新型数控转台蜗轮副耐磨性能和精度保持性试验研究
2019-8-30 来源： 烟台环球机床装备股份有限公司 作者： 潘绍刚 刁静林
【摘要】: 本文通过在3 种工况下，对典型结构蜗轮蜗杆数控转台进行蜗轮副耐磨性能和精度保持性试验，获取了较高价值的数据，对数控转台操作和维护调整蜗轮副间隙有很好的指导价值。
1.试验样品
对4 台TK13200F 数控转台进行试验，该转台采用1.3 倍齿顶高蜗轮副，蜗轮材料采用AlBC3 铜合金。
2.耐磨性能试验研究
（1）试验方法: 该转台蜗轮副属于精密蜗轮副，其工作特点是轻载低速，蜗轮副的磨损十分缓慢，需采用加速试验法。适当加大蜗轮副的转速及载荷，加快磨损，缩短试验时间。试验前，应对蜗轮副进行抗胶合能力、抗擦伤能力计算和分析，确保加速试验时，齿面只出现正常的磨损失效形式。将3 台数控转台分别在3 种工况（见表1）下进行运转试验，为提高试验效率，数控转台在0° ~120°范围内做往复运转。蜗轮副磨损后最直接的影响就是导致转台蜗轮副间隙增大，所以本试验通过自准直仪测量转台蜗轮副间隙的变化来间接测量蜗轮齿面的磨损。
表1
（2）试验结果及分析: 分别在3 种工况下进行试验，每跑车100h 后检测蜗轮磨损区和非磨损区的转台蜗轮副间隙，每次检测位置相同。检测结果如表2~ 表4 所示。
表2 重物偏载下的运转试验检测结果
表3 轻载中转速运转试验
表4 重载高转速运转试验
由此可知，在磨损区，蜗轮副间隙随着时间的增加而变大。同时，在非磨损区，蜗轮副间隙也有较小的增加，其主要原因是蜗杆轴向窜量逐渐变大。另外，由于分度误差的存在，导致0h（磨损前）蜗轮副磨损最大处和非磨损处的间隙不同。磨损最大处和非磨损处间隙的差值减去0h 时两处间隙的差值即为蜗轮磨损值。表5 所示为3 种工况下的蜗轮磨损量。
由表5 可知，工作台转速由3r/min 提高到10r/min 时，磨损速度由0.05″ /h 提高到0.07″ h， 工作台转速由10r/min 提高到19.4r/min，负载由80N · m 提高到150N · m 时，磨损速度由0.07″ /h 提高到0.11″ /h，由此可见，磨损速度随着工作台转速和负载的增加而增加。
表5
在实际使用过程中，每个月的工作时间按200h 计算，3 个月600h 磨损量的对比情况如表6 所示。
表6
表6 给出了我司产品在不同使用工况下，蜗杆副间隙的调整量，同时可知，我司产品的耐磨性与国外先进蜗杆副转台的耐磨性差别不大。
3.精度保持性试验研究
数控转台的精度保持性是数控转台的一项重要指标，它不仅关系着数控转台的精度性能，而且对数控转台的耐久性和可靠性有着重要影响。我们通过对数控转台进行加速运转试验，初步预测了转台的使用寿命。
（1）使用寿命预测公式T ＝（b-a）β /λ ，其中λ 为蜗轮副精度平均变化率，a 为蜗轮副初始精度，b 为蜗轮副失效时精度，β 为加速因子。β 可按公式β ＝（MS/M0）2.75Ns/N0 计算，其中MS、Ns 分别为转台在加速工况下的负载力矩和转速，M0、N0 分别为正常工况下的对应值。
（2）试验结果及分析。用加速试验法对数控转台进行蜗轮副精度保持性试验。试验工况: 工作台负载力矩80N · m，工作台转速10r/min，频次5.4 循环/min，工作台在0° ~120°范围内往复运动，试验共进行400h，齿面未出现异常磨损。转台分度精度用自准直仪每50h 检测一次。磨损区域内的分度精度如表7 所示。
表7
λ 取正反转分度精度的平均值0.071″ /h，加速因子β ＝（80/30）2.75×10/3 ＝ 49.5。数控转台的初始精度为30″，一般认为当精度下降一倍时，则认为丧失运动精度。将上述各检验值代入使用寿命预测公式，T ＝ 20 916h，每月按170h 计算，此工作台的使用寿命在10 年左右。
4.结语
通过对数控转台进行试验，我们对其蜗轮副的基本性能有了初步了解，可归纳为以下几点:
（1）由试验可知，蜗轮副磨损速度随着工作台转速和负载的增加而增加。给出了数控转台在不同工况下蜗轮副间隙的调整值，其耐磨性能基本与国外数控转台一致。
（2）数控转台作为精密分度使用，正常工况下，磨损率约为1.43x10-3″ /h，使用寿命在10年左右。
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