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

李德慶

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

隨著機(jī)械產(chǎn)品大型化、重型化趨勢(shì)的要求，分度裝置操作要靈活，結(jié)構(gòu)要簡(jiǎn)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(guò)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(pán)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(xiàn)作業(yè)。分度轉(zhuǎn)臺(tái)又叫分度臺(tái)或分度盤(pán)，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(pán)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(pán)由底座、平面回轉(zhuǎn)軸承、回轉(zhuǎn)盤(pán)及分度盤(pán)、手拉式定位器、鎖緊裝置所組成。平面回轉(zhuǎn)軸承及分度盤(pán)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(pán)。回轉(zhuǎn)盤(pán)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(pán)上，其上面有可伸縮的插銷(xiāo)，通過(guò)插銷(xiāo)的伸縮操作可實(shí)現(xiàn)與分度盤(pán)的定位固定或脫開(kāi)。在回轉(zhuǎn)盤(pán)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(pán)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(pán)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(pán)，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(pán)；3—回轉(zhuǎn)盤(pán)；4—鎖緊裝置釘；5—推力滾珠軸承；6—卡盤(pán)；7—手動(dòng)式定位器；8、9—銅質(zhì)定位套；10—刻度線(xiàn)；11—刻度盤(pán)；12—定位銷(xiāo)；13—工件

圖1 高精度回轉(zhuǎn)分度盤(pán)的剖面示意

1.2 工作原理

通過(guò)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(pán)無(wú)間隙垂直嚙合，凸輪輪廓面的曲線(xiàn)段驅(qū)使分度盤(pán)上的滾針軸承帶動(dòng)分度盤(pán)轉(zhuǎn)位，直線(xiàn)段使分度盤(pán)靜止，并定位自鎖。該轉(zhuǎn)盤(pán)的操作步驟為：

(1)零件放置到回轉(zhuǎn)盤(pán)上；

(2)手拉式定位器的插銷(xiāo)設(shè)置在脫開(kāi)狀態(tài)；

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

(4)利用回轉(zhuǎn)盤(pán)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(xiāo)與分度盤(pán)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(pán)鎖定；

(7)進(jìn)行劃線(xiàn)或加工專(zhuān)業(yè)；

(8)松開(kāi)鎖緊裝置、脫開(kāi)手拉式定位器的插銷(xiāo)，然后轉(zhuǎn)動(dòng)回轉(zhuǎn)盤(pán)，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(wèn)題及解決方案

(1)高精度回轉(zhuǎn)分度盤(pán)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(chēng)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(guò)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(pán)旋轉(zhuǎn)。同時(shí)通過(guò)定位銷(xiāo)與分度盤(pán)上的定位，實(shí)現(xiàn)分度。這種分度盤(pán)的缺點(diǎn)之一是結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，通過(guò)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(duì)高精度回轉(zhuǎn)分度盤(pán)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。圖4與圖5是分度盤(pán)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(pán)的回轉(zhuǎn)盤(pán)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(guò)徑向滾動(dòng)軸承支承，詳見(jiàn)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(shì)，特別適合大型零件的分度專(zhuān)業(yè)。

圖3 分度頭傳動(dòng)系統(tǒng)原理

圖4 分度盤(pán)的俯視結(jié)構(gòu)

圖5 分度盤(pán)的B-B向結(jié)構(gòu)

圖6 回轉(zhuǎn)盤(pán)與底座套裝方式

圖7 回轉(zhuǎn)盤(pán)與底座支承方式

(2)零件在回轉(zhuǎn)盤(pán)上的固定問(wèn)題。本設(shè)計(jì)的高精度回轉(zhuǎn)分度盤(pán)中回轉(zhuǎn)盤(pán)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(pán)上配置4個(gè)卡盤(pán)。在T型槽位置，通過(guò)T型螺栓及螺母將零件與回轉(zhuǎn)盤(pán)連接，詳細(xì)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖8、圖9。回轉(zhuǎn)盤(pán)鎖緊裝置的K向放大示意圖如圖10所示。

圖8 回轉(zhuǎn)盤(pán)上開(kāi)設(shè)若干螺紋孔的俯

圖9 回轉(zhuǎn)盤(pán)上開(kāi)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(pán)鎖緊裝置的K向放大

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

圖11 回轉(zhuǎn)盤(pán)T型槽位置配置卡爪

(4)工件裝夾問(wèn)題。詳細(xì)結(jié)構(gòu)參考圖12，具體是將工件裝夾在卡盤(pán)上，通過(guò)卡盤(pán)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(wèn)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(xiāo)，也叫分度銷(xiāo)[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(wèn)題。該分度盤(pán)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(xiàn)作業(yè)。

局部改進(jìn)點(diǎn)通過(guò)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(pán)無(wú)間隙垂直嚙合[2]，凸輪輪廓面的曲線(xiàn)段驅(qū)使分度盤(pán)上的滾針軸承帶動(dòng)分度盤(pán)轉(zhuǎn)位，直線(xiàn)段使分度盤(pán)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(xiàn)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(xiàn)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(lái)，分度精度高。

(4)回轉(zhuǎn)盤(pán)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(pán)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(pán)轉(zhuǎn)位通過(guò)共軛凸輪與滾針軸承的分度盤(pán)無(wú)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(yǔ)

目前，該傳動(dòng)分轉(zhuǎn)盤(pán)在無(wú)錫一家外商獨(dú)資企業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)使用，如圖14所示，主要用于大型泵體零件的劃線(xiàn)分度作業(yè)[6]，主要解決了生產(chǎn)中分步作業(yè)的問(wèn)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(chǎng)實(shí)物