數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)設(shè)計(jì)與功能實(shí)現(xiàn)

沈茂林

南興裝備股份有限公司

數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)設(shè)計(jì)與功能實(shí)現(xiàn)

沈茂林

南興裝備股份有限公司

數(shù)控機(jī)床是現(xiàn)代制造業(yè)中必不可少的設(shè)備，而數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)是數(shù)控機(jī)床實(shí)現(xiàn)加工零件的重要部件，同時(shí)是實(shí)現(xiàn)數(shù)控五軸聯(lián)動(dòng)加工的基礎(chǔ)。因此了解數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的原理，合理的設(shè)計(jì)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的各個(gè)部位，是實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床正常加工的關(guān)鍵。本文通過(guò)對(duì)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的使用功能進(jìn)行概述，分析數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)設(shè)計(jì)與功能實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵。使數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單、控制部分相應(yīng)簡(jiǎn)化，并可以方便地與其他控制程序軟件結(jié)合,為數(shù)控機(jī)床的更好運(yùn)行提供依據(jù)。

數(shù)控機(jī)床；數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)；設(shè)計(jì)；功能

引言

制造業(yè)是一個(gè)國(guó)家發(fā)展的基石，如何提高機(jī)床制造業(yè)的發(fā)展水平成為當(dāng)前主要面臨的問(wèn)題。數(shù)控機(jī)床是現(xiàn)代加工的重要手段，數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的運(yùn)行精度是數(shù)控機(jī)床的重要工作指標(biāo)。對(duì)于高精度的機(jī)械加工，對(duì)于數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的性能提出了極高的要求。通過(guò)對(duì)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)設(shè)計(jì)與功能實(shí)現(xiàn)進(jìn)行分析，可以有效的提出數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的設(shè)計(jì)方法，為數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的研究發(fā)展提出一些可行性建議。

1.數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)概述

數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)是一個(gè)集成系統(tǒng)，其主要組件包括床身、旋轉(zhuǎn)軸、滑座、刀具給進(jìn)裝置以及動(dòng)力裝置等。其中床身是數(shù)控工作臺(tái)的支撐結(jié)構(gòu)。在床身上設(shè)置有相應(yīng)的導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)，以保證工作臺(tái)能夠左右運(yùn)動(dòng)。床身的質(zhì)量要求很高，必須使用高精度、不易變形的材料鑄造。在設(shè)計(jì)床身時(shí)，必須在床身上設(shè)計(jì)回油系統(tǒng)，回油系統(tǒng)可以給數(shù)控工作臺(tái)的液壓元件供油，保證系統(tǒng)正常運(yùn)行。旋轉(zhuǎn)軸是數(shù)控工作臺(tái)的定心裝置?；剞D(zhuǎn)工作臺(tái)進(jìn)給裝置包括渦輪、導(dǎo)程蝸桿、齒輪、電動(dòng)機(jī)等動(dòng)力及傳動(dòng)裝備。這些裝備保障了數(shù)控工作臺(tái)的機(jī)械傳動(dòng)。刀具進(jìn)給裝置的傳動(dòng)裝置應(yīng)盡量精簡(jiǎn)，傳動(dòng)精度需非常準(zhǔn)確。數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的動(dòng)力裝置包括電力動(dòng)力裝置和液壓動(dòng)力裝置。這兩個(gè)動(dòng)力裝置共同提供工作臺(tái)所需能量。

2.數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 整體方案設(shè)計(jì)

數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)是數(shù)控機(jī)床的主要構(gòu)件，一般來(lái)說(shuō)，數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)形式通常為箱體結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)能夠有效的降低工作臺(tái)承受的壓力，同時(shí)能夠提高機(jī)床剛度。

數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)工作時(shí)，需要由系統(tǒng)的控制端輸出相應(yīng)的脈沖信號(hào)，脈沖信號(hào)傳遞至動(dòng)力系統(tǒng)。通過(guò)動(dòng)力系統(tǒng)中的點(diǎn)擊與渦輪相互關(guān)聯(lián)，從而可以實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的分度轉(zhuǎn)位功能。同時(shí)控制渦輪的導(dǎo)向蝸桿上的齒輪裝置能夠傳輸運(yùn)動(dòng)，從而使工作盤(pán)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。當(dāng)點(diǎn)擊接收到的脈沖命令完畢時(shí)，數(shù)控系統(tǒng)將逐漸控制回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)速度，最終回轉(zhuǎn)至想要到達(dá)的工位。

