數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺創(chuàng)新結(jié)構設計

郝繪坤 欒慶鐸 張彥波

摘要：隨著生產(chǎn)力水平的發(fā)展，數(shù)控技術越來越廣泛的應用于各個領域。本文介紹的一種轉(zhuǎn)臺結(jié)構，通過應用組合式蝸輪蝸桿傳動副，巧妙地消除反向間隙，提高了臺面的回轉(zhuǎn)精度，本例應用了YRT轉(zhuǎn)臺軸承及氣動夾緊裝置，保證了工作臺的剛性，使整體結(jié)構更加緊湊此外，轉(zhuǎn)臺芯軸預留的液壓油路，為用戶日后配備自動夾具提供了便利，進而提高了加工效率。在我國國民生產(chǎn)需求較大，具有較高的投資價值和廣闊的發(fā)展前景。

關鍵詞：數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺;蝸輪蝸桿傳動副;齒輪傳動

1 五軸聯(lián)動數(shù)控機床概述

數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺由滑座、工作臺、床身、主軸組件、滑座直線進給裝置、控制裝置等部件構成。床身的作用主要是承載，一般要求床身基礎強度較好、精密度較高，在床身設置有回油裝置，和回轉(zhuǎn)工作臺通過管路相連接，實現(xiàn)液壓油的循環(huán)利用，保證數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺的穩(wěn)定工作[1]。滑座位于床身上，其上設置有工作臺，兩者之間通過環(huán)形靜壓導軌結(jié)構相連接，從而保證工作臺具有一定的承壓能力，同時能夠進行精準的定位。在實際的工作中，即使出現(xiàn)偏心載荷的情況，也可以確保工作臺具有良好的精度。工作臺定位裝置由數(shù)控系統(tǒng)控制，定位鍵往上插進工作臺的定位槽中實現(xiàn)精準定位，定位鍵往下運動退出工作臺的定位槽后，工作臺的回轉(zhuǎn)電器開關脫開，電機就可進行正常工作。工作臺有著一套精密度十分高的軸承，以此來提高軸承向工作臺添加的預緊力，確保工作臺具有較好的端面跳動精度。工作臺上安裝有圓光柵，可以對工作臺的運動軌跡進行定位，確保其運動形成的是閉環(huán)，保證工作臺具有十分高的分度定位精度。

根據(jù)軸承數(shù)的不同，可以對數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺進行分類，五軸聯(lián)動數(shù)控回轉(zhuǎn)機床是當前比較能夠代表我國工作發(fā)展狀況的一類設備[2]。五軸聯(lián)動數(shù)控機床又叫做五坐標機床，這種機床在原來三軸的基礎上又添加了兩個軸，不僅能實現(xiàn)沿X、Y、Z軸的直線線運動，還能實現(xiàn)繞著X軸和Z軸的旋轉(zhuǎn)運動。五軸聯(lián)動數(shù)控機床可以實現(xiàn)任意方向上對刀具的控制，同時軸線也可以在一定范圍內(nèi)隨意轉(zhuǎn)動。五軸聯(lián)動數(shù)控機床有以下特點：（1）能夠有效消除刀具的干擾，具有廣泛地適應性，可以對復雜的零件進行加工;（2）對于立體形狀的零件，可以采用直徑較大的刀具逼近其表面開展進一步的加工，利用五軸聯(lián)動數(shù)控機床工作可以實現(xiàn)較少的走刀次數(shù)，零件的加工余量殘留較少，進一步提高工作效率;（3）五軸聯(lián)動數(shù)控機床可以使零件表面呈現(xiàn)出最好的切割狀態(tài)，如球頭刀加工時可以有效避免球頭底部的切割，刀具所承受的力是相同的，因此受力情況和變形情況保持一致，零件表面的誤差不會相差太多，進一步提高了零件表面的平衡性能，在提高加工效率的同時也保證了零件的質(zhì)量;（4）對直紋面類型的零件，可以采用一刀切的方式，成品質(zhì)量好的同時工作效率也提高。

2 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺的設計

2.1工作原理

數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺是數(shù)控鉆床的分度回轉(zhuǎn)附件，其結(jié)構較為復雜。數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺有兩個作用：（1）使工作臺嚴格按照圓周的形狀進行切削工作，完成閉合;（2）使工作臺能夠分度開展工作。數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺能夠在系統(tǒng)的控制下，在需要時完成上述的切削任務。在實際的工作中，數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺由電機驅(qū)動，采用變化速度的方式進行工作，其工作的精確度完全由控制系統(tǒng)來決定[3]。在設計上一般采用分箱體式結(jié)構，以此來進一步增加數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺的準確度和承力強度[4]。數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺的主要構成部分有回轉(zhuǎn)主軸、工作花盤、基座、導航等。

