第一節(jié) 精密數(shù)顯數(shù)控轉(zhuǎn)臺生產(chǎn)工藝介紹

以沈陽機(jī)床股份有限公司H M S8 0 型臥式加工中心數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺的設(shè)計(jì)為例,講述該數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺的設(shè)計(jì)過程。

根據(jù)機(jī)床的總體設(shè)計(jì)方案，制定數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺的主要技術(shù)參數(shù)如表：

1、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺由工作臺、回轉(zhuǎn)座、伺服電動機(jī)、滑座、定位板和防護(hù)板等組成。

數(shù)控回轉(zhuǎn)工作合外觀

工作臺板的夾緊與松開都由液壓控制，采用德國先進(jìn)的夾緊機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)類似于主軸的松夾刀機(jī)構(gòu)，通過液壓推動活塞來實(shí)現(xiàn)爪組的閉合與張開。爪組閉合夾緊固定在工作臺板下的拉釘，從而實(shí)現(xiàn)工作臺板的夾緊；爪組張開松開固定在工作臺板下的拉釘，從而實(shí)現(xiàn)工作臺板的松開。該數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺采用蝸輪蝸桿傳動形式，蝸桿設(shè)計(jì)成雙導(dǎo)程形式，利用導(dǎo)程變化即可消除傳動間隙，提高傳動的精度;選用德國INA公司的回轉(zhuǎn)支承軸承和海德漢公司的圓光柵測量裝置，顯著地提高了數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺的定位精度。數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺剖視圖見下圖：

數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺剖視圖

在該數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺上，首次使用了具有雙剎車彈簧片的自制剎車機(jī)構(gòu)。該剎車機(jī)構(gòu)工作原理如下：

正常工作時，通過固定在夾緊螺釘上碟形彈簧的作用，剎車彈簧片向兩側(cè)張開，使剎車彈簧片與夾緊板之間保持0. 5 mm的間隙，夾緊板能夠正常旋轉(zhuǎn);當(dāng)需要剎車時，在液壓的作用下兩個小活塞克服碟形彈簧的張力，迫使兩個小活塞相向運(yùn)動，使剎車彈簧片緊緊夾住夾緊板，工作臺轉(zhuǎn)動被迫停止，從而達(dá)到剎車的目的;當(dāng)剎車需要松開時，只需要撤去液壓，小活塞在碟形彈簧張力的作用下自動向兩側(cè)張開，從而使固定在兩個小活塞上的剎車彈簧片松開夾緊板，此時工作臺能夠正?；剞D(zhuǎn)。剎車機(jī)構(gòu)放大圖見圖

剎車機(jī)構(gòu)放大圖

數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺采用蝸輪蝸桿傳動形式，因?yàn)槲佪單仐U傳動具有以下特點(diǎn):結(jié)構(gòu)緊湊、傳動比大，沖擊載荷小、傳動平穩(wěn)、噪聲低，傳動具有自鎖性。數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺的動力由交流伺服電動機(jī)提供，依靠帶輪通過同步齒形帶傳送到雙導(dǎo)程蝸桿，靠蝸輪蝸桿傳動來實(shí)現(xiàn)工作臺的回轉(zhuǎn)。驅(qū)動裝置展開圖見圖：

驅(qū)動裝置展開圖

2、數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺電動機(jī)的選擇

該數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺選用德國西門子AC系統(tǒng)交流伺服電動機(jī)。這是一種專門為機(jī)床進(jìn)給驅(qū)動而開發(fā)設(shè)計(jì)的永磁型電動機(jī)，具有高轉(zhuǎn)速、大扭矩、大容量和極高的耐熱性等基本性能。

預(yù)選電動機(jī)為SIEMENS的1FT6086—1AF71—lAGl型伺服電動機(jī)，電動機(jī)參數(shù)為(5.8 kW , 3000r/min，18. 5 N•m，66.5x10-4kg•m2)。