2.2 傳動(dòng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的重要附件。在進(jìn)行傳動(dòng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，首先需要給出的旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)直徑、高度、選臺(tái)中心孔直徑、工作臺(tái)的槽的寬度、回轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)速度、允許載重以及最大鉆孔直徑等工作參數(shù)，進(jìn)行相關(guān)參數(shù)的計(jì)算。計(jì)算所需參數(shù)后，根據(jù)參數(shù)選擇型號(hào)以及進(jìn)行回轉(zhuǎn)工作臺(tái)總結(jié)構(gòu)參數(shù)的設(shè)定。

在進(jìn)行工作參數(shù)設(shè)定時(shí)，由于工作參數(shù)將直接影響回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的工作精度，因此必須嚴(yán)格計(jì)算各部位的切削力和切削扭矩?？紤]加工部件時(shí)可能受到的彈性變形和塑性變形。這些數(shù)據(jù)一般按照經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行選?。?/p>

M＝CMdx 0Mf yMKM×10-3

Pm=Mω＝M nπ30

F＝CFd0 xF f yFKF

式中：M表示切削扭矩，Pm表示切削功率，F(xiàn)表示軸向受力。CM為扭矩計(jì)算系數(shù)；CF為軸向力計(jì)算系數(shù)；d0為鉆頭直徑，單位為mm；f表示走刀量，KM、KF為切削力修正系數(shù)；ω為旋轉(zhuǎn)角速度，rad∕s。

在進(jìn)行蝸輪蝸桿設(shè)計(jì)時(shí)，需要精確計(jì)算渦輪之間的間隙，以保證良好的運(yùn)動(dòng)傳送。因?yàn)樵诨剞D(zhuǎn)工作臺(tái)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，渦輪之間的間隙將嚴(yán)重影響數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的分度精度。選擇正確的精度可以使各個(gè)齒輪之間保持良好的嚙合關(guān)系。這樣可以使回轉(zhuǎn)臺(tái)工作路徑得到準(zhǔn)確控制，可以使結(jié)構(gòu)更為緊湊，發(fā)生故障時(shí)調(diào)整比較方便；同時(shí)可以避免切削時(shí)不連貫產(chǎn)生的振動(dòng)。設(shè)計(jì)蝸桿時(shí)，需要先參考普通蝸桿的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)，然后根據(jù)圖紙進(jìn)行調(diào)節(jié)。

2.3 精確定位與工位鎖緊

由于數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)時(shí)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量較大，因此必須具有良好的定位裝置和工位鎖緊裝置。一般選擇在工作臺(tái)上安裝電力制動(dòng)器，這樣可以保持工作臺(tái)的快速制動(dòng)。在回轉(zhuǎn)工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)時(shí)，失電制動(dòng)器處于失電狀態(tài)，通過(guò)電磁感應(yīng)將制動(dòng)裝置壓緊，壓緊后裝置產(chǎn)生的摩擦力將使主軸固定在一個(gè)位置上，保證回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的精準(zhǔn)定位。當(dāng)工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)時(shí)，電磁感應(yīng)現(xiàn)象消失，從而使旋轉(zhuǎn)軸上的摩擦力消失，保證旋轉(zhuǎn)工作順利完成。

結(jié)語(yǔ)

數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)在數(shù)控機(jī)床上應(yīng)用廣泛，它常常作為數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)，類似于控制軸等的存在。數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)適用于板類和箱體類工件的連續(xù)回轉(zhuǎn)加工和多面加工，由數(shù)控系統(tǒng)控制。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，中國(guó)開(kāi)始逐漸向制造也強(qiáng)國(guó)發(fā)展，而數(shù)控機(jī)床是一個(gè)國(guó)家發(fā)展的重中之重。發(fā)展制造業(yè)的道路雖然漫長(zhǎng)，但是我國(guó)的制造也也在不斷崛起，因此，研究數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的設(shè)計(jì)方法與功能實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)，有利于提高數(shù)控機(jī)械的發(fā)展。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)制造也將不斷創(chuàng)新，最終達(dá)到高精度、高效率、高可靠性、低成本的要求。

[1]董玉紅,邵俊鵬,周室仁.CK 7815數(shù)控機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)的建模及仿真[J].哈爾濱理工大學(xué)學(xué)報(bào),2005，10(3):25-30