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摘要：本文对末级传动装置在数控龙门镗铣床上的几种选择进行了阐述，并结合生产实际重点给出了可供具体实施的X轴末级传动装置可行方案，并对末级传动装置的选用方法进行了总结。
关键词：数控龙门镗铣床;末级传动装置
常用于数控机床的末级传动装置有滚珠丝杠螺母副、静压蜗杆蜗条副和预载双齿轮齿条副。
滚珠丝杠螺母副是一种低摩擦、高精度、高效率的机构。它的传动效率高达85%-98%，比普通滑动丝杠高3-4倍。它的动（静）摩擦系数基本相等，配以滚动导轨，启动力矩很小，运动极灵敏，低速时不会出现爬行。滚珠丝杠螺母副还可以完全消除间隙并可预紧，故有较高的轴向刚度;且反向无空程死区，反向定位精度高。滚珠丝杠螺母副摩擦系数小，无自锁，能实现可逆传动，是目前应用最为广泛的末级传动装置。
在数控龙门镗铣床上的Y轴（沿横梁移动的水平进给轴）、Z轴（沿溜板导轨移动的垂直进给轴）和W轴（采用两根滚珠丝杠沿立柱导轨移动的较长距离的垂直进给轴）都经常采用，且使用效果良好。
比较困扰使用者的是数控龙门镗铣床上的X轴所采用的末级传动装置。数控龙门镗铣床属于重型机床，它的X轴的行程往往很长，这时如继续采用滚珠丝杠螺母副，则会因为特长的丝杠制造困难，且容易弯曲下垂，影响传动精度;同时轴向刚度与扭转刚度也难提高。此时如加大滚珠丝杠直径，将会导致转动惯量增加，从而使伺服系统的动态特性不易保证，因此在此处采用滚珠丝杠螺母副传动是不合适的。
此时代替滚珠丝杠螺母副作为数控龙门镗铣床X轴的末级传动装置的可以有两种选择，即选择静压蜗杆蜗条副传动或选择预载双齿轮齿条副传动。
静压蜗杆蜗条副适用于行程较长的大、重型数控机床。其主要特点：传动效率高，一般为94%～98%;无磨损、使用寿命长;可无间隙传动、可消除部分制造误差、传动比准确;油膜刚度高、承载能力强;但制造困难、供油系统比较复杂。
静压蜗杆蜗条副的蜗條实质上相当于长螺母的一部分，蜗杆相当于一根短丝杠。这种传动机构，压力油必须从蜗杆进入静压油腔，而蜗杆是旋转的且与蜗条的接触区只有120 °左右，但压力油只能进入接触区，所以必须解决蜗杆的配油问题。
静压蜗杆蜗条副的工作原理如图1所示。油腔g设置在蜗条齿的两则，其张角为γ，压力油ps经配油盘4的油孔a、b、c进入油槽d，然后经蜗杆3的轴向长孔e、节流孔f进入压力油腔g，再经蜗条与蜗杆牙侧的缝隙流回油箱。配油盘4由卡紧件5锁住，以防转动。蜗杆周向均匀钻有四个轴向深孔e，压力油顺序通过e1、e2、e3、e4连续地向油腔供油，不在啮合区内不供油。为了保证油腔的供油不中断，两个轴向孔内缘之间的张角α也小于配油槽d外端的张角β。而配油槽的张角β又应小于蜗条油腔外端的张角γ，这样才得以保证将脱离的孔先切断油源，再离开油腔。目前用得最多的为该图所示的双蜗杆单面作用式结构，分别在蜗杆1的左侧和蜗杆3的右侧通油，调节两蜗杆的轴向相对位置，就可以调节其间隙。
预载双齿轮齿条副也适用于行程较长的大、重型数控机床。其主要特点：工作可靠、可实现较大的传动比、易于实现高速的直线运动、传动刚度及机械效率高;但预载情况下，会降低传动效率，会增加齿面磨损的现象;对于大行程机床，齿条易形成局部磨损，导致其使用寿命减少;运动平稳性相对较差;传动精度不高;无法自锁。
采用预载双齿轮齿条副传动时，必须采取措施消除齿侧间隙。当传动负载小时，可采用双片薄齿轮调整法，将两齿轮分别与齿条齿槽的左、右两侧贴紧，从而消除齿侧间隙。当传动负载大时，可采用双片厚齿轮传动的结构，图2是这种消除间隙方法的原理图。
进给运动由轴2输入，该轴上装有两个螺旋线方向相反的斜齿轮，当在轴2上施加轴向力F时，能使斜齿轮产生微量的轴向移动。此时，轴1和轴3便以相反的方向转过微小的角度，使齿轮4和5分别与齿条齿槽的左、右侧面贴紧，从而消除齿侧间隙。
综上所述，以上三种末级传动装置均可以用在数控龙门镗铣床上，但具体采用哪种主要看工作行程。对于小于5-6米行程的情况，尽量采用滚珠丝杠螺母副，因为滚珠丝杠螺母副技术比较成熟，使用时可能遇到的困难较小，且最终使用效果很好。而对于超长行程的情况，则只能在静压蜗杆蜗条副传动和预载双齿轮齿条副传动中进行选择;对使用者来说，选用静压蜗杆蜗条副传动的技术难度要大一些，且对供油系统的清洁度有很高的要求，但其传动平稳、承载能力强、无磨损、寿命长，优点也是显而易见的。选择预载双齿轮齿条副传动的技术难度较小，但传动平稳性较差，传动精度也相对较低。所以，在选择时可根据使用者具体的实际情况来灵活应对。
参考文献
[1] 现代实用机床设计手册编委会.现代实用机床设计手册.[M].北京：机械工业出版社2006：989-1000.
