數控銑床三個同時旋轉工作臺的設計研究

韋江波曾慶飛高茂濤

（1.柳州職業技術學院，廣西 柳州 545006；2.柳州市超凌順機械制造有限公司，廣西 柳州 545006）

[特邀主持人欄目：裝備制造技術的改進及應用]

數控銑床三個同時旋轉工作臺的設計研究

韋江波1曾慶飛2高茂濤1

（1.柳州職業技術學院，廣西 柳州 545006；2.柳州市超凌順機械制造有限公司，廣西 柳州 545006）

現有數控銑床四軸旋轉工作臺只能在工作臺上安裝一套夾具，加工種類單一且效率低下。針對數控銑床四軸旋轉工作臺的結構特點，設計出三個方向同時旋轉工作臺。當電4驅動時，可實現三個工作臺同時旋轉，且旋轉的角度相同。由于三個旋轉工作臺分別分布在箱體三個側面，因此可安裝不同的夾具、加工不同種類的零件，節省了頻繁更換夾具的時間，提高了生產效率。

旋轉工作臺；數控銑床；手輪；伺服電4

0 引 言

單旋轉工作臺是指在數控銑床移動工作臺上安裝一個旋轉工作臺，旋轉工作臺的箱體上只有一個垂直面安裝水平軸的旋轉夾頭法蘭盤，如圖1所示，圖中箱體1位置內部安裝有伺服電機和機械傳動裝置，伺服電機與數控銑床的控制系統連接。伺服電機通過伺服系統控制帶動旋轉工作臺2繞圓盤水平軸回轉中心做圓周轉動。[1]數控銑床的旋轉工作臺通常作為附加工作臺使用，主要用于加工軸類、回轉類零件如葉輪和凸輪，在航空、船舶、汽車等制造領域廣泛使用。[2]但是單旋轉工作臺一次只能裝夾一個零件進行加工，工作效率較低，只能滿足新產品試制等單件、小批量零件的加工，無法滿足現代規模企業的大批量生產加工要求。[3]-[4]因此，筆者在現有單旋轉工作臺的基礎上進行了內部傳動的改進設計，在原有旋轉工作臺箱體上增加兩個水平軸旋轉工作臺，即三個同時旋轉工作臺。該工作臺三個方向都可獨立安裝一套夾具，能完成不同種類零件的加工，使加工效率大大提高。

圖1 單旋轉工作臺

圖2 數控銑床三個同時旋轉工作臺簡圖

1 三個同時旋轉工作臺的設計思路

在旋轉的工作臺的箱體有四個垂直面，在其中三個垂直面上設置三個水平軸同步旋轉的工作臺，剩下一個垂直面安裝工作臺旋轉輸入動力裝置，如圖2所示。輸入軸4在手輪或伺服電機的驅動下，通過傳動軸帶動同軸的水平軸旋轉工作臺1、2同步轉動，水平軸旋轉工作臺3采用圓錐齒輪傳動方式與旋轉工作臺1、2的軸連接而實現同步轉動。由于每個旋轉工作臺都在一個獨立的垂直坐標軸上，因此在旋轉工作臺上安裝夾具和零件時互不干涉，能夠安裝三個不同或相同的夾具，實現一個加工循環同時裝夾三個工件，減少數控銑床的停機次數和裝夾輔助時間并提高工作效率，適應大批量生產的要求。

2 數控銑床三個同時旋轉工作臺的結構設計

2.1 伺服電機驅動方式結構

根據以上設計思路，設計了數控銑床三個同時旋轉的水平軸工作臺及其驅動方式，其結構如圖3所示。水平位置的轉動軸4的兩端分別通過軸承固定在箱體6和軸承座9上；水平位置的傳動軸7一端安裝在箱體6上，中間端由軸承座13固定，實現傳動軸7的穩定支撐。當轉動軸4受手輪或伺服電機驅動而轉動時，固定于軸4上的齒輪10也轉動，與齒輪10嚙合的齒輪11隨之轉動，齒輪11帶動蝸桿軸5轉動，與蝸桿5嚙合的蝸輪8產生轉動。蝸輪8固定在水平位置的傳動軸12上，傳動軸12轉動時，傳動軸12上的錐齒輪15與相嚙合的錐齒輪14同時轉動，錐齒輪15和錐齒輪14齒輪大小、齒數、錐度均相等，且軸交角為90°，當傳動軸12轉動時，傳動軸7也產生轉動，且轉動的角度相等。由于傳動軸12兩端分別連接著工作臺1、2，傳動軸7的一端連接工作臺3，當傳動軸12轉動時，工作臺1、2、3同時轉動，且轉動的角度相同。

同時，為使數控銑床的三個同時旋轉工作臺在使用時操作方便，在旋轉工作臺底部設計一個旋轉的底座如圖4所示，以便根據實際加工需要使用手輪搖動控制，將旋轉工作臺整體轉動到相應位置。

圖3 伺服電機驅動方式結構圖

2.2 手輪驅動方式結構

數控銑床三個同時旋轉工作臺的轉動也可以通過手搖方式驅動，手輪驅動方式結構如圖4所示，在結構上增加了傳動軸組件，即三個水平軸同時旋轉工作臺本體結構不變，在傳動軸的末端處安裝有刻度和指針，同時相鄰的端蓋上安裝有刻度盤。當以手輪方式驅動轉動軸4旋轉時，帶動傳動軸12上的錐齒輪15兩側錐齒輪同時轉動一個角度，而傳遞到傳動軸末端的指針也轉動相同的角度，這個角度與旋轉工作臺轉動的角度相同。因此在手輪方式驅動傳動軸4旋轉時，可以通過觀察指針在刻度盤上旋轉角度來判斷旋轉工作臺的實際旋轉角度值，這種直接傳遞的方式可以有效的減小誤差，提高測量角度的精準性。

