新型重型數(shù)控落地銑鏜床回轉(zhuǎn)工作臺(tái)結(jié)構(gòu)

2015-05-07 09:48:50高洪浩

機(jī)械工程師 2015年4期

高洪浩

（威海華東重工有限公司技術(shù)中心，山東威海 264200）

1 目前國內(nèi)數(shù)控落地式銑鏜床回轉(zhuǎn)工作臺(tái)結(jié)構(gòu)分析

目前國內(nèi)數(shù)控落地式銑鏜床回轉(zhuǎn)工作臺(tái)結(jié)構(gòu)普遍采用如下結(jié)構(gòu)形式：回轉(zhuǎn)支撐導(dǎo)軌采用開式靜壓導(dǎo)軌支撐方式；定位裝置采用安裝在回轉(zhuǎn)滑座上的定位油缸（其上有定位銷）與工作臺(tái)面下方的定位銷孔配合完成定位；夾緊裝置采用固定在回轉(zhuǎn)滑座上的剎緊油缸配合工作臺(tái)面下部加工出的環(huán)形T型槽配合完成夾緊。此類結(jié)構(gòu)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)存在如下缺點(diǎn)：由于回轉(zhuǎn)支撐導(dǎo)軌采用開式靜壓導(dǎo)軌支撐方式，當(dāng)工件重量偏離中心時(shí)，可引起工作臺(tái)受傾覆力矩導(dǎo)致工作臺(tái)發(fā)生傾覆變化，影響回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的工作精度；定位結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工、裝配要求較高；由于夾緊裝置中剎緊油缸夾緊位置偏離導(dǎo)軌較遠(yuǎn)，剎緊時(shí)會(huì)導(dǎo)致工作臺(tái)面局部變形嚴(yán)重，影響回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的工作精度。

通過現(xiàn)場及用戶使用反饋表明，由于目前國內(nèi)數(shù)控落地式銑鏜床普遍采用的回轉(zhuǎn)工作臺(tái)結(jié)構(gòu)采用開式靜壓導(dǎo)軌支撐、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的定位裝置及引起工作臺(tái)變形的夾緊機(jī)構(gòu)，導(dǎo)致工作臺(tái)只能實(shí)現(xiàn)簡單的分度、定位功能，而無法滿足大型重型零件精密加工對(duì)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)重載、高精定位及聯(lián)動(dòng)切削的較高要求。

2 新型重型數(shù)控落地式銑鏜床回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)

2.1 新型重型數(shù)控落地式銑鏜床回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

為解決目前國內(nèi)數(shù)控落地式銑鏜床回轉(zhuǎn)工作臺(tái)結(jié)構(gòu)上的不足，筆者應(yīng)公司要求并經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)論證，設(shè)計(jì)完成一種新型重型數(shù)控落地式銑鏜床回轉(zhuǎn)工作臺(tái)，新型工作臺(tái)結(jié)構(gòu)采用重心驅(qū)動(dòng)原理，通過雙電機(jī)雙高精度滾珠絲杠裝置驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)滑座在工作臺(tái)床身上移動(dòng)，保證工作臺(tái)重載時(shí)移動(dòng)的精度；依靠雙電機(jī)雙齒輪驅(qū)動(dòng)裝置帶動(dòng)齒圈，并配合閉式靜壓導(dǎo)軌，可實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)的高精度連續(xù)回轉(zhuǎn)；定位夾緊機(jī)構(gòu)在閉式靜壓導(dǎo)軌上部導(dǎo)軌內(nèi)，且夾緊時(shí)著力點(diǎn)位于閉式靜壓導(dǎo)軌區(qū)域內(nèi)，鎖緊時(shí)不會(huì)引起工作臺(tái)變形。此結(jié)構(gòu)的每條傳動(dòng)鏈都采用閉環(huán)控制。以上特點(diǎn)可實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)重載、高精回轉(zhuǎn)、聯(lián)動(dòng)加工。

2.2 新型重型數(shù)控落地式銑鏜床回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)介紹

如圖1～圖3，新型重型數(shù)控落地式銑鏜床回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的主體結(jié)構(gòu)主要由工作臺(tái)床身1、工作臺(tái)滑座2、工作臺(tái)面3、中心軸承組件4、滑座驅(qū)動(dòng)裝置5、工作臺(tái)面驅(qū)動(dòng)裝置6、靜壓壓板鎖緊裝置7、高精度齒圈8、光柵尺9、滑座壓板10等部分構(gòu)成。

圖1 主體結(jié)構(gòu)圖Ⅰ

依照以上主體結(jié)構(gòu)圖現(xiàn)把各部分結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)簡單介紹如下。

2.2.1 工作臺(tái)床身、工作臺(tái)滑座、及工作臺(tái)滑座驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)

