多用途数控转台的设计与研究
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2 分度轴结构与工件装夹定位方式
如图 3所示 。分度圆工作台 24通过两个单列向心推力 圆锥滚子轴承 1、16、一个压块锁紧圆螺母 14 预紧 、锁紧安 装在摆角体上做分度运动 。考虑装夹不同的工件 ,分度圆工
▲图 2 分度 、摆角传动结构
作台上装有一个法兰盘 22,它根据用户需求可自行设计制 造 ,改变工件的装夹定位方式 ,特别是加工较大的工件时 ,如 果工件的加工处离摆角转动中心较远 ,切削力所产生的力矩 超过摆角轴锁紧力矩或是加工所需空间不够时 ,可以将法兰 盘 22的厚度减小 。
在分度圆工作台 24 内花键套 20 上装有两片为一组的 碟形弹簧 18,通过压板 17和压板锁紧圆螺母 15 预压 、产生 工件夹紧力 ,夹紧工件 。当液压油推动活塞 3 继续压缩蝶 簧 ,使压板 17碰到调整套 19时 ,活塞运动停止 ,此时工件处
▲图 4 分度圆工作台锁紧机构
▲图 3 分度轴与工件装夹定位结构
4 行程开关的设置
除工件夹紧 ,摆角 、分度锁紧机构上分别装有行程开关 以发出松开或锁紧信号外 ,在分度轴上装有回参考点行程开 关 2和撞块 3,如图 5所示 。当分度圆工作台旋转时 ,撞块 3 压上开关 2之后 ,分度进给电机减速并最后停下来 ,以此为 分度回转坐标的参考点 。
在摆角轴上装有行程开关 1、4、5、撞块 2、撞块 3,见图 6。撞块 3与行程开关 4的作用结果为摆角回转坐标的参考 点 ,这个参考点使分度圆工作台轴线处于水平零度位置 。撞 块 2与行程开关 1、5的作用结果控制摆角回转行程 ,分别在 0 °、90 °位置 ,使摆角只能在 0 °～90 °的范围内转动 。
mm 20
度 0～90 度 任意
N 19 500
Nm 1 600 Nm 600 ×2 r/m in 0～15 r/m in 0～10
s
10
s
8
s
5
s
4
kW
1
kW
1
kg 470
( a) 分度圆工作台线轴水平
▲图 6 摆角行程开关
5 技术参数及外观
作为一种数控机床附件 ,本产品技术参数见表 1,外观见 图 7。
(3) 夹紧 、锁紧机构用碟弹与液压缸匹配 ,动作可靠 、迅
116
机械设计与研究 wenku.baidu.com 第 23卷
速 ,结构紧凑 。 (4) 用户可根据具体需要 ,修改工件定位方式 、取舍工
件拉紧机构 ,使用方便 ,具有特色 。
参考文献 :
[ 1 ] 周保牛. 数控铣削与加工中心技术 [M ]. 北京 : 高等教育出版 社 , 2007.
▲图 5 锁紧机构行程开关
第 6期 周保牛等 :多用途数控转台的设计与研究
115
于松开状态 。夹紧机构的活塞 3、密封圈 4、碟簧 18 等随同 分度圆工作台一起转动 ,但夹紧机构的死塞 8 固定不动 ,在 死塞上装有油管和行程开关 9。当活塞在压力作用下压缩碟 簧时 ,撞杆 10在压缩弹簧 11的作用下随同活塞 3 移动 ,脱 离行程开关 9的触头 ,此时工件处于松开状态 ,不能进行分 度 。当活塞返回时 ,撞杆亦返回 ,工件处于夹紧状态 ,可进行 分度 。当工件处于夹紧状态时 ,必须受到等于或略大于碟簧 的预紧力 ,才能卸下工件 。当工件处于松开状态时 ,活塞应 有一定返回行程 ,使撞杆 11能压上行程开关 10 发出信号 , 表示工件已处于夹紧状态 ,这就要求准确地调整垫 23。该垫 由两件组成 ,具有较大调整量 ,不过当调整垫过厚时 ,碟簧的 预紧力会过小 ,夹不紧工件 ; 当调整垫过薄时 ,工件又松不 开 。如果工件受到等于或略大于碟簧的预紧力而满足不了 撞杆 11能压上行程开关 10的要求时 ,可调整套 19达到 ,当 然装工件时还必须拧紧拉杆心轴 21。
[ 2 ] 朱喜林 ,张代治. 机电一体化设计基础 [M ]. 北京 : 科学出版 社 , 2004.
