三主軸并聯(lián)式數(shù)控雙擺軸回轉(zhuǎn)工作臺

王友林，姜英，陳宗民

(山東理工大學(xué)機械工程學(xué)院，山東淄博 255049)

數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，推動了制造業(yè)自動化水平的提高，提升了制造裝備的柔性，出現(xiàn)了功能各異的各種數(shù)控機床。有的機床簡單，有的機床復(fù)雜，復(fù)雜的機床功能多，性能好，但價格昂貴;簡單的機床在功能和性能方面都較復(fù)雜的機床遜色，但價格要較復(fù)雜的機床便宜得多。由于企業(yè)發(fā)展的原因，用于生產(chǎn)的數(shù)控加工設(shè)備多為簡單的經(jīng)濟型數(shù)控機床，在功能提高方面多采用在簡單數(shù)控機床上增設(shè)附加裝置 (附件)，添加新的功能，實現(xiàn)用簡單的數(shù)控機床加工復(fù)雜機械零件。例如，在數(shù)控銑床上安裝一個數(shù)控雙轉(zhuǎn)軸工作臺，使數(shù)控銑床在原有的只能實現(xiàn)x、y、z三個軸移動功能的基礎(chǔ)上，增加了繞x(A)、z(C)旋轉(zhuǎn)的功能，可以實現(xiàn)除底面外的其他5個面上的加工，替代了加工中心，用普通的數(shù)控加工機床加工較復(fù)雜的零件。

與自動化生產(chǎn)線相比較，數(shù)控機床的加工柔性較好，能實現(xiàn)多品種、多工位的加工，但效率較低，因而人們嘗試用各種方式來提高數(shù)控機床的功能加工效率。

文中介紹一種新型的多主軸并聯(lián)式數(shù)控雙擺(轉(zhuǎn))軸 (角)回轉(zhuǎn)工作臺，這種工作臺有3個平行的回轉(zhuǎn)主軸，安裝在一個殼體中，工作臺的殼體可以繞x(A)軸轉(zhuǎn)動，帶動3個主軸翻轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動，3個主軸在傳動系統(tǒng)的驅(qū)動下，同步繞各自的旋轉(zhuǎn)軸 (C軸)轉(zhuǎn)動，可用在小型數(shù)控銑床上進行復(fù)雜零件的較大批量的加工。

1 三主軸并聯(lián)式數(shù)控雙擺軸回轉(zhuǎn)工作臺的結(jié)構(gòu)

三主軸并聯(lián)式數(shù)控雙擺軸回轉(zhuǎn)工作臺的結(jié)構(gòu)見圖1，由轉(zhuǎn)角軸伺服電機1、行星減速器2、聯(lián)軸器3、右半軸4、轉(zhuǎn)角軸支架5、錐齒輪軸6、大錐齒輪7、轉(zhuǎn)角主軸8、夾盤9、轉(zhuǎn)軸10、工作臺殼體11、左半軸12、蝸桿13、渦輪14、轉(zhuǎn)位軸支架15、電磁制動器電纜16、電磁制動器17、制動軸18、傳動齒輪19、介輪20、介輪軸21、工作臺殼體蓋板22、底座23、定位鍵24、連接盤25、轉(zhuǎn)位軸伺服電機26等組成。

安裝了大錐齒輪7的轉(zhuǎn)角主軸8和轉(zhuǎn)軸10、制動軸18三根平行的主軸安裝在工作臺殼體11中，每根軸上都安裝有傳動齒輪19，與固定在工作臺殼體蓋板22內(nèi)面上的介輪軸21上的介輪20嚙合，右半軸4和左半軸12連接在回轉(zhuǎn)工作臺的殼體11的兩側(cè)，安裝在轉(zhuǎn)角軸支架5和蝸輪軸支架15上，錐齒輪軸6安裝在空心的右半軸4中，與安裝在轉(zhuǎn)角主軸8上的大錐齒輪7嚙合;錐齒輪軸6與行星減速器2的軸通過聯(lián)軸器3相聯(lián)，行星減速器2通過連結(jié)盤 (與連結(jié)盤25相同，未標(biāo)出)固定在右半軸4的右端，轉(zhuǎn)角軸伺服電機1安裝在行星減速器2的尾部;蝸輪14安裝在左半軸12上，蝸桿13安裝在蝸輪軸支架15中，蝸輪14與蝸桿13嚙合;連接盤25固定在蝸輪軸支架15上，轉(zhuǎn)位軸伺服電機26固定在連接盤25上，用聯(lián)軸器 (未畫出)將蝸桿13與轉(zhuǎn)位軸驅(qū)動電機26的轉(zhuǎn)軸連接在一起，電磁制動器17的運動部分安裝在制動軸18的尾部，電磁制動器17的靜止部分安裝在工作臺殼體蓋板22的外部，用鎖緊螺母及止動墊片 (未標(biāo)出)鎖緊;電磁制動器電纜16通過左半軸12上開設(shè)的孔道從左半軸左側(cè)中心孔道穿出，與控制系統(tǒng)相連接;夾盤9安裝在3個主軸 (轉(zhuǎn)角主軸8、轉(zhuǎn)軸10、制動軸18)的端部;轉(zhuǎn)角軸支架5、轉(zhuǎn)位軸支架15通過底座23、定位鍵24等用螺栓連接成為一個整體，形成三主軸并聯(lián)式數(shù)控雙擺軸回轉(zhuǎn)工作臺。

