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1機(jī)床概述
TK6216型數(shù)控落地銑鏜床有X，Y，W，U 4個(gè)進(jìn)給軸，能實(shí)現(xiàn)任意三軸聯(lián)動(dòng)，是一種性能優(yōu)良、工藝范圍廣泛、精度及生產(chǎn)效率高的先進(jìn)設(shè)備，可以取代龍門刨床，一次裝夾即可完成鉆孔、擴(kuò)孔、鏜孔、切溝槽，以及平面的銑削等加工。
此機(jī)床主要由床身、滑座、進(jìn)給箱、立柱、主軸箱等組成。立柱在床身上移動(dòng)稱為X軸，主軸箱在立柱上垂直移動(dòng)稱為Y軸，鏜桿軸向移動(dòng)稱為W軸，平旋盤滑塊移動(dòng)稱為U軸。
各向行程值如下：
X：6000mm；Y：3000mm；W：900mm；U：200mm.
2對(duì)X軸狀況的分析
與普通臥鏜相比，TK6216型數(shù)控落地銑鏜床X軸有以下特點(diǎn)：
2.1行程大
由于該機(jī)床主要是用來加工大型工件的，固行程較大。X軸的行程為6m，根據(jù)用戶的要求還可能會(huì)更大。
2.2負(fù)重大
此軸移動(dòng)的部件有滑座、進(jìn)給箱、立柱、主軸箱、重錘等，約重30t左右。
按0.1的摩擦系數(shù)計(jì)算
，要有3t的推動(dòng)力，再加上切削力、慣性等其它因素，擬定按7t的推動(dòng)力計(jì)算。
X軸的進(jìn)給若采用絲杠，則絲杠的拉壓變形約占整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)總變形的30 %～50%，當(dāng)機(jī)床進(jìn)給軸較長(zhǎng)時(shí)，普通滾珠絲桿就難以勝任大負(fù)荷的傳動(dòng)，并且滾珠絲桿的制造也將有一定的困難。
由于負(fù)重大等因素的影響，立柱移動(dòng)時(shí)的阻力會(huì)有一定的波動(dòng)，設(shè)計(jì)不好就很容易發(fā)生爬行現(xiàn)象。
基于以上情況，擬定在X坐標(biāo)上采用雙片薄齒錯(cuò)齒及預(yù)載雙小齒輪齒條進(jìn)給機(jī)構(gòu)，這樣就有效地避免采用滾珠絲杠的弊端以及爬行現(xiàn)象的發(fā)生。
3X軸進(jìn)給箱的原理及結(jié)構(gòu)
件號(hào)為031及033的即為2個(gè)小齒輪。
這2個(gè)小齒輪分別與齒條之間在一側(cè)有側(cè)隙，另一側(cè)則無側(cè)隙。
但2個(gè)都與齒條接觸以后，對(duì)整體來說就不會(huì)有串動(dòng)。
031的左齒面緊緊地與齒條相靠，而033的右齒面也與齒條緊密相靠。
這樣就有效地削除了齒輪傳動(dòng)側(cè)隙。
各零件傳遞的路徑如下：
可看出5對(duì)齒輪嚙合及2對(duì)齒輪齒條嚙合都滿足了能夠正確嚙合的條件，即
m 1 =m 2α1 =β2β1 =β2為了消除齒輪側(cè)隙，在這個(gè)進(jìn)給箱里采用了2種方式：
3.1雙片薄齒錯(cuò)齒結(jié)構(gòu)
在從電機(jī)傳到028（雙齒輪軸）的過程中，3個(gè)齒輪副傳動(dòng)中的大齒輪均采用雙片薄齒錯(cuò)齒的組合雙齒輪結(jié)構(gòu)形式。在這組合雙齒輪的2片齒輪中周向上安裝有彈簧，在裝配時(shí)通過彈簧的彈性可使2片齒輪相互轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)轉(zhuǎn)角來自動(dòng)找正消隙后上緊連接螺釘，這樣兩片大齒輪的左、右齒面就分別與小齒輪的右、左齒面嚙合（即2個(gè)大齒輪中，其中1個(gè)用到左齒面，則另1個(gè)用到右齒面），從而消除了側(cè)隙。
當(dāng)然，在設(shè)計(jì)時(shí)齒寬只能按1片大齒輪的齒寬計(jì)算。
3.2預(yù)載雙小齒輪齒條結(jié)構(gòu)
在從028傳到雙小齒輪（031和033）的過程中，采用028為雙齒輪軸，2齒輪均為斜齒輪，但螺旋方向不同。028a為右旋，028b為左旋，分別傳給035（左旋）和029（右旋）。在裝配時(shí)，當(dāng)調(diào)整028產(chǎn)生軸向位移時(shí)，031和033就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)互為相反方向的轉(zhuǎn)角，使031的左齒面與齒條的右齒面接觸，033的右齒面與齒條的左齒面接觸（或反之），從而就消除了與齒條的間隙。029及035的分度圓直徑d29=337.63，031及033的分度圓直徑d 31 = 147。
22?！?28兩齒輪的螺旋角均為β= 25°。設(shè)調(diào)整028的軸向位移為h，那么029與035的分度圓就會(huì)以相反的方向轉(zhuǎn)過一個(gè)相同的弧長(zhǎng)及轉(zhuǎn)角。
