周庆

（江苏金方圆数控机床有限公司，山东 扬州 225127）

0 引言

目前，国际市场上大功率平面激光切割机的X、Y、U轴主流驱动方式为精密齿轮齿条驱动。在设计激光切割机的过程中，不同设备的性能需求是不一样的，即使在同一台设备上，不同的驱动轴也可能有不同的性能要求。针对不同的性能需求合理地设计和选择相应的齿轮齿条驱动系统，对于激光切割机可靠性及设备成本控制有很大帮助。

1 各种齿轮齿条驱动系统设计和选择对比分析

1.1 键槽输出

图1 所示为键槽输出型齿轮齿条驱动系统，伺服电机经行星减速机减速后，减速机的输出轴（带平键A12×8×50）驱动齿轮与齿条（未示出）啮合实现直线运动。采用该设计的激光切割机的轴运行精度（定位精度）在±0.20 mm 内，同时轴的加速性能一般，约为0.4g（最高定位速度60 m/min），适用于低端需求。

图1 采用键槽输出模型

1.2 胀紧套（或锁紧盘）输出及其演化

目前，激光切割机的发展趋势是高速度、高精度及高动态特性，键槽输出的设计已经远远达不到相应的需求。图2 所示为胀紧套输出型齿轮齿条驱动系统，伺服电机经行星减速机减速后，减速机的输出轴（光轴）通过胀紧套驱动齿轮与齿条（未示出）啮合实现直线运动。采用该设计的激光切割机单轴最大定位速度达到72 m/min，加速度达到（0.8～1）g，轴运行精度达到±0.10 mm，适用于中端需求。对于此工况，键槽输出不仅精度达不到要求，其能传递的扭矩也已经不够。A12×8×50的平键能传递的转矩为308 Nm，而需要的加速转矩达到428 Nm（见后续计算），采用Z2 型胀紧套可传递转矩1 000 Nm，满足需求。……