可翻转的回转工作台装置

刘建武

（齐齐哈尔二机床（集团）有限责任公司，黑龙江 齐齐哈尔 161005）

可翻转的回转工作台装置

刘建武

（齐齐哈尔二机床（集团）有限责任公司，黑龙江 齐齐哈尔 161005）

为了解决现有的重型机床配套的常规回转工作台不具备翻转运动且定位精度低的问题，介绍一种可翻转的回转工作台装置。该装置除具备直线和回转两项运动功能外还具备翻转运动功能，具有回转定位精度高、进给箱的重量轻、翻转角度误差小的特点。

机械制造；回转工作台；翻转；重型机械

1 前言

重型机床回转工作台的应用，具有生产效率高、自动化程度高、节省人工、占地面积小等优点。在风力发电机的风翅加工中，由于工件不但具有多方位的精加工面和精加工内孔，而且内孔中还有倾斜的精加工面。现有的重型落地銑镗床及加工中心配套的常规型回转工作台只有直线运动和回转运动，不具备翻转运动功能，且各运动的定位精度低，很难加工此类工件。同时为了保证加工中心具有很高的直线及回转的定位精度，需要有消隙机构，消除传动链的正反向间隙，目前一直采用机械消隙结构，利用消隙齿轮、自动预紧机构等办法消除间隙。这些办法虽然可以消除传动间隙的静态误差，但存在消隙不是随动和机构复杂庞大的缺点，回转定位精度仅能达到±10s，直接影响着加工中心加工质量和加工效率。目前常用的夹紧装置由于结构原因存在着的夹紧力小、可靠性低、系统油压大的缺点，从而直接影响着加工中心加工质量和加工效率。同时现有的翻转机构是采用蜗轮蜗杆或齿轮传动来驱动工作台翻转的，这种结构在机械加工过程中对制造精度要求高，加工难度大，虽实现了基本的翻转角度功能，但是翻转误差大，仅能满足翻转体的翻转角度公差±1′，影响产品的质量。

基于上述原因，为了克服现有的重型机床回转工作台的不足，研发了一种可翻转的回转工作台装置，该可翻转的回转工作台装置具有可同时实现直线运动、回转运动、翻转运动的特点，并且各运动的定位精度高。

2 可翻转的回转工作台装置

2.1 装置的技术特点

可翻转的回转工作台由于采用了双电机消隙装置的回转进给箱、液压驱动的自动翻转装置、双螺母滚珠丝杠的直线运动装置，使得在直线运动、回转运动的同时可实现翻转运动。在回转进给方面由于采用双电机消隙装置，提高了回转定位精度，回转进给定位精度在360°任意角度达到±8s，同时由于替代了复杂的机械消隙机构，简化了进给箱的结构，降低了进给箱的整体重量；在翻转工作台上设有一正弦机构，可以保证翻转工作台获得准确的翻转角度，角度公差在±3.6s范围内，且回转工作台圆柱体和块规各自都固定于两个体的精加工平面上，测量方向上没有尺寸变化的因素，所以工作台翻转后角度测量精度有保障。综上所述，本发明可同时实现直线运动、回转运动、翻转运动，并且各运动的定位精度大幅提高。

2.2 装置的结构（图1～图9）

装置包括回转进给箱1、工作台5、台座6、滑座7、床身10，结构特征在于：台座6两侧分别有回转进给箱1及回转定位体4，回转进给箱内连接有两星形减速机12，星形减速机下端连接有伺服电机13，星形减速机通过连接轴14连接与齿圈16相啮合的齿轮15，台座顶部置有3个呈三角分布的回转夹紧机构2，滑座7的上方有可沿水平方向翻转的翻转装置3，回转夹紧机构内的回转夹紧主体21上端凹槽内对应置有上大下小的楔块24，楔块与回转夹紧主体内的活塞杆22相连接，回转夹紧主体上端两侧外凹槽内连接有夹紧垫25，台座上固定正弦圆柱体32，与正弦圆柱体相切的块规34的另一面与滑座定位面贴合，块规下有调整垫35，滑座两端各有两套直线夹紧机构9，直线夹紧机构上的直线夹紧体91上有两个倾斜的断槽，下部为“几”字形卡在床身导轨98上，并通过活塞97与油缸体95连接。