2. 1數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺傳動比計(jì)算

此時電動機(jī)轉(zhuǎn)速小于電動機(jī)額定轉(zhuǎn)速，電動機(jī)選擇合理。

2. 2數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺扭矩計(jì)算

由以往的計(jì)算可知，銑削加工時消耗功率最大，故以銑削加工求P切。

計(jì)算切向銑削力F切為

式中:F切為單位銑削力，根據(jù)鑄鐵試料(HT200 )，由手冊查得F0 = 2 059 N/mm2 ；αe為銑削寬度，αe = 100 mm ;

αp為銑削深度，αp=5 mm，fz為每齒進(jìn)給量，fz=0. 35 mm；z為銑刀齒數(shù)，z=8;D為銑刀直徑，D=160 mm。

銑削加工時，數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺勻速轉(zhuǎn)動，此時加速力矩為0;由于采用回轉(zhuǎn)支承軸承，因摩擦力產(chǎn)生的力矩很小，考慮到安全系數(shù)，此力矩可以忽略不計(jì)。預(yù)選電動機(jī)的額定扭矩為18. 5 N•m，大于所需扭矩，因此，所選電動機(jī)滿足設(shè)計(jì)要求。

2. 3工作臺回轉(zhuǎn)慣量的計(jì)算

工作臺回轉(zhuǎn)部分及工件總質(zhì)量:M= 1000+2 000=3000kg

工作臺回轉(zhuǎn)部分及工件總回轉(zhuǎn)慣量：

式中：J為總回轉(zhuǎn)慣量,kg•m2，M為回轉(zhuǎn)體的質(zhì)量；l為工作臺邊長，l=0.8m。

折算到電動機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動慣量為：

因?yàn)榛剞D(zhuǎn)運(yùn)動不像直線運(yùn)動那樣要求那么高的動態(tài)響應(yīng)，通常只要求伺服電動機(jī)的轉(zhuǎn)動慣量大于作用在伺服電動機(jī)軸上負(fù)載轉(zhuǎn)動慣量的1/10以上就可以。查電動機(jī)樣本得，電動機(jī)的轉(zhuǎn)動慣量為了J電機(jī)=66. 5 x 10-4 kg•m2>J負(fù)載/10。因此，所選電動機(jī)滿足設(shè)計(jì)要求。

3、總結(jié)

機(jī)床樣機(jī)裝配完成后，對數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺進(jìn)行精度檢測，通過檢查數(shù)據(jù)表明該數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺的幾何精度和定位精度都符合設(shè)計(jì)要求;對該數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺進(jìn)行重切試驗(yàn)和精切試驗(yàn)，結(jié)果表明該數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺工作精度滿足設(shè)計(jì)要求。此外，該數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺在工作過程中運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、噪聲低、剎車及時可靠，能夠達(dá)到預(yù)期設(shè)計(jì)效果。

該機(jī)床樣機(jī)試制完成后，在2010年南京中國數(shù)控機(jī)床展覽會上展出，榮獲中國機(jī)床工具工業(yè)協(xié)會頒發(fā)的“春燕獎”，并且被國內(nèi)某客戶搶購。從客戶反饋回來的信息看，該數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺在實(shí)際應(yīng)用中運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定、定位精度高，完全能夠滿足客戶需要。

第二節(jié) 國外精密數(shù)顯數(shù)控轉(zhuǎn)臺生產(chǎn)工藝發(fā)展階段比較

國外生產(chǎn)精密數(shù)顯數(shù)控轉(zhuǎn)臺的企業(yè)主要有PEISELER 、MMK、FIBRO、BOST，精密數(shù)顯數(shù)控轉(zhuǎn)臺都是用直接驅(qū)動技術(shù)，而國內(nèi)的技術(shù)還處于機(jī)械傳動階段。

第三節(jié) 我國精密數(shù)顯數(shù)控轉(zhuǎn)臺生產(chǎn)工藝創(chuàng)新路徑

我國80年代中期前生產(chǎn)的精密轉(zhuǎn)臺全部為機(jī)械式或光學(xué)機(jī)械式轉(zhuǎn)臺,即圓分度基準(zhǔn)采用金屬度盤或光學(xué)度盤。工作時,工人操作費(fèi)時、費(fèi)眼睛,精度不高,效率低,無法自動化,滿足不了現(xiàn)代化生產(chǎn)的需要。因此開發(fā)精密數(shù)顯轉(zhuǎn)臺勢在必行，有很大的潛在市場,并對于改造舊機(jī)床、提高設(shè)備利用率、提高機(jī)床精度以及研制生產(chǎn)新機(jī)床具有重要意義。

