杜 雄 陳 禹

(上海機床廠有限公司 上海 200093)

數控高精度復合磨削中心是典型的工序復合機床，通過高效地運用現代數控技術將回轉零件的外圓、外圓端面、內孔、錐面、曲面、槽、螺紋等多種磨削方式集成在一起，實現工件一次裝夾完成多工序磨削的功能，在基準統(tǒng)一的條件下保證工序間的高精度，大大縮減工序間的輔助時間和換型的調整時間，減少機床和夾具數量，縮短加工周期，節(jié)約作業(yè)面積，顯著提高經濟利益。

數控高精度復合磨削中心的顯著特征是在其砂輪架結構中配置了類似回轉工作臺的B軸回轉分度裝置。當今，機床回轉工作臺的典型機械傳動機構有[1-2]：（1）蝸輪蝸桿副；（2）錐齒輪副；（3）滾珠傳動副；（4）滾柱凸輪副等。其中蝸輪蝸桿副傳動對輪系的傳動精度要求高，不然很容易產生背隙，影響傳動精度；滾柱驅動副要求元件的制造精度高，裝配工藝性較差，導致成本很高。這些回轉工作臺機構的工作性質與磨削加工所需要的B軸回轉分度裝置不同，不能直接用于復合磨削中心中。當今主流復合磨削中心產品的B軸分度裝置主要有伺服電機驅動鼠牙盤分度裝置[3]和力矩電機直接驅動分度裝置[4]兩種；其中鼠牙盤傳動采用的是有限齒數的齒輪，連續(xù)分度時結構復雜；而力矩電機直接驅動的B軸分度裝置，省去了中間的機械傳動環(huán)節(jié)，空間利用率高并可以連續(xù)分度，具有不可比擬的優(yōu)勢。本文充分利用回轉工作臺的設計理念，對復合磨削中心結構中的力矩電機直接驅動B軸回轉分度裝置進行總體設計。

1 設計考慮

在磨削加工過程中，力矩電機驅動使砂輪架發(fā)生回轉到達加工姿態(tài)時，其自鎖功能一般，為了實現砂輪架在磨削力的作用下不會繞B軸發(fā)生轉動，一般是需要增設抱閘鎖緊裝置的。這里先對鎖緊裝置進行分析，之后對B軸回轉分度裝置進行總體設計。

2 常見鎖緊裝置結構分析

由于介紹國內外復合磨削中心B軸回轉分度裝置的論文不多，那么對其鎖緊裝置的分析更少，這里主要參考了一些用于其他場合類似的鎖緊裝置。

圖1是一種軸向抱閘的專利鎖緊裝置[5]?；钊O置在缸內，能夠上升和下降，在活塞和缸之間設置有下降用空氣室與上升用空氣室。在非夾緊狀態(tài)下，通過圖中未指示的電磁閥向上升用空氣室送出壓縮空氣，活塞向上運動；在夾緊狀態(tài)下，通過上述電磁閥，向下降用空氣室送出壓縮空氣，活塞向下運動，使它與罩蓋的摩擦面之間的夾持圓盤產生接觸，形成抱閘鎖緊。該裝置的缺陷在于使用壓縮空氣夾緊，夾緊力不夠大；如果安裝多個夾持圓盤進行軸向夾緊，安裝空間過大，維修難度高。

圖2是一種軸向液壓鎖緊裝置[6]。當工作臺通過控制裝置以及驅動裝置轉到所希望的回轉位置后，從液壓缸b口供油，使夾緊活塞上移，于是使固定板和制動板與液壓缸上方部分產生接觸，利用它們之間的摩擦力鎖緊工作臺。當需再次回轉工作臺，只要從液壓缸a口進油使夾緊活塞下降，固定板和制動板脫離即可。該裝置的優(yōu)點是利用液壓進行夾緊，夾緊力很大。為了運轉的安全，一般制動板和固定板之間的間隙不能太小，這樣容易導致在夾緊時固定板的變形過大，變形后的接觸較難控制。要是安裝多個制動板進行軸向夾緊，安裝空間也要求很大，維修難度也大。

圖3是一種徑向抱閘的氣動鎖緊裝置[7]，當軸轉動到一定角度位置后，由供氣系統(tǒng)通過第一氣孔和第二氣孔向彈簧氣囊供氣，氣囊的變形使夾環(huán)產生徑向變形抱閘而鎖緊。

