胡靖宇

【中圖分類號】TB47 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】2095-3089（2016）04-0031-02

單螺桿塑化擠出機(jī)是各類螺桿擠出機(jī)中的一種主要類型。它同時具有輸送泵、熔融融器和塑化器三種功能。被加工的聚合物物料內(nèi)螺桿擠出系統(tǒng)推送前進(jìn)，以一定的壓力從機(jī)頭處擠出。其核心部件螺桿通常都是銑削加工，其表面質(zhì)量很差，多數(shù)企業(yè)仍采用人工角磨或半機(jī)械式打磨的落后工藝，其不僅拉長了生產(chǎn)周期，且螺桿的尺寸精度和幾何精度受操作人員個體間的技能水平影響較大，致使打磨質(zhì)量極不穩(wěn)定，更無法滿足批量生產(chǎn)的要求。

鑒于此，本人設(shè)計(jì)了一個用于橡塑擠出機(jī)螺桿拋磨加工的專用數(shù)控機(jī)床。本文主要介紹了機(jī)床的主傳動部件的選型。

機(jī)械傳動部件與電氣部件的優(yōu)良設(shè)計(jì)決定了機(jī)床的加工精度。機(jī)械部件對伺服系統(tǒng)起著關(guān)鍵的影響。此外，伺服電機(jī)精度和性能要與機(jī)械傳動部件精度與性能相協(xié)調(diào)。不合理的進(jìn)給傳動設(shè)計(jì)，制造精度不夠，給位置精度調(diào)節(jié)帶來了很大難度。

一、主軸傳動部件的選擇

主軸除具有高精度和高剛度的特性外，還應(yīng)與Z軸保持嚴(yán)格的定比傳動關(guān)系，因此其傳動部件的選擇尤為重要。主軸為空心軸，由于軸孔有特定的工藝用途，故驅(qū)動電機(jī)不能與主軸直連。主軸與驅(qū)動電機(jī)有多種連接方式：

1、齒輪傳動主軸與電機(jī)采用齒輪傳動。齒輪傳動的特點(diǎn)：

①效率高，在常用的傳動機(jī)械中，以齒輪傳動效率最高；

②結(jié)構(gòu)緊湊，齒輪傳動在相同的條件下所需的空間一般較小；

③傳動比很穩(wěn)定。

但齒輪傳動的制造精度與安裝精度要求較高，價格昂貴，且不宜用于傳動距離過大的場合。

2、V帶傳動

伺服電機(jī)與主軸之間用V帶傳動。帶傳動的優(yōu)點(diǎn)：有過載保護(hù)作用，有緩沖吸振作用；運(yùn)行平穩(wěn)無噪音；適于遠(yuǎn)距離傳動，制造、安裝精度要求不高。

缺點(diǎn)：有彈性滑動使傳動比不恒定；張緊力較大（與_合傳動相比）軸上莊力較大；結(jié)構(gòu)尺寸較大、不緊湊；打滑，使帶壽命較短；帶與帶輪間會產(chǎn)生摩擦放電現(xiàn)象，不適宜高溫、易燃、易爆的場合。

3、同步帶傳動

同步帶是一種綜合了帶、鏈傳動優(yōu)點(diǎn)的新型傳動。同步帶在帶的工作面及帶的外圓周上均制成齒形，通過帶齒與帶輪相嚙合，做無滑移的嚙合傳動。同時帶內(nèi)采用了承載后無彈性伸長的材料做強(qiáng)力層，以保持帶的節(jié)距不變，使主從帶輪做無滑差的同步傳動，與傳統(tǒng)的傳動帶相比同步帶具有以下特點(diǎn)：

