一種銑車復合加工中心直驅轉臺的結構設計*

黃桂英 李才兒 王 維 趙小玲 楊錦斌

(①青海一機數控機床有限責任公司，青海 西寧810018;②西部礦業股份有限公司，青海 西寧810001)

銑車復合加工中心是數控機床中難度最大、應用范圍最廣的機床，代表機床制造業最高水平，國際上把復合加工設備作為衡量一個國家裝備制造業水平的標志。在銑車復合加工中心中，直驅轉臺技術是銑車功能轉換中至關重要的環節之一，它是銑削時數控轉臺與車削時車削主軸的執行部件，要求在使用過程中有高精度、高剛性、高轉速、高穩定性、低發熱量等特點，因此直驅轉臺技術是整個銑車復合加工中心結構設計過程中所要考慮的重點要素之一。為實現上述技術要求，從轉臺的驅動及支撐、檢測、轉臺鎖緊、冷卻等方面來考慮，提出了銑車加工中心的直驅轉臺結構，實現轉臺在銑削時具有高回轉精度、高剛性，車削時具有高轉速、低發熱量的結構特點。

1 銑車復合加工中心直驅轉臺結構構成

銑車復合加工中心直驅轉臺主要由力矩電動機驅動、編碼器位置檢測控制、雙斜面鎖緊及力矩電動機強制冷卻恒溫控制等裝置組成。

1.1 力矩電動機驅動裝置

電動機轉子連接套下方通過螺釘與力矩電動機的轉子相連，上臺肩端面通過螺釘與工作臺相連，上臺肩下側與ZKLD460 軸承的內環相連，電動機定子連接套的內側肩上方與ZKLD460 軸承的外環用螺釘相連，內側肩的下方與力矩電動機的定子相連，外側肩與滑鞍相連，組成了直驅轉臺的驅動裝置。

1.2 傳感器位置檢測控制裝置

編碼器軸座通過螺釘與滑鞍相連，編碼器軸通過向心球軸承得到編碼器軸座的支撐，下方與編碼器相連，編碼器可通過編碼器調節環和編碼器連接法蘭的調整使其回轉中心與ZKLD460 軸承的回轉中心重合，組成直驅轉臺的編碼器位置檢測控制裝置。

1.3 雙斜面鎖緊裝置

靜摩擦環通過螺釘與工作臺相連，動摩擦環通過螺帽固定在4 個均布的活塞上，靜摩擦環和動摩擦環通過靜摩擦環調整墊及動摩擦環調整墊的調整可保持4 個夾緊點夾緊的同一性，油缸通過螺釘固定在滑鞍上，油缸蓋與油缸結合形成一個封閉的油腔，活塞將油腔分隔成上下兩個部分，通過上下油腔的進(出)油使活塞帶動動摩擦環執行鎖緊或松開的動作，下油腔中碟型彈簧組件可保證松開的可靠性，組成了直驅轉臺的雙斜面鎖緊裝置。

1.4 力矩電動機強制冷卻恒溫控制

冷卻水進/出接頭連接在電動機定子連接套的側壁上，冷卻水從進水口進入到電動機定子連接套與力矩電動機定子所圍成的密閉冷卻腔內，經過循環后由出水口流入恒溫水箱，經恒溫水箱冷卻后重新注入轉臺，組成了直驅轉臺的強制冷卻恒溫控制。

2 銑車復合加工中心直驅轉臺結構設計

2010 年，筆者公司承擔了國家科技重大專項——“動梁無滑枕銑車復合加工中心”課題攻關任務。在課題研究過程中，應用已經成熟的力矩電動機傳動技術、雙斜面鎖緊技術、傳感器位置控制技術、力矩電動機強制冷卻技術等新技術，解決了直驅轉臺的驅動、檢測、鎖緊及冷卻等技術難題。

銑車復合加工中心直驅轉臺的結構簡圖見圖1 所示。

3 銑車復合加工中心直驅轉臺的工作運行

銑車復合加工中心直驅轉臺的工作運行過程如下:

當工作臺2 功能轉換為車削或相位旋轉時，發出工作臺旋轉指令，此時活塞17 帶動動摩擦環20 上移，使動摩擦環與靜摩擦環22 及滑鞍4 上的鎖緊斜面脫開，力矩電動機7 的轉子在力矩電動機的定子磁力作用下，開始帶動電動機轉子連接套1、ZKLD460 軸承3和工作臺2 組件旋轉，此時冷卻介質由冷卻介質進口進入電動機定子連接套6 與力矩電動機7 的定子所圍成的密閉冷卻槽內，經循環后由冷卻介質出口流回恒溫油箱內，經過冷卻后重新注入，實現直驅轉臺車削或相位旋轉功能;當工作臺2 功能轉換為強力銑削時，發出工作臺鎖緊指令，工作臺2 旋轉至指定的相位位置，經工作臺2 下方的編碼器12 反饋校正相位位置，當編碼器12 檢測到工作臺2 相位位置正確時，活塞17 帶動動摩擦環20 向下移動，使動摩擦環20 與靜摩擦環21 及滑鞍4 上的鎖緊斜面結合，此時電動機轉子連接套1、ZKLD460 軸承3 和工作臺2 組件被鎖緊，實現直驅轉臺強力銑削功能(見圖1 所示)。

4 銑車復合加工中心直驅轉臺的優點分析

銑車復合加工中心直驅轉臺具有剛性高、精度高、轉速高、發熱低等特點，其優點有:

(1)結構簡單易于實現，ZKLD460 軸承除有較高的徑向和軸向剛性外，還具有較高的dn 值，使轉臺剛性高、轉速高。力矩電動機的轉子直接通過電動機轉子連接套將動力傳遞給轉臺，其“零傳動”的直接驅動方式，可以有效地消除傳統轉臺驅動方式下由中間傳動環節引起的多種誤差。

(2)結構冷卻性能好，定位精度高，定位檢測裝置結構簡單，易于調整。

(3)結構鎖緊可靠，鎖緊機構具有較大的鎖緊圓周，可產生較大的鎖緊力矩，雙斜面的鎖緊機構可在鎖緊時使轉臺產自定心的效果，斜面的增力特性使之產生的鎖緊力較大，保證轉臺在鎖緊后具有較強的軸向和徑向剛度。

5 結語

配備直驅轉臺裝置的銑車復合加工中心已投入使用，取得了較好的經濟效益和社會效益，并已獲得新型實用專利授權(專利號:ZL201120477426.8)。銑車復合加工中心直驅轉臺裝置有效地消除了人為誤差，更加符合企業質量管理和工業生產過程控制的要求，提高了銑車復合加工中心工作過程的可靠性和安全性，能在銑車復合加工中心方便快捷地實現銑削、車削功能，對發揮數控機床的潛能實現高效加工有很大的現實意義。