論數(shù)控機(jī)床臥式加工中心轉(zhuǎn)臺的設(shè)計(jì)優(yōu)化

摘 要：下文中，筆者將從原有的數(shù)控機(jī)床臥式加工中心轉(zhuǎn)臺設(shè)計(jì)方面存在的不足與缺陷進(jìn)行分析，并提出優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。優(yōu)化后的臥式加工中心轉(zhuǎn)臺具有結(jié)構(gòu)緊湊、簡單，定位精度高，工作可靠，加工工藝性好，制造成本低，易于裝拆、測量和調(diào)整，維護(hù)性好等優(yōu)勢。對工作臺單元進(jìn)行的幾何精度檢測、承載測試及切削試驗(yàn)表明，改進(jìn)后的工作臺定位精度、承載能力、切削剛性及可靠性等均滿足使用要求，性能較原工作臺有很大改善。

關(guān)鍵詞：數(shù)控機(jī)床；臥式加工中心轉(zhuǎn)臺；設(shè)計(jì)優(yōu)化

原臥式銑鏜床工作臺技術(shù)集成度相對較低，結(jié)構(gòu)簡單，使用中發(fā)現(xiàn)機(jī)床定位精度低，時常發(fā)生分度時工作臺夾緊、松開失效等故障。為此，在分度工作臺外形及尺寸不變的情況下，研發(fā)了一種新型數(shù)控臥式加工中心分度工作臺，簡化了其制造、裝配、調(diào)整、測試流程，提高了定位精度和工作可靠性。

一、傳統(tǒng)數(shù)控機(jī)床臥式加工中心轉(zhuǎn)臺設(shè)計(jì)方案中的缺陷

原分度工作臺單元由工作臺、上滑臺、卸荷滑動導(dǎo)軌、徑向定心圓錐滾子軸承、工作臺夾緊機(jī)構(gòu)等組成。分度工作臺單元的承載導(dǎo)軌采用卸荷滑動導(dǎo)軌，分度操作時，導(dǎo)軌面通入壓力油形成油膜，工作臺浮起，伺服電動機(jī)通過傳動系統(tǒng)及齒輪驅(qū)動工作臺旋轉(zhuǎn)。完成分度操作后，壓力油卸荷，工作臺被壓下夾緊。由于采用卸荷滑動導(dǎo)軌，連接導(dǎo)軌油腔的液壓管路較復(fù)雜，為了保證導(dǎo)軌面充分接觸，同時保證工作臺、上滑臺及X軸導(dǎo)軌之間的位置精度要求，工作臺需要反復(fù)裝拆、測量和刮研，滑動導(dǎo)軌面的加工難度較大。由于碟形彈簧的特性在制造時不易保證，裝配時初始壓縮量不易測量和調(diào)整，使工作臺夾緊力難以控制（夾緊力不足或過大），從而造成工作臺時常出現(xiàn)夾不住或松不開現(xiàn)象。拉桿與活塞采用螺紋連接，無防松措施，長期使用后螺紋連接松動，致使工作臺夾緊力不足，影響工件的加工質(zhì)量，甚至損壞刀具。徑向定心軸承采用一套圓錐滾子軸承。為了避免在工作臺夾緊時與卸荷滑動導(dǎo)軌產(chǎn)生過定位，圓錐滾子軸承存在初始工作游隙，這將影響水平定位精度；工作臺松夾抬起時，軸承徑向游隙變大，無法精確保證工作臺旋轉(zhuǎn)分度時的定心。

二、數(shù)控機(jī)床臥式加工中心轉(zhuǎn)臺設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化

（一）臥式加工中心轉(zhuǎn)臺的結(jié)構(gòu)優(yōu)化

將原分度工作臺卸荷滑動導(dǎo)軌、徑向定心機(jī)構(gòu)和工作臺夾緊機(jī)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)。改進(jìn)后的分度工作臺單元由工作臺、上滑臺、傳動機(jī)構(gòu)及齒輪副、軸向推力圓柱滾子軸承、徑向定心及拉緊機(jī)構(gòu)、工作臺夾緊機(jī)構(gòu)等組成。

工作臺采用一套推力圓柱滾子軸承（P5）支承導(dǎo)軌，支承表面無需刮研，安裝方便；軸承采用脂潤滑，簡化了潤滑回路，可以長期免維護(hù)運(yùn)行。測試表明，該導(dǎo)軌承載能力充分，回轉(zhuǎn)靈活，摩擦力矩小，旋轉(zhuǎn)精度高，不會出現(xiàn)滑動導(dǎo)軌粘連研合現(xiàn)象。徑向定心機(jī)構(gòu)和拉緊機(jī)構(gòu)環(huán)套集成在工作臺中心，簡化了結(jié)構(gòu)，改善了工藝性。徑向定心采用一套圓柱滾子軸承，工作臺松開、夾緊時徑向游隙變化極小，軸承內(nèi)、外圈軸向可作微量相對移動；由于徑向游隙較小，工作臺水平定位精度較高。拉緊機(jī)構(gòu)采用中心下拉方式，由一個拉緊油缸組成，與原結(jié)構(gòu)相比，拉緊力均勻、恒定，可無級調(diào)節(jié)。分度工作臺的夾緊機(jī)構(gòu)由6個柱塞式夾緊油缸和多瓣扇形摩擦片組成。6個夾緊油缸集成于上滑體內(nèi)，結(jié)構(gòu)緊湊、簡單，加工工藝性好，夾緊力均勻；由于夾緊油缸中心直徑增大，可提供更大的鎖緊力矩。扇形摩擦片通過螺釘固定在與工作臺下表面固連的套筒下表面，維修時只需將螺釘松開即可將工作臺與上滑體分離，易于檢修；多瓣扇形摩擦片與上滑臺環(huán)形表面組成摩擦副，接觸面積大，接觸均勻，夾緊牢靠，提高了工作臺夾緊可靠性和定位精度。

（二）臥式加工中心轉(zhuǎn)臺的運(yùn)行優(yōu)化

如圖所示，拉緊油缸上腔經(jīng)b口卸荷，釋放工作臺，同時夾緊油缸經(jīng)a口卸荷，消除夾緊力，摩擦片與上滑體脫離，分度工作臺松夾，壓力信號延時時間到達(dá)后發(fā)出工作臺松夾完成信號。當(dāng)數(shù)控裝置接收到工作臺抬起完成信號后，伺服電動機(jī)通過傳動系統(tǒng)及齒輪驅(qū)動工作臺旋轉(zhuǎn)分度，工作臺到達(dá)規(guī)定的旋轉(zhuǎn)角度后，伺服電動機(jī)停止旋轉(zhuǎn)。拉緊油缸上腔經(jīng)b口通壓力油拉緊工作臺，同時夾緊油缸經(jīng)a口通壓力油，柱塞將摩擦片均勻地夾壓在上滑臺環(huán)形表面，從而將分度工作臺夾緊定位，壓力信號延時時間到達(dá)后發(fā)出工作臺定位夾緊完成信號。

綜上所述，在分析數(shù)控機(jī)床臥式加工中心轉(zhuǎn)臺的問題基礎(chǔ)上，對原有中心轉(zhuǎn)臺設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化，將滑動導(dǎo)軌改為滾動導(dǎo)軌，變單向碟簧鎖緊為軸向柱塞摩擦片式鎖緊，并把原圓周分布的拉壓缸移到了轉(zhuǎn)軸中心與定心軸承環(huán)套集成，使工作臺定位精度提高，鎖緊更加可靠，有效提高了機(jī)床的性能。

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作者簡介：馬琦，大連機(jī)床集團(tuán)有限責(zé)任公司。