三主軸并聯(lián)式數(shù)控雙擺軸回轉(zhuǎn)工作臺(tái)

王友林，姜英，陳宗民

(山東理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，山東淄博 255049)

數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，推動(dòng)了制造業(yè)自動(dòng)化水平的提高，提升了制造裝備的柔性，出現(xiàn)了功能各異的各種數(shù)控機(jī)床。有的機(jī)床簡(jiǎn)單，有的機(jī)床復(fù)雜，復(fù)雜的機(jī)床功能多，性能好，但價(jià)格昂貴;簡(jiǎn)單的機(jī)床在功能和性能方面都較復(fù)雜的機(jī)床遜色，但價(jià)格要較復(fù)雜的機(jī)床便宜得多。由于企業(yè)發(fā)展的原因，用于生產(chǎn)的數(shù)控加工設(shè)備多為簡(jiǎn)單的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床，在功能提高方面多采用在簡(jiǎn)單數(shù)控機(jī)床上增設(shè)附加裝置 (附件)，添加新的功能，實(shí)現(xiàn)用簡(jiǎn)單的數(shù)控機(jī)床加工復(fù)雜機(jī)械零件。例如，在數(shù)控銑床上安裝一個(gè)數(shù)控雙轉(zhuǎn)軸工作臺(tái)，使數(shù)控銑床在原有的只能實(shí)現(xiàn)x、y、z三個(gè)軸移動(dòng)功能的基礎(chǔ)上，增加了繞x(A)、z(C)旋轉(zhuǎn)的功能，可以實(shí)現(xiàn)除底面外的其他5個(gè)面上的加工，替代了加工中心，用普通的數(shù)控加工機(jī)床加工較復(fù)雜的零件。

與自動(dòng)化生產(chǎn)線相比較，數(shù)控機(jī)床的加工柔性較好，能實(shí)現(xiàn)多品種、多工位的加工，但效率較低，因而人們嘗試用各種方式來(lái)提高數(shù)控機(jī)床的功能加工效率。

文中介紹一種新型的多主軸并聯(lián)式數(shù)控雙擺(轉(zhuǎn))軸 (角)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)，這種工作臺(tái)有3個(gè)平行的回轉(zhuǎn)主軸，安裝在一個(gè)殼體中，工作臺(tái)的殼體可以繞x(A)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)3個(gè)主軸翻轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，3個(gè)主軸在傳動(dòng)系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)下，同步繞各自的旋轉(zhuǎn)軸 (C軸)轉(zhuǎn)動(dòng)，可用在小型數(shù)控銑床上進(jìn)行復(fù)雜零件的較大批量的加工。

1 三主軸并聯(lián)式數(shù)控雙擺軸回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)

三主軸并聯(lián)式數(shù)控雙擺軸回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1，由轉(zhuǎn)角軸伺服電機(jī)1、行星減速器2、聯(lián)軸器3、右半軸4、轉(zhuǎn)角軸支架5、錐齒輪軸6、大錐齒輪7、轉(zhuǎn)角主軸8、夾盤9、轉(zhuǎn)軸10、工作臺(tái)殼體11、左半軸12、蝸桿13、渦輪14、轉(zhuǎn)位軸支架15、電磁制動(dòng)器電纜16、電磁制動(dòng)器17、制動(dòng)軸18、傳動(dòng)齒輪19、介輪20、介輪軸21、工作臺(tái)殼體蓋板22、底座23、定位鍵24、連接盤25、轉(zhuǎn)位軸伺服電機(jī)26等組成。

安裝了大錐齒輪7的轉(zhuǎn)角主軸8和轉(zhuǎn)軸10、制動(dòng)軸18三根平行的主軸安裝在工作臺(tái)殼體11中，每根軸上都安裝有傳動(dòng)齒輪19，與固定在工作臺(tái)殼體蓋板22內(nèi)面上的介輪軸21上的介輪20嚙合，右半軸4和左半軸12連接在回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的殼體11的兩側(cè)，安裝在轉(zhuǎn)角軸支架5和蝸輪軸支架15上，錐齒輪軸6安裝在空心的右半軸4中，與安裝在轉(zhuǎn)角主軸8上的大錐齒輪7嚙合;錐齒輪軸6與行星減速器2的軸通過(guò)聯(lián)軸器3相聯(lián)，行星減速器2通過(guò)連結(jié)盤 (與連結(jié)盤25相同，未標(biāo)出)固定在右半軸4的右端，轉(zhuǎn)角軸伺服電機(jī)1安裝在行星減速器2的尾部;蝸輪14安裝在左半軸12上，蝸桿13安裝在蝸輪軸支架15中，蝸輪14與蝸桿13嚙合;連接盤25固定在蝸輪軸支架15上，轉(zhuǎn)位軸伺服電機(jī)26固定在連接盤25上，用聯(lián)軸器 (未畫出)將蝸桿13與轉(zhuǎn)位軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)26的轉(zhuǎn)軸連接在一起，電磁制動(dòng)器17的運(yùn)動(dòng)部分安裝在制動(dòng)軸18的尾部，電磁制動(dòng)器17的靜止部分安裝在工作臺(tái)殼體蓋板22的外部，用鎖緊螺母及止動(dòng)墊片 (未標(biāo)出)鎖緊;電磁制動(dòng)器電纜16通過(guò)左半軸12上開(kāi)設(shè)的孔道從左半軸左側(cè)中心孔道穿出，與控制系統(tǒng)相連接;夾盤9安裝在3個(gè)主軸 (轉(zhuǎn)角主軸8、轉(zhuǎn)軸10、制動(dòng)軸18)的端部;轉(zhuǎn)角軸支架5、轉(zhuǎn)位軸支架15通過(guò)底座23、定位鍵24等用螺栓連接成為一個(gè)整體，形成三主軸并聯(lián)式數(shù)控雙擺軸回轉(zhuǎn)工作臺(tái)。

