王友林,姜英,陈宗民
(山东理工大学机械工程学院,山东淄博 255049)
数控技术的发展,推动了制造业自动化水平的提高,提升了制造装备的柔性,出现了功能各异的各种数控机床。有的机床简单,有的机床复杂,复杂的机床功能多,性能好,但价格昂贵;简单的机床在功能和性能方面都较复杂的机床逊色,但价格要较复杂的机床便宜得多。由于企业发展的原因,用于生产的数控加工设备多为简单的经济型数控机床,在功能提高方面多采用在简单数控机床上增设附加装置 (附件),添加新的功能,实现用简单的数控机床加工复杂机械零件。例如,在数控铣床上安装一个数控双转轴工作台,使数控铣床在原有的只能实现x、y、z三个轴移动功能的基础上,增加了绕x(A)、z(C)旋转的功能,可以实现除底面外的其他5个面上的加工,替代了加工中心,用普通的数控加工机床加工较复杂的零件。
与自动化生产线相比较,数控机床的加工柔性较好,能实现多品种、多工位的加工,但效率较低,因而人们尝试用各种方式来提高数控机床的功能加工效率。
文中介绍一种新型的多主轴并联式数控双摆(转)轴 (角)回转工作台,这种工作台有3个平行的回转主轴,安装在一个壳体中,工作台的壳体可以绕x(A)轴转动,带动3个主轴翻转转动,3个主轴在传动系统的驱动下,同步绕各自的旋转轴 (C轴)转动,可用在小型数控铣床上进行复杂零件的较大批量的加工。
三主轴并联式数控双摆轴回转工作台的结构见图1,由转角轴伺服电机1、行星减速器2、联轴器3、右半轴4、转角轴支架5、锥齿轮轴6、大锥齿轮7、转角主轴8、夹盘9、转轴10、工作台壳体11、左半轴12、蜗杆13、涡轮14、转位轴支架15、电磁制动器电缆16、电磁制动器17、制动轴18、传动齿轮19、介轮20、介轮轴21、工作台壳体盖板22、底座23、定位键24、连接盘25、转位轴伺服电机26等组成。
安装了大锥齿轮7的转角主轴8和转轴10、制动轴18三根平行的主轴安装在工作台壳体11中,每根轴上都安装有传动齿轮19,与固定在工作台壳体盖板22内面上的介轮轴21上的介轮20啮合,右半轴4和左半轴12连接在回转工作台的壳体11的两侧,安装在转角轴支架5和蜗轮轴支架15上,锥齿轮轴6安装在空心的右半轴4中,与安装在转角主轴8上的大锥齿轮7啮合;锥齿轮轴6与行星减速器2的轴通过联轴器3相联,行星减速器2通过连结盘 (与连结盘25相同,未标出)固定在右半轴4的右端,转角轴伺服电机1安装在行星减速器2的尾部;蜗轮14安装在左半轴12上,蜗杆13安装在蜗轮轴支架15中,蜗轮14与蜗杆13啮合;连接盘25固定在蜗轮轴支架15上,转位轴伺服电机26固定在连接盘25上,用联轴器 (未画出)将蜗杆13与转位轴驱动电机26的转轴连接在一起,电磁制动器17的运动部分安装在制动轴18的尾部,电磁制动器17的静止部分安装在工作台壳体盖板22的外部,用锁紧螺母及止动垫片 (未标出)锁紧;电磁制动器电缆16通过左半轴12上开设的孔道从左半轴左侧中心孔道穿出,与控制系统相连接;夹盘9安装在3个主轴 (转角主轴8、转轴10、制动轴18)的端部;转角轴支架5、转位轴支架15通过底座23、定位键24等用螺栓连接成为一个整体,形成三主轴并联式数控双摆轴回转工作台。
图1 三主轴并联式数控双摆轴回转工作台
三主轴并联式数控双摆轴回转工作台的转角轴伺服电机1经行星减速器2减速后 (伺服电机低速时的驱动力矩小,使用减速器后,可以提高伺服电机的工作转速,增大驱动力矩)带动锥齿轮轴6和大锥齿轮7按预先设定的方向旋转,驱动转角主轴8、夹盘9转角转动;同时,经过安装在转角主轴8、转轴10、制动轴18上的传动齿轮19及介轮20的啮合传动,驱动另两个转轴 (转轴10、制动轴18)及安装在这两个轴端部上的夹盘转角转动,实现了3个主轴同步转角转动。当主轴转角转动到需要位置后,由控制系统发出指令,控制安装在制动轴18上的电磁制动器17得电,制动器接合,转角主轴不能转动,将安装在回转工作台转角轴夹盘上的工件的加工位置锁定,即可以对工件进行加工了。待这个工位的加工内容完成后,控制系统发出指令,控制电磁制动器17断电,制动器脱开,3个转角主轴便可以继续转动,以实现工作台的转角转动或在转角过程中的连续加工。
三主轴并联式数控双摆轴回转工作台的转位转动是由转位轴伺服电机26带动蜗杆13和蜗轮14旋转,驱动左半轴12摆动 (转动),带动装有3根转角主轴的工作台壳体11和3根转角主轴转位摆动,与工作台壳体11固定连接在一起的右半轴4及装有转角轴伺服电机1的行星减速器2也一起摆动 (转动)。为了防止三主轴并联式数控双摆轴回转工作台转位转动时,电磁制动器电缆16缠绕在工作台或转位轴上,将左半轴12制造成中空的结构,在其右下部设置布线孔道,电磁制动器电缆16通过左半轴12上开设的孔道从左半轴左侧中心孔道穿出,与控制系统相连接;在工作台转位转动时,不会出现电缆缠绕的现象。
三主轴并联式数控双摆轴回转工作台的A轴(绕x轴转动)的转位范围为0~±90°,C轴 (绕z轴转动)的转角范围为0~±∞;在数控系统的控制下,可以实现A、C轴联动。
三主轴并联式数控双摆轴回转工作台的C轴,可以用于零件加工时的转角分度,调整零件的空间加工位置;也可以连续旋转,用于回转加工。
三主轴并联式数控双摆轴回转工作台的A轴,可以经工作台的壳体带动3个转角主轴转位调姿,改变工件的空间加工位置。
三主轴并联式数控双摆轴回转工作台的3个主轴同步转动,可以一次装夹3个工件,即可实现连续加工,也可以实现顺序加工。
此回转工作台既可以安装在数控铣床上,与数控铣床上的工作台组合,并将其控制系统与铣床的数控系统结合,形成一个三主轴联动式转台式五轴联动机床,可以实现对较大批量工件的五面加工,提高加工效率;还可以与数控的二维工作台或三维工作台组合,安装在组合机床上,实现对复杂曲面零件的批量加工。
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