可翻轉的回轉工作臺裝置

劉建武

（齊齊哈爾二機床（集團）有限責任公司，黑龍江 齊齊哈爾 161005）

可翻轉的回轉工作臺裝置

劉建武

（齊齊哈爾二機床（集團）有限責任公司，黑龍江 齊齊哈爾 161005）

為了解決現有的重型機床配套的常規回轉工作臺不具備翻轉運動且定位精度低的問題，介紹一種可翻轉的回轉工作臺裝置。該裝置除具備直線和回轉兩項運動功能外還具備翻轉運動功能，具有回轉定位精度高、進給箱的重量輕、翻轉角度誤差小的特點。

機械制造；回轉工作臺；翻轉；重型機械

1 前言

重型機床回轉工作臺的應用，具有生產效率高、自動化程度高、節省人工、占地面積小等優點。在風力發電機的風翅加工中，由于工件不但具有多方位的精加工面和精加工內孔，而且內孔中還有傾斜的精加工面。現有的重型落地銑鏜床及加工中心配套的常規型回轉工作臺只有直線運動和回轉運動，不具備翻轉運動功能，且各運動的定位精度低，很難加工此類工件。同時為了保證加工中心具有很高的直線及回轉的定位精度，需要有消隙機構，消除傳動鏈的正反向間隙，目前一直采用機械消隙結構，利用消隙齒輪、自動預緊機構等辦法消除間隙。這些辦法雖然可以消除傳動間隙的靜態誤差，但存在消隙不是隨動和機構復雜龐大的缺點，回轉定位精度僅能達到±10s，直接影響著加工中心加工質量和加工效率。目前常用的夾緊裝置由于結構原因存在著的夾緊力小、可靠性低、系統油壓大的缺點，從而直接影響著加工中心加工質量和加工效率。同時現有的翻轉機構是采用蝸輪蝸桿或齒輪傳動來驅動工作臺翻轉的，這種結構在機械加工過程中對制造精度要求高，加工難度大，雖實現了基本的翻轉角度功能，但是翻轉誤差大，僅能滿足翻轉體的翻轉角度公差±1′，影響產品的質量。

基于上述原因，為了克服現有的重型機床回轉工作臺的不足，研發了一種可翻轉的回轉工作臺裝置，該可翻轉的回轉工作臺裝置具有可同時實現直線運動、回轉運動、翻轉運動的特點，并且各運動的定位精度高。

2 可翻轉的回轉工作臺裝置

2.1 裝置的技術特點

可翻轉的回轉工作臺由于采用了雙電機消隙裝置的回轉進給箱、液壓驅動的自動翻轉裝置、雙螺母滾珠絲杠的直線運動裝置，使得在直線運動、回轉運動的同時可實現翻轉運動。在回轉進給方面由于采用雙電機消隙裝置，提高了回轉定位精度，回轉進給定位精度在360°任意角度達到±8s，同時由于替代了復雜的機械消隙機構，簡化了進給箱的結構，降低了進給箱的整體重量；在翻轉工作臺上設有一正弦機構，可以保證翻轉工作臺獲得準確的翻轉角度，角度公差在±3.6s范圍內，且回轉工作臺圓柱體和塊規各自都固定于兩個體的精加工平面上，測量方向上沒有尺寸變化的因素，所以工作臺翻轉后角度測量精度有保障。綜上所述，本發明可同時實現直線運動、回轉運動、翻轉運動，并且各運動的定位精度大幅提高。

2.2 裝置的結構（圖1～圖9）

裝置包括回轉進給箱1、工作臺5、臺座6、滑座7、床身10，結構特征在于：臺座6兩側分別有回轉進給箱1及回轉定位體4，回轉進給箱內連接有兩星形減速機12，星形減速機下端連接有伺服電機13，星形減速機通過連接軸14連接與齒圈16相嚙合的齒輪15，臺座頂部置有3個呈三角分布的回轉夾緊機構2，滑座7的上方有可沿水平方向翻轉的翻轉裝置3，回轉夾緊機構內的回轉夾緊主體21上端凹槽內對應置有上大下小的楔塊24，楔塊與回轉夾緊主體內的活塞桿22相連接，回轉夾緊主體上端兩側外凹槽內連接有夾緊墊25，臺座上固定正弦圓柱體32，與正弦圓柱體相切的塊規34的另一面與滑座定位面貼合，塊規下有調整墊35，滑座兩端各有兩套直線夾緊機構9，直線夾緊機構上的直線夾緊體91上有兩個傾斜的斷槽，下部為“幾”字形卡在床身導軌98上，并通過活塞97與油缸體95連接。

