滾動滑動復合導軌重型數控回轉工作臺及驅動機構應用

沈陽機床股份有限公司中捷機床有限公司 （遼寧 110142） 郭 鑫

近幾年來，隨著煤礦機械、石油泵閥、工程機械等行業的飛速發展，這些工業領域所需求的加工設備越來越趨于大型化、重型化，但對精度的要求卻并未降低。而且，隨著近些年我國對氣候變化以及環境保護的重視，清潔能源的利用越來越廣泛，利用風能的風力發電機的制造商如雨后春筍般不斷增加，而風力發電機的許多關鍵零件都是重大型零件，各加工面要求的精度也不低。以上這些煤礦機械、石油泵閥、工程機械、風力發電機等行業都需要重型、大型加工機床。以往這些零件都是裝夾在承重非常大，但是不能回轉的平臺上進行加工，但是工件需要多次裝夾，這樣不僅效率低，而且對精度的保證也有非常大的影響。

雖然近些年隨著靜壓技術的不斷發展，利用靜壓技術的重型回轉工作臺應用的也較為廣泛，但是靜壓回轉工作臺在調整時比較麻煩，接觸剛度也遜色于滑動摩擦，靜壓油的回收與滲漏的問題也比較棘手，容易造成環境污染。另外，靜壓技術對使用環境的要求也較高，因為溫度、濕度等自然條件會影響液壓油的黏度，從而對靜壓油膜的建立造成一定的影響。因此，市場上急需一種大型的數控回轉工作臺，此工作臺不僅能夠承載重大型工件，而且回轉定位精度較高，接觸剛性較好，最關鍵的是對環境的依賴性較低，影響較小，適于更多用戶的需求，滿足重大型工件高效率、高精度的加工要求。

本項技術的目的是提供一種滾動與滑動復合導軌重型數控回轉工作臺，解決一般工作臺承載能力較低及靜壓回轉工作臺污染環境及受環境影響較大的問題。

這種滾動與滑動復合導軌重型數控回轉工作臺裝備在大、中型數控機床上，包括有中心卸荷用推力球軸承，圓周分布在滑座圓導軌外圓處的卸荷用滾動體。其特點在于工作臺回轉臺體下部圓柱與大齒圈的內孔采用同軸基孔制間隙配合，將大齒圈固定在工作臺上并共同落在滑座上，大齒圈底面具有較高平面度和較好的表面質量，滑座的上表面粘貼了聚四氟乙烯貼塑板，與大齒圈底面組成了滾動與滑動復合導軌的滑動導軌副，作為工作臺回轉主要支撐結構。另外，還在工作臺回轉定心軸下部、滑座上表面安裝了推力圓柱滾子軸承，在滑座的上表面的回轉導軌外圍處安裝了多個卸荷滾動體，這些與工作臺組成了滾動與滑動復合導軌的滾動導軌副。

盡管滾動與滑動復合導軌減小了工作臺回轉時的摩擦力，但是這種重型回轉工作臺承載大型工件后，在導軌面上產生的摩擦力以及自身的轉動慣量都是非常巨大的，因此，這臺重型回轉工作臺的驅動機構顯得尤為重要，它不僅要有較大的傳動比，良好的剛性，極小的傳動間隙，還必須要有在重載齒輪磨損后的間隙自動補償機構，本項技術中的滾動與滑動復合導軌重型數控回轉工作臺的驅動機構就是具有上述特性的驅動機構，它采用較大模數的雙斜齒輪機構消除齒輪背隙，并且利用碟形彈簧來自動補償因重載后磨損造成的齒輪背隙增大。

本項技術的特點在于，這種滾動與滑動復合導軌重型數控回轉工作臺及其驅動機構不僅承載能力大，回轉精度高，對環境污染及依賴性小，并且它的驅動剛性高，并且有間隙自動補償功能，本項技術大大提高了機床加工效率，降低了機床的使用與維護成本。