圖1 三主軸并聯(lián)式數(shù)控雙擺軸回轉(zhuǎn)工作臺

2 三主軸并聯(lián)式數(shù)控雙擺軸回轉(zhuǎn)工作臺的工作原理

三主軸并聯(lián)式數(shù)控雙擺軸回轉(zhuǎn)工作臺的轉(zhuǎn)角軸伺服電機1經(jīng)行星減速器2減速后 (伺服電機低速時的驅(qū)動力矩小，使用減速器后，可以提高伺服電機的工作轉(zhuǎn)速，增大驅(qū)動力矩)帶動錐齒輪軸6和大錐齒輪7按預(yù)先設(shè)定的方向旋轉(zhuǎn)，驅(qū)動轉(zhuǎn)角主軸8、夾盤9轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)動;同時，經(jīng)過安裝在轉(zhuǎn)角主軸8、轉(zhuǎn)軸10、制動軸18上的傳動齒輪19及介輪20的嚙合傳動，驅(qū)動另兩個轉(zhuǎn)軸 (轉(zhuǎn)軸10、制動軸18)及安裝在這兩個軸端部上的夾盤轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)了3個主軸同步轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)動。當(dāng)主軸轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)動到需要位置后，由控制系統(tǒng)發(fā)出指令，控制安裝在制動軸18上的電磁制動器17得電，制動器接合，轉(zhuǎn)角主軸不能轉(zhuǎn)動，將安裝在回轉(zhuǎn)工作臺轉(zhuǎn)角軸夾盤上的工件的加工位置鎖定，即可以對工件進行加工了。待這個工位的加工內(nèi)容完成后，控制系統(tǒng)發(fā)出指令，控制電磁制動器17斷電，制動器脫開，3個轉(zhuǎn)角主軸便可以繼續(xù)轉(zhuǎn)動，以實現(xiàn)工作臺的轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)動或在轉(zhuǎn)角過程中的連續(xù)加工。

三主軸并聯(lián)式數(shù)控雙擺軸回轉(zhuǎn)工作臺的轉(zhuǎn)位轉(zhuǎn)動是由轉(zhuǎn)位軸伺服電機26帶動蝸桿13和蝸輪14旋轉(zhuǎn)，驅(qū)動左半軸12擺動 (轉(zhuǎn)動)，帶動裝有3根轉(zhuǎn)角主軸的工作臺殼體11和3根轉(zhuǎn)角主軸轉(zhuǎn)位擺動，與工作臺殼體11固定連接在一起的右半軸4及裝有轉(zhuǎn)角軸伺服電機1的行星減速器2也一起擺動 (轉(zhuǎn)動)。為了防止三主軸并聯(lián)式數(shù)控雙擺軸回轉(zhuǎn)工作臺轉(zhuǎn)位轉(zhuǎn)動時，電磁制動器電纜16纏繞在工作臺或轉(zhuǎn)位軸上，將左半軸12制造成中空的結(jié)構(gòu)，在其右下部設(shè)置布線孔道，電磁制動器電纜16通過左半軸12上開設(shè)的孔道從左半軸左側(cè)中心孔道穿出，與控制系統(tǒng)相連接;在工作臺轉(zhuǎn)位轉(zhuǎn)動時，不會出現(xiàn)電纜纏繞的現(xiàn)象。

三主軸并聯(lián)式數(shù)控雙擺軸回轉(zhuǎn)工作臺的A軸(繞x軸轉(zhuǎn)動)的轉(zhuǎn)位范圍為0～±90°，C軸 (繞z軸轉(zhuǎn)動)的轉(zhuǎn)角范圍為0～±∞;在數(shù)控系統(tǒng)的控制下，可以實現(xiàn)A、C軸聯(lián)動。

3 結(jié)束語

三主軸并聯(lián)式數(shù)控雙擺軸回轉(zhuǎn)工作臺的C軸，可以用于零件加工時的轉(zhuǎn)角分度，調(diào)整零件的空間加工位置;也可以連續(xù)旋轉(zhuǎn)，用于回轉(zhuǎn)加工。

三主軸并聯(lián)式數(shù)控雙擺軸回轉(zhuǎn)工作臺的A軸，可以經(jīng)工作臺的殼體帶動3個轉(zhuǎn)角主軸轉(zhuǎn)位調(diào)姿，改變工件的空間加工位置。

三主軸并聯(lián)式數(shù)控雙擺軸回轉(zhuǎn)工作臺的3個主軸同步轉(zhuǎn)動，可以一次裝夾3個工件，即可實現(xiàn)連續(xù)加工，也可以實現(xiàn)順序加工。

此回轉(zhuǎn)工作臺既可以安裝在數(shù)控銑床上，與數(shù)控銑床上的工作臺組合，并將其控制系統(tǒng)與銑床的數(shù)控系統(tǒng)結(jié)合，形成一個三主軸聯(lián)動式轉(zhuǎn)臺式五軸聯(lián)動機床，可以實現(xiàn)對較大批量工件的五面加工，提高加工效率;還可以與數(shù)控的二維工作臺或三維工作臺組合，安裝在組合機床上，實現(xiàn)對復(fù)雜曲面零件的批量加工。

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