CN102059558B

CN102059558B - 一种大重型数控静压回转台

Info

Publication number: CN102059558B
Application number: CN 201010556116
Authority: CN
Inventors: 黄筱调; 洪荣晶; 于春建; 方成刚
Original assignee: NANJING GONGDA CNC TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: NANJING GONGDA CNC TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2010-11-24
Filing date: 2010-11-24
Publication date: 2013-02-13
Anticipated expiration: 2030-11-24
Also published as: CN102059558A

Abstract

本发明以恒流静压闭式导轨进行轴向卸荷和定位，以恒流对置油腔进行径向定位，以径向阻尼油缸进行锁紧并施加库仑摩擦阻尼，以双导程蜗轮蜗杆进行精密分度，以圆光栅构成全闭环控制系统；转台分度精度和重复定位精度高、承载大、刚性强，能够实现任意角度的精确定位并能承受强力切削载荷。本发明的大重型数控静压回转台主要包括6大部件：支撑部件、分度旋转部件、闭式导轨部件、蜗杆部件、圆光栅全闭环部件及径向锁紧部件。本发明的加工装配工艺能够有效提高静压转台的精度和生产效率，降低制造成本，满足国内大型高档数控机床产业化对大重型数控静压回转台的需求。

Description

一种大重型数控静压回转台

技术领域

[0001] 本发明涉及一种大重型数控静压回转台，涉及机械制造设备，属于先进制造技术领域。

背景技术

为经济、快速地满足国内大型高档数控机床对高质量功能部件的需求，尤其是大型精密数控铣齿机、滚齿机、磨齿机、镗铣床对数控回转台的需求，科技部将其列入2010年“高档数控机床与基础制造装备重大专项”的研究课题；以全面提升大重型数控静压回转台的精度保持性、动态性能稳定性、制造装配工艺性、承载能力为目标，提高与之配套的大型数控机床的加工效率和精度，降低制造成本，逐步提高我国高档数控机床与基础制造装备的自主研发能力。

大重型数控回转台是大型高档数控机床的重要功能部件，能够实现连续和间断分度，为机床提供高精度的回转坐标轴，与其他坐标轴一起联动完成复杂曲面的加工。主要性能质量指标包括：分度精度和重复定位精度、承载能力、支撑刚性、回转定位速度、密封性能、锁紧特性和平均无故障时间等。

数控回转台同样也是大重型数控机床的薄弱环节之一。对于强力切削，数控转台承受较大的冲击载荷，其结构刚性及装配工艺都影响其动态特性，降低加工效率和精度。以齿轮加工行业为例，滚齿机、磨齿机切削载荷比较稳定，而铣齿加工属于强力切削，转台周向和轴向偏载严重，蜗轮蜗杆副的反向间隙、传动系统刚性以及系统阻尼引起的转台周向振动比较明显，因而对转台动刚度和阻尼特性有较高要求。纵观国产转台，小规格转台多采用机械轴承，精度较高但承载能力和刚性不足；大规格转台的静压结构工艺性存在一些不足，精度较低；本发明的大重型数控静压回转台采用了轴向恒流静压闭式导轨、径向锁紧结构、全闭环控制技术及先进的加工装配工艺方法，保证了转台的高精度和高刚性。

发明内容

本发明的目的在于解决上述存在的不足和问题，提供一种大重型数控静压回转台，满足大重型数控机床对数控转台高精度、高刚性的要求。

本发明的大重型数控静压回转台的分度精度、重复定位精度和承载刚性接近国际先进水平。该静压转台的工艺性强，精度容易保证，提高了生产装配的效率。

本发明的技术方案如下：

一种大重型数控静压回转台，包括支撑部件、闭式导轨部件、蜗杆部件、圆光栅全闭环部件和径向锁紧部件；所述支撑部件由底座及芯轴组成；分度旋转部件由花盘、蜗轮毂、蜗轮及蜗轮压盖组成；闭式导轨部件由反向预载导轨动圈及定圈组成；蜗杆部件由蜗杆及蜗杆支架组成；圆光栅全闭环部件由圆光环支架、圆光环、读数头及读数头支架组成；径向锁紧部件由径向锁紧油缸、导向套和阻尼铜块组成。