滾動與滑動復合導軌重型數控回轉工作臺裝備在大、中型數控機床上，如圖1、圖2所示，工作臺回轉臺體8下部圓柱與大齒圈3的內孔采用同軸基孔制間隙配合，將大齒圈3固定在工作臺8上并共同落在滑座7上，大齒圈3底面具有較高平面度和較好的表面質量，滑座7的上表面粘貼了聚四氟乙烯貼塑板，與大齒圈3的底面組成了滾動與滑動復合導軌的滑動導軌副，作為工作臺回轉主要支撐結構。錐孔雙列圓柱滾子軸承6安裝在工作臺8的定心孔內，工作臺定心軸5安裝在錐孔雙列圓柱滾子軸承6錐孔內，通過調整錐孔雙列圓柱滾子軸承6在定心軸5上的高度，來調整該軸承的脹緊量，保證工作臺回轉的軸向剛度。

在工作臺回轉定心軸5的下部和滑座7的上表面之間，還安裝了推力圓柱滾子軸承4，起到中心支撐和卸荷的作用?；?上表面的回轉導軌外圍圓周處安裝了多個卸荷滾動體2，也起到卸荷的作用，這些滾動體和中心推力圓柱滾子軸承4與工作臺組成了滾動與滑動復合導軌的滾動導軌副，將部分滑動摩擦力轉變為了摩擦系數小得多的滾動摩擦力，從而減小里回轉的摩擦力，降低了驅動所需的力矩，并避免了爬行現象的發生。

如圖3所示，滾動體由4個圓柱滾子軸承5串聯在一根軸4上，安裝在滾動體座上，滾動體的下面并不是一個平面，而是一個1∶50的斜面，滾動體安裝在另一個也是有一面為1∶50斜面的調整墊3上，擋板2將滾動體固定在滑座的滾動體安裝槽內，并用調整螺栓1頂拽調整墊3的位置，并調整了滾動體的高度位置，最終保證了每個滾動體卸荷掉的重量。每個滑座所需滾動體的數量與該回轉工作臺的承載能力有關。

圖1 滾動與滑動復合導軌數控回轉工作臺結構布置示意圖

圖2 滾動與滑動復合導軌滑座滾動體布置示意圖

圖3 卸荷滾動體結構示意圖

圖4 驅動機構示意圖

盡管滾動與滑動復合導軌減小了工作臺回轉時的摩擦力，但是這種重型工作臺在導軌面上產生的摩擦力，以及自身和工件的轉動慣量都是非常巨大的，因此，這臺重型回轉工作臺的驅動機構不僅要有較大的傳動比，良好的剛性，極小的傳動間隙，還必須要有在重載齒輪磨損后的間隙自動補償機構。如圖4所示，電動機4輸出的轉速和轉矩通過進口大傳動比行星輪減速機降速并增大轉矩后，傳遞給了齒輪軸6，在齒輪軸6的直齒輪上面還安裝了一個相同模數于齒數的齒輪5。在回轉時，齒輪5與齒輪軸上的齒輪嚙合在安裝在齒輪軸2上一個大齒輪9上，通過一個頂絲的調整，使這兩個齒輪兩個齒嚙合在大齒輪9一個齒的兩個面，以此消除齒輪9回轉的反向間隙。當動力傳遞到齒輪軸2后，齒輪軸2上的同模數、同齒數，但是齒形螺旋方向恰好相反的兩個斜齒輪分別嚙合在兩個相同的齒輪軸1上的兩個不同的斜齒輪（齒輪10和齒輪11），齒輪軸2通過調整軸向位置，來迫使齒輪10和齒輪11向兩個不同的方向旋轉一定的角度，使它們能夠分別嚙合在大齒圈正反回轉的兩個面上，以此來消除大齒圈的反向間隙。在齒輪軸2的下方，安裝了碟形彈簧7，通過旋緊鎖緊壓蓋8，使齒輪軸2向上移動，迫使齒輪10和齒輪11向兩個相反的方向旋轉并消除間隙，當兩個齒輪軸1均與大齒圈嚙合后，繼續給碟形彈簧7施加預載，這樣當齒輪出現磨損后，碟形彈簧7的預載力會迫使齒輪軸2繼續向上移動，最終實現自動消隙補償。

目前，該復合導軌重型數控回轉工作臺已經試制成功，工作臺面積4 000mm×4 000mm，最大承重可達50t，任意分度定位精度達到12”， 任意分度重復定位精度達到6”。

該項技術投入使用后，可滿足煤礦機械、石油泵閥、工程機械、風力發電機等行業對重型回轉工作臺的需求，且對環境的保護和設備的維護便利性起到了重要的作用。