力矩電機(jī)轉(zhuǎn)臺(tái)設(shè)計(jì)研究要點(diǎn)

辛文濤，李軍濤，單　杰

（廣州市昊志機(jī)電股份有限公司，廣東 廣州510000）

力矩電機(jī)轉(zhuǎn)臺(tái)設(shè)計(jì)研究要點(diǎn)

辛文濤，李軍濤，單杰

（廣州市昊志機(jī)電股份有限公司，廣東 廣州510000）

本文主要闡述了力矩電機(jī)轉(zhuǎn)臺(tái)的主要特點(diǎn)優(yōu)勢(shì)，及其設(shè)計(jì)研究所需考慮的核心要素。

力矩電機(jī)；轉(zhuǎn)臺(tái)；核心要素

隨著航空航天、鐵路、軍工、手機(jī)制造、汽車等行業(yè)的飛速發(fā)展，對(duì)數(shù)控機(jī)床的加工精度與加工效率要求越來(lái)越高。轉(zhuǎn)臺(tái)作為數(shù)控機(jī)床的主要功能部件，不僅需求量日益增大，對(duì)其性能要求也越來(lái)越高。在各式轉(zhuǎn)臺(tái)中，力矩電機(jī)轉(zhuǎn)臺(tái)具有獨(dú)特的魅力，高轉(zhuǎn)速、高精度、大剛度、高穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)，使其在市場(chǎng)上深受歡迎，所以力矩電機(jī)轉(zhuǎn)臺(tái)的設(shè)計(jì)與開發(fā)，具有積極的意義。

1　主要特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)

傳統(tǒng)轉(zhuǎn)臺(tái)與力矩電機(jī)轉(zhuǎn)臺(tái)驅(qū)動(dòng)方式如下圖1、圖2所示，傳統(tǒng)轉(zhuǎn)臺(tái)通過(guò)蝸輪、蝸桿、齒輪等傳動(dòng)環(huán)節(jié)來(lái)間接驅(qū)動(dòng)負(fù)載，而力矩電機(jī)轉(zhuǎn)臺(tái)可直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載，力矩電機(jī)轉(zhuǎn)臺(tái)主要特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面［1-3］。

圖1　傳統(tǒng)轉(zhuǎn)臺(tái)驅(qū)動(dòng)方式簡(jiǎn)圖

圖2　力矩電機(jī)轉(zhuǎn)臺(tái)驅(qū)動(dòng)方式簡(jiǎn)圖

（1）高精度性

力矩電機(jī)轉(zhuǎn)臺(tái)實(shí)現(xiàn)了電機(jī)與負(fù)載間的直接耦合驅(qū)動(dòng)，傳動(dòng)間隙不再存在，且消除了中間傳動(dòng)環(huán)節(jié)所造成的誤差，如蝸輪、蝸桿、齒輪誤差，提高了傳動(dòng)精度，再配以高精度軸承與編碼器，力矩電機(jī)轉(zhuǎn)臺(tái)的分割精度與重復(fù)精度可達(dá)0.05角秒，其精度是傳統(tǒng)機(jī)械轉(zhuǎn)臺(tái)的百倍以上。

（2）高轉(zhuǎn)速、快速響應(yīng)能力

高轉(zhuǎn)速與快速響應(yīng)能力可提高生產(chǎn)效率、改善零件加工質(zhì)量。由于消除了中間傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，再無(wú)滯后問(wèn)題，且減小了運(yùn)動(dòng)體的慣量，力矩電機(jī)轉(zhuǎn)臺(tái)的響應(yīng)能力大大提升，遠(yuǎn)優(yōu)異于傳統(tǒng)機(jī)械轉(zhuǎn)臺(tái)。同時(shí)，由于無(wú)中間傳動(dòng)結(jié)構(gòu)零部件，如蝸輪、蝸桿、齒輪的極限轉(zhuǎn)速與極限加速度限制，力矩電機(jī)轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)速可達(dá)3000 rpm，是傳統(tǒng)機(jī)械轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)速的幾十倍。

（3）大剛度、高穩(wěn)定性

由于消除了中間傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，再無(wú)傳動(dòng)滯后及傳動(dòng)間隙，提升了力矩電機(jī)轉(zhuǎn)臺(tái)的剛度；直接傳動(dòng)，使轉(zhuǎn)臺(tái)的機(jī)械磨損減小，提高了穩(wěn)定性。

2　力矩電機(jī)轉(zhuǎn)臺(tái)設(shè)計(jì)

近年來(lái)，市場(chǎng)上出現(xiàn)了一股數(shù)控機(jī)床升級(jí)第四軸或第五軸的熱潮，市場(chǎng)對(duì)轉(zhuǎn)臺(tái)的需求急速增加，競(jìng)爭(zhēng)激烈，力矩電機(jī)轉(zhuǎn)臺(tái)的設(shè)計(jì)與研發(fā)面臨著新的挑戰(zhàn)。在力矩電機(jī)轉(zhuǎn)臺(tái)設(shè)計(jì)與開發(fā)中，需要注意以下核心要素［4］。

（1）力矩電機(jī)