該裝置的優(yōu)點是結構簡單，使用元件少；由于使用氣囊進行夾緊，其可靠性和夾緊力都值得考慮。

圖4是一種能徑向和軸向同時抱閘的復合型鎖緊裝置[8]。當主軸轉動一定角度位置后，液壓系統(tǒng)進油推動夾緊活塞下移，夾緊活塞下端能夠產生彈性變形的第二推壓部和第一推壓部先后與第一夾緊部的錐面和夾緊盤的端面接觸，利用接觸面產生的摩擦力而進行鎖緊。利用錐面壓緊，可以保證回轉部分和非回轉部分之間的同軸度，是一種較好的鎖緊裝置。

3 B軸回轉分度裝置總體設計

B軸分度裝置采用力矩電機直接驅動，支承軸承采用滾動軸承或靜壓軸承兩種形式，鎖緊裝置采用徑向軸向同時抱閘的復合鎖緊裝置，這樣有兩套總體設計方案選擇。

在滾動軸承支承的方案中，如果采用成對的圓錐滾子軸承作為主軸承，就會造成整個裝置過高、裝配實施困難，建議采用回轉工作臺中那樣的轉臺軸承作為主軸承。一種常見的轉臺軸承如圖5所示，其軸圈和座圈之間分布有3列圓柱滾子，座圈內側的圓柱滾子確保軸承具有相當高的回轉精度，座圈兩端面與軸圈之間的圓柱滾子使軸承具有一定的抗偏載能力。

由于B軸分度裝置在加工過程中不僅需要很高的回轉精度，而且也要具備很強的抗傾覆能力，上述單一的轉臺軸承還不能可靠實現，還需增設一組球軸承或滾子軸承，以便于形成兩支承結構?？紤]到力矩電機占用的軸向空間不小，經構思后形成了圖6所示的滾動軸承支承結構方案，將安裝鎖緊裝置的空間位置取在力矩電機和轉臺軸承之間。

在靜壓軸承支承方案中，將徑向靜壓軸承的長度稍微增加，端面軸承采用環(huán)形閉式導軌結構，那么其抗傾覆能力就非常強。由于靜壓軸承的回轉精度很高，經構思得到圖7所示的總體結構設計方案。由于此方案中靜壓軸承和力矩電機之間的空間利用相當緊湊，不可能在靜壓軸承和力矩電機之間留出圖6所示的安裝鎖緊裝置位置，只能將鎖緊裝置安裝在立柱頂端。這樣的方案也有不少優(yōu)勢，它便于鎖緊裝置的維修和保養(yǎng)。

針對圖6和圖7兩套B軸分度裝置總體結構設計方案，結合圖4所示的軸向徑向抱閘的復合型鎖緊裝置，將鎖緊裝置設計成圖8所示的結構，其中心定位由軸套的內孔和制動板的下端面與立柱固定連接來實現。為了保證活塞環(huán)能夠上下移動，在活塞環(huán)外圓周設置了軸環(huán)。

經過整體構思，將圖8所示的鎖緊裝置配置到圖6和圖7所示的分度裝置中形成了圖9和圖10所示的整體結構方案。

為了確保鎖緊裝置的密封可靠和使用壽命，在活塞環(huán)內外側面增加安裝4組O型密封圈的環(huán)形槽和2組耐磨環(huán)的環(huán)形槽。為了緩沖液壓的沖擊，在活塞環(huán)的頂部和鎖緊環(huán)的底部各安裝一圈壓縮彈簧。此外，為了讓鎖緊環(huán)能實現上下運動，沒有將鎖緊環(huán)軸向固定；另外為了保證鎖緊裝置鎖緊后不發(fā)生周向轉動，鎖緊環(huán)內側設置內花鍵，再增加一個花鍵盤零件，花鍵盤上設置外花鍵，當花鍵盤與底座固定連接后，鎖緊環(huán)只能上下運動。另外為了限制鎖緊環(huán)向上運動的行程，在花鍵盤上又設置了軸環(huán)，這樣確保鎖緊環(huán)在一定行程內不會脫離活塞環(huán)。在圖10所示的結構方案中，為了確?；钊椎膭傂?，在其內部還布置了圓柱滾子軸承。

4 結語

為了滿足復合磨削中心的磨削加工需要，根據現有技術的情況，構建了滾動軸承和靜壓支承兩種支承形式的B軸分度裝置總體方案，選取軸向徑向復合抱閘的鎖緊裝置作為其鎖緊裝置；在滾動軸承支承中，轉臺軸承為主支承，滾動球軸承為輔助支承，鎖緊裝置布置在轉臺軸承和電機之間；在靜壓軸承支承中，鎖緊裝置布置在立柱頂端，上端布置一個圓柱滾子軸承增加剛性。相關設計思路為復合磨削中心的研發(fā)和開發(fā)提供了思路，具有進一步推廣和應用的價值。