一種銑車復(fù)合加工中心直驅(qū)轉(zhuǎn)臺的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)*

黃桂英 李才兒 王 維 趙小玲 楊錦斌

(①青海一機(jī)數(shù)控機(jī)床有限責(zé)任公司，青海 西寧810018;②西部礦業(yè)股份有限公司，青海 西寧810001)

銑車復(fù)合加工中心是數(shù)控機(jī)床中難度最大、應(yīng)用范圍最廣的機(jī)床，代表機(jī)床制造業(yè)最高水平，國際上把復(fù)合加工設(shè)備作為衡量一個(gè)國家裝備制造業(yè)水平的標(biāo)志。在銑車復(fù)合加工中心中，直驅(qū)轉(zhuǎn)臺技術(shù)是銑車功能轉(zhuǎn)換中至關(guān)重要的環(huán)節(jié)之一，它是銑削時(shí)數(shù)控轉(zhuǎn)臺與車削時(shí)車削主軸的執(zhí)行部件，要求在使用過程中有高精度、高剛性、高轉(zhuǎn)速、高穩(wěn)定性、低發(fā)熱量等特點(diǎn)，因此直驅(qū)轉(zhuǎn)臺技術(shù)是整個(gè)銑車復(fù)合加工中心結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中所要考慮的重點(diǎn)要素之一。為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)要求，從轉(zhuǎn)臺的驅(qū)動及支撐、檢測、轉(zhuǎn)臺鎖緊、冷卻等方面來考慮，提出了銑車加工中心的直驅(qū)轉(zhuǎn)臺結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)臺在銑削時(shí)具有高回轉(zhuǎn)精度、高剛性，車削時(shí)具有高轉(zhuǎn)速、低發(fā)熱量的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。

1 銑車復(fù)合加工中心直驅(qū)轉(zhuǎn)臺結(jié)構(gòu)構(gòu)成

銑車復(fù)合加工中心直驅(qū)轉(zhuǎn)臺主要由力矩電動機(jī)驅(qū)動、編碼器位置檢測控制、雙斜面鎖緊及力矩電動機(jī)強(qiáng)制冷卻恒溫控制等裝置組成。

1.1 力矩電動機(jī)驅(qū)動裝置

電動機(jī)轉(zhuǎn)子連接套下方通過螺釘與力矩電動機(jī)的轉(zhuǎn)子相連，上臺肩端面通過螺釘與工作臺相連，上臺肩下側(cè)與ZKLD460 軸承的內(nèi)環(huán)相連，電動機(jī)定子連接套的內(nèi)側(cè)肩上方與ZKLD460 軸承的外環(huán)用螺釘相連，內(nèi)側(cè)肩的下方與力矩電動機(jī)的定子相連，外側(cè)肩與滑鞍相連，組成了直驅(qū)轉(zhuǎn)臺的驅(qū)動裝置。

1.2 傳感器位置檢測控制裝置

編碼器軸座通過螺釘與滑鞍相連，編碼器軸通過向心球軸承得到編碼器軸座的支撐，下方與編碼器相連，編碼器可通過編碼器調(diào)節(jié)環(huán)和編碼器連接法蘭的調(diào)整使其回轉(zhuǎn)中心與ZKLD460 軸承的回轉(zhuǎn)中心重合，組成直驅(qū)轉(zhuǎn)臺的編碼器位置檢測控制裝置。

1.3 雙斜面鎖緊裝置

靜摩擦環(huán)通過螺釘與工作臺相連，動摩擦環(huán)通過螺帽固定在4 個(gè)均布的活塞上，靜摩擦環(huán)和動摩擦環(huán)通過靜摩擦環(huán)調(diào)整墊及動摩擦環(huán)調(diào)整墊的調(diào)整可保持4 個(gè)夾緊點(diǎn)夾緊的同一性，油缸通過螺釘固定在滑鞍上，油缸蓋與油缸結(jié)合形成一個(gè)封閉的油腔，活塞將油腔分隔成上下兩個(gè)部分，通過上下油腔的進(jìn)(出)油使活塞帶動動摩擦環(huán)執(zhí)行鎖緊或松開的動作，下油腔中碟型彈簧組件可保證松開的可靠性，組成了直驅(qū)轉(zhuǎn)臺的雙斜面鎖緊裝置。

1.4 力矩電動機(jī)強(qiáng)制冷卻恒溫控制

冷卻水進(jìn)/出接頭連接在電動機(jī)定子連接套的側(cè)壁上，冷卻水從進(jìn)水口進(jìn)入到電動機(jī)定子連接套與力矩電動機(jī)定子所圍成的密閉冷卻腔內(nèi)，經(jīng)過循環(huán)后由出水口流入恒溫水箱，經(jīng)恒溫水箱冷卻后重新注入轉(zhuǎn)臺，組成了直驅(qū)轉(zhuǎn)臺的強(qiáng)制冷卻恒溫控制。