工作臺(tái)床身1由高強(qiáng)度低合金結(jié)構(gòu)鋼焊接而成，其上有3條導(dǎo)軌，滿足重載需要。工作臺(tái)床身導(dǎo)軌上支撐工作臺(tái)滑座2，滑座亦由高強(qiáng)度低合金結(jié)構(gòu)鋼焊接而成?；c床身接觸導(dǎo)軌面上加工有靜壓油腔，配合滑座上滑座壓板10的靜壓壓板面形成閉式靜壓導(dǎo)軌（如圖2），閉式靜壓導(dǎo)軌可防止工作臺(tái)在重載時(shí)由于重心不重合發(fā)生顛覆，保證工作臺(tái)快速響應(yīng)性及低速無爬行，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)。2套滾珠絲杠驅(qū)動(dòng)裝置5分別固定于工作臺(tái)床身上的導(dǎo)軌側(cè)（如圖3），提供工作臺(tái)重載時(shí)移動(dòng)所需動(dòng)力，其由2套伺服電機(jī)經(jīng)減速器分別聯(lián)接高精度滾珠絲杠構(gòu)成，其旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)滑座2沿床身導(dǎo)軌移動(dòng)而帶動(dòng)工作臺(tái)面3移動(dòng)。床身上裝有高精度光柵尺9，配合滑座驅(qū)動(dòng)裝置5中的伺服電機(jī)形成閉環(huán)控制系統(tǒng)，可精確定位工作臺(tái)沿床身導(dǎo)軌方向的工作位置。

圖2 主體結(jié)構(gòu)圖Ⅱ（A-A剖視圖）

圖3 主體結(jié)構(gòu)圖Ⅲ（B-B剖視圖）

2.2.2 工作臺(tái)面及驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)

工作臺(tái)面為高強(qiáng)度鑄件。2套工作臺(tái)面驅(qū)動(dòng)裝置6呈180°分布固定于工作臺(tái)滑座上（如圖2、圖3）。每套裝置均由伺服電機(jī)經(jīng)減速機(jī)聯(lián)小齒輪組成，電機(jī)采用電子預(yù)加載技術(shù)消除傳動(dòng)間隙而滿足運(yùn)動(dòng)精確定位。小齒輪與工作臺(tái)高精度齒圈8嚙合從而驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)高精度齒圈帶動(dòng)工作臺(tái)面作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行工件加工，工作臺(tái)面旋轉(zhuǎn)位置信號(hào)由中心軸承結(jié)構(gòu)（如圖4）上安裝的高精度角度編碼器13進(jìn)行測(cè)量輸出，配合臺(tái)面驅(qū)動(dòng)裝置6中的伺服電機(jī)形成閉環(huán)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)面旋轉(zhuǎn)位置精確定位。

2.2.3 中心軸承結(jié)構(gòu)

中心軸承結(jié)構(gòu)（如圖4）底部固定于工作臺(tái)滑座2中心處，上部與工作臺(tái)面3聯(lián)接，工作臺(tái)面中心通過中心軸承結(jié)構(gòu)定位安裝作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，中心軸承結(jié)構(gòu)上安裝有高精度旋轉(zhuǎn)編碼器13對(duì)工作臺(tái)面旋轉(zhuǎn)位置信號(hào)進(jìn)行測(cè)量輸出，旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)精度主要由帶內(nèi)錐孔的高精度雙列圓柱滾子軸承11保證。

圖4 中心軸承結(jié)構(gòu)圖

2.2.4 工作臺(tái)面閉式靜壓導(dǎo)軌及鎖緊結(jié)構(gòu)

工作臺(tái)面底部裝有高精度齒圈8，齒圈上下面為平行平面，齒圈底部放置于工作臺(tái)滑座加工有多處靜壓油腔的靜壓導(dǎo)軌面上。4處靜壓壓板均布固定于工作臺(tái)滑座上（安裝位置如圖3），靜壓壓板加工有靜壓油腔的靜壓導(dǎo)軌面壓在齒圈上部，齒圈上下2處對(duì)稱靜壓導(dǎo)軌面形成閉式靜壓導(dǎo)軌（如圖5），保證工作臺(tái)面旋轉(zhuǎn)工作過程中的平穩(wěn)性。每個(gè)靜壓壓板靜壓油腔中設(shè)計(jì)有7處鎖緊活塞14（如圖6），通過液壓控制可對(duì)齒圈進(jìn)行自動(dòng)鎖緊放松，從而實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)面定位夾緊，此鎖緊機(jī)構(gòu)由于著力點(diǎn)位于閉式靜壓導(dǎo)軌區(qū)域內(nèi)，鎖緊時(shí)不會(huì)引起工作臺(tái)面變形，防止因工作臺(tái)面傾覆、變形而影響機(jī)床加工精度。

圖5 工作臺(tái)面閉式靜壓導(dǎo)軌及鎖緊結(jié)構(gòu)圖

圖6 靜壓壓板鎖緊裝置結(jié)構(gòu)圖

3結(jié)語

此種新型重型數(shù)控落地式銑鏜床回轉(zhuǎn)工作臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理、變形小、精度高，并可實(shí)現(xiàn)重載、高精回轉(zhuǎn)、聯(lián)動(dòng)加工，已在筆者公司生產(chǎn)使用。此結(jié)構(gòu)解決了目前國內(nèi)現(xiàn)有數(shù)控落地式銑鏜床回轉(zhuǎn)工作臺(tái)在結(jié)構(gòu)上由于采用開式靜壓導(dǎo)軌支撐、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的定位裝置及夾緊機(jī)構(gòu)夾緊時(shí)引起工作臺(tái)變形等缺陷，可為國內(nèi)機(jī)床行業(yè)提供借鑒。