新型數控轉臺蝸輪副耐磨性能和精度保持性試驗研究
2019-8-30 來源： 煙臺環球機床裝備股份有限公司 作者： 潘紹剛 刁靜林
【摘要】: 本文通過在3 種工況下，對典型結構蝸輪蝸桿數控轉臺進行蝸輪副耐磨性能和精度保持性試驗，獲取了較高價值的數據，對數控轉臺操作和維護調整蝸輪副間隙有很好的指導價值。
1.試驗樣品
對4 臺TK13200F 數控轉臺進行試驗，該轉臺采用1.3 倍齒頂高蝸輪副，蝸輪材料采用AlBC3 銅合金。
2.耐磨性能試驗研究
（1）試驗方法: 該轉臺蝸輪副屬于精密蝸輪副，其工作特點是輕載低速，蝸輪副的磨損十分緩慢，需采用加速試驗法。適當加大蝸輪副的轉速及載荷，加快磨損，縮短試驗時間。試驗前，應對蝸輪副進行抗膠合能力、抗擦傷能力計算和分析，確保加速試驗時，齒面只出現正常的磨損失效形式。將3 臺數控轉臺分別在3 種工況（見表1）下進行運轉試驗，為提高試驗效率，數控轉臺在0° ~120°范圍內做往復運轉。蝸輪副磨損后最直接的影響就是導致轉臺蝸輪副間隙增大，所以本試驗通過自準直儀測量轉臺蝸輪副間隙的變化來間接測量蝸輪齒面的磨損。
表1
（2）試驗結果及分析: 分別在3 種工況下進行試驗，每跑車100h 后檢測蝸輪磨損區和非磨損區的轉臺蝸輪副間隙，每次檢測位置相同。檢測結果如表2~ 表4 所示。
表2 重物偏載下的運轉試驗檢測結果
表3 輕載中轉速運轉試驗
表4 重載高轉速運轉試驗
由此可知，在磨損區，蝸輪副間隙隨著時間的增加而變大。同時，在非磨損區，蝸輪副間隙也有較小的增加，其主要原因是蝸桿軸向竄量逐漸變大。另外，由于分度誤差的存在，導致0h（磨損前）蝸輪副磨損最大處和非磨損處的間隙不同。磨損最大處和非磨損處間隙的差值減去0h 時兩處間隙的差值即為蝸輪磨損值。表5 所示為3 種工況下的蝸輪磨損量。
由表5 可知，工作臺轉速由3r/min 提高到10r/min 時，磨損速度由0.05″ /h 提高到0.07″ h， 工作臺轉速由10r/min 提高到19.4r/min，負載由80N · m 提高到150N · m 時，磨損速度由0.07″ /h 提高到0.11″ /h，由此可見，磨損速度隨著工作臺轉速和負載的增加而增加。
表5
在實際使用過程中，每個月的工作時間按200h 計算，3 個月600h 磨損量的對比情況如表6 所示。
表6
表6 給出了我司產品在不同使用工況下，蝸桿副間隙的調整量，同時可知，我司產品的耐磨性與國外先進蝸桿副轉臺的耐磨性差別不大。
3.精度保持性試驗研究
數控轉臺的精度保持性是數控轉臺的一項重要指標，它不僅關系著數控轉臺的精度性能，而且對數控轉臺的耐久性和可靠性有著重要影響。我們通過對數控轉臺進行加速運轉試驗，初步預測了轉臺的使用壽命。
（1）使用壽命預測公式T ＝（b-a）β /λ ，其中λ 為蝸輪副精度平均變化率，a 為蝸輪副初始精度，b 為蝸輪副失效時精度，β 為加速因子。β 可按公式β ＝（MS/M0）2.75Ns/N0 計算，其中MS、Ns 分別為轉臺在加速工況下的負載力矩和轉速，M0、N0 分別為正常工況下的對應值。
（2）試驗結果及分析。用加速試驗法對數控轉臺進行蝸輪副精度保持性試驗。試驗工況: 工作臺負載力矩80N · m，工作臺轉速10r/min，頻次5.4 循環/min，工作臺在0° ~120°范圍內往復運動，試驗共進行400h，齒面未出現異常磨損。轉臺分度精度用自準直儀每50h 檢測一次。磨損區域內的分度精度如表7 所示。
表7
λ 取正反轉分度精度的平均值0.071″ /h，加速因子β ＝（80/30）2.75×10/3 ＝ 49.5。數控轉臺的初始精度為30″，一般認為當精度下降一倍時，則認為喪失運動精度。將上述各檢驗值代入使用壽命預測公式，T ＝ 20 916h，每月按170h 計算，此工作臺的使用壽命在10 年左右。
4.結語
通過對數控轉臺進行試驗，我們對其蝸輪副的基本性能有了初步了解，可歸納為以下幾點:
（1）由試驗可知，蝸輪副磨損速度隨著工作臺轉速和負載的增加而增加。給出了數控轉臺在不同工況下蝸輪副間隙的調整值，其耐磨性能基本與國外數控轉臺一致。
（2）數控轉臺作為精密分度使用，正常工況下，磨損率約為1.43x10-3″ /h，使用壽命在10年左右。
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