2 銑車復(fù)合加工中心直驅(qū)轉(zhuǎn)臺結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2010 年，筆者公司承擔(dān)了國家科技重大專項(xiàng)——“動梁無滑枕銑車復(fù)合加工中心”課題攻關(guān)任務(wù)。在課題研究過程中，應(yīng)用已經(jīng)成熟的力矩電動機(jī)傳動技術(shù)、雙斜面鎖緊技術(shù)、傳感器位置控制技術(shù)、力矩電動機(jī)強(qiáng)制冷卻技術(shù)等新技術(shù)，解決了直驅(qū)轉(zhuǎn)臺的驅(qū)動、檢測、鎖緊及冷卻等技術(shù)難題。

銑車復(fù)合加工中心直驅(qū)轉(zhuǎn)臺的結(jié)構(gòu)簡圖見圖1 所示。

3 銑車復(fù)合加工中心直驅(qū)轉(zhuǎn)臺的工作運(yùn)行

銑車復(fù)合加工中心直驅(qū)轉(zhuǎn)臺的工作運(yùn)行過程如下:

當(dāng)工作臺2 功能轉(zhuǎn)換為車削或相位旋轉(zhuǎn)時(shí)，發(fā)出工作臺旋轉(zhuǎn)指令，此時(shí)活塞17 帶動動摩擦環(huán)20 上移，使動摩擦環(huán)與靜摩擦環(huán)22 及滑鞍4 上的鎖緊斜面脫開，力矩電動機(jī)7 的轉(zhuǎn)子在力矩電動機(jī)的定子磁力作用下，開始帶動電動機(jī)轉(zhuǎn)子連接套1、ZKLD460 軸承3和工作臺2 組件旋轉(zhuǎn)，此時(shí)冷卻介質(zhì)由冷卻介質(zhì)進(jìn)口進(jìn)入電動機(jī)定子連接套6 與力矩電動機(jī)7 的定子所圍成的密閉冷卻槽內(nèi)，經(jīng)循環(huán)后由冷卻介質(zhì)出口流回恒溫油箱內(nèi)，經(jīng)過冷卻后重新注入，實(shí)現(xiàn)直驅(qū)轉(zhuǎn)臺車削或相位旋轉(zhuǎn)功能;當(dāng)工作臺2 功能轉(zhuǎn)換為強(qiáng)力銑削時(shí)，發(fā)出工作臺鎖緊指令，工作臺2 旋轉(zhuǎn)至指定的相位位置，經(jīng)工作臺2 下方的編碼器12 反饋校正相位位置，當(dāng)編碼器12 檢測到工作臺2 相位位置正確時(shí)，活塞17 帶動動摩擦環(huán)20 向下移動，使動摩擦環(huán)20 與靜摩擦環(huán)21 及滑鞍4 上的鎖緊斜面結(jié)合，此時(shí)電動機(jī)轉(zhuǎn)子連接套1、ZKLD460 軸承3 和工作臺2 組件被鎖緊，實(shí)現(xiàn)直驅(qū)轉(zhuǎn)臺強(qiáng)力銑削功能(見圖1 所示)。

4 銑車復(fù)合加工中心直驅(qū)轉(zhuǎn)臺的優(yōu)點(diǎn)分析

銑車復(fù)合加工中心直驅(qū)轉(zhuǎn)臺具有剛性高、精度高、轉(zhuǎn)速高、發(fā)熱低等特點(diǎn)，其優(yōu)點(diǎn)有:

(1)結(jié)構(gòu)簡單易于實(shí)現(xiàn)，ZKLD460 軸承除有較高的徑向和軸向剛性外，還具有較高的dn 值，使轉(zhuǎn)臺剛性高、轉(zhuǎn)速高。力矩電動機(jī)的轉(zhuǎn)子直接通過電動機(jī)轉(zhuǎn)子連接套將動力傳遞給轉(zhuǎn)臺，其“零傳動”的直接驅(qū)動方式，可以有效地消除傳統(tǒng)轉(zhuǎn)臺驅(qū)動方式下由中間傳動環(huán)節(jié)引起的多種誤差。

(2)結(jié)構(gòu)冷卻性能好，定位精度高，定位檢測裝置結(jié)構(gòu)簡單，易于調(diào)整。

(3)結(jié)構(gòu)鎖緊可靠，鎖緊機(jī)構(gòu)具有較大的鎖緊圓周，可產(chǎn)生較大的鎖緊力矩，雙斜面的鎖緊機(jī)構(gòu)可在鎖緊時(shí)使轉(zhuǎn)臺產(chǎn)自定心的效果，斜面的增力特性使之產(chǎn)生的鎖緊力較大，保證轉(zhuǎn)臺在鎖緊后具有較強(qiáng)的軸向和徑向剛度。

5 結(jié)語

配備直驅(qū)轉(zhuǎn)臺裝置的銑車復(fù)合加工中心已投入使用，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，并已獲得新型實(shí)用專利授權(quán)(專利號:ZL201120477426.8)。銑車復(fù)合加工中心直驅(qū)轉(zhuǎn)臺裝置有效地消除了人為誤差，更加符合企業(yè)質(zhì)量管理和工業(yè)生產(chǎn)過程控制的要求，提高了銑車復(fù)合加工中心工作過程的可靠性和安全性，能在銑車復(fù)合加工中心方便快捷地實(shí)現(xiàn)銑削、車削功能，對發(fā)揮數(shù)控機(jī)床的潛能實(shí)現(xiàn)高效加工有很大的現(xiàn)實(shí)意義。