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數控銑床三（sān）個同時旋轉工作台的設計（jì）研究

2018-11-22 來源：柳州職業技術學院柳州市超淩順機械公司作者：韋江波曾慶飛高茂濤

摘要：現有數控銑床四軸旋轉工作台隻能在（zài）工（gōng）作台上安裝一套夾具，加工種（zhǒng）類（lèi）單一且效率低下。針對數（shù）控銑床四軸旋（xuán）轉工作台的結構特點，設計出三個方向同時（shí）旋（xuán）轉工作台。當電機驅動時，可實（shí）現三個工作台同時旋轉（zhuǎn），且旋轉的角度相同。由於三個（gè）旋轉工作台（tái）分別分布在箱體三個側麵，因此可安裝不同的夾具、加工不同種（zhǒng）類（lèi）的零件，節省了頻繁更（gèng）換夾具的（de）時間（jiān），提（tí）高了生產效率。

鍵詞：旋轉工作台；數控銑床；手輪；伺服電機（jī）

0 引言

單旋轉工作台（tái）是指在數控銑床移動工作台上安裝一個旋轉工作台，旋轉工作台的箱體上隻有一個垂直麵安裝水平軸的旋轉夾頭法蘭盤，如圖 1 所示，圖中箱（xiāng）體 1 位（wèi）置內部安裝有伺服電機和機械傳動裝置，伺服電機與數（shù）控銑床的控製係統連接。伺服電機通過伺服（fú）係統（tǒng）控製帶動（dòng）旋轉工作台 2 繞圓盤水平軸回（huí）轉（zhuǎn）中（zhōng）心（xīn）做圓周（zhōu）轉動。

數控銑床的旋轉工作台通常作為附加工作台使用，主要用於加工軸類、回轉類零件如葉輪和凸輪，在航空、船舶、汽車等製造領域廣泛使用（yòng）。但是單旋（xuán）轉工作台一次隻能裝夾一個零（líng）件進行加工，工作效率較低（dī），隻能滿足新產品（pǐn）試製等單件、小批量零件的加工，無法滿足現（xiàn）代規模企業的大批量生產加工（gōng）要求。因此，筆（bǐ）者在現有單旋轉工作台的基礎上進行了內部傳（chuán）動的改進設計，在原（yuán）有旋轉工作台箱體上增加（jiā）兩個水平軸旋轉（zhuǎn）工作台，即三個同時旋轉工作台。該工作台三個方向都可獨立安裝一套夾具，能（néng）完（wán）成不（bú）同種類零件的加工，使加工效率大大提高。

圖（tú） 1單旋轉（zhuǎn）工作台

圖 2數控銑床三個同時旋轉工作台簡圖

1 、三個（gè）同時旋轉工（gōng）作台的設計思路

在旋（xuán）轉的工作台的箱（xiāng）體有四個垂直麵，在（zài）其中三個垂直麵上設（shè）置三個水平軸同步旋轉（zhuǎn）的工作台，剩下一個垂直麵安（ān）裝工作台旋轉輸入動力裝置，如圖 2 所示。輸入（rù）軸 4 在手輪（lún）或伺服電機的驅動下，通過（guò）傳動軸帶動同軸的水平軸旋轉工作台 1、2 同步轉動，水平軸旋轉工作台 3 采用圓（yuán）錐齒輪傳動方（fāng）式與（yǔ）旋轉工作台 1、2 的軸連接而實現同步轉動。於每（měi）個旋轉工作台都在一個獨立的（de）垂直坐標軸上，因此在旋轉（zhuǎn）工作台上安裝（zhuāng）夾具和零件時（shí）互不幹涉，能（néng）夠安裝三個不同或相（xiàng）同的夾具，實現（xiàn）一個（gè）加工循環同（tóng）時裝夾三個（gè）工件，減（jiǎn）少數控銑床的停機次數和裝夾輔助時間並提高工（gōng）作效率（lǜ），適應大批（pī）量生產的要求。