[2] 廖效果.数字控制机床.[M].武汉：华中理工大学出版社1992：204-212.
关键词：数控龙门镗铣床;末级传动装置
常用于数控机床的末级传动装置有滚珠丝杠螺母副、静压蜗杆蜗条副和预载双齿轮齿条副。
滚珠丝杠螺母副是一种低摩擦、高精度、高效率的机构。它的传动效率高达85%-98%，比普通滑动丝杠高3-4倍。它的动（静）摩擦系数基本相等，配以滚动导轨，启动力矩很小，运动极灵敏，低速时不会出现爬行。滚珠丝杠螺母副还可以完全消除间隙并可预紧，故有较高的轴向刚度;且反向无空程死区，反向定位精度高。滚珠丝杠螺母副摩擦系数小，无自锁，能实现可逆传动，是目前应用最为广泛的末级传动装置。
在数控龙门镗铣床上的Y轴（沿横梁移动的水平进给轴）、Z轴（沿溜板导轨移动的垂直进给轴）和W轴（采用两根滚珠丝杠沿立柱导轨移动的较长距离的垂直进给轴）都经常采用，且使用效果良好。
比较困扰使用者的是数控龙门镗铣床上的X轴所采用的末级传动装置。数控龙门镗铣床属于重型机床，它的X轴的行程往往很长，这时如继续采用滚珠丝杠螺母副，则会因为特长的丝杠制造困难，且容易弯曲下垂，影响传动精度;同时轴向刚度与扭转刚度也难提高。此时如加大滚珠丝杠直径，将会导致转动惯量增加，从而使伺服系统的动态特性不易保证，因此在此处采用滚珠丝杠螺母副传动是不合适的。
此时代替滚珠丝杠螺母副作为数控龙门镗铣床X轴的末级传动装置的可以有两种选择，即选择静压蜗杆蜗条副传动或选择预载双齿轮齿条副传动。
静压蜗杆蜗条副适用于行程较长的大、重型数控机床。其主要特点：传动效率高，一般为94%～98%;无磨损、使用寿命长;可无间隙传动、可消除部分制造误差、传动比准确;油膜刚度高、承载能力强;但制造困难、供油系统比较复杂。
静压蜗杆蜗条副的蜗條实质上相当于长螺母的一部分，蜗杆相当于一根短丝杠。这种传动机构，压力油必须从蜗杆进入静压油腔，而蜗杆是旋转的且与蜗条的接触区只有120 °左右，但压力油只能进入接触区，所以必须解决蜗杆的配油问题。
静压蜗杆蜗条副的工作原理如图1所示。油腔g设置在蜗条齿的两则，其张角为γ，压力油ps经配油盘4的油孔a、b、c进入油槽d，然后经蜗杆3的轴向长孔e、节流孔f进入压力油腔g，再经蜗条与蜗杆牙侧的缝隙流回油箱。配油盘4由卡紧件5锁住，以防转动。蜗杆周向均匀钻有四个轴向深孔e，压力油顺序通过e1、e2、e3、e4连续地向油腔供油，不在啮合区内不供油。为了保证油腔的供油不中断，两个轴向孔内缘之间的张角α也小于配油槽d外端的张角β。而配油槽的张角β又应小于蜗条油腔外端的张角γ，这样才得以保证将脱离的孔先切断油源，再离开油腔。目前用得最多的为该图所示的双蜗杆单面作用式结构，分别在蜗杆1的左侧和蜗杆3的右侧通油，调节两蜗杆的轴向相对位置，就可以调节其间隙。
预载双齿轮齿条副也适用于行程较长的大、重型数控机床。其主要特点：工作可靠、可实现较大的传动比、易于实现高速的直线运动、传动刚度及机械效率高;但预载情况下，会降低传动效率，会增加齿面磨损的现象;对于大行程机床，齿条易形成局部磨损，导致其使用寿命减少;运动平稳性相对较差;传动精度不高;无法自锁。
采用预载双齿轮齿条副传动时，必须采取措施消除齿侧间隙。当传动负载小时，可采用双片薄齿轮调整法，将两齿轮分别与齿条齿槽的左、右两侧贴紧，从而消除齿侧间隙。当传动负载大时，可采用双片厚齿轮传动的结构，图2是这种消除间隙方法的原理图。
进给运动由轴2输入，该轴上装有两个螺旋线方向相反的斜齿轮，当在轴2上施加轴向力F时，能使斜齿轮产生微量的轴向移动。此时，轴1和轴3便以相反的方向转过微小的角度，使齿轮4和5分别与齿条齿槽的左、右侧面贴紧，从而消除齿侧间隙。
综上所述，以上三种末级传动装置均可以用在数控龙门镗铣床上，但具体采用哪种主要看工作行程。对于小于5-6米行程的情况，尽量采用滚珠丝杠螺母副，因为滚珠丝杠螺母副技术比较成熟，使用时可能遇到的困难较小，且最终使用效果很好。而对于超长行程的情况，则只能在静压蜗杆蜗条副传动和预载双齿轮齿条副传动中进行选择;对使用者来说，选用静压蜗杆蜗条副传动的技术难度要大一些，且对供油系统的清洁度有很高的要求，但其传动平稳、承载能力强、无磨损、寿命长，优点也是显而易见的。选择预载双齿轮齿条副传动的技术难度较小，但传动平稳性较差，传动精度也相对较低。所以，在选择时可根据使用者具体的实际情况来灵活应对。
参考文献
[1] 现代实用机床设计手册编委会.现代实用机床设计手册.[M].北京：机械工业出版社2006：989-1000.
[2] 廖效果.数字控制机床.[M].武汉：华中理工大学出版社1992：204-212.