传动环节。

改进后，主电机不再参与镗铣头分度转位过程，进给驱动伺服电机通过传动箱直接驱动旋转体上增加的外齿圈，传动环节大大减少，传动间隙在装配过程中更方便检查和调整，总体累积传动间隙大为减小。

同时，由于进给机构靠近转动部件，与原先长达2 600 mm的两端结合齿传动结构相比，整体传动刚性大大增强，减小了扭转变形对精度的影响。

改进后的结构用外齿轮间的滑移取代了原先结构的内外结合齿啮合形式，一方面，齿轮加工和热处理的工艺性更容易保证；另一方面，齿盘移动油缸的行程由原先的10 mm可以减少至4～5 mm，旋转体整体移动的稳定性会更好。

（2）设计专用的工装，保证在滑枕装配灌注减摩涂层的过程中使旋转体中心与滑枕中心一致，同时保证了旋转体与减摩涂层的间隙满足设计要求。

使用工艺套并严格装配工艺要求后，灌胶后的减摩涂层精度得到了很大提高，见表1。

（3）严格控制零件上密封圈安装用沟槽和滑动接触面的加工精度要求，确保其精度满足设计使用要求。

3 结束语

按以上的方案确定整体结构、零件加工工艺、装配工艺，笔者对生产现场一台XHD2720×180/17×12数控龙门镗铣床上的镗铣头进行了改造。改造后的机床镗铣头进行了±185°范围内n×1°角度分度定位试验，试验结果显示：分度角度的准确性满足设计要求，进给电机的负载功率大为降低，功能稳定性得到了保证。同时，此结构方法为其它类型分度镗铣头的开发积累了大量试验数据，完善了镗铣头的性能。

表1 改进前、后精度比较