2 、數控銑床三個同（tóng）時旋轉工作台的結構（gòu）設計

2.1 伺（sì）服電機驅動方式結（jié）構

根（gēn）據以上設計思路，設計（jì）了數控（kòng）銑床三個同時（shí）旋轉的水平軸工作台及其驅動方（fāng）式，其結構如（rú）圖 3 所示。水平位置的轉動軸 4 的兩（liǎng）端分別通（tōng）過（guò）軸承固定在箱體 6 和軸承座 9 上；水平位置的傳動軸 7 一端安裝在箱體 6 上，中間端（duān）由軸承座 13 固定，實現傳動軸 7 的穩（wěn）定支撐。當轉動軸 4 受手輪或伺服電機驅動而轉動時，固定於軸 4 上的齒輪 10 也轉動，與齒輪 10 齧合的齒輪 11 隨（suí）之轉動，齒輪 11 帶動蝸杆（gǎn）軸 5轉動，與蝸杆 5 齧合的蝸輪 8 產生轉動。蝸輪 8 固定在水平位置的傳動軸 12 上，傳動軸 12 轉動時，傳（chuán）動軸 12 上的錐齒（chǐ）輪 15 與相齧合的錐齒輪 14 同時轉動，錐齒輪 15 和錐齒輪 14 齒（chǐ）輪大（dà）小、齒數、錐度均相等，且軸交角為 90°，當傳動軸 12 轉動時，傳動軸 7 也（yě）產生轉動，且轉動的角度相等。由於傳動軸（zhóu） 12 兩端分別連接著工作台（tái） 1、2，傳動軸 7 的一端連接工作台 3，當傳動軸 12 轉動時，工作台 1、2、3 同時轉動，且轉（zhuǎn）動（dòng）的角度相同。同時，為使數控銑床的三個同時旋轉工作台在使用時操作方便，在旋轉工作台底部（bù）設計一個旋轉的底座如圖 4 所示，以便根據實際加工需要使用手輪（lún）搖動（dòng）控製，將旋轉工作台整體轉動到相應（yīng）位置。

圖 3 伺（sì）服（fú）電（diàn）機驅動方（fāng）式結構圖

1、 2、 3.旋轉工作台， 4.轉動軸， 5.蝸杆（gǎn）軸， 6.箱體， 7.傳動軸， 8.蝸輪， 9.軸承座， 10.齒輪， 11.齒輪， 12.傳動軸，13.軸承座（zuò）， 14.錐齒輪， 15.錐齒輪

2.2 手輪驅動方式結構

數控銑床三（sān）個同時旋轉工作台的轉動也可以通過（guò）手搖方式驅（qū）動，手輪驅動方式結構如圖 4 所（suǒ）示，在結構上增加了傳動軸組件，即三個水平軸同時（shí）旋轉工作（zuò）台本體結構不（bú）變，在動（dòng）軸的末端處（chù）安裝有刻度和指針，同時相鄰的端蓋上安裝（zhuāng）有（yǒu）刻度盤。當以手（shǒu）輪方式驅（qū）動轉動軸 4 旋轉時，帶動傳動軸12 上的錐齒輪 15 兩側錐齒輪同時轉動一個（gè）角度，而傳遞到傳動軸末端的指針也轉動（dòng）相同的角度，這個角度與旋（xuán）轉工（gōng）作台轉動的角（jiǎo）度相同（tóng）。因（yīn）此在（zài）手輪方式驅動傳動軸 4 旋轉（zhuǎn）時，可（kě）以通過觀察指針在刻度盤上旋轉角度來（lái）判斷旋轉工作台的（de）實際旋轉角度值，這種直接傳遞的方式可以有效的減小誤差，提高測量角度的精準性。

