1.傳動(dòng)設(shè)計(jì)

輕載數(shù)控加工中心的主軸一般采用直連方式，在高速時(shí)加工中心主軸扭矩較小，低速時(shí)也不能提供較大的扭矩。對(duì)于加工范圍大并要求提供主軸低、中、高三擋扭矩的數(shù)控加工中心，就需要為主軸設(shè)計(jì)一個(gè)三擋變速箱，將主軸電機(jī)的扭矩增大來驅(qū)動(dòng)主軸。這個(gè)三擋變速箱傳動(dòng)比最好接近等比數(shù)列，這樣才比較合理。圖1所示是我公司設(shè)計(jì)的某數(shù)控加工中心主軸三擋撥叉齒輪變速箱。

撥叉1向左移動(dòng)且撥叉2在空位為一擋，傳動(dòng)比/= (52/23) x(46/18) x (31/31) x(52/23 ) = 13.063;撥叉 1在空位且撥叉2向左移動(dòng)為二擋，傳動(dòng)比/= (52/23) x (34/30) x(31/31 ) x (52/23) =5.793；撥叉1向右移動(dòng)且撥叉2在空位為三擋，傳動(dòng)比/= (39/38) x(31/31) x (52/23) =2.320。

為了保證傳動(dòng)的準(zhǔn)確性、平穩(wěn)性、重載荷及低噪聲，此三擋齒輪變速箱傳動(dòng)齒輪采用了斜齒輪傳動(dòng)。這就使普通滑移齒輪的換擋方式行不通，且直齒滑移齒輪的換擋方式傳動(dòng)平穩(wěn)性差、間隙大、易磨損齒且易打齒。故采用主、從齒輪一直嚙合并與軸空套，由離合器控制與軸的傳動(dòng)切換方式，但普通的離合器無法滿足髙精度數(shù)控加工中心主軸變速箱的要求。此變速箱采用三擋變速斜齒輪通過髙精度軸承空套在m軸上，三組齒輪均一直嚙合。撥叉1和撥叉2分別推動(dòng)兩個(gè)30齒的直齒滑移外齒輪與30齒的內(nèi)齒圈充當(dāng)離合器，滑移齒輪與m軸是花鍵聯(lián)接，分別將三個(gè)擋位變速傳遞到m軸。這樣的好處是需要變速的齒輪一直嚙合，傳動(dòng)精度高、齒輪磨損小且不會(huì)打齒，傳動(dòng)平穩(wěn)。而30齒的內(nèi)外齒輪充當(dāng)離合實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速的切換，由于是全齒嚙合，故傳動(dòng)剛性大、間隙小，即使局部齒輪磨損也不會(huì)使間隙增大，壽命長，不易打齒，換擋時(shí)間短。

2. 互鎖機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

此變速箱需要兩個(gè)控制軸來控制兩個(gè)撥叉實(shí)現(xiàn)三擋變速，用多個(gè)撥叉來回移動(dòng)控制多個(gè)滑移齒輪離合到達(dá)合理位置，來滿足多級(jí)變速的需要。多個(gè)滑移齒輪之間必須滿足一定的邏輯關(guān)系。多個(gè)主傳動(dòng)齒輪同時(shí)與同一個(gè)軸上多個(gè)從動(dòng)齒輪嚙合，若發(fā)生多個(gè)滑移齒輪離合同時(shí)向m軸傳遞運(yùn)動(dòng)的情況，會(huì)出現(xiàn)非常嚴(yán)重的后果，輕則導(dǎo)致滑移齒輪損壞，重則會(huì)使整個(gè)齒輪箱報(bào)廢。所以必須進(jìn)行互鎖設(shè)計(jì)，為此該變速齒輪箱專門設(shè)計(jì)了兩層互鎖保護(hù)，第一層為機(jī)械式互鎖機(jī)構(gòu)，第二層為電器系統(tǒng)互鎖保護(hù)，保證變速機(jī)構(gòu)的絕對(duì)安全可靠。

該數(shù)控加工中心主軸變速箱研發(fā)的換擋變速機(jī)構(gòu)增加了互鎖圓柱銷，如圖2所示。在當(dāng)前的狀態(tài)下，活塞2左側(cè)供油，則軸1推動(dòng)撥叉停在中位空擋；若活塞2不供油，活塞1右側(cè)供油，則軸1推動(dòng)撥叉向左移動(dòng)至一擋i=13.063;若活塞2不供油，活塞1左側(cè)供油，則軸1推動(dòng)撥叉向右移動(dòng)至三擋f=2.320;當(dāng)軸1換擋時(shí)，軸2必須位于空擋位置。由于圓柱銷I:端面被軸_1外圓向下頂，正好卡在軸2的120° V形槽處，軸2被完全固定，不能移動(dòng)。即使在加工中心調(diào)試或使用中，電器互鎖出現(xiàn)故障以后，兩個(gè)換擋控制軸均不能違反上述邏輯關(guān)系而移動(dòng)。兩個(gè)主傳動(dòng)齒輪不能同時(shí)將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)傳遞給軸3,保證了減速箱的安全旋轉(zhuǎn)。同理，當(dāng)活塞3右側(cè)供油推動(dòng)軸2向左運(yùn)動(dòng)，軸2外圓頂住圓拄銷的下端面，圓柱銷卡在軸1的120° V形槽里，從而實(shí)現(xiàn)軸2移動(dòng)，軸1必須位于空擋的固定位置。實(shí)現(xiàn)軸1和軸2之間的換擋互鎖，此時(shí)為二擋—5.793。這種互鎖換擋裝置保證了變速箱在任何情況下，只會(huì)通過滑移齒輪將一種運(yùn)動(dòng)傳遞給軸3,確保了整個(gè)齒輪箱的安全。

3.  結(jié)語

對(duì)于有多個(gè)撥叉實(shí)現(xiàn)換擋變速的齒輪箱，有時(shí)它們之間有一定的邏輯關(guān)系，若多軸同時(shí)換擋，則有可能發(fā)生齒輪箱的損壞。為此必須設(shè)計(jì)換擋互鎖裝置，保證一個(gè)軸上只有一個(gè)運(yùn)動(dòng)的輸入。有的換擋變速齒輪箱，僅設(shè)計(jì)了一層電器互鎖保護(hù)，若在電器調(diào)試或電器故障時(shí)，有可能導(dǎo)致互鎖失敗，造成變速箱的損壞。我公司某數(shù)控加工中心主軸三擋撥叉齒輪變速箱換擋時(shí)，不僅有電器換擋互鎖，還設(shè)計(jì)了圓柱銷機(jī)械互鎖裝置，結(jié)構(gòu)簡單、安全可靠，滿足了換擋互鎖要求。