[ 3 ] 狄 丽. 数 控 机 床 电 气 控 制 [ M ]. 西 安 : 西 北 大 学 出 版 社 , 2005.
[ 4 ] 周保牛. 数控车削技术 [M ]. 北京 : 高等教育出版社 , 2007. [ 5 ] 王 以 伦. 液 压 传 动 [ M ]. 哈 尔 滨 : 哈 尔 滨 工 程 大 学 出 版
112 摆角传动 摆角传 动 进 给 伺 服 电 机 和 摆 角 蜗轮驱动蜗杆直立置于图 2所示 B B剖切平面内 (图中未画出 ) ,摆角传 动结构与分度传动结构相似 ,间隙消 除方法也相同 ,这里不再重复 。摆角 轴 22上装有两个背对背单列向心推 力球轴承 21,另一摆角轴 10 上装有 两个单列向心球轴承 9,用螺钉 、销子 将摆角轴 10、22与摆角体 24连成一 体 ,安装在 U 形摆角体支架 23上 ,使 摆角体 24即装夹工件的分度圆工作 台 25摆动 0～90 °, 实现数控转台的 另一个回转坐标运动 ,完成工件顶面即“第五面 ”加工 。U 形 体支架 23实际上是数控转台的底座 ,摆角轴 10、22上分别 装有密封圈 8、20,防冷却液进入轴承 ,摆角轴 10端部设计 有安装检具有的圆孔 ,摆角轴 22制成中空轴 ,用来穿管 、线 。
( b) 分度圆工作台线轴垂直 ▲图 7 外观图
6 结束语
(1) 该数控转台作为专用夹具 ,完全能满足加工小陀 螺 、叶轮 、石油钻头牙轮之类零件的加工需要 ,使用效果较 好 ,加工成本低 。
(2) 该数控转台具有两回转坐标 ,可作为数控机床附 件 ,与三直线坐标数控铣床 、加工中心匹配 ,能进行五轴联动 加工 。
社 , 2005. [ 6 ] 邓 星 钟. 机 电 传 动 控 制 [ M ]. 武 汉 : 华 中 科 技 大 学 出 版
社 , 2004. [ 7 ] 杨叔子 ,杨克冲. 机械工程控制基础 [M ]. 武汉 : 华中科技大学
出版社 , 2004. [ 8 ] 张建钢. 数控技术 [M ]. 武汉 : 华中科技大学出版社 , 2003.
作者简介 :周保牛 (1960 - ) ,男 ,高级工程师 ,副教授 ;主要研究 方向为数控技术 ,获 3项省部级科技成果奖 ,发表论文 13 篇 ,主编教 材 2本。
2008中国机构与机器科学国际会议
(CCMM S2008,原称第 16届中国机构学学术研讨会 )暨海峡两岸第 4届机构学学术研讨会
1 转台的分度 、摆角传动
111 分度传动 如图 2所示 。分度传动机构集成在摆角体 24 上 ,其上
方平置有分度进给伺服电机 1,通过齿轮 11、12、13,双导程 蜗杆 3、蜗轮 2,使装夹工件的的分度圆工作台 25 转动任意 角度 ,实现数控转台的一个回转坐标运动 ,与三直线轴匹
▲图 1 数控机床上安装数控转台 配 ,完成工件的“四面 ”加工 。齿轮 11用双螺母和半圆键直 接固定在电机轴上 ,齿轮副的啮合间隙靠双片齿轮 12、13消 除 、螺钉 19固定 ,齿轮 12、13用法兰盖 17 及其上面的螺钉 压紧两套锥型涨紧环 15和 16而固定在双导程蜗杆 3上 ,蜗 杆 3用两个单列向心推力球轴承 4、两个单列推力球轴承 7 和一个单列向心球轴承 14支撑 。
设计一台两回转坐标数控转台 (由分度圆工作台 、摆角 体 、摆角体支架组成 ) ,安装在三直线坐标数控铣床或加工中 心工作台上 ,可实现五轴联动加工 ,如图 1所示 。然而传统 的五轴数控机床的两回转坐标与机床滑板制作成一体 ,这对 于用三直线坐标加工的绝大多数场合来说 ,两回转坐标传动 机构 ,尽管锁紧不动 ,长时歇置 ,造成浪费 ,并且它的刚性往 往远不如直线坐标 ,影响机床加工精度 、强力高效加工等 。 如果能把两回转坐标数控转台做成数控机床附件 ,在不需要 时 ,工件直接装夹在工作台上加工 ;在需要时 ,工件装在数控 转台上加工 ,灵活选用 。五轴联动加工还有一个显著特点 , 多种场合要求五面全部暴露在刀具之下 ,不与装夹发生干 涉 ,如果在数控转台的分度轴内设置工件拉紧装置 ,且用户 能根据生产需要 ,随时改制工件定位方式 ,是本文要一并解 决的问题 。