3 装置具体结构的作用

装置具体结构参见图1～图9。

由图1～图3所示，可翻转的回转工作台装置（包括回转进给箱1、工作台5、台座6、床身10）通过大量的封闭式可调垫铁与地基浇灌成一体，床身10内部有封闭式集中回油装置，床身10上部有直线进给系统（通用的双螺母滚珠丝杠），直线进给箱8在床身的一端。与床身10相连接的是滑座7，滑座7与床身10相连接的水平导轨为闭式静压导轨，滑座7上的导轨面为锌基耐磨合金材料，滑座7的两端分别固定有两套直线夹紧机构9，用于直线运动的任意位置夹紧。直线夹紧机构9为浮动式夹紧，在夹紧和松开时不会对滑座7和床身10导轨之间的静压油膜刚度造成任何影响，并且夹紧力大。滑座7后端（远离主机的一端）的中间部位设有工作台翻转装置3，翻转装置3可以使工作台准确地达到所需要的倾斜角度，结构简单可靠。

台座6与滑座7相连接，起支撑工作台5的作用，台座6两侧分别有回转进给箱1及回转定位体4，回转进给箱1采用双电机消隙装置，可以随时消除回转进给的正反向间隙，回转定位体4是工作台旋转时4×90°定位的机械定位体，是在系统的控制下由液压驱动的。台座6的上方是环形导轨面，导轨板为锌基耐磨合金材料，与工作台5下方的导轨面相摩擦，此相对运动的导轨也为静压导轨，摩擦系数低。环形导轨面外侧布置3个呈三角分布的回转夹紧机构2，回转夹紧主体21固定在台座6上，回转夹紧机构2作用于工作台5的齿圈下方的环形槽中，节省了空间，用于回转运动的任意位置夹紧。

工作台5与台座6连接，工作台5是整机的最上面的部件，负责装卡工件，并带动工件旋转，工作台5与台座6是通过中心轴相连接的，中心轴上有精密的定位轴承，中心轴上端有高载荷的推力球轴承背压，保证工作台5回转具有较低的径向跳动和轴向跳动。工作台面的下方4×90°的位置开有四个精确的定位槽，与固定于台座6上定位体中的定位轴相配合，实现工作台4×90°的机械精确定位，工作台5任意角度的定位精度靠数控系统保证。

图4及图5是回转进给箱1的结构示意图，回转进给箱体11内由于采用两套响应频率很宽的伺服电机13构成联动系统，两个伺服电机13分别驱动两套星形减速机12，星形减速机12的另一端各带动一齿轮15，这两个齿轮15分别与齿条或齿圈16啮合，齿条或齿圈16分别安装于受控对象上，由它们带动受控对象做直线运动或回转运动。系统在单方向进给时，传动的力矩传递方向不变，所以不存在间隙，在系统有反向驱动时，传动间隙会体现出来，这时，控制系统会对联动的一个伺服电机13施加一个足以克服间隙的力矩偏置，而驱动一个齿轮15的反齿面与齿圈1或齿条贴合，消除了反向间隙，从而取得了精确的位移，并且具有快速响应的特性。采用伺服电机13消隙机构，提高了直线或回转定位精度，同时由于替代了复杂的机械消隙机构，简化了进给箱的结构，降低了进给箱的整体重量。所以该双电机消隙装置定位精度高，回转进给的定位精度在360°任意角度达到±8s，能够实现自动消隙的随动性，并且简化了进给箱的结构，降低了进给箱的整体重量和能耗。

图6为翻转装置3的结构示意图，台座6上固定正弦圆柱体31，滑座7上有块规32，块规32一面与滑座7定位面贴合，另一面与正弦圆柱体31相切，块规32下有调整垫34，正弦圆柱体2与块规4组成一正弦机构，并且各自都固定于两个体的精加工平面上，测量方向上没有尺寸变化的因素，块规32的厚度是通过正弦定理计算出来的，利用下面的调整垫34调整，消除工件的加工误差，可以保证翻转工作台获得准确的翻转角度，角度公差在±3.6"范围内。

