數(shù)控機(jī)床直驅(qū)靜壓回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究

1、<p>　　數(shù)控機(jī)床直驅(qū)靜壓回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究</p><p>　　[摘 要]現(xiàn)代裝備制造業(yè)的發(fā)展對(duì)加工設(shè)備的要求越來(lái)越高。數(shù)控機(jī)床的出現(xiàn)迎合了這種需求，是先進(jìn)制造技術(shù)和制造信息集成化的產(chǎn)物。數(shù)控機(jī)床作為制造裝備業(yè)中的基礎(chǔ)設(shè)備，是實(shí)現(xiàn)先進(jìn)制造技術(shù)和裝備現(xiàn)代化的基石。數(shù)控機(jī)床整體性能的好壞，與其功能部件的性能具有直接的相關(guān)性。機(jī)床的研發(fā)在一定程度上，制約并引導(dǎo)著加工制造業(yè)的技術(shù)發(fā)展趨向。本文立足于對(duì)

2、數(shù)控機(jī)床直驅(qū)靜壓回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究，在相關(guān)比較中通過(guò)將靜壓導(dǎo)軌和直驅(qū)技術(shù)相結(jié)合這樣的關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)的分析，確定一種直驅(qū)靜壓回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的整體設(shè)計(jì)方案。軸向采用靜壓導(dǎo)軌支撐，使工作臺(tái)具有較高的軸向剛度和回轉(zhuǎn)速度。直驅(qū)技術(shù)采用力矩電機(jī)，提高了轉(zhuǎn)臺(tái)的精度，改善了動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性。 </p><p>　　[關(guān)鍵詞]數(shù)控機(jī)床；電機(jī)直驅(qū)式；回轉(zhuǎn)工作臺(tái) </p><p>　　中圖分類號(hào)：TH 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：

3、A 文章編號(hào)：1009-914X（2015）35-0008-01 </p><p>　　隨著傳統(tǒng)的加工設(shè)備很難再適應(yīng)現(xiàn)代裝配制造業(yè)在速度和精度等方面越來(lái)越高的加工制造要求，數(shù)控機(jī)床的出現(xiàn)是先進(jìn)制造技術(shù)和制造信息集成化的產(chǎn)物。數(shù)控機(jī)床作為制造裝備業(yè)的工作母機(jī)，是實(shí)現(xiàn)先進(jìn)制造技術(shù)和裝備現(xiàn)代化的基石，是保證高技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展和國(guó)防軍工現(xiàn)代化的基石。我國(guó)制造業(yè)的發(fā)展對(duì)數(shù)控機(jī)床的性能要求越來(lái)越高，數(shù)控機(jī)床整體性能的好壞，與其功

4、能部件的性能具有直接的相關(guān)性。機(jī)床的研發(fā)在一定程度上，制約并引導(dǎo)著加工制造業(yè)的技術(shù)發(fā)展趨向。當(dāng)下，隨著數(shù)控機(jī)床向多軸聯(lián)動(dòng)的方向發(fā)展，相應(yīng)的對(duì)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的精度要求也越來(lái)越高了。因?yàn)樯婕暗杰姽?、精密機(jī)械等相關(guān)行業(yè)的發(fā)展，因此，對(duì)數(shù)控機(jī)床回轉(zhuǎn)工作臺(tái)關(guān)鍵技術(shù)及部件的研究與開(kāi)發(fā)，在各國(guó)的相關(guān)行業(yè)中是彼此間競(jìng)爭(zhēng)的重點(diǎn)。近年來(lái)，我國(guó)在五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床的研發(fā)方面，雖然取得了巨大的進(jìn)展，但是相對(duì)于國(guó)外的整體水平而言，尚存在不小差距。結(jié)合相關(guān)技術(shù)和部件

5、的發(fā)展現(xiàn)狀，本文立足于對(duì)數(shù)控機(jī)床直驅(qū)靜壓回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究，通過(guò)對(duì)關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)的分析，確定一種直驅(qū)靜壓回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的整體設(shè)計(jì)方案。 </p><p>　　一、直驅(qū)靜壓回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的性能特征 </p><p>　　數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的主要功能是參與零件的分度加工，各種圓弧加工、與直線坐標(biāo)進(jìn)給聯(lián)動(dòng)進(jìn)行曲面加工等。國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)資料表明，在有關(guān)數(shù)控多軸聯(lián)動(dòng)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的實(shí)現(xiàn)方案上，主要有以下三種結(jié)構(gòu)類型

