分度工作台-文献综述

1绪论
1.1前言
随着世界经济和科学技术的发展，一个国家要想加快经济发展、提高综合国力和国家地位，就必须大力研发以数控技术为核心的先进制造技术。

而数控机床不仅是实现国家先进制造技术和进行装备现代化的基础，还是保证高新技术产业的健康持续发展的基石数控技术及装备是发展新兴高新技术产业和尖端工业的使能技术和最基本的装备。

制造技术和装备就是人类生产活动的最基本的生产资料，而数控技术又是当今先进制造技术和装备最核心的技术。

当今世界各国制造业广泛采用数控技术，以提高制造能力和水平，提高对动态多变市场的适应能力和竞争能力。

此外世界上各工业发达国家还将数控技术及数控装备列为国家的战略物资，不仅采取重大措施来发展自己的数控技术及其产业，而且在“高精尖”数控关键技术和装备方面对我国实行封锁和限制政策。

总之，大力发展以数控技术为核心的先进制造技术已成为世界各发达国家加速经济发展、提高综合国力和国家地位的重要途径[1]。

但目前从总体上看，我国的数控机床和数控技术的发展水平与世界先进水平相比仍然有着十分明显的差距：一是我国的高档数控机床现在仍然依靠大量的进口，因为国产的数控机床无论是在品类和质量上，还是在数量上都无法满足我国经济高速发展的需求。

二是我国的数控机床的功能部件和数控系统的研发都相对落后，自主创新能力不足，能力薄弱，技术创新投入不足，自主创新能力不高，缺乏优秀技术人才。

三是产品质量、可靠性及服务等能力不强。

国产机床在质量、交货期和服务等方面与国外著名品牌相比存在较大的差距。

四是功能部件发展滞后。

机床是由各种功能部件集装而成的，但是整体上，我国机床功能部件发展缓慢、品种少、产业化程度低，精度指标和性能指标的综合情况还不过硬。

因此，解决这一类的问题显得尤为重要[3]。

1.2数控机床的发展现状和趋势
1.2.1我国数控机床及分度工作台的发展现状
我国对数控机床及数控技术的研究和开发始于1958年，一直到20世纪60年代中期还处在研制、开发时期。

1965年，国内开始研制晶体管数控系统。

20世纪60年代末至70年代研制成功立式数控铣床、CJK-18数控系统和数控非圆齿轮插齿机。

从20世纪70年代开始，我国的数控技术在车、铣、镗、磨、齿轮加工、电加工等领域全面展开，数控加工中心在上海、北京研制成功。

但由于稳定性未得到解决，因此没有得到广泛推广。

在这一时期，数控线切割机床由于结构简单、使用方便、价格低廉，在模具数控加工中得到了广泛应用和推广。

20世纪80年代，我国从日本FANUC公司引进了部分数控系统和直流伺服电动机、直流主轴电机技术，以及从美国、欧洲等发达国家引进一些新的技术，并进行了国产商品化生产，这些数控系统可靠性高、性能稳定、功能齐全，推动了我国数控机床稳定发展，使我国的数控机床在性能和质量上产生了一个质的飞跃[1]。

分度工作台结构形式种类很多, 从台面的定位形式角度出发, 可将其分为三大类：定位销式分度定位工作台，端齿盘式分度定位工作台，钢球式定位工作台。

对于定位销式分度机构，此机构由于结构简单，采用一些措施后能获得较高
的定位精度, 因此国内外的加工中心分度工作台多采用。

端齿盘齿轮具有高的分度精度,能传递大扭矩, 所以广泛用于数控机床、加工中心机床、转塔车床和键床等分度机构和圆分度工作台上端齿盘的啮合相当于一对带梯形齿的端齿离合器啮合时由于整个齿面都能达到均匀的接触, 分度精度非常高加工中心机床上采用端齿盘定位的分度工作台的定位精度一般都在±5秒左右, 最高可达1.5秒，而美国莫尔1440齿精密分度盘已达±0.1秒。