根據(jù)三角函數(shù)的知識(shí)可得轉(zhuǎn)過的弧長(zhǎng)為：δ29 =δ35 =h tan25°
由于031與029同軸、033與035同軸，所以它們的轉(zhuǎn)角都相同，由此可得當(dāng)028軸向調(diào)整h時(shí)，則031與033分度圓能夠轉(zhuǎn)過的弧長(zhǎng)那么031與033可以與齒條消除的側(cè)隙即為2δ。則有下列關(guān)系：當(dāng)h為1mm時(shí)，則：δ= 147。22×1×tan25°/ 337.63=0.2mm即每當(dāng)028齒輪軸在軸向調(diào)整1mm，則每個(gè)小齒輪使其分度圓轉(zhuǎn)過一個(gè)0。
2mm的弧長(zhǎng)，從而可消除齒輪、齒條間的側(cè)隙2δ=0.4mm.由于受齒條（由很多小齒條組合起來）槽寬不一至、直線度的誤差以及小齒輪齒寬的誤差等因素的影響，齒輪齒條的側(cè)隙會(huì)有一定的變化，但在有預(yù)載荷的情況下，使用時(shí)可經(jīng)自動(dòng)調(diào)整來彌補(bǔ)。
這是由于側(cè)隙的調(diào)整是通過調(diào)整螺母及調(diào)整螺桿來實(shí)現(xiàn)的，調(diào)整螺桿傳力而使碟形彈簧受壓縮，碟形彈簧具有彈性，在側(cè)隙變化時(shí)，028齒輪軸在碟形彈簧的作用下，會(huì)及時(shí)發(fā)生微量的軸向移動(dòng)（因?yàn)槁菪?5°遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于當(dāng)量摩擦角而不會(huì)自鎖），從而彌補(bǔ)增加或減少的側(cè)隙。
由于齒輪齒條承受到高速重載的作用，會(huì)產(chǎn)生一定的熱量，這個(gè)可以通過潤(rùn)滑油把熱量分散后通過箱體散發(fā)到大氣中。
顯然雙小齒輪及齒條的潤(rùn)滑是滴油潤(rùn)滑而至使?jié)櫥蛶ё叩臒崃可?，但齒條的散熱效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于齒輪的散熱效果。
4傳遞動(dòng)力及速動(dòng)的計(jì)算
要求X軸進(jìn)給范圍為1～4000mm/min，快速移動(dòng)v= 8000mm/min，傳遞動(dòng)力為F= 7t。
經(jīng)過反復(fù)的計(jì)算及反復(fù)的齒輪配對(duì)后，決定采用SIEMENS電機(jī)1FT61088AC711AG1（扭矩特性），其有關(guān)參數(shù)如下：
扭矩：T= 58Nm（最大70Nm）最大轉(zhuǎn)速：n= 2000r/min
功率：P=14.7kW從電機(jī)到031及033（雙小齒輪）的傳動(dòng)比為：i= 76×74×53×51 /（22×21×17×17）= 113.85
4.1傳遞動(dòng)力F的計(jì)算
考慮到齒輪副及軸承等的效率問題，粗略地傳遞總效率按η=0.8算。進(jìn)給電機(jī)在0～2000r/min轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)為恒扭矩。
由于進(jìn)給箱的降速以及能量的損耗，傳到雙小齒輪處的扭矩
雙因?yàn)門雙=F（r為雙小齒輪的分度圓半徑），則傳遞動(dòng)力F=T雙/r= 2 T雙/d 31 = 2×5282。
64 /（147。2×10 -3）= 71765N≈7t
4.2立柱滑座移動(dòng)速度的計(jì)算
立柱進(jìn)給的最大速度v大=n
iπd 31 = 2000×3。14×147。22 / 113。85 = 8124mm/min≈8000 mm/min以上計(jì)算說明：當(dāng)進(jìn)給電機(jī)轉(zhuǎn)速從0～2000r/min時(shí)，滑座移動(dòng)速度從0～8000mm/min，而且此速度范圍內(nèi)能夠保持7t左右的推動(dòng)力。
當(dāng)然，當(dāng)負(fù)載小于7t時(shí)，則電機(jī)的輸出功率自然就會(huì)小于58Nm。
5結(jié)語
與普通進(jìn)給箱相比，采用預(yù)載雙小齒輪齒條結(jié)構(gòu)的進(jìn)給箱結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，體積也偏大一些，對(duì)裝配工人的技術(shù)水平要求也相應(yīng)的要高一些。但是預(yù)載雙小齒輪齒條結(jié)構(gòu)的進(jìn)給箱，解決了長(zhǎng)行程高負(fù)荷下滾珠絲杠難以勝任的問題。它有效地消除了齒輪與齒輪、齒輪與齒條間的側(cè)隙，保證了立柱平穩(wěn)地進(jìn)給，在實(shí)際使用中有效地解決了機(jī)床進(jìn)給軸的爬行現(xiàn)象?，F(xiàn)在，在昆明機(jī)床股份有限公司的長(zhǎng)行程大負(fù)荷的機(jī)床，特別是在落地銑鏜床中，普遍采用此結(jié)構(gòu)，取得了滿意的效果。
