一種高精度直驅進給工作臺結構設計??

王偉順 富宏亞 張文武 錢 琳

(①哈爾濱工業大學機電學院，黑龍江哈爾濱150001；②神州五行航天科技有限公司，遼寧大連116023；③九成投資集團有限公司，遼寧大連116023；④營口理工學院，遼寧營口115014)

隨著制造業的發展，數控機床向著高速、高精、高復合、高可靠性發展。回轉工作臺作為數控機床特別是立式車銑加工中心的主要功能部件，其功能與參數直接影響到機床的加工能力與精度。目前，我國現有加工直徑1 600 mm以上的車銑加工中心進給轉臺主要有以下幾種結構:(1)可移動C軸結構[3]，一般應用于800～2 500 mm立式車削中心，采用兩臺不同的伺服電動機驅動，當進給運動時(銑削)，兩臺電動機采用主從控制；當作為車削時，小電動機及C軸裝置移動脫開齒圈，大電動機作為車削轉動使用，實現高速車削。(2)雙齒棒C軸箱結構[4]，廣泛應用于3 500～25 000系列數控雙柱立車產品中，多數作為大型車床的銑削附件功能使用。其采用兩臺不同的電動機，機械消隙機構，銑削時伺服電動機拖動兩條大減速比傳動鏈，通過液壓油缸推動大螺旋角斜齒輪消隙機構滿足進給要求；車削主傳動時，C軸傳動鏈斷開，普通的主電動機帶動工作臺旋轉滿足車削要求。(3)伺服C軸箱機構[5-6]，采用兩套完全相同的傳動鏈，兩臺一樣的主電動機，互為主從控制，不存在切換情況，成本較高，現在應用較多。

1 技術特點及參數

本結構為采用力矩電動機直接驅動轉臺同時滿足低速大扭矩進給與高速車削主傳動的要求。較前面3種結構，其特點是:采用力矩電動機直接驅動，顛覆了傳統設計，取消了變速箱齒圈—齒輪傳動機構，結構簡單，操作方便，實現了主傳動無間隙、高效、高可靠性。實現了節能環保，低噪聲，無污染的綠色制造。

工作臺直徑1 600 mm、最大承重8 t、轉臺轉速0.02～200 r/min。工作臺最大扭矩16 kN·m，C軸[7]定位精度達2″，工作臺端面跳動精度可達到0.02 mm以內。

2 結構設計

如圖1所示，主軸直驅式回轉工作臺結構中力矩電動機定子3與轉子4分別把合在工作臺底座2與連接體5上，連接體5與工作臺1把合，力矩電動機直接驅動回轉工作臺旋轉。雙列圓柱滾子軸承8安裝在主軸15上，主軸15與工作臺底座2把合，工作臺底座2與連接體5依靠雙列圓柱滾子軸承8實現徑向定位。把合在主軸15上的壓塊14可以為推力球軸承7提供下壓力，壓力通過連接體5作用在推力球軸承6上，以此實現推力球軸承6的預緊，即實現工作臺底座2與連接體5的軸向定位。圓光柵11的定子通過法蘭盤13固定在主軸15上，圓光柵11的轉子通過法蘭盤10、12固定在工作臺1上，工作臺1相對工作臺底座2旋轉時，圓光柵編碼器11可以將角位移轉換成電信號反饋給力矩電動機，完成回轉工作臺的閉環伺服進給。

較傳統結構設計在設計中應注意的問題:

(1)主軸導向式大型力矩電動機的裝配[8]方法:由于力矩電動機定子與轉子之間存在較大磁性，給電動機裝配帶來極大困難，為此研制了主軸導向式力矩電動機的裝配方法，設計工裝(圖2)，解決了該難題。

(2)力矩電動機的防護:為滿足可靠穩定的工作精度(工作臺的端徑跳0.02 mm)，工作臺的軸承必須采用大功率溫控箱控制潤滑油油溫。采用可靠的防護結構，保證潤滑油回油暢通而不污染力矩電動機。

(3)力矩電動機溫度控制:采用大功率溫控箱控制力矩電動機的冷卻介質，保證其在穩定的溫度下工作。

3 精度檢測結果

對安裝此工作臺的機床(圖3)進行檢測，完全滿足設計要求。C軸精度檢測結果見表1、工作臺跳動檢測結果見表2。

表1 C軸精度檢測

表2 工作臺跳動

4 結語

本工作臺具有高精度、高剛度、高效率、結構緊湊、制造成本低、適應能力強特點，可應用于磨齒機、滾齒機、銑齒機、立磨等高精機床。研究與應用推廣直驅轉臺等關鍵技術，可以有效地擺脫對國外相關技術的依賴，滿足重大基礎制造和國防工業領域對高檔數控機床的巨大需求，具有重要的指導意義和工程應用價值。