3 裝置具體結構的作用

裝置具體結構參見圖1～圖9。

由圖1～圖3所示，可翻轉的回轉工作臺裝置（包括回轉進給箱1、工作臺5、臺座6、床身10）通過大量的封閉式可調墊鐵與地基澆灌成一體，床身10內部有封閉式集中回油裝置，床身10上部有直線進給系統（通用的雙螺母滾珠絲杠），直線進給箱8在床身的一端。與床身10相連接的是滑座7，滑座7與床身10相連接的水平導軌為閉式靜壓導軌，滑座7上的導軌面為鋅基耐磨合金材料，滑座7的兩端分別固定有兩套直線夾緊機構9，用于直線運動的任意位置夾緊。直線夾緊機構9為浮動式夾緊，在夾緊和松開時不會對滑座7和床身10導軌之間的靜壓油膜剛度造成任何影響，并且夾緊力大。滑座7后端（遠離主機的一端）的中間部位設有工作臺翻轉裝置3，翻轉裝置3可以使工作臺準確地達到所需要的傾斜角度，結構簡單可靠。

臺座6與滑座7相連接，起支撐工作臺5的作用，臺座6兩側分別有回轉進給箱1及回轉定位體4，回轉進給箱1采用雙電機消隙裝置，可以隨時消除回轉進給的正反向間隙，回轉定位體4是工作臺旋轉時4×90°定位的機械定位體，是在系統的控制下由液壓驅動的。臺座6的上方是環形導軌面，導軌板為鋅基耐磨合金材料，與工作臺5下方的導軌面相摩擦，此相對運動的導軌也為靜壓導軌，摩擦系數低。環形導軌面外側布置3個呈三角分布的回轉夾緊機構2，回轉夾緊主體21固定在臺座6上，回轉夾緊機構2作用于工作臺5的齒圈下方的環形槽中，節省了空間，用于回轉運動的任意位置夾緊。

工作臺5與臺座6連接，工作臺5是整機的最上面的部件，負責裝卡工件，并帶動工件旋轉，工作臺5與臺座6是通過中心軸相連接的，中心軸上有精密的定位軸承，中心軸上端有高載荷的推力球軸承背壓，保證工作臺5回轉具有較低的徑向跳動和軸向跳動。工作臺面的下方4×90°的位置開有四個精確的定位槽，與固定于臺座6上定位體中的定位軸相配合，實現工作臺4×90°的機械精確定位，工作臺5任意角度的定位精度靠數控系統保證。

圖4及圖5是回轉進給箱1的結構示意圖，回轉進給箱體11內由于采用兩套響應頻率很寬的伺服電機13構成聯動系統，兩個伺服電機13分別驅動兩套星形減速機12，星形減速機12的另一端各帶動一齒輪15，這兩個齒輪15分別與齒條或齒圈16嚙合，齒條或齒圈16分別安裝于受控對象上，由它們帶動受控對象做直線運動或回轉運動。系統在單方向進給時，傳動的力矩傳遞方向不變，所以不存在間隙，在系統有反向驅動時，傳動間隙會體現出來，這時，控制系統會對聯動的一個伺服電機13施加一個足以克服間隙的力矩偏置，而驅動一個齒輪15的反齒面與齒圈1或齒條貼合，消除了反向間隙，從而取得了精確的位移，并且具有快速響應的特性。采用伺服電機13消隙機構，提高了直線或回轉定位精度，同時由于替代了復雜的機械消隙機構，簡化了進給箱的結構，降低了進給箱的整體重量。所以該雙電機消隙裝置定位精度高，回轉進給的定位精度在360°任意角度達到±8s，能夠實現自動消隙的隨動性，并且簡化了進給箱的結構，降低了進給箱的整體重量和能耗。

圖6為翻轉裝置3的結構示意圖，臺座6上固定正弦圓柱體31，滑座7上有塊規32，塊規32一面與滑座7定位面貼合，另一面與正弦圓柱體31相切，塊規32下有調整墊34，正弦圓柱體2與塊規4組成一正弦機構，并且各自都固定于兩個體的精加工平面上，測量方向上沒有尺寸變化的因素，塊規32的厚度是通過正弦定理計算出來的，利用下面的調整墊34調整，消除工件的加工誤差，可以保證翻轉工作臺獲得準確的翻轉角度，角度公差在±3.6"范圍內。