2. 常州凯普生物化学有限公司 ,江苏常州 213161)
摘 要 :从分度传动 、摆角传动 、坐标轴夹紧 、工作装卸机构等方面 ,设计研究多用途数控转台 ,将设计研 究结果 ,作为数控机床附件 ,满足五轴联动加工需求 。
关键词 : 加工中心 ;五轴联动 ;数控转台 ;分度 ;摆角 ;坐标轴夹紧 ;工件装夹定位 中图分类号 : TH122 文献标识码 : A
收稿日期 : 2007 - 06 - 11
114
机械设计与研究 第 23卷
双导程蜗杆左右两齿面的模数不同 , 螺牙两侧面的轴向螺距不同 ,螺旋升 角也不同 ,齿厚向装有齿轮的一端逐 渐增厚 ,松开螺母套 6,顺时针方向拧 动右旋螺纹调整套 5,可使蜗杆做轴 向移动而消除蜗轮副的传动间隙 ,提 高传动精度 。
3 分度圆工作台锁紧机构
分度圆工作台锁紧机构由两套完全相同的油缸 —碟簧 组成 ,位于摆角体的下方左右角处 ,如图 2所示 ,机构如图 4 所示 。在碟簧 8预紧力作用下 ,使活塞杆 7的头部将圆工作 台的边缘台阶部分 6 压住 ,靠摩擦力的作用 ,使分度圆工作 台锁住不动 。碟簧 8两片为一组 ,通过圆螺母 10,活塞 3,压 板 4将碟簧压缩一定距离 ,分度圆工作台获得锁紧力矩而不 能转动 ,不准启动分度进给电机 。
D esign and Study of the M ultiple Usage NC Rotary Table
ZHOU B ao2niu1 , WAN G Xiao2qiang2
(1. M echanical Department of Chang Zhou Institute of M echatronic Technology, J iang Su Chang Zhou 213164, China; 2. Changzhou SPL CO , LTD , J iang Su Chang Zhou 213161, China) Abstract: This essay discusses the design of the multip le usage NC rotary table, through the index transm ission、 sw ing angle transm ission、coordinate axis clamp、mechanism of work setup and unload, and so on. That is used as an accessory of NC machine, which meet the demand of simultaneous five2axis CNC machine. Key words: machine center; simultaneous five2axis; NC rotary table; index; sw ing angle; coordinate axis clamp; work setup and unload
第202037卷年第126月期
机械设计与研究 M achine Design and Research
Vol. 23 No. 6 Dec. , 2007
文章编号 : 100622343 (2007) 062113204
多用途数控转台的设计与研究
周保牛 1 , 王小强 2 (1. 常州机电职业技术学院 机械工程系 ,江苏常州 213164, E2mail: 1131@ czmec. cn;
最大加工范围 摆角轴心线高度
表 1 主要技术参数 项 目
分度圆工作台轴线平置至转台底面的距离
单位 mm mm
参数 Φ300
370
mm 370
分度圆工作台轴线立置台面至摆角回转中心线 距离