第四節(jié) 國內(nèi)精密數(shù)顯數(shù)控轉(zhuǎn)臺生產(chǎn)設(shè)備介紹

精密數(shù)控轉(zhuǎn)臺的生產(chǎn)設(shè)備主要為數(shù)控車、銑、磨床、切割機(jī)等機(jī)床。

第五節(jié) 國內(nèi)精密數(shù)顯數(shù)控轉(zhuǎn)臺生產(chǎn)設(shè)備應(yīng)用 分析

我國數(shù)控切割機(jī)從20世紀(jì)70年代由分離元件起步，至今已發(fā)展成用微機(jī)控制切割機(jī)。生產(chǎn)廠家也逐年增加，目前生產(chǎn)各類切割機(jī)的廠家已近40家，世界四大著名切割機(jī)專業(yè)制造商，也先后來到中國投資建廠生產(chǎn)各類中、高檔切割機(jī)。國內(nèi)切割機(jī) 行業(yè) 經(jīng)過多年的發(fā)展，在專業(yè)技術(shù)上也有了很大的提高。目前，具備一定的研發(fā)和生產(chǎn)能力的企業(yè)有哈爾濱華崴、金鳳公司、深圳博利昌、中船611所及無錫華聯(lián)等企業(yè)，年產(chǎn)數(shù)控火焰切割機(jī)2000余臺。其產(chǎn)品性能已接近國外同類產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，并有少數(shù)指標(biāo)超過國外標(biāo)準(zhǔn)，產(chǎn)品質(zhì)量在逐年提高，完全可以滿足國內(nèi)不同用戶需求，替代了部分進(jìn)口產(chǎn)品，還有部分產(chǎn)品出口。但在一些特殊切割方面和專用系統(tǒng)開發(fā)方面同國外公司相比還有一定的差距。

空氣等離子切割機(jī)是利用高速、高溫、高能量的等離子氣流來加熱和熔化被切割材料，利用空氣壓縮機(jī)提供的壓縮空氣作為工作氣體，排除已熔化金屬的氣流，從而達(dá)到切割金屬的目的?？梢郧懈钐间摗⒑辖痄摵筒讳P鋼及銅、鋁等有色金屬?？諝獾入x子弧切割，因其離子氣與切割氣均采用壓縮空氣而受到用戶歡迎，并在各應(yīng)用領(lǐng)域被廣泛的采用。同時，為了提高切割質(zhì)量、保證被切割零件的尺寸精度、改善勞動環(huán)境、減輕工人勞動強(qiáng)度和提高生產(chǎn)效率，又研制出一系列半自動和全自動等離子弧切割設(shè)備。

第六節(jié) 我國精密數(shù)顯數(shù)控轉(zhuǎn)臺技術(shù)研發(fā) 分析

我國直驅(qū)技術(shù)的發(fā)展與國際水平有很大差距。自2005年起國內(nèi)就開展了以力矩電機(jī)為核心驅(qū)動元件的轉(zhuǎn)臺的技術(shù) 研究 和產(chǎn)品開發(fā)，但大多尚停留在產(chǎn)品樣機(jī)階段。在力矩電機(jī)相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域，國內(nèi)與國外也存在較大差距。國際上90年代初開始應(yīng)用，現(xiàn)在進(jìn)入普及階段。國內(nèi)90年代中期才開始 研究 ，而成功的應(yīng)用還比較少。包括凱奇電氣、華中數(shù)控都展出過樣機(jī)，均未形成批量產(chǎn)品。哈爾濱工業(yè)大學(xué)、沈陽工業(yè)大學(xué)都在力矩電機(jī)設(shè)計(jì)和應(yīng)用方面開展了許多 研究 工作，也為社會小批量提供了一些力矩電機(jī)產(chǎn)品，大多配置德國科比的驅(qū)動器。2009年北京CIMT上，煙臺環(huán)球展出了應(yīng)用西門子力矩電機(jī)的轉(zhuǎn)臺樣機(jī)。

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