滾動滑動復(fù)合導(dǎo)軌重型數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺及驅(qū)動機構(gòu)應(yīng)用

沈陽機床股份有限公司中捷機床有限公司 （遼寧 110142） 郭 鑫

近幾年來，隨著煤礦機械、石油泵閥、工程機械等行業(yè)的飛速發(fā)展，這些工業(yè)領(lǐng)域所需求的加工設(shè)備越來越趨于大型化、重型化，但對精度的要求卻并未降低。而且，隨著近些年我國對氣候變化以及環(huán)境保護(hù)的重視，清潔能源的利用越來越廣泛，利用風(fēng)能的風(fēng)力發(fā)電機的制造商如雨后春筍般不斷增加，而風(fēng)力發(fā)電機的許多關(guān)鍵零件都是重大型零件，各加工面要求的精度也不低。以上這些煤礦機械、石油泵閥、工程機械、風(fēng)力發(fā)電機等行業(yè)都需要重型、大型加工機床。以往這些零件都是裝夾在承重非常大，但是不能回轉(zhuǎn)的平臺上進(jìn)行加工，但是工件需要多次裝夾，這樣不僅效率低，而且對精度的保證也有非常大的影響。

雖然近些年隨著靜壓技術(shù)的不斷發(fā)展，利用靜壓技術(shù)的重型回轉(zhuǎn)工作臺應(yīng)用的也較為廣泛，但是靜壓回轉(zhuǎn)工作臺在調(diào)整時比較麻煩，接觸剛度也遜色于滑動摩擦，靜壓油的回收與滲漏的問題也比較棘手，容易造成環(huán)境污染。另外，靜壓技術(shù)對使用環(huán)境的要求也較高，因為溫度、濕度等自然條件會影響液壓油的黏度，從而對靜壓油膜的建立造成一定的影響。因此，市場上急需一種大型的數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺，此工作臺不僅能夠承載重大型工件，而且回轉(zhuǎn)定位精度較高，接觸剛性較好，最關(guān)鍵的是對環(huán)境的依賴性較低，影響較小，適于更多用戶的需求，滿足重大型工件高效率、高精度的加工要求。

本項技術(shù)的目的是提供一種滾動與滑動復(fù)合導(dǎo)軌重型數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺，解決一般工作臺承載能力較低及靜壓回轉(zhuǎn)工作臺污染環(huán)境及受環(huán)境影響較大的問題。

這種滾動與滑動復(fù)合導(dǎo)軌重型數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺裝備在大、中型數(shù)控機床上，包括有中心卸荷用推力球軸承，圓周分布在滑座圓導(dǎo)軌外圓處的卸荷用滾動體。其特點在于工作臺回轉(zhuǎn)臺體下部圓柱與大齒圈的內(nèi)孔采用同軸基孔制間隙配合，將大齒圈固定在工作臺上并共同落在滑座上，大齒圈底面具有較高平面度和較好的表面質(zhì)量，滑座的上表面粘貼了聚四氟乙烯貼塑板，與大齒圈底面組成了滾動與滑動復(fù)合導(dǎo)軌的滑動導(dǎo)軌副，作為工作臺回轉(zhuǎn)主要支撐結(jié)構(gòu)。另外，還在工作臺回轉(zhuǎn)定心軸下部、滑座上表面安裝了推力圓柱滾子軸承，在滑座的上表面的回轉(zhuǎn)導(dǎo)軌外圍處安裝了多個卸荷滾動體，這些與工作臺組成了滾動與滑動復(fù)合導(dǎo)軌的滾動導(dǎo)軌副。

盡管滾動與滑動復(fù)合導(dǎo)軌減小了工作臺回轉(zhuǎn)時的摩擦力，但是這種重型回轉(zhuǎn)工作臺承載大型工件后，在導(dǎo)軌面上產(chǎn)生的摩擦力以及自身的轉(zhuǎn)動慣量都是非常巨大的，因此，這臺重型回轉(zhuǎn)工作臺的驅(qū)動機構(gòu)顯得尤為重要，它不僅要有較大的傳動比，良好的剛性，極小的傳動間隙，還必須要有在重載齒輪磨損后的間隙自動補償機構(gòu)，本項技術(shù)中的滾動與滑動復(fù)合導(dǎo)軌重型數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺的驅(qū)動機構(gòu)就是具有上述特性的驅(qū)動機構(gòu)，它采用較大模數(shù)的雙斜齒輪機構(gòu)消除齒輪背隙，并且利用碟形彈簧來自動補償因重載后磨損造成的齒輪背隙增大。

本項技術(shù)的特點在于，這種滾動與滑動復(fù)合導(dǎo)軌重型數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺及其驅(qū)動機構(gòu)不僅承載能力大，回轉(zhuǎn)精度高，對環(huán)境污染及依賴性小，并且它的驅(qū)動剛性高，并且有間隙自動補償功能，本項技術(shù)大大提高了機床加工效率，降低了機床的使用與維護(hù)成本。

