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摘 要：带有铣削和钻削功能的重型卧式数控车床通常要用到c轴分度系统，设计中最常见的有双电机伺服分度系统和单电机机械消隙/阻尼分度系统。双电机伺服分度系统机械结构设计相对简单，但成本较高；单电机c轴分度系统传动链机械结构相对复杂，成本低，但系统的保持性较差。本文推荐一种带有液压消隙和阻尼的分度系统，其同时具有低成本和高保持性的优势。
关键词：阻尼；消隙；主轴分度；油缸保压
重型卧式数控车床常用的c轴分度系统有双电机伺服分度系统[1]和单电机机械消隙/阻尼分度系统。双电机伺服分度系统所需电气配套元件和机械零件数量较多，成本较高；单电机c轴分度系统机械件易磨损，碟簧组发生塑性变形，导致分度系统处于变量状态，主轴分度的保持性不高，需要时常对机械系统进行调整才能达到理想工作状态。
为克服以上缺点，我们设计了一种新的液压消隙和阻尼结构，可以保证传动链的精度，并提高主轴分度的稳定性。
1 主要结构
如图1-2所示，该系统包括主轴箱及其主传动链、主传动链液压换挡系统、c轴伺服分度传动链，c轴伺服分度切换系统，c轴传动链液压消隙系统、大齿轮液压阻尼系统等。
2 设计原理
2.1主传动链换挡装置
如图1所示，主传动链由4级传动链组成。通过拨叉调整轴Ⅲ的滑移齿轮来实现换挡功能，完成高速链和低速链的自动切换。滑移齿轮的位置通过图2Ⅲb轴来控制：当换挡油缸
2.2 C轴伺服分度切换
如图l所示，当主轴要运行C轴分度功能时，主运动转速降低至临界转速，拨叉（10）移动到位置B，主传动链断开。此时C轴齿轮切换油缸（11）推动C轴切换齿轮（17）与Ⅲ轴大齿轮啮合。完全啮合后，给油缸限位单元（14）信号，动作停止。
接到完成伺服分度信号后，c轴齿轮切换油缸（11）拉动C轴切换齿轮（17）与Ⅲ轴大齿轮脱离。达到预定位置后，动作停止。
2.3液压消隙单元
如图3所示，当油缸（25）接到油缸限位单元（14）闭合信号后，推动拨叉（24）向右运动，滑移斜齿轮（20）向远离Ⅲ轴斜齿轮（18）的方向运动，使得III轴斜齿轮（18）和滑移斜齿轮（20）的齿面分别作用于Ⅳ轴大齿轮的两个方向，达到消隙的效果。
接到完成伺服分度信号后，油缸（25）卸除压力，滑移斜齿轮（20）恢复到自然状态，并随Ⅲ轴斜齿轮（18）一起跟随主传动链转动。
2.4大齿轮阻尼单元
收到c轴伺服分度开始信号后，液压站向阻尼油缸供油，通过串联腔体结构使得两边弹性法兰（28）内部压力平衡，变形一致。阻尼块（29）在弹性法兰（28）受到油压变形的作用下对Ⅳ轴大齿轮形成阻尼，对主轴分度动作起到平稳和抗震的作用；当主轴分度动作完成后，液压系统调节油腔压力，将分度定位后的Ⅳ轴大齿轮卡紧，动作完成（见图4）。
3 设计注意事项
3.1液压消隙单元
如图5所示，油缸预紧力F在斜齿轮圆周方向产生的分力为F切，所产生的扭矩为T。本结构的拉力油缸处于恒压状态，可自动补偿磨损值，为了完全消除反向间隙，并增加齿面接触刚度，应：
式中：
Tn——齿轮计算转矩，N·m；
P——电机额定功率，KW9；
nJ——该消隙轴的计算转速，r/min；
B——斜齿轮螺旋角。
根据以上公式可以求出油缸最小拉力，并得出油缸需求的压力值。