①傳動比準(zhǔn)確，同步帶傳動是齒與槽的嚙合傳動，工作時不會出現(xiàn)彈性滑動和打滑現(xiàn)象；

②傳動效率與齒輪傳動相當(dāng)，可達(dá)98%甚至更高，有明顯的節(jié)能效果；

③不需要摩擦傳動，無需太大的預(yù)緊力，對軸和軸承的徑向作用力小，帶輪直徑所占空間小，質(zhì)量輕，結(jié)構(gòu)相對緊湊；

④傳動平穩(wěn)，有良好的動態(tài)特性，能吸振，噪聲??；

因?yàn)楸緳C(jī)床對軸聯(lián)動伺服位置要求較高，齒輪傳動成本較高，且運(yùn)動中對伺服電機(jī)沖擊較大，因此采用同步帶傳動。

二、進(jìn)給傳動部件的選擇

為了提高進(jìn)給系統(tǒng)的定位精度、靈敏度、低速防爬行等性能，在設(shè)計(jì)中要設(shè)法降低數(shù)控機(jī)床進(jìn)給部件的動摩擦和最大靜摩擦因數(shù)之差，使運(yùn)動部件的靜動摩擦因數(shù)盡量一致，因此，直線運(yùn)動機(jī)構(gòu)釆用滾珠絲杠副進(jìn)行傳動。滾珠絲杠運(yùn)動副就是把適量的滾珠放入絲杠與螺母之間，使絲杠與螺母由原來的滑動摩擦變?yōu)楝F(xiàn)在的滾動摩擦。在機(jī)械傳動中滾珠絲杠的作用是：把旋轉(zhuǎn)運(yùn)動變?yōu)橹本€運(yùn)動或是把直線運(yùn)動變?yōu)樾D(zhuǎn)運(yùn)動。滾珠絲杠運(yùn)動副一般由四個部分組成：絲杠、螺母、滾珠（鋼球）及滾珠循環(huán)返回裝置等。

滾珠絲杠副的傳動特點(diǎn)：

（1）摩擦小，較高的傳動效率。滾珠絲杠副的傳動效率η=0.92～0.96，比常規(guī)的絲杠螺母副提高3～4倍。因此，功率消耗只相當(dāng)于傳統(tǒng)絲杠螺母副的1/4～1/3；

（2）定位精度高，剛度好。如果對其進(jìn)行預(yù)緊，可減小甚至消除螺母與絲杠之間的間隙，反向時可以提高位置精確度；

（3）運(yùn)動相對平穩(wěn)，傳動精度較高，無爬行現(xiàn)象；

（4）具有可逆性，絲杠和螺母均可作為主動或從動件；

滾珠絲桿的結(jié)構(gòu)形式主要從三個方面對其劃分：螺桿滾道的截面形狀、滾珠的循環(huán)方式、消除軸向間隙和調(diào)整預(yù)緊力的方法。螺桿滾道法向截面的形狀有：矩形、單圓弧形截面和雙圓弧形截面。矩形滾道易于制造，接觸應(yīng)力高、承載力低，只用在軸向載荷小和要求不高的傳動。單圓弧滾道型面加工起來比較容易，并有著較高的加工精度，但不易控制接觸角，通常其與軸向力有直接關(guān)系。因而其傳動效率、承載能力和軸向剛度均不穩(wěn)定。雙圓弧滾道能保持一定的接觸角，傳動效率、承載能力和軸向剛度均比較穩(wěn)定，但砂輪成型較復(fù)雜不易獲得較高的加工精度，螺旋槽底部不與滾珠接觸可容納一定的潤滑油和臟污，以減小摩擦和磨損。因本機(jī)床為數(shù)控磨床，軸向力作用力不大所以釆用矩形滾珠絲杠。滾珠的循環(huán)形式有內(nèi)循環(huán)和外循環(huán)兩種，本系統(tǒng)選用采用外循環(huán)。

三、支承部件的選擇

砂輪進(jìn)給部件的支承部件選用導(dǎo)軌副。導(dǎo)軌的功能是使運(yùn)動部件沿著一定的軌跡運(yùn)動。并承受運(yùn)動部件的載荷。即起導(dǎo)向和承載作用。在導(dǎo)軌副中運(yùn)動的一方稱作運(yùn)動導(dǎo)軌，不動的一方稱作支承導(dǎo)軌。支撐導(dǎo)軌用以約束和支承運(yùn)動導(dǎo)軌。使之按功能要求做正確運(yùn)動。

滾動導(dǎo)軌是把滾動體放入靜導(dǎo)軌與動導(dǎo)軌之間。滾動體如：滾珠、滾針、滾柱或滾動導(dǎo)軌塊而構(gòu)成。與傳統(tǒng)導(dǎo)軌相比具有如下特點(diǎn)：

（1）摩擦系數(shù)?。?.003～0.005），運(yùn)動靈活，這也是滾動導(dǎo)軌的最大優(yōu)點(diǎn)；

（2）動、靜摩擦因數(shù)很接近，因而啟動阻力小，在低速工況下運(yùn)動平穩(wěn)性較好，不易發(fā)生爬行；

（3）可以預(yù)緊，剛度高；

（4）壽命長；

（5）精度高，定位精度可達(dá)0.1～0.2μm；

四、回轉(zhuǎn)工作臺回轉(zhuǎn)部件的選擇

因?yàn)槲仐U傳動比大、結(jié)構(gòu)緊湊、傳動平穩(wěn)、無噪聲且自鎖性好。蝸輪擺動要求運(yùn)動精度較高，采用傳動比大的傳動件會使控制精度提高。故回轉(zhuǎn)部件釆用蝸輪蝸桿傳動。蝸桿傳動由蝸桿和蝸輪組成，用于傳遞空間交錯的兩軸間的運(yùn)動和動力，一般交錯角為90度，通常蝸桿為主動件，蝸輪為從動件。

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