摆角范围 分度范围 工件夹紧力 摆角锁紧力矩 分度锁紧力矩 摆角转速范围 分度转速范围 摆角分度精度 分度圆工作台分度精度 摆角重复定位精度 分度圆工作台重复定位精度 摆角电机功率 分度电机功率 重量
如图 3所示 。分度圆工作台 24通过两个单列向心推力 圆锥滚子轴承 1、16、一个压块锁紧圆螺母 14 预紧 、锁紧安 装在摆角体上做分度运动 。考虑装夹不同的工件 ,分度圆工
▲图 2 分度 、摆角传动结构
作台上装有一个法兰盘 22,它根据用户需求可自行设计制 造 ,改变工件的装夹定位方式 ,特别是加工较大的工件时 ,如 果工件的加工处离摆角转动中心较远 ,切削力所产生的力矩 超过摆角轴锁紧力矩或是加工所需空间不够时 ,可以将法兰 盘 22的厚度减小 。
在分度圆工作台 24 内花键套 20 上装有两片为一组的 碟形弹簧 18,通过压板 17和压板锁紧圆螺母 15 预压 、产生 工件夹紧力 ,夹紧工件 。当液压油推动活塞 3 继续压缩蝶 簧 ,使压板 17碰到调整套 19时 ,活塞运动停止 ,此时工件处
▲图 4 分度圆工作台锁紧机构
▲图 3 分度轴与工件装夹定位结构
4 行程开关的设置
除工件夹紧 ,摆角 、分度锁紧机构上分别装有行程开关 以发出松开或锁紧信号外 ,在分度轴上装有回参考点行程开 关 2和撞块 3,如图 5所示 。当分度圆工作台旋转时 ,撞块 3 压上开关 2之后 ,分度进给电机减速并最后停下来 ,以此为 分度回转坐标的参考点 。
在摆角轴上装有行程开关 1、4、5、撞块 2、撞块 3,见图 6。撞块 3与行程开关 4的作用结果为摆角回转坐标的参考 点 ,这个参考点使分度圆工作台轴线处于水平零度位置 。撞 块 2与行程开关 1、5的作用结果控制摆角回转行程 ,分别在 0 °、90 °位置 ,使摆角只能在 0 °～90 °的范围内转动 。
mm 20
度 0～90 度 任意
N 19 500
Nm 1 600 Nm 600 ×2 r/m in 0～15 r/m in 0～10
s
10
s
8
s
5
s
4
kW
1
kW
1
kg 470
( a) 分度圆工作台线轴水平
▲图 6 摆角行程开关
5 技术参数及外观
作为一种数控机床附件 ,本产品技术参数见表 1,外观见 图 7。
(3) 夹紧 、锁紧机构用碟弹与液压缸匹配 ,动作可靠 、迅
116
机械设计与研究 wenku.baidu.com 第 23卷
速 ,结构紧凑 。 (4) 用户可根据具体需要 ,修改工件定位方式 、取舍工
件拉紧机构 ,使用方便 ,具有特色 。
参考文献 :
[ 1 ] 周保牛. 数控铣削与加工中心技术 [M ]. 北京 : 高等教育出版 社 , 2007.
▲图 5 锁紧机构行程开关
第 6期 周保牛等 :多用途数控转台的设计与研究
115
于松开状态 。夹紧机构的活塞 3、密封圈 4、碟簧 18 等随同 分度圆工作台一起转动 ,但夹紧机构的死塞 8 固定不动 ,在 死塞上装有油管和行程开关 9。当活塞在压力作用下压缩碟 簧时 ,撞杆 10在压缩弹簧 11的作用下随同活塞 3 移动 ,脱 离行程开关 9的触头 ,此时工件处于松开状态 ,不能进行分 度 。当活塞返回时 ,撞杆亦返回 ,工件处于夹紧状态 ,可进行 分度 。当工件处于夹紧状态时 ,必须受到等于或略大于碟簧 的预紧力 ,才能卸下工件 。当工件处于松开状态时 ,活塞应 有一定返回行程 ,使撞杆 11能压上行程开关 10 发出信号 , 表示工件已处于夹紧状态 ,这就要求准确地调整垫 23。该垫 由两件组成 ,具有较大调整量 ,不过当调整垫过厚时 ,碟簧的 预紧力会过小 ,夹不紧工件 ; 当调整垫过薄时 ,工件又松不 开 。如果工件受到等于或略大于碟簧的预紧力而满足不了 撞杆 11能压上行程开关 10的要求时 ,可调整套 19达到 ,当 然装工件时还必须拧紧拉杆心轴 21。
[ 2 ] 朱喜林 ,张代治. 机电一体化设计基础 [M ]. 北京 : 科学出版 社 , 2004.