3.2大齿圈阻尼单元
3.2.1锁紧状态
进入锁緊状态时，摩擦力矩必须大于主轴（包括花盘、工件等）整体的最大惯性矩，即Tf≥M∑。
由保压油缸对大齿圈的正压力F产生的摩擦力f=2μF，由摩擦力f产生的扭矩为Tf=2π·f·R[2-3]。
由运动学公式：可以求出油缸的最小正压力F，取值后设定系统F值恒定输出。
式中：
R——摩擦力作用点处的齿圈半径，m；
nmax——刚体最大转动速度，r/min；
J∑——人共总转动惯量，kg·m2；
α——角加速度rad/s2；
Pi——刚体折算半径，m；
Mi——刚体质量，kg；
T——刚体设置制动时间，s。
3.2.2阻尼状态
大齿圈在c轴分度状态下产生的最大惯性矩为M∑，阻尼状态下需综合掉由传动系统产生的机械振动，根据公式aTf=M∑[3]，a为计算常数，可以求出油缸正压力范围。
所有油缸压力设定值确定后，进行系统运动状态模拟，在软件分析状态下校核系统是否满足设计需要，反复试验达到许用要求。
4 实际应用效果
本结构利用油缸恒压原理，克服了因机械结构磨损产生间隙而导致的不定因素，使得消隙预紧力、阻尼、卡紧力等保持不变。大大降低了维护保养的难度，实现稳定的c轴分度功能。本结构可适用于数控卧式车床等相关类似应用。齐齐哈尔二机床（集团）股份有限公司自行研制CXK61200X100/40重型数控卧式车铣床主轴箱c轴分度系统便依赖于此技术，该系统对主轴分度定位给予了充分对保障，实际应用效果非常显著，受到客户信赖。
[参考文献]
[1]焦卫兵，常雪梅.高精度重型数控机床c轴进给分度装置消隙结构的研究[C].哈尔滨：第三届十省区市机械工程学会科技论坛暨黑龙江省机械工程学会年会，2007.
[2]李 宏.实用机床设计手册[M].沈阳：辽宁科学技术出版社，1999
[3]机床设计手册编写组.机床设计手册第三册[M].北京：机械工业出版社，1986.
关键词：阻尼；消隙；主轴分度；油缸保压
重型卧式数控车床常用的c轴分度系统有双电机伺服分度系统[1]和单电机机械消隙/阻尼分度系统。双电机伺服分度系统所需电气配套元件和机械零件数量较多，成本较高；单电机c轴分度系统机械件易磨损，碟簧组发生塑性变形，导致分度系统处于变量状态，主轴分度的保持性不高，需要时常对机械系统进行调整才能达到理想工作状态。
为克服以上缺点，我们设计了一种新的液压消隙和阻尼结构，可以保证传动链的精度，并提高主轴分度的稳定性。
1 主要结构
如图1-2所示，该系统包括主轴箱及其主传动链、主传动链液压换挡系统、c轴伺服分度传动链，c轴伺服分度切换系统，c轴传动链液压消隙系统、大齿轮液压阻尼系统等。
2 设计原理
2.1主传动链换挡装置
如图1所示，主传动链由4级传动链组成。通过拨叉调整轴Ⅲ的滑移齿轮来实现换挡功能，完成高速链和低速链的自动切换。滑移齿轮的位置通过图2Ⅲb轴来控制：当换挡油缸
2.2 C轴伺服分度切换
如图l所示，当主轴要运行C轴分度功能时，主运动转速降低至临界转速，拨叉（10）移动到位置B，主传动链断开。此时C轴齿轮切换油缸（11）推动C轴切换齿轮（17）与Ⅲ轴大齿轮啮合。完全啮合后，给油缸限位单元（14）信号，动作停止。
接到完成伺服分度信号后，c轴齿轮切换油缸（11）拉动C轴切换齿轮（17）与Ⅲ轴大齿轮脱离。达到预定位置后，动作停止。