圖 4手輪定位操作方式結構圖

3 、在數控銑床工作台上安（ān）裝與使用

3.1 伺服電機驅動方式

數控銑床三個同時旋轉工作台在使用時為了操作便利，在（zài）底部設計一個旋轉底座如（rú）圖（tú） 5 所示。采用伺服電機驅動時，三個同時旋轉工作台放置在數控銑床工（gōng）作台中間偏 Y 軸正方向偏上位置如（rú）圖 6 所示，伺服電機伸出長（zhǎng）度不能超過數控銑（xǐ）床工作台 Y 方向的極限位置（zhì），避免與機床發生碰撞。從圖（tú）中布局可看（kàn）出，三個旋轉工作台的位置（zhì）均留有一定的空（kōng）間，且操作的方向在朝機床（chuáng）的外側和兩側麵，不存在盲（máng）區，因此使用更為便利。從加工的（de）範圍來看，與手輪操作（zuò）相同，隻適合於加（jiā）工小型零件，不同的是旋轉角度（dù）采（cǎi）用伺服電機定位，準確度高，且不容易（yì）出（chū）錯。

圖5 旋轉底座（zuò）

圖6 伺服電機驅動的布局（jú）

圖 7手輪操作（zuò）的布局

3.2 手輪驅動操作（zuò）方式

三個同時旋轉工作台采用手輪驅動時，手輪放置在數控銑床工作台上 Y 軸負方（fāng）向偏下位（wèi）置如圖 7所示，主要是為了（le）給 Y 軸正方向留出充足的空間。連接手輪的傳（chuán）動軸一端方（fāng）向朝機床外側，是為了方便操作人員觀察和旋轉調（diào）整角度。

這樣的布局三個（gè）方向均有一定的空間安裝夾具和零件，但是空間有限，適合（hé）於加工小型或短軸類零件，這（zhè）類零件通常不用尾座頂錐固定，操作更靈活。由於手輪的方向朝外，朝機床裏麵的旋轉工作台安裝夾具和（hé）零件時，可通過旋轉底座 90°或（huò） 180°方向進（jìn）行安裝（zhuāng），待零件安裝好後，旋（xuán）轉回到原始的安裝（zhuāng）位置即可（kě）。

在數控銑床上（shàng）加工三種相同或不同回轉類零件時，分別在（zài）三個旋轉工作（zuò）台上安裝上專用夾具或三爪卡盤，且與旋轉工（gōng）作台的回轉中心同軸線，然（rán）後在安裝好的（de）零件上設定三個不同坐標係（如 G54、G55、G56），根據（jù）旋轉工作台的方向（xiàng）編寫相應（yīng）的 NC 程（chéng）序（xù），便可以實現（xiàn）三個零件的（de）加工。

對於手輪旋轉角度操作更適合於加工同一種零（líng）件，當調整好（hǎo）角度後三種零件同時加工，然後再旋轉角度進行下一工步加工。如在三個旋轉工（gōng）作台上安裝三個不同形狀零件進行（háng）加工，角度的調整過於頻（pín）繁會增加（jiā）操作者勞動強度。

4 、應用效益分析

在數控銑床現有單個旋轉工作台的基礎上增加兩個同為水平軸的（de）旋轉工作台，形成分布在工作台箱體三個垂直麵上的（de）三個同步旋轉工作台，三個旋轉工作台共用一（yī）套旋轉動力裝（zhuāng）置，雖然體積（jī）比單旋轉工作台要大（dà）些，但不會影響數控銑床（chuáng）的（de）正常使用（yòng），在保持每個旋轉工作台的操（cāo）作方法和基本（běn）功能不變的條件下，將獲得如（rú）下效益。在（zài）進行大批量工件生產加工時，能夠在一次停機裝夾工作中，同時裝夾三個待加工工件並（bìng）逐個進行加工（gōng），每（měi）次裝夾可完成三（sān）個零件的加工，從而大（dà）大減少裝夾輔助時間並提高數控銑床（chuáng）的加工（gōng）工作效率。

對（duì）於多品種小批量工件的生產（chǎn）加工，可在工作台上同時安裝（zhuāng）和保留 2 至 3個夾具（jù），選擇相應的夾具完成對應工件的加工，其餘夾具（jù）可保留夾具在（zài）旋轉工作台上，不用頻（pín）繁裝卸調（diào）試夾具，在（zài）提高工作的效（xiào）率的同時，也大大降低了操作者的勞動強度（dù），減少重複勞動。

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