[ 3 ] 狄 丽. 数 控 机 床 电 气 控 制 [ M ]. 西 安 : 西 北 大 学 出 版 社 , 2005.
[ 4 ] 周保牛. 数控车削技术 [M ]. 北京 : 高等教育出版社 , 2007. [ 5 ] 王 以 伦. 液 压 传 动 [ M ]. 哈 尔 滨 : 哈 尔 滨 工 程 大 学 出 版
112 摆角传动 摆角传 动 进 给 伺 服 电 机 和 摆 角 蜗轮驱动蜗杆直立置于图 2所示 B B剖切平面内 (图中未画出 ) ,摆角传 动结构与分度传动结构相似 ,间隙消 除方法也相同 ,这里不再重复 。摆角 轴 22上装有两个背对背单列向心推 力球轴承 21,另一摆角轴 10 上装有 两个单列向心球轴承 9,用螺钉 、销子 将摆角轴 10、22与摆角体 24连成一 体 ,安装在 U 形摆角体支架 23上 ,使 摆角体 24即装夹工件的分度圆工作 台 25摆动 0～90 °, 实现数控转台的 另一个回转坐标运动 ,完成工件顶面即“第五面 ”加工 。U 形 体支架 23实际上是数控转台的底座 ,摆角轴 10、22上分别 装有密封圈 8、20,防冷却液进入轴承 ,摆角轴 10端部设计 有安装检具有的圆孔 ,摆角轴 22制成中空轴 ,用来穿管 、线 。
( b) 分度圆工作台线轴垂直 ▲图 7 外观图
6 结束语
(1) 该数控转台作为专用夹具 ,完全能满足加工小陀 螺 、叶轮 、石油钻头牙轮之类零件的加工需要 ,使用效果较 好 ,加工成本低 。
(2) 该数控转台具有两回转坐标 ,可作为数控机床附 件 ,与三直线坐标数控铣床 、加工中心匹配 ,能进行五轴联动 加工 。
社 , 2005. [ 6 ] 邓 星 钟. 机 电 传 动 控 制 [ M ]. 武 汉 : 华 中 科 技 大 学 出 版
社 , 2004. [ 7 ] 杨叔子 ,杨克冲. 机械工程控制基础 [M ]. 武汉 : 华中科技大学
出版社 , 2004. [ 8 ] 张建钢. 数控技术 [M ]. 武汉 : 华中科技大学出版社 , 2003.
作者简介 :周保牛 (1960 - ) ,男 ,高级工程师 ,副教授 ;主要研究 方向为数控技术 ,获 3项省部级科技成果奖 ,发表论文 13 篇 ,主编教 材 2本。
2008中国机构与机器科学国际会议
(CCMM S2008,原称第 16届中国机构学学术研讨会 )暨海峡两岸第 4届机构学学术研讨会
1 转台的分度 、摆角传动
111 分度传动 如图 2所示 。分度传动机构集成在摆角体 24 上 ,其上
方平置有分度进给伺服电机 1,通过齿轮 11、12、13,双导程 蜗杆 3、蜗轮 2,使装夹工件的的分度圆工作台 25 转动任意 角度 ,实现数控转台的一个回转坐标运动 ,与三直线轴匹
▲图 1 数控机床上安装数控转台 配 ,完成工件的“四面 ”加工 。齿轮 11用双螺母和半圆键直 接固定在电机轴上 ,齿轮副的啮合间隙靠双片齿轮 12、13消 除 、螺钉 19固定 ,齿轮 12、13用法兰盖 17 及其上面的螺钉 压紧两套锥型涨紧环 15和 16而固定在双导程蜗杆 3上 ,蜗 杆 3用两个单列向心推力球轴承 4、两个单列推力球轴承 7 和一个单列向心球轴承 14支撑 。
设计一台两回转坐标数控转台 (由分度圆工作台 、摆角 体 、摆角体支架组成 ) ,安装在三直线坐标数控铣床或加工中 心工作台上 ,可实现五轴联动加工 ,如图 1所示 。然而传统 的五轴数控机床的两回转坐标与机床滑板制作成一体 ,这对 于用三直线坐标加工的绝大多数场合来说 ,两回转坐标传动 机构 ,尽管锁紧不动 ,长时歇置 ,造成浪费 ,并且它的刚性往 往远不如直线坐标 ,影响机床加工精度 、强力高效加工等 。 如果能把两回转坐标数控转台做成数控机床附件 ,在不需要 时 ,工件直接装夹在工作台上加工 ;在需要时 ,工件装在数控 转台上加工 ,灵活选用 。五轴联动加工还有一个显著特点 , 多种场合要求五面全部暴露在刀具之下 ,不与装夹发生干 涉 ,如果在数控转台的分度轴内设置工件拉紧装置 ,且用户 能根据生产需要 ,随时改制工件定位方式 ,是本文要一并解 决的问题 。
