數(shù)控機床直驅(qū)靜壓回轉(zhuǎn)工作臺的結(jié)構(gòu)設(shè)計研究

1、<p>　　數(shù)控機床直驅(qū)靜壓回轉(zhuǎn)工作臺的結(jié)構(gòu)設(shè)計研究</p><p>　　[摘 要]現(xiàn)代裝備制造業(yè)的發(fā)展對加工設(shè)備的要求越來越高。數(shù)控機床的出現(xiàn)迎合了這種需求，是先進制造技術(shù)和制造信息集成化的產(chǎn)物。數(shù)控機床作為制造裝備業(yè)中的基礎(chǔ)設(shè)備，是實現(xiàn)先進制造技術(shù)和裝備現(xiàn)代化的基石。數(shù)控機床整體性能的好壞，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

2、數(shù)控機床直驅(qū)靜壓回轉(zhuǎn)工作臺的結(jié)構(gòu)設(shè)計研究，在相關(guān)比較中通過將靜壓導(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)工作臺的整體設(shè)計方案。軸向采用靜壓導(dǎo)軌支撐，使工作臺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，提高了轉(zhuǎn)臺的精度，改善了動態(tài)響應(yīng)特性。 </p><p>　　[關(guān)鍵詞]數(shù)控機床；電機直驅(qū)式；回轉(zhuǎn)工作臺 </p><p>　　中圖分類號：TH 文獻標識碼：

3、A 文章編號：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越高的加工制造要求，數(shù)控機床的出現(xiàn)是先進制造技術(shù)和制造信息集成化的產(chǎn)物。數(shù)控機床作為制造裝備業(yè)的工作母機，是實現(xiàn)先進制造技術(shù)和裝備現(xiàn)代化的基石，是保證高技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展和國防軍工現(xiàn)代化的基石。我國制造業(yè)的發(fā)展對數(shù)控機床的性能要求越來越高，數(shù)控機床整體性能的好壞，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。當下，隨著數(shù)控機床向多軸聯(lián)動的方向發(fā)展，相應(yīng)的對數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺的精度要求也越來越高了。因為涉及到軍工、精密機械等相關(guān)行業(yè)的發(fā)展，因此，對數(shù)控機床回轉(zhuǎn)工作臺關(guān)鍵技術(shù)及部件的研究與開發(fā)，在各國的相關(guān)行業(yè)中是彼此間競爭的重點。近年來，我國在五軸聯(lián)動數(shù)控機床的研發(fā)方面，雖然取得了巨大的進展，但是相對于國外的整體水平而言，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，本文立足于對數(shù)控機床直驅(qū)靜壓回轉(zhuǎn)工作臺的結(jié)構(gòu)設(shè)計研究，通過對關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)的分析，確定一種直驅(qū)靜壓回轉(zhuǎn)工作臺的整體設(shè)計方案。 </p><p>　　一、直驅(qū)靜壓回轉(zhuǎn)工作臺的性能特征 </p><p>　　數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺的主要功能是參與零件的分度加工，各種圓弧加工、與直線坐標進給聯(lián)動進行曲面加工等。國內(nèi)外文獻資料表明，在有關(guān)數(shù)控多軸聯(lián)動回轉(zhuǎn)工作臺的實現(xiàn)方案上，主要有以下三種結(jié)構(gòu)類型

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

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

8、2] </p><p>　　電機直接驅(qū)動回轉(zhuǎn)工作臺的驅(qū)動是步進電機（步進電機主要應(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)計結(jié)構(gòu)簡單，具有損耗小、噪音低、少維護等特點，能夠?qū)崿F(xiàn)低速大扭矩、高精度定位。省去了減速機等機械結(jié)構(gòu)，與伺服電機相比，該系統(tǒng)的精度被進一步提高了。 </p><p>　　二、直驅(qū)靜壓回轉(zhuǎn)工作臺的關(guān)鍵技術(shù) </p><p>　　數(shù)控

9、回轉(zhuǎn)工作臺作為機床的重要附件之一，通過使主機增加了一個回轉(zhuǎn)運動坐標軸，從而大大擴展了主機的加工范圍。直驅(qū)靜壓回轉(zhuǎn)工作臺將靜壓導(dǎo)軌和直驅(qū)技術(shù)相結(jié)合。回轉(zhuǎn)工作臺在工作性能上的兩個重要指標是：工作臺臺面尺寸和工作臺承載能力。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提高機床的精密度有重要的意義。開式與閉式靜壓導(dǎo)軌相比，后者的精度和剛性較前者

10、有所提高，因為在抗偏載能力方面具有突出的優(yōu)越性。[3] </p><p>　　直驅(qū)技術(shù)的核心是對力矩電機的采用。力矩電機在大型精密機床的回轉(zhuǎn)工作臺中的應(yīng)用表現(xiàn)出傳統(tǒng)傳動所不可比擬的優(yōu)越性。以力矩機床為驅(qū)動方式的機床克服了傳統(tǒng)大型機床因為在驅(qū)動力技術(shù)方面存在缺陷而造成的工作臺振動、動態(tài)剛度差，轉(zhuǎn)臺伺服系統(tǒng)對動態(tài)干擾的抑制能力較差等問題。以相對較低的成本為前提，不僅通過提高工作臺的線速度而大大提高了工作效率，而且在精

11、度上，力矩電機驅(qū)動可以輕松地實現(xiàn)角秒級的靈敏度。不再通過機械傳送的方式來構(gòu)成傳送鏈，力矩電機通過減少運行中的磨損，減少了工作臺的維護，從而提高了工作臺的使用壽命。 </p><p>　　以下設(shè)計方案將靜壓導(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，提高了轉(zhuǎn)臺的精度，改善了動態(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)工作臺的設(shè)計方案 </p><p>　　本文設(shè)計的用于大型機床的直驅(qū)靜壓回轉(zhuǎn)工作臺的主要結(jié)構(gòu)如圖1-3所示。轉(zhuǎn)臺的回轉(zhuǎn)中心定位通過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。與定心軸承座上方相連的軸承壓環(huán)、電機轉(zhuǎn)子連接套的外臺肩下側(cè)與力矩電機的轉(zhuǎn)子通過螺釘聯(lián)系起來。工作臺下方內(nèi)環(huán)與電機轉(zhuǎn)子連接套通過螺釘相連，電機轉(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定子連接套的內(nèi)側(cè)肩相連。為了使力矩電機的定子和轉(zhuǎn)子同心一致，電機定子連接套的外側(cè)肩需要被固定在滑鞍上。編碼器軸的上端面與工作臺連接。定心軸承座支撐向心球軸承。編碼器需要通過對編碼器調(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帶動動壓環(huán)控制上下油腔的進出油。其他結(jié)構(gòu)部件略。 </p><p><b>　　四、總結(jié) </b></p><p>　　綜上，在對數(shù)控機床直驅(qū)靜壓回轉(zhuǎn)工作臺的一例結(jié)構(gòu)設(shè)計研究中，通過選取力矩電機作為驅(qū)動，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直驅(qū)靜壓回轉(zhuǎn)工作臺的設(shè)計方案。在此過程中，可以看出我國數(shù)控機床的功能部件研發(fā)技術(shù)尚且滯后，進

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