基于精密擺線針輪減速器的雙搖籃轉臺設計

■ 揚州大學機械工程學院 （江蘇揚州 225000） 王心成

■ 江蘇哈工聯合精密傳動有限公司 （江蘇揚州 225000） 王 健

數控轉臺作為五軸加工設備的重要附件，其回轉精度對五軸加工設備的加工精度影響非常大。目前為止，國內市場上的五軸加工設備以進口設備為主，剩余的部分國產五軸加工設備也大多配置的是進口數控轉臺，其中最主要的原因是進口數控轉臺精度更高，但是采用蝸桿蝸輪等傳動方式設計的高精度數控轉臺其精度保持性依舊很難保證，而采用電動機直驅形式的高精度轉臺在相同回轉直徑下其額定轉矩往往較小。為彌補目前多種類型高精度轉臺的缺陷，本團隊通過長期與國內精密減速器制造企業的交流與合作，成功研發了一種基于精密擺線針輪減速器的雙搖籃轉臺（見圖1、圖2）。

1. 雙搖籃轉臺的結構設計

一種基于精密擺線針輪減速器的雙搖籃轉臺結構如圖3所示。

圖1 轉臺實物

圖2 轉臺內部結構示意

支撐座與擺動部件殼體安裝在底座上，無框電動機6的定子固定安裝在擺動部件殼體內部，無框電動機6的轉子與擺線針輪減速器5的輸入端固定聯接，擺線針輪減速器5的輸出端與回轉部件殼體一側的聯接板固定聯接，回轉部件殼體的另一側則與支撐座之間通過圓柱滾子軸承支撐，無框電動機9的定子固定安裝在回轉部件殼體內部，無框電動機9的轉子與擺線針輪減速器4的輸入端固定聯接，擺線針輪減速器4的輸出端與工作臺固定聯接。

（1）工作臺尺寸的選定 由于多數依賴五軸加工設備進行大批量生產的零件為中小型零件，如汽車部品中的葉輪等，其系列產品的尺寸大多不超過160mm，因此目前選定的工作臺直徑為170mm。

（2）減速器及傳動方式的確定A軸和C軸的轉動均使用無框電動機與擺線針輪減速器直連的傳動方式，具有結構緊湊、傳動鏈誤差小和安裝維護方便等特點。選擇擺線針輪減速器原因：使用高精度的蝸輪蝸桿類減速器所制作的轉臺在實際加工過程中，因其無法實現多齒嚙合，磨損較快，精度保持性較差，故需要在轉臺設計時使用復雜的可調減速器精度的機構，這樣既增加了轉臺的制造成本，也使得其維護和修理變得更加復雜。另一種制造高精度數控轉臺的技術路線是不使用減速器，而是使用力矩電動機直驅的方式控制轉臺的運動，這種方案由于成本過高，導致五軸加工設備的售價過高，無法廣泛被市場接受。

圖3 轉臺內部結構剖視

而本設計基于精密擺線針輪減速器的雙搖籃轉臺，其A軸和C軸所選用的擺線針輪減速器本身具有多齒嚙合的特點，尤其是在長時間高負載條件下的工作表現十分穩定，可長期保證A軸和C軸的回轉精度小于1arcmin。本設計所選用的兩個擺線針輪減速器型號均為CTS140H057C，額定輸出轉矩為270N·m，回轉精度小于1arcmin，該款減速器為江蘇哈工聯合精密傳動有限公司專門為數控轉臺的應用而研發的國產精密擺線針輪減速器。

（3）電動機的選擇A軸和C軸所選用的均為國產無框電動機，電動機型號TMRI134-29，定子外徑134mm，額定輸出轉矩5.8N·m。

2. 工作原理

基于精密擺線針輪減速器的雙搖籃轉臺由無框電動機6帶動擺線針輪減速器5轉動，回轉部件殼體由于一側與擺線針輪減速器5輸出端固定聯接，另一側與支撐座之間通過圓柱滾子軸承支撐，因此可實現其繞無框電動機6回轉中心軸的擺動，即A軸的擺動?；剞D部件殼體擺動的同時，其內部安裝的無框電動機9可帶動擺線針輪減速器4轉動，工作臺由于與擺線針輪減速器4輸出端固定聯接，因此可實現其繞無框電動機9回轉中心軸的回轉運動，即C軸的回轉運動。

以上運動在數控系統的控制下，可實現A軸在±120°范圍內的旋轉和C軸任意大小角度的旋轉，這兩個旋轉運動根據實際加工需求既可以獨立實現也可以形成聯動。

3. 結語

本設計核心思想在于將精密擺線針輪減速器應用在數控轉臺的設計上，該減速器所具有的高精度、高剛度、抗傾覆性強及壽命長等優點，使得所制造的雙搖籃轉臺相對市面上其他類型的數控轉臺，具有低成本、高剛度和高精度保持性等優勢，具有良好的市場競爭力。