五軸數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺的回轉(zhuǎn)軸有兩種形式：工作臺回轉(zhuǎn)和依靠立式主軸頭回轉(zhuǎn)。工作臺回轉(zhuǎn)是通過機床數(shù)控系統(tǒng)來實現(xiàn)的，該系統(tǒng)先輸出數(shù)個脈沖到電機，然后電機通過聯(lián)軸器實現(xiàn)和蝸桿的連接，在蝸桿的帶動下，蝸輪開始減小速度，然后在蝸輪軸上安裝齒輪以消除縫隙，齒輪帶動著齒圈傳動，從而使工作臺主軸帶動工作盤面回轉(zhuǎn)，在電機將進給脈沖輸出完成前幾秒，數(shù)控系統(tǒng)向電機發(fā)出指令要求減速以減少停止時的沖擊力度，當轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)到既定位置的時候，電機就執(zhí)行制動命令，通過電機的零轉(zhuǎn)速制動力矩實現(xiàn)工作臺的回轉(zhuǎn)制動。

2.2 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺的設計

根據(jù)功能的不同，可以將整個數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺分為兩個部分：圓周部分和擺動部分[5]。根據(jù)傳動結(jié)構的不同又可以將兩個部分進行細分：齒輪傳動部分和蝸輪蝸桿傳動部分。

圓周回轉(zhuǎn)部分的設計，這部分計算可以分為兩個部分：對蝸輪蝸桿和齒輪傳動部分的計算。對圓柱齒輪傳動部分的設計包括材料選擇、參數(shù)設定、螺旋角度的選擇、齒輪直徑計算等。對于蝸輪蝸桿傳動設計主要包括齒數(shù)、蝸輪蝸桿材料、效率計算、熱平衡計算等。工作參數(shù)按照相應的設計要求確定，工作臺主要用來對鉆床上連續(xù)孔的精確分度，因此在實際的工作中需要根據(jù)鉆削加工的切削力度和扭矩進行設計。

對于蝸輪蝸桿的設計，在數(shù)控轉(zhuǎn)臺中，側(cè)隙的存在會對定位的準確性造成極大影響，在實際工作中要盡量減少甚至消除側(cè)隙對數(shù)控轉(zhuǎn)臺精度的影響。雙導程蝸桿傳動可以有效改變嚙合側(cè)隙的特點，使其結(jié)構更加緊湊，方便調(diào)節(jié)。在設計中，應該先按照相關標準對蝸輪蝸桿的結(jié)構及參數(shù)進行設計，再對齒輪厚度進行調(diào)整，將其設計成雙導程漸厚蝸桿[6]。這種蝸桿的工作原理和一般蝸桿的工作原理一樣，其橫截面相當于基本齒條，蝸輪則相當于齒輪。左右兩邊齒輪的間隔距離是不一樣的，但是同一邊的齒輪間隔的距離是一樣的，因此嚙合條件并沒有被破壞。當軸向移動蝸桿之后也能實現(xiàn)兩者較好的吻合。在進行計算時一般按照以下公式：

此外，還需要確定齒輪厚度調(diào)整量，齒輪厚度值是為了對出現(xiàn)的誤差進行補償，根據(jù)誤差值和最大允許磨損量來確定的，按照相關標準建議選擇0.44 mm。

對于精確定位和工位鎖緊的設計，由于工作臺幅面的設計尺寸一般比較大，因此在實際設計中主軸回轉(zhuǎn)會具有較大的轉(zhuǎn)動慣量，這不便于進行精確定位。在設計時，需要安裝制動器，幫助主軸實現(xiàn)短時間內(nèi)的制動和工位保持[7]。這種制動器在工作時主要通過電磁力將制動器上片和安裝板壓實，通過摩擦力抱緊主軸，確保工作臺定位精準。在進行分度回轉(zhuǎn)時，要保證制動器處于得電的狀態(tài)，磁力為零，這時安裝板和制動器處于分開狀態(tài)，主軸可以進行回轉(zhuǎn)分度;在完成分度工作之后，制動器又呈現(xiàn)失電狀態(tài)，主軸又可以實現(xiàn)快速制動，確保分度精度

3 結(jié)束語

針對數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺的工作原理和設計方案，精度要求較高的機械對數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺的要求也比較高，要求數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺具有較為穩(wěn)定的速度和較高的工作精密度。在實際的設計工作中，可以通過雙導程蝸桿蝸輪結(jié)構來提升數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺的回轉(zhuǎn)定位精度，以此提升整個數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺的工作質(zhì)量和效率，進一步提高我國的工業(yè)程度。

參考文獻：

[1]程志.大型數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺的有限元分析與優(yōu)化設計研究[J].時代農(nóng)機，2018，45（8）：238.

[2]周曉琳，茍衛(wèi)東，李積元，黎園亮.數(shù)控機床回轉(zhuǎn)工作臺綜合性能測試技術研究[J].青海大學學報，2018，36（2）：53-58，64.

[3]張森林，田晶，張鑒隆，秦禹，黃國爵.數(shù)控機床五軸聯(lián)動—雙軸回轉(zhuǎn)工作臺的研究與開發(fā)[J].現(xiàn)代制造技術與裝備，2017（9）：89-90.