6、：滾動(dòng)齒蝸輪蝸桿副回轉(zhuǎn)工作臺(tái)；電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)；伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)齒輪齒條副回轉(zhuǎn)工作臺(tái)。作為數(shù)控銑車的常用部件，數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)中所應(yīng)用的直驅(qū)技術(shù)與工作臺(tái)臺(tái)體一起，不同于伺服電機(jī)系統(tǒng)，也不同于滾動(dòng)齒蝸輪蝸桿系統(tǒng)。 </p><p>　　在滾動(dòng)齒蝸輪蝸桿系統(tǒng)中，齒輪傳動(dòng)、蝸桿傳動(dòng)等機(jī)械傳動(dòng)，隨著鍋桿傳動(dòng)，嚙合輪齒間存在著摩擦、散熱、副效率低等問(wèn)題。在這種技術(shù)模式下，因?yàn)辇X輪的模數(shù)問(wèn)題是制約技術(shù)發(fā)展的首要瓶頸，因此以蝸

7、輪蝸桿為動(dòng)力傳送方式的齒輪結(jié)構(gòu)雖然具有大傳動(dòng)比，但是并不適用于高速高精度回轉(zhuǎn)工作臺(tái)。[1] </p><p>　　在伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，以閉環(huán)的形式，由脈沖信號(hào)定位間接控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速以驅(qū)動(dòng)控制對(duì)象，明顯克服了滾動(dòng)齒蝸輪蝸桿驅(qū)動(dòng)電機(jī)過(guò)程中的發(fā)熱與噪音問(wèn)題，此外，伺服電機(jī)還具有精度高、高速性能好等特點(diǎn)。在實(shí)現(xiàn)低速大扭矩輸出時(shí)，其局限性在于減速機(jī)的背隙、振動(dòng)，以及伺服電機(jī)本身的性能等方面。[

8、2] </p><p>　　電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的驅(qū)動(dòng)是步進(jìn)電機(jī)（步進(jìn)電機(jī)主要應(yīng)用于中低端的數(shù)控設(shè)備中）。作為伺服技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物，它的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，具有損耗小、噪音低、少維護(hù)等特點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)低速大扭矩、高精度定位。省去了減速機(jī)等機(jī)械結(jié)構(gòu)，與伺服電機(jī)相比，該系統(tǒng)的精度被進(jìn)一步提高了。 </p><p>　　二、直驅(qū)靜壓回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的關(guān)鍵技術(shù) </p><p>　　數(shù)控

9、回轉(zhuǎn)工作臺(tái)作為機(jī)床的重要附件之一，通過(guò)使主機(jī)增加了一個(gè)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)軸，從而大大擴(kuò)展了主機(jī)的加工范圍。直驅(qū)靜壓回轉(zhuǎn)工作臺(tái)將靜壓導(dǎo)軌和直驅(qū)技術(shù)相結(jié)合。回轉(zhuǎn)工作臺(tái)在工作性能上的兩個(gè)重要指標(biāo)是：工作臺(tái)臺(tái)面尺寸和工作臺(tái)承載能力。靜壓導(dǎo)軌利用液壓力讓導(dǎo)軌和滑塊之間形成油膜，使滑塊有0.03mm左右的浮起，從而大大減小了滑塊和導(dǎo)軌之間的摩擦力。這種導(dǎo)軌形式特殊的油膜吸振特性對(duì)提高機(jī)床的精密度有重要的意義。開(kāi)式與閉式靜壓導(dǎo)軌相比，后者的精度和剛性較前者

10、有所提高，因?yàn)樵诳蛊d能力方面具有突出的優(yōu)越性。[3] </p><p>　　直驅(qū)技術(shù)的核心是對(duì)力矩電機(jī)的采用。力矩電機(jī)在大型精密機(jī)床的回轉(zhuǎn)工作臺(tái)中的應(yīng)用表現(xiàn)出傳統(tǒng)傳動(dòng)所不可比擬的優(yōu)越性。以力矩機(jī)床為驅(qū)動(dòng)方式的機(jī)床克服了傳統(tǒng)大型機(jī)床因?yàn)樵隍?qū)動(dòng)力技術(shù)方面存在缺陷而造成的工作臺(tái)振動(dòng)、動(dòng)態(tài)剛度差，轉(zhuǎn)臺(tái)伺服系統(tǒng)對(duì)動(dòng)態(tài)干擾的抑制能力較差等問(wèn)題。以相對(duì)較低的成本為前提，不僅通過(guò)提高工作臺(tái)的線速度而大大提高了工作效率，而且在精