2.3液压消隙单元
如图3所示，当油缸（25）接到油缸限位单元（14）闭合信号后，推动拨叉（24）向右运动，滑移斜齿轮（20）向远离Ⅲ轴斜齿轮（18）的方向运动，使得III轴斜齿轮（18）和滑移斜齿轮（20）的齿面分别作用于Ⅳ轴大齿轮的两个方向，达到消隙的效果。
接到完成伺服分度信号后，油缸（25）卸除压力，滑移斜齿轮（20）恢复到自然状态，并随Ⅲ轴斜齿轮（18）一起跟随主传动链转动。
2.4大齿轮阻尼单元
收到c轴伺服分度开始信号后，液压站向阻尼油缸供油，通过串联腔体结构使得两边弹性法兰（28）内部压力平衡，变形一致。阻尼块（29）在弹性法兰（28）受到油压变形的作用下对Ⅳ轴大齿轮形成阻尼，对主轴分度动作起到平稳和抗震的作用；当主轴分度动作完成后，液压系统调节油腔压力，将分度定位后的Ⅳ轴大齿轮卡紧，动作完成（见图4）。
3 设计注意事项
3.1液压消隙单元
如图5所示，油缸预紧力F在斜齿轮圆周方向产生的分力为F切，所产生的扭矩为T。本结构的拉力油缸处于恒压状态，可自动补偿磨损值，为了完全消除反向间隙，并增加齿面接触刚度，应：
式中：
Tn——齿轮计算转矩，N·m；
P——电机额定功率，KW9；
nJ——该消隙轴的计算转速，r/min；
B——斜齿轮螺旋角。
根据以上公式可以求出油缸最小拉力，并得出油缸需求的压力值。
3.2大齿圈阻尼单元
3.2.1锁紧状态
进入锁緊状态时，摩擦力矩必须大于主轴（包括花盘、工件等）整体的最大惯性矩，即Tf≥M∑。
由保压油缸对大齿圈的正压力F产生的摩擦力f=2μF，由摩擦力f产生的扭矩为Tf=2π·f·R[2-3]。
由运动学公式：可以求出油缸的最小正压力F，取值后设定系统F值恒定输出。
式中：
R——摩擦力作用点处的齿圈半径，m；
nmax——刚体最大转动速度，r/min；
J∑——人共总转动惯量，kg·m2；
α——角加速度rad/s2；
Pi——刚体折算半径，m；
Mi——刚体质量，kg；
T——刚体设置制动时间，s。
3.2.2阻尼状态
大齿圈在c轴分度状态下产生的最大惯性矩为M∑，阻尼状态下需综合掉由传动系统产生的机械振动，根据公式aTf=M∑[3]，a为计算常数，可以求出油缸正压力范围。
所有油缸压力设定值确定后，进行系统运动状态模拟，在软件分析状态下校核系统是否满足设计需要，反复试验达到许用要求。
4 实际应用效果
本结构利用油缸恒压原理，克服了因机械结构磨损产生间隙而导致的不定因素，使得消隙预紧力、阻尼、卡紧力等保持不变。大大降低了维护保养的难度，实现稳定的c轴分度功能。本结构可适用于数控卧式车床等相关类似应用。齐齐哈尔二机床（集团）股份有限公司自行研制CXK61200X100/40重型数控卧式车铣床主轴箱c轴分度系统便依赖于此技术，该系统对主轴分度定位给予了充分对保障，实际应用效果非常显著，受到客户信赖。
[参考文献]
[1]焦卫兵，常雪梅.高精度重型数控机床c轴进给分度装置消隙结构的研究[C].哈尔滨：第三届十省区市机械工程学会科技论坛暨黑龙江省机械工程学会年会，2007.
[2]李 宏.实用机床设计手册[M].沈阳：辽宁科学技术出版社，1999
[3]机床设计手册编写组.机床设计手册第三册[M].北京：机械工业出版社，1986.