所述底座及芯轴刚性连接。

所述花盘与蜗轮毂刚性连接、蜗轮与蜗轮毂过盈连接、蜗轮压盖与蜗轮毂刚性连接，花盘的主副导轨与蜗轮毂的内孔垂直度在0.03mm以内。

所述底座和花盘的主副导轨合研，花盘的主副导轨与芯轴的外圆垂直度在0.03mm以内，接触斑点8点/25X25mm²；蜗杆安装在蜗杆支架内，蜗杆支架与底座刚性连接。

所述锁紧油缸、导向套与底座刚性连接，阻尼铜块在导向套内自由滑动。

所述读数头支架固定在芯轴上，读数头固定于读数头支架上，圆光环支架固定于底座上，圆光环固定在圆光环支架上。

所述底座的主导轨卸荷油腔由卸荷油槽堵块隔开，卸荷油槽堵块固定在底座上并采用注胶工艺封装；芯轴和圆光环支架中心安装了排屑漏斗。

一种大重型数控静压回转台，采用了轴向恒流静压闭式导轨、径向恒流静压轴承、径向锁紧装置、全闭环控制系统、双导程蜗轮蜗杆精密分度等关键技术及装配工艺方法，能够实现任意角度的连续和非连续分度。主要包括6大部件：支撑部件、分度旋转部件、闭式导轨部件、蜗杆部件、圆光栅全闭环部件及径向锁紧部件。

本发明的大重型数控静压回转台的进一步的技术方案是所述的轴向恒流静压闭式导轨的设计方法：转台主导轨设在底座上方，承载范围达到最大；辅助导轨位于下方，用于施加反向预载，使得转台能够承受较大的倾覆力矩；上下导轨采用不等面积的对置油腔分布。为了保证合适的导轨油膜厚度，主导轨卸荷油腔的流量通过电磁阀控制。

再进一步的技术方案是所述的底座主导轨的恒流静压卸荷油腔结构采用先除后添和注塑工艺：将卸荷油槽车成圆环状后，在油槽中间铣好方槽，用卸荷油槽堵块将环形槽隔成若干独立油腔，堵块与底座用螺钉连接并进行注塑处理，卸荷油腔的加工工艺性大大改善，成本降低。

再进一步的技术方案是所述的径向锁紧装置，通过底座圆周方向上均布的4个径向锁紧油缸的油压调节改变施加于花盘径向正压力，进而改变转台周向的库仑摩擦阻尼，抑制转台反向间隙及回转刚性产生的圆周方向振动；同时，利用单个油缸可以模拟径向载荷，测试转台的芯轴间隙和径向刚度。

再进一步的技术方案是所述的转台的装配工艺方法，转台主导轨面的刮研采用小角度合研工艺，即花盘在任意位置旋转3~5度，主导轨上的接触斑点都必须满足8点/25X25mm以上，使得花盘主导轨浮起均匀；然后再以主导轨为基准加工所有有精度要求的配合面，最后精滚蜗轮，这种转台加工装配工艺简单，能够保证转台精度要求。

本发明的有益效果是：

与现有技术相比较，本发明采用了轴向恒流静压闭式导轨及径向恒流静压轴承、径向锁紧装置、全闭环控制系统、双导程蜗轮蜗杆精密分度等关键技术，增大了转台的承载能力和动刚度，提高了分度精度和精度保持性，使之能够实现与之配套的高档数控机床的加工精度提高1~2级，加工效率提高0.5~1倍。本发明的大重型数控静压回转台的装配工艺简单，降低了制造成本；快速回转速度达2r/min，分度精度±6”，重复定位精度±3”，承载能力30t，平均无故障运行时间（MTBF）达1720小时。