圖4 手輪定位操作方式結構圖

3 在數控銑床工作臺上安裝與使用

3.1 伺服電機驅動方式

數控銑床三個同時旋轉工作臺在使用時為了操作便利，在底部設計一個旋轉底座如圖5所示。采用伺服電機驅動時，三個同時旋轉工作臺放置在數控銑床工作臺中間偏Y軸正方向偏上位置如圖6所示，伺服電機伸出長度不能超過數控銑床工作臺Y方向的極限位置，避免與機床發生碰撞。從圖中布局可看出，三個旋轉工作臺的位置均留有一定的空間，且操作的方向在朝機床的外側和兩側面，不存在盲區，因此使用更為便利。從加工的范圍來看，與手輪操作相同，只適合于加工小型零件，不同的是旋轉角度采用伺服電機定位，準確度高，且不容易出錯。

圖5 旋轉底座

圖6 伺服電機驅動的布局

圖7 手輪操作的布局

3.2 手輪驅動操作方式

三個同時旋轉工作臺采用手輪驅動時，手輪放置在數控銑床工作臺上Y軸負方向偏下位置如圖7所示，主要是為了給Y軸正方向留出充足的空間。連接手輪的傳動軸一端方向朝機床外側，是為了方便操作人員觀察和旋轉調整角度。這樣的布局三個方向均有一定的空間安裝夾具和零件，但是空間有限，適合于加工小型或短軸類零件，這類零件通常不用尾座頂錐固定，操作更靈活。由于手輪的方向朝外，朝機床里面的旋轉工作臺安裝夾具和零件時，可通過旋轉底座90°或180°方向進行安裝，待零件安裝好后，旋轉回到原始的安裝位置即可。

在數控銑床上加工三種相同或不同回轉類零件時，分別在三個旋轉工作臺上安裝上專用夾具或三爪卡盤，且與旋轉工作臺的回轉中心同軸線，然后在安裝好的零件上設定三個不同坐標系 （如G54、G55、G56），根據旋轉工作臺的方向編寫相應的NC程序，便可以實現三個零件的加工。對于手輪旋轉角度操作更適合于加工同一種零件，當調整好角度后三種零件同時加工，然后再旋轉角度進行下一工步加工。如在三個旋轉工作臺上安裝三個不同形狀零件進行加工，角度的調整過于頻繁會增加操作者勞動強度。

4 應用效益分析

在數控銑床現有單個旋轉工作臺的基礎上增加兩個同為水平軸的旋轉工作臺，形成分布在工作臺箱體三個垂直面上的三個同步旋轉工作臺，三個旋轉工作臺共用一套旋轉動力裝置，雖然體積比單旋轉工作臺要大些，但不會影響數控銑床的正常使用，在保持每個旋轉工作臺的操作方法和基本功能不變的條件下，將獲得如下效益。

在進行大批量工件生產加工時，能夠在一次停機裝夾工作中，同時裝夾三個待加工工件并逐個進行加工，每次裝夾可完成三個零件的加工，從而大大減少裝夾輔助時間并提高數控銑床的加工工作效率。

對于多品種小批量工件的生產加工，可在工作臺上同時安裝和保留2至3個夾具，選擇相應的夾具完成對應工件的加工，其余夾具可保留夾具在旋轉工作臺上，不用頻繁裝卸調試夾具，在提高工作的效率的同時，也大大降低了操作者的勞動強度，減少重復勞動。

[1]韋江波.三個同時旋轉工作臺：中國，ZL201520084360.4［P］.2015-08-26.

[2]席建中，韓成春，等.一種挖掘機阻尼式旋轉工作臺的開發[J].機床與液壓，2013，（1）：85-90.

[3]徐金方，毛寬民，等.旋轉工作臺靜壓導軌摩擦因數測試實驗研究[J].機床與液壓，2012，（2）：11-18.

[4]朱仕學.基于FANUC I/O LINK軸對旋轉工作臺控制的應用研究[J].制造技術與機床，2010，（11）：139-141.

Design and Study of Three Rotating Table

WEI Jiang-bo1,ZENG Qing-fei2&GAO Mao-tao1
（1 Liuzhou&Vocational Technical College,Liuzhou 545006，China;2 Liuzhou Chaolingshun Machinery Manufacturing Co.Ltd.,Liuzhou 545006，China）

The existing CNC milling machine with four axis rotary table can only be installed in a fixture on the table,and a single type of processing efficiency is low;for CNC milling machine with four axis rotary table structure, designed three directions and rotary table,when the motor is driven,can achieve three worktable rotation at the same time,and the rotation of the the same angle.The three rotary table at each of the three side of the tank,thus mounting jig,the processing of different types of different parts,save with the frequent exchange of fixture time,improve production efficiency,the technology has very high practical value.

rotary tables;CNC milling machine;hand wheel;servo motor

TG547

A

1671-1084（2017）01-0008-04

DOI 10.16221/j.cnki.issn1671-1084.2017.01.003

2016-11-06

2016年度廣西高校中青年教師基礎能力提升項目(KY2016LX512)

韋江波，柳州職業技術學院副教授，研究方向為CAD/CAM及4械設計、模具技術；曾慶飛，柳州市超凌順4械制造有限公司沖壓部部長，研究方向為模具設計與制造；高茂濤，柳州職業技術學院講師，研究方向為4械設計與4械制圖。