2. 常州凯普生物化学有限公司 ,江苏常州 213161)
摘 要 :从分度传动 、摆角传动 、坐标轴夹紧 、工作装卸机构等方面 ,设计研究多用途数控转台 ,将设计研 究结果 ,作为数控机床附件 ,满足五轴联动加工需求 。
关键词 : 加工中心 ;五轴联动 ;数控转台 ;分度 ;摆角 ;坐标轴夹紧 ;工件装夹定位 中图分类号 : TH122 文献标识码 : A
收稿日期 : 2007 - 06 - 11
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机械设计与研究 第 23卷
双导程蜗杆左右两齿面的模数不同 , 螺牙两侧面的轴向螺距不同 ,螺旋升 角也不同 ,齿厚向装有齿轮的一端逐 渐增厚 ,松开螺母套 6,顺时针方向拧 动右旋螺纹调整套 5,可使蜗杆做轴 向移动而消除蜗轮副的传动间隙 ,提 高传动精度 。
3 分度圆工作台锁紧机构
分度圆工作台锁紧机构由两套完全相同的油缸 —碟簧 组成 ,位于摆角体的下方左右角处 ,如图 2所示 ,机构如图 4 所示 。在碟簧 8预紧力作用下 ,使活塞杆 7的头部将圆工作 台的边缘台阶部分 6 压住 ,靠摩擦力的作用 ,使分度圆工作 台锁住不动 。碟簧 8两片为一组 ,通过圆螺母 10,活塞 3,压 板 4将碟簧压缩一定距离 ,分度圆工作台获得锁紧力矩而不 能转动 ,不准启动分度进给电机 。
D esign and Study of the M ultiple Usage NC Rotary Table
ZHOU B ao2niu1 , WAN G Xiao2qiang2
(1. M echanical Department of Chang Zhou Institute of M echatronic Technology, J iang Su Chang Zhou 213164, China; 2. Changzhou SPL CO , LTD , J iang Su Chang Zhou 213161, China) Abstract: This essay discusses the design of the multip le usage NC rotary table, through the index transm ission、 sw ing angle transm ission、coordinate axis clamp、mechanism of work setup and unload, and so on. That is used as an accessory of NC machine, which meet the demand of simultaneous five2axis CNC machine. Key words: machine center; simultaneous five2axis; NC rotary table; index; sw ing angle; coordinate axis clamp; work setup and unload
第202037卷年第126月期
机械设计与研究 M achine Design and Research
Vol. 23 No. 6 Dec. , 2007
文章编号 : 100622343 (2007) 062113204
多用途数控转台的设计与研究
周保牛 1 , 王小强 2 (1. 常州机电职业技术学院 机械工程系 ,江苏常州 213164, E2mail: 1131@ czmec. cn;
最大加工范围 摆角轴心线高度
表 1 主要技术参数 项 目
分度圆工作台轴线平置至转台底面的距离
单位 mm mm
参数 Φ300
370
mm 370
分度圆工作台轴线立置台面至摆角回转中心线 距离
摆角范围 分度范围 工件夹紧力 摆角锁紧力矩 分度锁紧力矩 摆角转速范围 分度转速范围 摆角分度精度 分度圆工作台分度精度 摆角重复定位精度 分度圆工作台重复定位精度 摆角电机功率 分度电机功率 重量