本发明的加工装配工艺能够有效提高静压转台的精度和生产效率，降低制造成本，满足国内大型高档数控机床产业化对大重型数控静压回转台的需求。

附图说明

图1为本发明的大重型数控静压回转台的结构示意图。

图2为本发明的底座主导轨卸荷油腔的布置结构图。

图2A为图2中沿A—A向剖视图。

图3为本发明的液压原理图。

图4为本发明的径向阻尼装置的结构示意图。

图中部件说明：1、静压芯轴，2、蜗轮毂，3、花盘，4、底座，5、径向锁紧油缸，6、蜗轮，7、蜗轮压盖，8、反向预载导轨动圈，9、反向预载导轨定圈，10、排屑漏斗，11、蜗杆支架，12、蜗杆，13、卸荷油槽堵块，14、圆光环支架，15、圆光环，16、读数头，17、读数头支架，18、导向套，19、阻尼铜块。

转台可分为6大部件：底座4及芯轴1组成支撑部件；花盘3、蜗轮毂2、蜗轮6及蜗轮压盖7组成分度旋转部件；反向预载导轨动圈8及定圈9组成闭式导轨部件；蜗杆12及蜗杆支架11组成蜗杆部件；圆光环支架14、圆光环15、读数头16及读数头支架17组成圆光栅全闭环部件；径向锁紧油缸5、导向套18和阻尼铜块19组成径向锁紧部件。

底座4及芯轴1刚性连接，底座4的主副导轨与芯轴1的外圆垂直度0.03mm；花盘3与蜗轮毂2刚性连接、蜗轮6与蜗轮毂2过盈连接、蜗轮压盖7与蜗轮毂2刚性连接，花盘3的主副导轨与蜗轮毂2的内孔垂直度0.03mm；底座4和花盘3的主副导轨合研，保证接触斑点8点/25X25mm²；蜗杆12安装在蜗杆支架11内，通过蜗杆12轴向位移调整保证双导程蜗轮蜗杆啮合侧隙，蜗杆支架11与底座4刚性连接；锁紧油缸5、导向套18与底座4刚性连接，阻尼铜块19在导向套18内自由滑动；读数头支架17固定在芯轴1上，读数头16固定于读数头支架17上，圆光环支架14固定于底座4上，圆光环15固定在圆光环支架14上；底座4的主导轨卸荷油腔由卸荷油槽堵块13隔开，油腔之间、腔内腔外不得有油液窜油，卸荷油槽堵块13固定在底座4上并采用注胶工艺；芯轴1和圆光环支架14中心安装了排屑漏斗10，方便排屑的同时对圆光栅起到密封作用。

具体实施方式

下面结合附图对本发明技术内容作说明：

图1为大重型数控静压回转台结构示意图，主要包括6大部件：底座4及芯轴1组成支撑部件；花盘3、蜗轮毂2、蜗轮6及蜗轮压盖7组成分度旋转部件；反向预载导轨动圈8及定圈9组成闭式导轨部件；蜗杆12及蜗杆支架11组成蜗杆部件；圆光环支架14、圆光环15、读数头16及读数头支架17组成圆光栅全闭环部件；锁紧油缸5、导向套18和阻尼铜块19组成径向锁紧部件。转台为落地式结构，支撑部件的刚性大；回转分度依靠静压芯轴进行精密定位，径向跳动0.01mm，刚性大于0.01mm/t；花盘中间留有排屑漏斗，方便排屑；转台轴向采用恒流静压闭式导轨进行卸荷，承载能力达30t以上，低速稳定性好，能承受大的倾覆力矩，角刚度大；工作台底座的圆周方向均布4个液压阻尼装置，用于工作台锁紧；底座4及花盘3的主导轨置于转台上方，支撑范围最大；双导程蜗轮蜗杆的啮合间隙调整方便；圆光栅闭环控制的转台分度精度±6”，重复定位精度±3”，运行平稳，可靠性高，平均无故障运行时间（MTBF）达1720小时。

图2为底座4的主导轨卸荷油腔的布置图，共计6个油腔，分别为第一油腔01、第二油腔02、第三油腔03、第四油腔04、第五油腔05和第六油腔06，采用“先除后添”及注塑工艺，卸荷环形槽首先车出来，其上铣好方形沟槽，卸荷油槽堵块13底部留有十字形沟槽，且与方形沟槽之间留有0.5mm的侧隙，注塑孔设在卸荷油槽的中心；将卸荷油槽堵块13安装固定于底座4上，将液体塑胶从注塑孔挤压，待塑胶从四周缝隙中挤出后，将注塑口堵上。