工作時，頂起油缸給油，工作臺5被頂起翻轉到范圍允許的角度，水平油缸33推動塊規32，塊規32到位后，頂起油缸泄油，工作臺5回落，塊規32應與正弦圓柱體31相切，依據正弦定理，可以根據所需翻轉的角度計算出塊規32的厚度，這時通過調整塊規32下面的調整墊34而得到需要的準確角度，此角度是通過機械調整得到的最終角度值，克服了其中所有工件的制作誤差，傾斜角度準確可靠。

圖7及圖8為回轉夾緊機構2的結構示意圖，包括活塞桿22及回轉夾緊主體21。回轉夾緊主體21上端凹槽內對應面有上大下小的斜面23，對應斜面23間置有楔塊24，楔塊24的楔角與磨擦角之差為正數，也就是在設計楔塊24的楔角時，讓楔塊24的楔角小于磨擦角，楔塊24與回轉夾緊主體21

內活塞桿22相連接，回轉夾緊主體21上端外凹槽內連接有夾緊墊25。液壓系統對油缸上腔充入靜壓油，推動活塞桿22向下運動，同時帶動楔塊24向下運動，楔塊24對兩側的夾緊墊25產生的水平分力靠磨擦力作用于固定在工作臺下方的齒圈環行槽，以便夾緊工作臺。回轉夾緊機構2利用了斜面23力的放大原理，可以使用較小的油壓而達到同樣的夾緊力矩，楔塊24具有鎖緊功能，不至于因油路偶爾出現問題時夾緊力消失。另外這種結構簡單緊湊，很適合于回轉臺的回轉進給夾緊，不僅加大了夾緊機構的夾緊力，減小系統的油壓，而且提高夾緊的可靠性。

圖9為直線夾緊機構9的結構示意圖，直線夾緊機構9的夾緊和松開由液壓驅動。直線夾緊機構9上的直線夾緊體91上有兩個傾斜的斷槽，下部為“幾”字形卡在床身導軌98上，并通過活塞97與油缸體95連接，夾緊時油缸體95下面的孔進油，推動活塞97向上運動，活塞97和活塞桿93通過螺紋連接在一起，球面墊圈96保證了二者之間更好地密封。由于直線夾緊體91上開有兩個傾斜的斷槽，使得直線夾緊體91成為一個彈性體，這樣，在活塞桿93的拉動下，直線夾緊體91向內收縮，銅板94就象虎鉗一樣夾緊了床身導軌98。背帽92可以調整其松緊程度，并且直線夾緊體91沒有位置的竄動，不會改變滑座7和床身10間靜壓導軌的油膜厚度，即構成一個典型的浮動夾緊機構。松開時上面的孔進油，推動拉桿向下運動，使得夾緊銅板94離開床身導軌98。

[1]劉鴻文，主編.材料力學[第三版][M].北京:高等教育出版社.1992.

[2]張美麟，主編.機械創新設計[M].北京：化學工業出版社.2005.

[3]孟憲源，編著.機構構型與應用.[M].北京：機械工業出版社.2003.

[4]孟憲源，主編.現代機構手冊[M].上.下冊.北京:機械工業出版社.1994.

[5]姜 琪，主編.機械運動方案及機構設計[M].北京:高等教育出版社.1991.

[6]郭芝俊，左寶山，張林芳，主編.機械設計便覽[M].天津：天津科學技術出版社.1988.

Reversible rotary worktable device

LIU Jianwu
（Qier Machine Tool Group Co.,Ltd.,Qiqihaer 161005，Heilongjiang China）

As the conventional rotary work table equipped with the existing heavy machine tool in poor positioning accuracy can't roll over，a reversible rotary worktable device has been introduced.The device can move not only in linear and rotary modes，but also in reversible mode.The rotary positioning accuracy is high with less weight of feeding box.The error of rollover angle is small.

Rotary work table；Rollover；Heavy-duty machine

TG502.3

B

1672－0121(2011)03－0038－03

2011-02-28

劉建武（1961-），男，工程師，從事機床制造及裝配