1、数控机床直驱静压回转工作台的结构设计研究摘 要现代装备制造业的发展对加工设备的要求越来越高。数控机床的出现迎合了这种需求，是先进制造技术和制造信息集成化的产物。数控机床作为制造装备业中的基础设备，是实现先进制造技术和装备现代化的基石。数控机床整体性能的好坏，与其功能部件的性能具有直接的相关性。机床的研发在一定程度上，制约并引导着加工制造业的技术发展趋向。本文立足于对数控机床直驱静压回转工作台的结构设计研究，在相关比较中通过将静压导轨和直驱技术相结合这样的关键技术环节的分析，确定一种直驱静压回转工作台的整体设计方案。轴向采用静压导轨支撑，使工作台具有较高的轴向刚度和回转速度。直驱技术采用力矩电机
2、，提高了转台的精度，改善了动态响应特性。 关键词数控机床；电机直驱式；回转工作台 中图分类号：TH 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）35-0008-01 随着传统的加工设备很难再适应现代装配制造业在速度和精度等方面越来越高的加工制造要求，数控机床的出现是先进制造技术和制造信息集成化的产物。数控机床作为制造装备业的工作母机，是实现先进制造技术和装备现代化的基石，是保证高技术产业发展和国防军工现代化的基石。我国制造业的发展对数控机床的性能要求越来越高，数控机床整体性能的好坏，与其功能部件的性能具有直接的相关性。机床的研发在一定程度上，制约并引导着加工制造业的技术发展趋向。当
3、下，随着数控机床向多轴联动的方向发展，相应的对数控回转工作台的精度要求也越来越高了。因为涉及到军工、精密机械等相关行业的发展，因此，对数控机床回转工作台关键技术及部件的研究与开发，在各国的相关行业中是彼此间竞争的重点。近年来，我国在五轴联动数控机床的研发方面，虽然取得了巨大的进展，但是相对于国外的整体水平而言，尚存在不小差距。结合相关技术和部件的发展现状，本文立足于对数控机床直驱静压回转工作台的结构设计研究，通过对关键技术环节的分析，确定一种直驱静压回转工作台的整体设计方案。 一、直驱静压回转工作台的性能特征 数控回转工作台的主要功能是参与零件的分度加工，各种圆弧加工、与直线坐标进给联动进行曲
4、面加工等。国内外文献资料表明，在有关数控多轴联动回转工作台的实现方案上，主要有以下三种结构类型：滚动齿蜗轮蜗杆副回转工作台；电机直接驱动回转工作台；伺服电机驱动齿轮齿条副回转工作台。作为数控铣车的常用部件，数控回转工作台中所应用的直驱技术与工作台台体一起，不同于伺服电机系统，也不同于滚动齿蜗轮蜗杆系统。 在滚动齿蜗轮蜗杆系统中，齿轮传动、蜗杆传动等机械传动，随着锅杆传动，啮合轮齿间存在着摩擦、散热、副效率低等问题。在这种技术模式下，因为齿轮的模数问题是制约技术发展的首要瓶颈，因此以蜗轮蜗杆为动力传送方式的齿轮结构虽然具有大传动比，但是并不适用于高速高精度回转工作台。1 在伺服电机驱动系统中，以
5、闭环的形式，由脉冲信号定位间接控制电机的转动，将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象，明显克服了滚动齿蜗轮蜗杆驱动电机过程中的发热与噪音问题，此外，伺服电机还具有精度高、高速性能好等特点。在实现低速大扭矩输出时，其局限性在于减速机的背隙、振动，以及伺服电机本身的性能等方面。2 电机直接驱动回转工作台的驱动是步进电机（步进电机主要应用于中低端的数控设备中） 。作为伺服技术发展的产物，它的设计结构简单，具有损耗小、噪音低、少维护等特点，能够实现低速大扭矩、高精度定位。省去了减速机等机械结构，与伺服电机相比，该系统的精度被进一步提高了。 二、直驱静压回转工作台的关键技术 数控回转工作台作为机床的重
