力矩電機轉臺設計研究要點

辛文濤，李軍濤，單　杰

（廣州市昊志機電股份有限公司，廣東 廣州510000）

力矩電機轉臺設計研究要點

辛文濤，李軍濤，單杰

（廣州市昊志機電股份有限公司，廣東 廣州510000）

本文主要闡述了力矩電機轉臺的主要特點優勢，及其設計研究所需考慮的核心要素。

力矩電機；轉臺；核心要素

隨著航空航天、鐵路、軍工、手機制造、汽車等行業的飛速發展，對數控機床的加工精度與加工效率要求越來越高。轉臺作為數控機床的主要功能部件，不僅需求量日益增大，對其性能要求也越來越高。在各式轉臺中，力矩電機轉臺具有獨特的魅力，高轉速、高精度、大剛度、高穩定性等優點，使其在市場上深受歡迎，所以力矩電機轉臺的設計與開發，具有積極的意義。

1　主要特點及優勢

傳統轉臺與力矩電機轉臺驅動方式如下圖1、圖2所示，傳統轉臺通過蝸輪、蝸桿、齒輪等傳動環節來間接驅動負載，而力矩電機轉臺可直接驅動負載，力矩電機轉臺主要特點及優勢體現在以下幾個方面［1-3］。

圖1　傳統轉臺驅動方式簡圖

圖2　力矩電機轉臺驅動方式簡圖

（1）高精度性

力矩電機轉臺實現了電機與負載間的直接耦合驅動，傳動間隙不再存在，且消除了中間傳動環節所造成的誤差，如蝸輪、蝸桿、齒輪誤差，提高了傳動精度，再配以高精度軸承與編碼器，力矩電機轉臺的分割精度與重復精度可達0.05角秒，其精度是傳統機械轉臺的百倍以上。

（2）高轉速、快速響應能力

高轉速與快速響應能力可提高生產效率、改善零件加工質量。由于消除了中間傳動結構，再無滯后問題，且減小了運動體的慣量，力矩電機轉臺的響應能力大大提升，遠優異于傳統機械轉臺。同時，由于無中間傳動結構零部件，如蝸輪、蝸桿、齒輪的極限轉速與極限加速度限制，力矩電機轉臺轉速可達3000 rpm，是傳統機械轉臺轉速的幾十倍。

（3）大剛度、高穩定性

由于消除了中間傳動結構，再無傳動滯后及傳動間隙，提升了力矩電機轉臺的剛度；直接傳動，使轉臺的機械磨損減小，提高了穩定性。

2　力矩電機轉臺設計

近年來，市場上出現了一股數控機床升級第四軸或第五軸的熱潮，市場對轉臺的需求急速增加，競爭激烈，力矩電機轉臺的設計與研發面臨著新的挑戰。在力矩電機轉臺設計與開發中，需要注意以下核心要素［4］。

（1）力矩電機

力矩電機作為轉臺的心臟，是力矩電機轉臺性能的保證，將直接影響轉臺的高轉速與快速響應能力。隨著零件的加工難度與精度要求不斷提高，要求轉臺輸出功率與扭矩也越來越大，因此，為轉臺配置一支高性能力矩電機是必不可少的。

在力矩電機的設計過程中，可根據力矩電機轉臺的性能要求，以確定力矩電機的各項電機參數，如轉速、功率、扭矩等，進而選擇合適的力矩電機冷卻方案、繞組方式、電機極數等。

（2）軸承選擇

在力矩電機轉臺設計中，回轉體的機械性能主要取決于回轉支撐軸承的剛度。轉臺一般擁有角秒級的回轉精度，且轉臺工作時常受到振動沖擊，因此，要求軸承不僅具有低摩擦、高轉速、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、圓錐滾子軸承及轉臺軸承等。各軸承性能及價格各異，排除價格因素，轉臺軸承無論是在剛度，還是在承載及轉速方面都具有較大的優勢。力矩電機轉臺設計時，可根據轉臺的使用工況及經濟效益選用軸承。

（3）剎車機構

剎車機構也是轉臺設計所需關注的重要因素，優良的剎車性能對轉臺來說是必不可少的。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，力矩電機轉臺比較常用的剎車機構有碟片式及環抱式，各有優缺點，可根據力矩電機轉臺結構及使用工況選用。

（4）編碼器選用

在轉臺機械性能合格的情況下，編碼器直接決定了轉臺的精度：分割精度與重復精度。市場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，價格越高昂。

（5）外形尺寸控制

力矩電機轉臺作為數控機床的第四軸時，其外形尺寸會減小數控機床的各向行程，而數控機床的行程是數控機床性能的重要指標，因此，在保證力矩電機性能要求的情況下，應盡量減小轉臺的外形尺寸。

3　結束語

力矩電機轉臺優良的性能，使其廣泛應用于高精度車床、銑床等數控機床，力矩電機轉臺的設計與研究，具有積極的意義與廣闊的發展前景。

［1］劉夏.國產數控機床附件產品的現狀及發展趨勢［J］.制造技術與機床，2004，（3）:42-46.

［2］閻曉彥.您看好國產數控轉臺行業的前景嗎？［J］.機械工人，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：力矩電機轉臺設計。