滾動與滑動復(fù)合導(dǎo)軌重型數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺裝備在大、中型數(shù)控機床上，如圖1、圖2所示，工作臺回轉(zhuǎn)臺體8下部圓柱與大齒圈3的內(nèi)孔采用同軸基孔制間隙配合，將大齒圈3固定在工作臺8上并共同落在滑座7上，大齒圈3底面具有較高平面度和較好的表面質(zhì)量，滑座7的上表面粘貼了聚四氟乙烯貼塑板，與大齒圈3的底面組成了滾動與滑動復(fù)合導(dǎo)軌的滑動導(dǎo)軌副，作為工作臺回轉(zhuǎn)主要支撐結(jié)構(gòu)。錐孔雙列圓柱滾子軸承6安裝在工作臺8的定心孔內(nèi)，工作臺定心軸5安裝在錐孔雙列圓柱滾子軸承6錐孔內(nèi)，通過調(diào)整錐孔雙列圓柱滾子軸承6在定心軸5上的高度，來調(diào)整該軸承的脹緊量，保證工作臺回轉(zhuǎn)的軸向剛度。

在工作臺回轉(zhuǎn)定心軸5的下部和滑座7的上表面之間，還安裝了推力圓柱滾子軸承4，起到中心支撐和卸荷的作用。滑座7上表面的回轉(zhuǎn)導(dǎo)軌外圍圓周處安裝了多個卸荷滾動體2，也起到卸荷的作用，這些滾動體和中心推力圓柱滾子軸承4與工作臺組成了滾動與滑動復(fù)合導(dǎo)軌的滾動導(dǎo)軌副，將部分滑動摩擦力轉(zhuǎn)變?yōu)榱四Σ料禂?shù)小得多的滾動摩擦力，從而減小里回轉(zhuǎn)的摩擦力，降低了驅(qū)動所需的力矩，并避免了爬行現(xiàn)象的發(fā)生。

如圖3所示，滾動體由4個圓柱滾子軸承5串聯(lián)在一根軸4上，安裝在滾動體座上，滾動體的下面并不是一個平面，而是一個1∶50的斜面，滾動體安裝在另一個也是有一面為1∶50斜面的調(diào)整墊3上，擋板2將滾動體固定在滑座的滾動體安裝槽內(nèi)，并用調(diào)整螺栓1頂拽調(diào)整墊3的位置，并調(diào)整了滾動體的高度位置，最終保證了每個滾動體卸荷掉的重量。每個滑座所需滾動體的數(shù)量與該回轉(zhuǎn)工作臺的承載能力有關(guān)。

圖1 滾動與滑動復(fù)合導(dǎo)軌數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺結(jié)構(gòu)布置示意圖

圖2 滾動與滑動復(fù)合導(dǎo)軌滑座滾動體布置示意圖

圖3 卸荷滾動體結(jié)構(gòu)示意圖

圖4 驅(qū)動機構(gòu)示意圖

盡管滾動與滑動復(fù)合導(dǎo)軌減小了工作臺回轉(zhuǎn)時的摩擦力，但是這種重型工作臺在導(dǎo)軌面上產(chǎn)生的摩擦力，以及自身和工件的轉(zhuǎn)動慣量都是非常巨大的，因此，這臺重型回轉(zhuǎn)工作臺的驅(qū)動機構(gòu)不僅要有較大的傳動比，良好的剛性，極小的傳動間隙，還必須要有在重載齒輪磨損后的間隙自動補償機構(gòu)。如圖4所示，電動機4輸出的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩通過進(jìn)口大傳動比行星輪減速機降速并增大轉(zhuǎn)矩后，傳遞給了齒輪軸6，在齒輪軸6的直齒輪上面還安裝了一個相同模數(shù)于齒數(shù)的齒輪5。在回轉(zhuǎn)時，齒輪5與齒輪軸上的齒輪嚙合在安裝在齒輪軸2上一個大齒輪9上，通過一個頂絲的調(diào)整，使這兩個齒輪兩個齒嚙合在大齒輪9一個齒的兩個面，以此消除齒輪9回轉(zhuǎn)的反向間隙。當(dāng)動力傳遞到齒輪軸2后，齒輪軸2上的同模數(shù)、同齒數(shù)，但是齒形螺旋方向恰好相反的兩個斜齒輪分別嚙合在兩個相同的齒輪軸1上的兩個不同的斜齒輪（齒輪10和齒輪11），齒輪軸2通過調(diào)整軸向位置，來迫使齒輪10和齒輪11向兩個不同的方向旋轉(zhuǎn)一定的角度，使它們能夠分別嚙合在大齒圈正反回轉(zhuǎn)的兩個面上，以此來消除大齒圈的反向間隙。在齒輪軸2的下方，安裝了碟形彈簧7，通過旋緊鎖緊壓蓋8，使齒輪軸2向上移動，迫使齒輪10和齒輪11向兩個相反的方向旋轉(zhuǎn)并消除間隙，當(dāng)兩個齒輪軸1均與大齒圈嚙合后，繼續(xù)給碟形彈簧7施加預(yù)載，這樣當(dāng)齒輪出現(xiàn)磨損后，碟形彈簧7的預(yù)載力會迫使齒輪軸2繼續(xù)向上移動，最終實現(xiàn)自動消隙補償。

目前，該復(fù)合導(dǎo)軌重型數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺已經(jīng)試制成功，工作臺面積4 000mm×4 000mm，最大承重可達(dá)50t，任意分度定位精度達(dá)到12”， 任意分度重復(fù)定位精度達(dá)到6”。

該項技術(shù)投入使用后，可滿足煤礦機械、石油泵閥、工程機械、風(fēng)力發(fā)電機等行業(yè)對重型回轉(zhuǎn)工作臺的需求，且對環(huán)境的保護(hù)和設(shè)備的維護(hù)便利性起到了重要的作用。