6、要附件之一，通过使主机增加了一个回转运动坐标轴，从而大大扩展了主机的加工范围。直驱静压回转工作台将静压导轨和直驱技术相结合。回转工作台在工作性能上的两个重要指标是：工作台台面尺寸和工作台承载能力。静压导轨利用液压力让导轨和滑块之间形成油膜，使滑块有 0.03mm 左右的浮起，从而大大减小了滑块和导轨之间的摩擦力。这种导轨形式特殊的油膜吸振特性对提高机床的精密度有重要的意义。开式与闭式静压导轨相比，后者的精度和刚性较前者有所提高，因为在抗偏载能力方面具有突出的优越性。3 直驱技术的核心是对力矩电机的采用。力矩电机在大型精密机床的回转工作台中的应用表现出传统传动所不可比拟的优越性。以力矩机床为驱动
7、方式的机床克服了传统大型机床因为在驱动力技术方面存在缺陷而造成的工作台振动、动态刚度差，转台伺服系统对动态干扰的抑制能力较差等问题。以相对较低的成本为前提，不仅通过提高工作台的线速度而大大提高了工作效率，而且在精度上，力矩电机驱动可以轻松地实现角秒级的灵敏度。不再通过机械传送的方式来构成传送链，力矩电机通过减少运行中的磨损，减少了工作台的维护，从而提高了工作台的使用寿命。 以下设计方案将静压导轨和直驱技术相结合。轴向采用静压导轨支撑，使工作台具有较高的轴向刚度和回转速度。直驱技术采用力矩电机，提高了转台的精度，改善了动态响应特性。其他相关的功能性结构略。 三、直驱静压回转工作台的设计方案 本文
8、设计的用于大型机床的直驱静压回转工作台的主要结构如图 1-3所示。转台的回转中心定位通过 NN3048 轴承支撑电子转子连接套，螺钉将定心轴承座与滑鞍的中心孔连接起来。与定心轴承座上方相连的轴承压环、电机转子连接套的外台肩下侧与力矩电机的转子通过螺钉联系起来。工作台下方内环与电机转子连接套通过螺钉相连，电机转子连接套得到内静压导轨板的支撑，外静压导轨板支撑工作台下方外环。内、外静压导轨支撑面的接触可以精调。力矩电子的定子与电机定子连接套的内侧肩相连。为了使力矩电机的定子和转子同心一致，电机定子连接套的外侧肩需要被固定在滑鞍上。编码器轴的上端面与工作台连接。定心轴承座支撑向心球轴承。编码器需要通
9、过对编码器调节环的调整，编码器连接法兰盘的调整，使其回转中心与 NN3048 轴承的回转中心重合。螺帽将动压环固定在由内、外压环所围成的 U 型槽内。油缸被固定在滑鞍上，活塞将油缸与油缸盖所形成的密封油腔分隔为两部分。活塞杆带动动压环控制上下油腔的进出油。其他结构部件略。 四、总结 综上，在对数控机床直驱静压回转工作台的一例结构设计研究中，通过选取力矩电机作为驱动，静压导轨作为承载，向心球轴承为支撑，最后在这里给出了一台直驱静压回转工作台的设计方案。在此过程中，可以看出我国数控机床的功能部件研发技术尚且滞后，进而制约着部件生产实现产业化的同时，也同样制约着高档数控机床的研发和推广。 参考文献 1 孙渊涛，杨建玺，崔凤奎等.大型直驱静压转台关键技术的分析与结构设计J.机床与液压，2014， （13）. 2 孙岗存，袁丽.数控回转工作台的设计研究J.制造技术与机床，2011， （11）. 3 苏文涛.喻鹏，洪寿福.机床静压导轨结构设计J.制造技术与机床， 2014， （6）.