圖1 三主軸并聯(lián)式數(shù)控雙擺軸回轉(zhuǎn)工作臺(tái)

2 三主軸并聯(lián)式數(shù)控雙擺軸回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的工作原理

三主軸并聯(lián)式數(shù)控雙擺軸回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的轉(zhuǎn)角軸伺服電機(jī)1經(jīng)行星減速器2減速后 (伺服電機(jī)低速時(shí)的驅(qū)動(dòng)力矩小，使用減速器后，可以提高伺服電機(jī)的工作轉(zhuǎn)速，增大驅(qū)動(dòng)力矩)帶動(dòng)錐齒輪軸6和大錐齒輪7按預(yù)先設(shè)定的方向旋轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)角主軸8、夾盤9轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)動(dòng);同時(shí)，經(jīng)過(guò)安裝在轉(zhuǎn)角主軸8、轉(zhuǎn)軸10、制動(dòng)軸18上的傳動(dòng)齒輪19及介輪20的嚙合傳動(dòng)，驅(qū)動(dòng)另兩個(gè)轉(zhuǎn)軸 (轉(zhuǎn)軸10、制動(dòng)軸18)及安裝在這兩個(gè)軸端部上的夾盤轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了3個(gè)主軸同步轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)主軸轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)動(dòng)到需要位置后，由控制系統(tǒng)發(fā)出指令，控制安裝在制動(dòng)軸18上的電磁制動(dòng)器17得電，制動(dòng)器接合，轉(zhuǎn)角主軸不能轉(zhuǎn)動(dòng)，將安裝在回轉(zhuǎn)工作臺(tái)轉(zhuǎn)角軸夾盤上的工件的加工位置鎖定，即可以對(duì)工件進(jìn)行加工了。待這個(gè)工位的加工內(nèi)容完成后，控制系統(tǒng)發(fā)出指令，控制電磁制動(dòng)器17斷電，制動(dòng)器脫開(kāi)，3個(gè)轉(zhuǎn)角主軸便可以繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)的轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)動(dòng)或在轉(zhuǎn)角過(guò)程中的連續(xù)加工。

三主軸并聯(lián)式數(shù)控雙擺軸回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的轉(zhuǎn)位轉(zhuǎn)動(dòng)是由轉(zhuǎn)位軸伺服電機(jī)26帶動(dòng)蝸桿13和蝸輪14旋轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)左半軸12擺動(dòng) (轉(zhuǎn)動(dòng))，帶動(dòng)裝有3根轉(zhuǎn)角主軸的工作臺(tái)殼體11和3根轉(zhuǎn)角主軸轉(zhuǎn)位擺動(dòng)，與工作臺(tái)殼體11固定連接在一起的右半軸4及裝有轉(zhuǎn)角軸伺服電機(jī)1的行星減速器2也一起擺動(dòng) (轉(zhuǎn)動(dòng))。為了防止三主軸并聯(lián)式數(shù)控雙擺軸回轉(zhuǎn)工作臺(tái)轉(zhuǎn)位轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電磁制動(dòng)器電纜16纏繞在工作臺(tái)或轉(zhuǎn)位軸上，將左半軸12制造成中空的結(jié)構(gòu)，在其右下部設(shè)置布線孔道，電磁制動(dòng)器電纜16通過(guò)左半軸12上開(kāi)設(shè)的孔道從左半軸左側(cè)中心孔道穿出，與控制系統(tǒng)相連接;在工作臺(tái)轉(zhuǎn)位轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，不會(huì)出現(xiàn)電纜纏繞的現(xiàn)象。

三主軸并聯(lián)式數(shù)控雙擺軸回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的A軸(繞x軸轉(zhuǎn)動(dòng))的轉(zhuǎn)位范圍為0～±90°，C軸 (繞z軸轉(zhuǎn)動(dòng))的轉(zhuǎn)角范圍為0～±∞;在數(shù)控系統(tǒng)的控制下，可以實(shí)現(xiàn)A、C軸聯(lián)動(dòng)。

3 結(jié)束語(yǔ)

三主軸并聯(lián)式數(shù)控雙擺軸回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的C軸，可以用于零件加工時(shí)的轉(zhuǎn)角分度，調(diào)整零件的空間加工位置;也可以連續(xù)旋轉(zhuǎn)，用于回轉(zhuǎn)加工。

三主軸并聯(lián)式數(shù)控雙擺軸回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的A軸，可以經(jīng)工作臺(tái)的殼體帶動(dòng)3個(gè)轉(zhuǎn)角主軸轉(zhuǎn)位調(diào)姿，改變工件的空間加工位置。

三主軸并聯(lián)式數(shù)控雙擺軸回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的3個(gè)主軸同步轉(zhuǎn)動(dòng)，可以一次裝夾3個(gè)工件，即可實(shí)現(xiàn)連續(xù)加工，也可以實(shí)現(xiàn)順序加工。

此回轉(zhuǎn)工作臺(tái)既可以安裝在數(shù)控銑床上，與數(shù)控銑床上的工作臺(tái)組合，并將其控制系統(tǒng)與銑床的數(shù)控系統(tǒng)結(jié)合，形成一個(gè)三主軸聯(lián)動(dòng)式轉(zhuǎn)臺(tái)式五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)較大批量工件的五面加工，提高加工效率;還可以與數(shù)控的二維工作臺(tái)或三維工作臺(tái)組合，安裝在組合機(jī)床上，實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜曲面零件的批量加工。

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