工作时，顶起油缸给油，工作台5被顶起翻转到范围允许的角度，水平油缸33推动块规32，块规32到位后，顶起油缸泄油，工作台5回落，块规32应与正弦圆柱体31相切，依据正弦定理，可以根据所需翻转的角度计算出块规32的厚度，这时通过调整块规32下面的调整垫34而得到需要的准确角度，此角度是通过机械调整得到的最终角度值，克服了其中所有工件的制作误差，倾斜角度准确可靠。

图7及图8为回转夹紧机构2的结构示意图，包括活塞杆22及回转夹紧主体21。回转夹紧主体21上端凹槽内对应面有上大下小的斜面23，对应斜面23间置有楔块24，楔块24的楔角与磨擦角之差为正数，也就是在设计楔块24的楔角时，让楔块24的楔角小于磨擦角，楔块24与回转夹紧主体21

内活塞杆22相连接，回转夹紧主体21上端外凹槽内连接有夹紧垫25。液压系统对油缸上腔充入静压油，推动活塞杆22向下运动，同时带动楔块24向下运动，楔块24对两侧的夹紧垫25产生的水平分力靠磨擦力作用于固定在工作台下方的齿圈环行槽，以便夹紧工作台。回转夹紧机构2利用了斜面23力的放大原理，可以使用较小的油压而达到同样的夹紧力矩，楔块24具有锁紧功能，不至于因油路偶尔出现问题时夹紧力消失。另外这种结构简单紧凑，很适合于回转台的回转进给夹紧，不仅加大了夹紧机构的夹紧力，减小系统的油压，而且提高夹紧的可靠性。

图9为直线夹紧机构9的结构示意图，直线夹紧机构9的夹紧和松开由液压驱动。直线夹紧机构9上的直线夹紧体91上有两个倾斜的断槽，下部为“几”字形卡在床身导轨98上，并通过活塞97与油缸体95连接，夹紧时油缸体95下面的孔进油，推动活塞97向上运动，活塞97和活塞杆93通过螺纹连接在一起，球面垫圈96保证了二者之间更好地密封。由于直线夹紧体91上开有两个倾斜的断槽，使得直线夹紧体91成为一个弹性体，这样，在活塞杆93的拉动下，直线夹紧体91向内收缩，铜板94就象虎钳一样夹紧了床身导轨98。背帽92可以调整其松紧程度，并且直线夹紧体91没有位置的窜动，不会改变滑座7和床身10间静压导轨的油膜厚度，即构成一个典型的浮动夹紧机构。松开时上面的孔进油，推动拉杆向下运动，使得夹紧铜板94离开床身导轨98。

[1]刘鸿文，主编.材料力学[第三版][M].北京:高等教育出版社.1992.

[2]张美麟，主编.机械创新设计[M].北京：化学工业出版社.2005.

[3]孟宪源，编著.机构构型与应用.[M].北京：机械工业出版社.2003.

[4]孟宪源，主编.现代机构手册[M].上.下册.北京:机械工业出版社.1994.

[5]姜 琪，主编.机械运动方案及机构设计[M].北京:高等教育出版社.1991.

[6]郭芝俊，左宝山，张林芳，主编.机械设计便览[M].天津：天津科学技术出版社.1988.

Reversible rotary worktable device

LIU Jianwu
（Qier Machine Tool Group Co.,Ltd.,Qiqihaer 161005，Heilongjiang China）

As the conventional rotary work table equipped with the existing heavy machine tool in poor positioning accuracy can't roll over，a reversible rotary worktable device has been introduced.The device can move not only in linear and rotary modes，but also in reversible mode.The rotary positioning accuracy is high with less weight of feeding box.The error of rollover angle is small.

Rotary work table；Rollover；Heavy-duty machine

TG502.3

B

1672－0121(2011)03－0038－03

2011-02-28

刘建武（1961-），男，工程师，从事机床制造及装配