高精度平面回轉(zhuǎn)軸承傳動(dòng)分度盤的設(shè)計(jì)研究

李德慶

(無錫機(jī)電高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校 機(jī)電工程系，江蘇 無錫 214028)

隨著機(jī)械產(chǎn)品大型化、重型化趨勢的要求，分度裝置操作要靈活，結(jié)構(gòu)要簡單，精度要高，還要適合大重型零件加工。傳統(tǒng)的分度裝置通過渦輪蝸桿的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，并且傳動(dòng)鏈實(shí)現(xiàn)的分度存在較大的累積誤差；同時(shí)傳統(tǒng)分度裝置由于傳動(dòng)系統(tǒng)中的摩擦力較大，因此通常只適用于中小型零件的分度作業(yè)；當(dāng)零件的重量較重時(shí)，操作力較大，使用不便。該分度盤不僅操作方面靈活，大大提高了加工效率，并且分度精度高，特別適合大型零件的分度和劃線作業(yè)。分度轉(zhuǎn)臺(tái)又叫分度臺(tái)或分度盤，主要是以蝸輪蝸桿式結(jié)構(gòu)為主，分度轉(zhuǎn)臺(tái)主要功能就是圓周旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，達(dá)到分度或者等分的機(jī)床附件，通常精度為2.5°或5°，廣泛應(yīng)用于銑床、加工中心、鉆床、磨床和鏜床。

1 高精度平面回轉(zhuǎn)軸承傳動(dòng)分度盤的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本次設(shè)計(jì)的分度轉(zhuǎn)盤由底座、平面回轉(zhuǎn)軸承、回轉(zhuǎn)盤及分度盤、手拉式定位器、鎖緊裝置所組成。平面回轉(zhuǎn)軸承及分度盤均設(shè)置在底座上，在平面回轉(zhuǎn)軸承的上面設(shè)置了回轉(zhuǎn)盤?；剞D(zhuǎn)盤上的回轉(zhuǎn)孔與底座上設(shè)置的定位套配合，實(shí)現(xiàn)中心定位。手拉式定位器固定在回轉(zhuǎn)盤上，其上面有可伸縮的插銷，通過插銷的伸縮操作可實(shí)現(xiàn)與分度盤的定位固定或脫開。在回轉(zhuǎn)盤的上面還設(shè)置有固定零件用的若干螺孔或T型槽，以實(shí)現(xiàn)零件在回轉(zhuǎn)盤上的固定。鎖緊裝置為固定在底座上的若干個(gè)小角鐵，上面設(shè)有鎖緊回轉(zhuǎn)盤用的螺釘。采用大承載力平面回轉(zhuǎn)軸承和高精度分度槽，以及定位準(zhǔn)確、裝夾方便的回轉(zhuǎn)盤，其中平面回轉(zhuǎn)軸承采用的是高精度推力滾動(dòng)軸承，結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1—中心柱；2—分度盤；3—回轉(zhuǎn)盤；4—鎖緊裝置釘；5—推力滾珠軸承；6—卡盤；7—手動(dòng)式定位器；8、9—銅質(zhì)定位套；10—刻度線；11—刻度盤；12—定位銷；13—工件

圖1 高精度回轉(zhuǎn)分度盤的剖面示意

1.2 工作原理

通過輸入軸上的共軛凸輪與輸出軸上帶有均勻分布滾針軸承的分度盤無間隙垂直嚙合，凸輪輪廓面的曲線段驅(qū)使分度盤上的滾針軸承帶動(dòng)分度盤轉(zhuǎn)位，直線段使分度盤靜止，并定位自鎖。該轉(zhuǎn)盤的操作步驟為：

(1)零件放置到回轉(zhuǎn)盤上；

(2)手拉式定位器的插銷設(shè)置在脫開狀態(tài)；

(3)通過轉(zhuǎn)動(dòng)回轉(zhuǎn)盤，找正、調(diào)整零件中心位置；

(4)利用回轉(zhuǎn)盤上的緊固螺孔或T型槽，使得零件裝夾固定；

(5)手拉式定位器的插銷與分度盤的槽配合，實(shí)現(xiàn)圓周方向的固定；

(6)鎖緊裝置將回轉(zhuǎn)盤鎖定；

(7)進(jìn)行劃線或加工專業(yè)；

(8)松開鎖緊裝置、脫開手拉式定位器的插銷，然后轉(zhuǎn)動(dòng)回轉(zhuǎn)盤，進(jìn)行下一個(gè)分度作業(yè)(重復(fù)步驟4～7)。

1.3 研究中關(guān)鍵問題及解決方案

(1)高精度回轉(zhuǎn)分度盤的背景技術(shù)及設(shè)計(jì)。圖2、圖3是一種常用的分度裝置，稱為分度頭。其中圖2為分度頭的外形結(jié)構(gòu)圖，圖3是分度頭的傳動(dòng)系統(tǒng)原理圖。

圖2 分度頭外形結(jié)構(gòu)

這種傳統(tǒng)的分度裝置，它是通過手柄的轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)渦輪蝸桿的傳動(dòng)，驅(qū)動(dòng)分度盤旋轉(zhuǎn)。同時(shí)通過定位銷與分度盤上的定位，實(shí)現(xiàn)分度。這種分度盤的缺點(diǎn)之一是結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，通過傳動(dòng)鏈實(shí)現(xiàn)的分度，存在較大的累積誤差。缺點(diǎn)之二是傳動(dòng)系統(tǒng)中的摩擦力較大，一般只適用于中小型零件的分度作業(yè)。當(dāng)零件的重量較重時(shí)，操作力較大，使用不夠輕便。