图3为配套的液压原理图；转台主副导轨采用恒流静压结构，通过合研保证导轨平面度及接触斑点；多头泵有18个出油点，每点流量40mL/min，并由前置泵供油；主导轨上开有6个独立油腔，每个油腔通设有两个进油点，其中一个进油点由两位四通电磁阀控制，共计6个电磁阀，记为T1~T6；主导轨油膜厚度0.02~0.04mm，反向预紧导轨油膜间隙0.03~0.05mm，各点油膜厚度差值0.025mm以内；为了保证各种载荷下油膜厚度及刚性，使得转台能够承受大的倾覆力矩并具有大的角刚度，将载荷类型分为3种类型：轻型、中型和重型；轻载时所有电磁阀都不得电，每个油腔进油量为40mL/min；中载时T1、T3、T5三个电磁阀得电，其余不得电，对应地油腔1、油腔3及油腔5进油量为80mL/min，其余3点进油量仍为40mL/min；重载时所有电磁阀都得电，每个油腔进油量为80mL/min。

图4为本发明的径向阻尼装置结构图，底座周向均布了4个液压同步阻尼装置，锁紧油缸5、导向套18与底座4刚性连接，阻尼铜块19在导向套18内自由滑动；径向阻尼装置增加了转台圆周方向的阻尼和刚性，弥补了蜗轮蜗杆反向间隙及系统刚性的不足，抑制了转台圆周方向振动。

上面所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计构思前提下，本领域中普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变型和改进，均应落入本发明的保护范围，本发明请求保护的技术内容已经全部记载在权利要求书中。

Claims

1.一种大重型数控静压回转台，其特征在于包括支撑部件、闭式导轨部件、蜗杆部件、圆光栅全闭环部件、径向锁紧部件和分度旋转部件；所述支撑部件由底座（4）及芯轴（1）组成；分度旋转部件由花盘（3）、蜗轮毂（2）、蜗轮（6）及蜗轮压盖（7）组成；闭式导轨部件由反向预载导轨动圈（8）及定圈（9）组成；蜗杆部件由蜗杆（12）及蜗杆支架（11）组成；圆光栅全闭环部件由圆光环支架（14）、圆光环（15）、读数头（16）及读数头支架（17）组成；径向锁紧部件由径向锁紧油缸（5）、导向套（18）和阻尼铜块（19）组成；所述底座（4）及芯轴（1）刚性连接；所述花盘（3）与蜗轮毂（2）刚性连接、蜗轮（6）与蜗轮毂（2）过盈连接、蜗轮压盖（7）与蜗轮毂（2）刚性连接；所述底座（4）和花盘（3）的主副导轨合研；蜗杆（12）安装在蜗杆支架（11）内，蜗杆支架（11）与底座（4）刚性连接；所述锁紧油缸（5）、导向套（18）与底座（4）刚性连接，阻尼铜块（19）在导向套（18）内自由滑动；所述读数头支架（17）固定在芯轴（1）上，读数头（16）固定于读数头支架（17）上，圆光环支架（14）固定于底座（4）上，圆光环（15）固定在圆光环支架（14）上。

2.根据权利要求1所述的大重型数控静压回转台，其特征在于：所述花盘（3）的主副导轨与蜗轮毂（2）的内孔垂直度在0.03mm以内。

3.根据权利要求1所述的大重型数控静压回转台，其特征在于：花盘（3）的主副导轨与芯轴（1）的外圆垂直度在0.03mm以内，接触斑点8点/25×25mm²。

4.根据权利要求1所述的大重型数控静压回转台，其特征在于：所述底座（4）的主导轨卸荷油腔由卸荷油槽堵块（13）隔开，卸荷油槽堵块（13）固定在底座（4）上并采用注胶工艺封装；芯轴（1）和圆光环支架（14）中心安装了排屑漏斗（10）。