力矩電機(jī)作為轉(zhuǎn)臺(tái)的心臟，是力矩電機(jī)轉(zhuǎn)臺(tái)性能的保證，將直接影響轉(zhuǎn)臺(tái)的高轉(zhuǎn)速與快速響應(yīng)能力。隨著零件的加工難度與精度要求不斷提高，要求轉(zhuǎn)臺(tái)輸出功率與扭矩也越來(lái)越大，因此，為轉(zhuǎn)臺(tái)配置一支高性能力矩電機(jī)是必不可少的。

在力矩電機(jī)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，可根據(jù)力矩電機(jī)轉(zhuǎn)臺(tái)的性能要求，以確定力矩電機(jī)的各項(xiàng)電機(jī)參數(shù)，如轉(zhuǎn)速、功率、扭矩等，進(jìn)而選擇合適的力矩電機(jī)冷卻方案、繞組方式、電機(jī)極數(shù)等。

（2）軸承選擇

在力矩電機(jī)轉(zhuǎn)臺(tái)設(shè)計(jì)中，回轉(zhuǎn)體的機(jī)械性能主要取決于回轉(zhuǎn)支撐軸承的剛度。轉(zhuǎn)臺(tái)一般擁有角秒級(jí)的回轉(zhuǎn)精度，且轉(zhuǎn)臺(tái)工作時(shí)常受到振動(dòng)沖擊，因此，要求軸承不僅具有低摩擦、高轉(zhuǎn)速、高精度等特性，還要求軸承擁有較大的承載力與較高的剛度。

目前，市場(chǎng)上的有多種軸承可供選用，深溝球軸承、角接觸球軸承、圓柱滾子軸承、圓錐滾子軸承及轉(zhuǎn)臺(tái)軸承等。各軸承性能及價(jià)格各異，排除價(jià)格因素，轉(zhuǎn)臺(tái)軸承無(wú)論是在剛度，還是在承載及轉(zhuǎn)速方面都具有較大的優(yōu)勢(shì)。力矩電機(jī)轉(zhuǎn)臺(tái)設(shè)計(jì)時(shí)，可根據(jù)轉(zhuǎn)臺(tái)的使用工況及經(jīng)濟(jì)效益選用軸承。

（3）剎車機(jī)構(gòu)

剎車機(jī)構(gòu)也是轉(zhuǎn)臺(tái)設(shè)計(jì)所需關(guān)注的重要因素，優(yōu)良的剎車性能對(duì)轉(zhuǎn)臺(tái)來(lái)說(shuō)是必不可少的。若剎車力不足或剎車不良，輕則影響零件加工精度，重則危害使用人員的人身安全。

目前，力矩電機(jī)轉(zhuǎn)臺(tái)比較常用的剎車機(jī)構(gòu)有碟片式及環(huán)抱式，各有優(yōu)缺點(diǎn)，可根據(jù)力矩電機(jī)轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)及使用工況選用。

（4）編碼器選用

在轉(zhuǎn)臺(tái)機(jī)械性能合格的情況下，編碼器直接決定了轉(zhuǎn)臺(tái)的精度：分割精度與重復(fù)精度。市場(chǎng)上有多種品牌的編碼器可供選擇，分辨率從20角秒到0.02角秒不等，但編碼器精度越高，價(jià)格越高昂。

（5）外形尺寸控制

力矩電機(jī)轉(zhuǎn)臺(tái)作為數(shù)控機(jī)床的第四軸時(shí)，其外形尺寸會(huì)減小數(shù)控機(jī)床的各向行程，而數(shù)控機(jī)床的行程是數(shù)控機(jī)床性能的重要指標(biāo)，因此，在保證力矩電機(jī)性能要求的情況下，應(yīng)盡量減小轉(zhuǎn)臺(tái)的外形尺寸。

3　結(jié)束語(yǔ)

力矩電機(jī)轉(zhuǎn)臺(tái)優(yōu)良的性能，使其廣泛應(yīng)用于高精度車床、銑床等數(shù)控機(jī)床，力矩電機(jī)轉(zhuǎn)臺(tái)的設(shè)計(jì)與研究，具有積極的意義與廣闊的發(fā)展前景。

［1］劉夏.國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床附件產(chǎn)品的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)［J］.制造技術(shù)與機(jī)床，2004，（3）:42-46.

［2］閻曉彥.您看好國(guó)產(chǎn)數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)行業(yè)的前景嗎？［J］.機(jī)械工人，2007，（3）：12-17.

［3］Hwang，Ji Seon，PhD.Five-axwas NC machining of com pound sculptured surfaces［M］.PURDUEUNIVERSITY，1997：41-46.

［4］WANG Linhong，WU Bo.Analyzing dynamic character wastics of NC table with SVD［J］.International Symposium on Precwasion Mechanical Measurements，2003，（9）：74-78.

Key Points of Design of Torque Motor Rotary Table

XIN Wen-tao，LI Jun-tao，SHAN Jie
（Guangzhou Hao Chi electrical Limited by Share Ltd.，Guangzhou Guangdong 510000，China）

in this paper，the main characteristics of the torque motor rotary table，and the core elements to be considered in the design and research are described in this paper.

torque motor；rotary table；core elements

TG580

A

1672-545X（2016）07-0095-02

2016-04-23

辛文濤（1986-），男，廣東廣州人，研究生，研究方向：力矩電機(jī)轉(zhuǎn)臺(tái)設(shè)計(jì)。