护这是销定位等机构难于实现的端齿盘在进行高精度范围分度时, 可靠性很高, 啮合刚性很大。

因此可以充分承受, 切削。

如直径为200mm和300mm的端齿盘工作台大容许切削力可达15000N。

端齿盘还具有以下优点：首先，能进行高精度的结合和分度。

其次，能正确的进行自动对中, 啮合时不需再找正中心。

再次，直线齿向对于选择磨削砂轮的外径自由度大。

最后，具有互换性, 耐磨性好, 经济效率高。

钢球分度定位机构比齿盘定位机构达到更高的定位精度日本社生产的一套钢球定位分度回转工作台最高分度定位精度已达±1秒。

为了使工作台达到高的分度定位精度, 须正确爵布置钢球, 钢球的精度应控制在真球度为0.3微米以下, 各钢球相互直径差应不大于0.3微米。

分度定位是由装置上下槽中各部钢球凸凹部份的分别啮合来实现。

装置中上下槽内配置的钢球数目相等。

啮合时, 由于多数高精度钢球同时啮合,很多误差都相互抵消了, 所以这种装置的分度精度和中心定位精度都非常高。

钢球定位的分度工作台是目前分度情度较高（±1秒）的一种分度工作台。

但在目前的加工中心机床上还未得到广泛采用。

当前数控机床发展迅猛，向高速、高效、高精、柔性化、环保方面发展，与之相应的机床附件也应随之发展。

数控分度头未来的发展趋势是：在规格上向两头延伸，即开发小规格也开发大规格的分度头，同时注意相关技术的开发；在性能方面将向进一步提高刹紧力矩、提高主轴转速及可靠性方面发展；要求采用新材料；产品要价格低、操作方便[8]。

1.2.2数控机床分度工作台的发展趋势
目前，我国已经成为世界“制造中心”，每年对数控加工中心机床的需求不
断增长，尤其是配备数控分度转台的加工中心，其扩大了加工工艺范围，提升了生产能力和加工精度，在以后的生产中所占比重将越来越大。

国产加工中心朝着高速、高精、柔性化方向发展，对配套的精密机床附件提出了更高要求。

数控分度回转工作台式数控机床的重要附件，对加工对象的生产工艺、加工精度和生产效率将会产生极大的影响。

在传统产业设计转型和中国制造2025 战略背景下，数控转台在高精度和高稳定性方面进行创新研究将是今后的技术发展趋势，分度转台的研发方向朝超高精度、智能化方向发展，才能保证对高精产品加工的需求，才能完成在线自动检测，在线故障诊断和排除等智能化作业[6]。

具体技术创新表现在以下方面：
（1）研发两轴联动控制、多轴并联回转控制的数控转台。

（2）提高主轴转速，改善锁紧机构的稳定性和可靠性，优化数控分度转台
的工艺性能。

（3）完善传动副结构，优化蜗轮蜗杆副传动性能。

（4）开发各种规格转台，满足不同生产工艺和机床设备要求。

1.3数控分度转台的研究
1.3.1数控分度转台的功能
分度转台是通过机械传动部件，由驱动源驱动台面转过一定的角度，完成转位和定位。

当零件的多个加工表面呈一定回转角度时，在分度回转工作台安装后，可以只经一次安装，就能连续加工多个平面，而且加工表面之间保持较高的角度精度。

作为数控机床的关键附件，分度回转工作台扩大了加工中心的工艺范围，使工件的进行自动地分度和回转定位成为可能。

随着数控机床装备的迅速普及和发展，分度回转工作台将今后会得到越来越多地得到应用。

由此，分度转台的研发与创新，已经成为机床业界关注的重点，高精度高自动化分度台的应用为推动机床制造水平提高的一个亮点[7]。

1.3.2数控分度转台的分类
常见分度回转工作台如图1示，按照实现功能不同，分度回转工作台包括
通用转台和精密转台
图1 回转工作台分类
（一）通用转台
通用转台是在进行钻、镗、铣和插等工艺加工时的机床工具附件。

加工时，由动力驱动转台的工作台转动，可加工各加工面上的孔、槽和平面等。

按照安装方式，通常有水平式、立卧式和万能式[7]。

（1）水平转台。

转台的圆台面上有定位孔和T型槽，定位孔用于工件定位，T型槽用于工具夹紧，圆台外圆周加工有等分线。

转台采用蜗杆蜗轮
副传动，蜗杆从底座一端伸出，通过联轴器与电机联接，蜗轮通过键
安装在转轴上，转轴的另一端用螺栓紧固在圆台上。

水平转台传动链
为：电机→蜗杆→蜗轮→转轴→圆台，传动比设计为90:1或120:1，
完成传动和分度功能。

（2）立卧转台。

与水平转台相比，立卧转台多一个安装基准面，可以水平或竖直安装在机床工作台上。

例如烟台市恒力数控机床附件有限公司
生产的HLTK13E系列数控立卧回转工作台，蜗轮副传动比为80:1、
90:1和120:1等，总传动比90:1或180:1，可以主轴垂直和水平两种
方式安装在主机工作台上，用作主机的第四轴。