11、度上，力矩電機(jī)驅(qū)動(dòng)可以輕松地實(shí)現(xiàn)角秒級(jí)的靈敏度。不再通過(guò)機(jī)械傳送的方式來(lái)構(gòu)成傳送鏈，力矩電機(jī)通過(guò)減少運(yùn)行中的磨損，減少了工作臺(tái)的維護(hù)，從而提高了工作臺(tái)的使用壽命。 </p><p>　　以下設(shè)計(jì)方案將靜壓導(dǎo)軌和直驅(qū)技術(shù)相結(jié)合。軸向采用靜壓導(dǎo)軌支撐，使工作臺(tái)具有較高的軸向剛度和回轉(zhuǎn)速度。直驅(qū)技術(shù)采用力矩電機(jī)，提高了轉(zhuǎn)臺(tái)的精度，改善了動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性。其他相關(guān)的功能性結(jié)構(gòu)略。 </p><p>　

12、　三、直驅(qū)靜壓回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的設(shè)計(jì)方案 </p><p>　　本文設(shè)計(jì)的用于大型機(jī)床的直驅(qū)靜壓回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的主要結(jié)構(gòu)如圖1-3所示。轉(zhuǎn)臺(tái)的回轉(zhuǎn)中心定位通過(guò)NN3048軸承支撐電子轉(zhuǎn)子連接套，螺釘將定心軸承座與滑鞍的中心孔連接起來(lái)。與定心軸承座上方相連的軸承壓環(huán)、電機(jī)轉(zhuǎn)子連接套的外臺(tái)肩下側(cè)與力矩電機(jī)的轉(zhuǎn)子通過(guò)螺釘聯(lián)系起來(lái)。工作臺(tái)下方內(nèi)環(huán)與電機(jī)轉(zhuǎn)子連接套通過(guò)螺釘相連，電機(jī)轉(zhuǎn)子連接套得到內(nèi)靜壓導(dǎo)軌板的支撐，外靜壓導(dǎo)軌板支撐工

13、作臺(tái)下方外環(huán)。內(nèi)、外靜壓導(dǎo)軌支撐面的接觸可以精調(diào)。力矩電子的定子與電機(jī)定子連接套的內(nèi)側(cè)肩相連。為了使力矩電機(jī)的定子和轉(zhuǎn)子同心一致，電機(jī)定子連接套的外側(cè)肩需要被固定在滑鞍上。編碼器軸的上端面與工作臺(tái)連接。定心軸承座支撐向心球軸承。編碼器需要通過(guò)對(duì)編碼器調(diào)節(jié)環(huán)的調(diào)整，編碼器連接法蘭盤的調(diào)整，使其回轉(zhuǎn)中心與NN3048 軸承的回轉(zhuǎn)中心重合。螺帽將動(dòng)壓環(huán)固定在由內(nèi)、外壓環(huán)所圍成的U型槽內(nèi)。油缸被固定在滑鞍上，活塞將油缸與油缸蓋所形成的密封油腔分

14、隔為兩部分?；钊麠U帶動(dòng)動(dòng)壓環(huán)控制上下油腔的進(jìn)出油。其他結(jié)構(gòu)部件略。 </p><p><b>　　四、總結(jié) </b></p><p>　　綜上，在對(duì)數(shù)控機(jī)床直驅(qū)靜壓回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的一例結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究中，通過(guò)選取力矩電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)，靜壓導(dǎo)軌作為承載，向心球軸承為支撐，最后在這里給出了一臺(tái)直驅(qū)靜壓回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的設(shè)計(jì)方案。在此過(guò)程中，可以看出我國(guó)數(shù)控機(jī)床的功能部件研發(fā)技術(shù)尚且滯后，進(jìn)

15、而制約著部件生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的同時(shí)，也同樣制約著高檔數(shù)控機(jī)床的研發(fā)和推廣。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn) </b></p><p>　　[1] 孫淵濤，楊建璽，崔鳳奎等.大型直驅(qū)靜壓轉(zhuǎn)臺(tái)關(guān)鍵技術(shù)的分析與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].機(jī)床與液壓，2014，（13）. </p><p>　　[2] 孫崗存，袁麗.數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的設(shè)計(jì)研究[J].制造技術(shù)與