為克服上述分度裝置中傳統(tǒng)渦輪蝸桿傳動(dòng)系統(tǒng)造成分度累積誤差較大的弊端，筆者對高精度回轉(zhuǎn)分度盤進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。圖4與圖5是分度盤俯視結(jié)構(gòu)示意及B-B向結(jié)構(gòu)示意。高精度回轉(zhuǎn)分度盤的回轉(zhuǎn)盤的中心軸孔直接套裝于底座中心柱上，如圖6所示，二者之間通過徑向滾動(dòng)軸承支承，詳見圖7。分度裝置中所采用的平面滾動(dòng)軸承承載力大、摩擦力小，因而具有分度精度高、操作方面靈活的優(yōu)勢，特別適合大型零件的分度專業(yè)。

圖3 分度頭傳動(dòng)系統(tǒng)原理

圖4 分度盤的俯視結(jié)構(gòu)

圖5 分度盤的B-B向結(jié)構(gòu)

圖6 回轉(zhuǎn)盤與底座套裝方式

圖7 回轉(zhuǎn)盤與底座支承方式

(2)零件在回轉(zhuǎn)盤上的固定問題。本設(shè)計(jì)的高精度回轉(zhuǎn)分度盤中回轉(zhuǎn)盤上設(shè)置有固定零件用的若干螺紋孔或T型槽，與此同時(shí)回轉(zhuǎn)盤上配置4個(gè)卡盤。在T型槽位置，通過T型螺栓及螺母將零件與回轉(zhuǎn)盤連接，詳細(xì)結(jié)構(gòu)見圖8、圖9?；剞D(zhuǎn)盤鎖緊裝置的K向放大示意圖如圖10所示。

圖8 回轉(zhuǎn)盤上開設(shè)若干螺紋孔的俯

圖9 回轉(zhuǎn)盤上開設(shè)若干T形槽的俯視示意及A-A向結(jié)構(gòu)

圖10 回轉(zhuǎn)盤鎖緊裝置的K向放大

(3)關(guān)于回轉(zhuǎn)盤的T型槽的卡爪配置的問題。在回轉(zhuǎn)盤上配置4個(gè)卡盤，通過T型螺栓及螺母在T型槽處與回轉(zhuǎn)盤連接，具體詳細(xì)結(jié)構(gòu)參考圖11。

圖11 回轉(zhuǎn)盤T型槽位置配置卡爪

(4)工件裝夾問題。詳細(xì)結(jié)構(gòu)參考圖12，具體是將工件裝夾在卡盤上，通過卡盤可以調(diào)節(jié)工件的位置。

圖12 零件裝夾示意

(5)平面回轉(zhuǎn)軸承與推力滾珠軸承問題。本作品具體方案是：平面回轉(zhuǎn)軸承就是采用的推力滾珠軸承[5]。(平面回轉(zhuǎn)軸承是上位概念，推力滾珠軸承是指具體的使用哪一種的平面回轉(zhuǎn)軸承，更具體化了)。

(6)定位套就是銅套(定位套是上位概念，銅套更具體化)。

(7)鎖緊定位器采用手拉式定位器，具體結(jié)構(gòu)如圖13所示(其中的件號(hào)7就是可伸縮的插銷，也叫分度銷[4])。

圖13 手拉式定位器

2 本作品的創(chuàng)新點(diǎn)和改進(jìn)點(diǎn)

本作品的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)在于解決傳統(tǒng)蝸輪蝸桿傳動(dòng)的分度裝置存在的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、分度累積誤差較大、加工大型零件的分度作業(yè)時(shí)需要多次裝夾的問題。該分度盤不僅操作靈活，大大提高了加工效率，而且分度精度高，特別適合大型零件的分度和劃線作業(yè)。

局部改進(jìn)點(diǎn)通過輸入軸上的共軛凸輪與輸出軸上帶有均勻分布滾針軸承的分度盤無間隙垂直嚙合[2]，凸輪輪廓面的曲線段驅(qū)使分度盤上的滾針軸承帶動(dòng)分度盤轉(zhuǎn)位，直線段使分度盤靜止，并定位自鎖，從而使得分度精度得到有效提高。

(1)由于采用了平面回轉(zhuǎn)軸承，使得操作輕便靈活，尤其適用于大型回轉(zhuǎn)臺(tái)[3]，為大型零件的劃線或加工等用途提供方便。

(2)平面回轉(zhuǎn)軸承承載力較大，適合大型零件劃線或加工作業(yè)。

(3)分度槽采用高精度數(shù)控機(jī)床加工出來，分度精度高。

(4)回轉(zhuǎn)盤上設(shè)有螺孔或T型槽，零件裝夾方便。T型槽的設(shè)置可實(shí)現(xiàn)在上面配置卡爪，裝夾更容易。

(5)回轉(zhuǎn)盤中心的定位孔，可方便定位元件的安裝，實(shí)現(xiàn)零件快速定位。

(6)分度盤轉(zhuǎn)位通過共軛凸輪與滾針軸承的分度盤無間隙垂直嚙合并自鎖，實(shí)現(xiàn)零件高精度的分度。

3 結(jié)語

目前，該傳動(dòng)分轉(zhuǎn)盤在無錫一家外商獨(dú)資企業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場使用，如圖14所示，主要用于大型泵體零件的劃線分度作業(yè)[6]，主要解決了生產(chǎn)中分步作業(yè)的問題，大大地提高了生產(chǎn)效率，同時(shí)避免了以往的累積誤差，從而提高了分度精度，為企業(yè)節(jié)省了大量工時(shí)和成品率。

圖14 生產(chǎn)現(xiàn)場實(shí)物