转台在主机数控系统
的控制下，可实现等分的和不等分的孔、槽或者连续特殊曲面的加工，
分度精度分别为40″、30″和20″，重复定位精度为8″、6″和4″。

（3）万能转台。

又称可倾式转台，能够在水平和竖直之间的任意角度调整适合加工带有斜面的工件[2]。

（二）精密回转工作台
（1）光学转台。

（2）数显转台。

（3）端面齿盘分度转台。

1.3.2数控分度转台的结构和工作原理
一、分度转台的结构
转台包括驱动、传动、分度与定位装置和锁紧装置。

工作时，机床控制系统发出指令，驱动装置（电机、液压马达或气缸）运行，通过传动机构，带动转台的旋转部件转过指定的角度，完成待加工工件分度和转位动作。

（1）驱动装置。

（2）传动机构。

（3）分度和定位装置。

（4）夹紧装置。

如图2所示，为国产某系列加工中心的分度转台。

电动机经齿形带与蜗杆一端连接，通过蜗轮蜗杆机构的传动，数控转台回转部件得以相对于轴心转动，进行360°分度。

圆光栅安装在转台底部，可以获得0.001mm的回转控制精度，保证了四轴联动时的高精度加工。

转台有两工位工作台，通过4个拉钉拉爪机构锁紧；无联动加工时，转台回转体由4个夹紧油缸固定，由此抵抗加工时由切削力导致转台转动所引起的加工误差[10-11]。

图2 数控分度转台的结构示意图
二、分度转台工作原理
一般地，数控回转台都设计了返回零点功能。

当系统发出自动返回零点的指令或操作者发出手动返回零点的指令时，转台首先快速回转，当运动至挡块压合微动开关的位置时，会由“快回”转为“慢回”状态，同时发出相应提示信号；当挡块压合微动开关时，系统显示信号，提示转台由“慢回”进入“点动”状态；最后，驱动电动机停止转动，并固定在某一固定的通电相位上，即锁相，这样，数控机床就完成了转台回零动作，并准确停止在零点位置上。

数控转台的运动包括轴向移动和圆周向旋转。

平面推力轴承使转台能够灵活旋转，并承载工件的重力，圆锥滚子轴承能使转台保持较高的回转精度和定心精度。

通过调整定位套厚度的方法，能改变轴向预紧力，减小回转轴的径向间隙，改善转台的整体接触刚性[9]。

1.3.3数控分度转台存在的问题及研究趋势
传统两齿盘定位分度工作台上抬、转位分度、下降和定位 4 个动作速度较慢、耗时较多，此期间因不能切削加工而全部转换成辅助加工时间，直接影响加工效率，对于大、重型机床影响尤为明显。

工作台上抬分度，负载较重、转动惯量大，多数情况下工件或工件夹具组合体又偏心装夹，增加了倾覆力矩，分度终止刹车时极易产生振摆，振摆过大时甚至产生不能定位或错齿定位的严重问题。

由于倾覆力矩的加大，分度工作台上抬、下降加速了液压缸、密封圈的磨损，大大缩短了其使用寿命，严重时会出现拉缸报废现象，造成严重故障。

更换密封圈或夹紧油缸组件，由于这部分机构隐蔽很深，需要拆卸许多零件才能更换，对用户来说困难重重，恢复精度更难[11-13]。

分度定位机构的数控机床分度工作台广泛运用于数控机床和加工中心上。

它的总的发展趋势是：
1. 在规格上向两头延伸，即开发小型和大型分度工作台。

2. 在性能上研制以钢为主的齿轮、齿盘，大幅度提高分度工作台的承载能力。

3. 分度定位装置不断提高分度工作台分度时的定位精度。

在各种数控机床和其他机械的制造中，数控端齿盘分度工作台等分度装置的应用十分广泛。

近年来，随着数控技术的进步、自动化程度的普遍提高，加工中
心类机床、数控车床、数控铣床的生产和应用日益广泛，对高精度、高效率的分度装置的需求越来越大。

随着我国制造业的发展，为了适应不同产品的加工要求，扩大加工范围，分度工作台也将在一定范围内得到运用[14-15]。

1.4本课题研究的内容
随着数控技术不断发展与提高，使机床主机对配件要求与依赖都越来越高。

机床配件技术发展间接决定了机床主机发展水平，专业化发展方向成为我国机配床件业总体发展趋势。

为了缩小与国外工业大国差距，我国各大机床厂应全力配合，企业本身要加快技术改革步伐，积极自主创新，并且勇于与国外企业多多学习。

企业应该努力学习国际先进机床技术，全面开展创新工作，企业高层也应该鼓励并且大力支持机床配件创新，从而使我国机床配件业越做越强[2]。

本毕业设计从结构设计的角度出发，设计一种数控机床的分度工作台，包括有工作台、工作台底座、端齿盘夹紧装置、齿轮齿条传动装置、液压传动装置和数控装置，结合分度工作台的工作原理和机械结构的设计和计算部分，设计思路是先原理后结构，先整体后局部。

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