王超俊

( 河南广播电视大学，河南郑州450000)

数控铣齿机的工件箱主要由蜗轮、蜗杆、伺服电机、工件箱箱体及工件拉紧油缸等几部分组成，其主要功能是夹紧被加工齿轮并使其按照一定的规律转动。工件箱具体结构及在铣齿机总成中的布置如图1所示。

图1 数控铣齿机立体总成

1 工件箱重力平衡配重的必要性

工件箱作为数控铣齿机的垂直运动部件，通过伺服电机带动螺旋丝杠实现沿立柱导轨的垂直运动，因重力的作用，向下运动时的驱动力与重力方向相同，向上运动时的驱动力与重力方向相反，如果不采取措施对重力进行平衡，不仅影响到工件箱的运动平稳性，而且传动滚珠丝杠始终承担着工件箱的重力，会导致滚珠丝杠的磨损，降低滚珠丝杠的传动精度，从而影响机床精度的保持性。此外，采用滚珠丝杠传动时，由于滚珠丝杠无自锁功能，当控制系统失电时，工件箱会因重力而下滑，这是不容许的。因此，有必要对工件箱的重力平衡问题进行研究并加以解决。

2 工件箱配重块平衡配重

粗切数控铣齿机床工件箱的平衡配重采用如图2所示的配重块配重平衡方法来进行平衡配重。所述的配重块平衡机构由立柱体内腔中的配重块、链条、链轮、链轮座，工件箱等组成。链条的两端分别连接工件箱和配重块，当交流伺服电机带动滚珠丝杠工作时，工件箱沿着立柱导轨上下移动，链条的另一端连接配重块，工件箱上下移动时，带动链条通过滑轮改变作用力的方向后，拖动配重块与工件箱做反方向的移动，以达到配重的目的。

虽然配重块平衡配重结构简单，工作可靠，但是，配重块平衡配重会增大铣齿机的整体质量。此外，由于工件箱与配重块之间是非刚性连接，工件箱向下运动时运动惯量等于工件箱惯量与配重块惯量之和;向上运动时总惯量仅为工件箱惯量，运动加速度必须小于配重块自由落体加速度，这使工件箱的速度和加速度都受到限制，因此高速、高精的数控精切铣齿机不适合选用配重块平衡配重。

图2 工件箱重物配重示意图

3 工件箱液压平衡配重

3.1 液压平衡配重

液压平衡配重的方法就是在工件箱重力的反方向增加一个与工件箱重力相等的液压力，抵消工件箱重力的作用，从而减少主轴丝杠副的单面磨损，保持机床精度及运动的平稳性，能极大地提高滚珠丝杠副的寿命。当主轴伺服控制系统或液压站电源失电时可实现自锁，从而确保机床控制系统安全、可靠地运行。另外液压平衡配重可调节，直至系统平衡。当系统突然断电时可实现自锁，压力不足时系统可提供报警信号，采用风冷却系统散热，方便可靠，油压专用电机使结构更紧凑;变量泵可自动调节流量，减少功耗。

3.2 液压平衡配重方案设计

液压平衡装置布局位置很重要，应该与主驱动轴对称布局，这样平衡缸受力均匀。分析该机床结构，受立柱体尺寸所限以及工件箱行程要求，采用与工件箱平行的方式在立柱体的两侧安装2 个油缸，油缸在液压系统工作的情况下产生与工件箱重力大小相等、方向相反的液压力，从而减轻滚珠丝杠副工作载荷，达到平衡配重的目的。如图3 所示。

3.3 铣齿机液压系统原理图

根据系统的功能需要，初步拟定的数控铣齿机液压系统如图4 所示。夹紧油缸系统溢流阀8 起调定夹紧油缸压力的作用;SP1 压力继电器起控制夹紧油缸工作压力的作用，当SP1 发出信号后，铣齿机进给机构才开始加工工件。液压平衡系统采用了两个溢流阀，无减压阀。平衡压力由溢流阀12 调定，溢流阀14 的调定压力应大于溢流阀12，当运动部件向下运动时，单向阀截止，单向阀上端的压力会大于平衡压力，此时，溢流阀14 开启。气体加载式蓄能器15 主要起液流缓冲作用，其充气压力等于0.8 倍的平衡压力。当运动部件静止或向下运动时，蓄能器会储存部分液流量;当运动部件向上运动时，蓄能器会释放部分液流量，以补充液流量的不足。

图3 液压平衡配重方案示意图

图4 液压原理图

4 结论

分析了数控铣齿机工件箱配重块平衡配重方案存在的问题，介绍了液压平衡配重的原理，设计出了液压平衡配重的新方案，同时给出了液压原理图。该方案已进行样机试制，实践证明:只要各元器件选择适当，该工件箱运动的速度和加速度都能达到较大的值，从而满足机床高速、高精度的性能要求。

【1】邱新桥，张桂英，张晨阳.机床垂直运动部件重力平衡方法的研究［J］.机械制造，2004(1):39 －41.

【2】辛涛，张党勃，李伟龙.立式车床液压重力平衡系统设计改进的研究［J］.机械工程师，2012(1):104 －105.

【3】陆慧琴.机床液压平衡系统分析［J］. 精密制造与自动化，2001(1):15 －17.