滚动滑动复合导轨重型数控回转工作台及驱动机构应用

沈阳机床股份有限公司中捷机床有限公司 （辽宁 110142） 郭 鑫

近几年来，随着煤矿机械、石油泵阀、工程机械等行业的飞速发展，这些工业领域所需求的加工设备越来越趋于大型化、重型化，但对精度的要求却并未降低。而且，随着近些年我国对气候变化以及环境保护的重视，清洁能源的利用越来越广泛，利用风能的风力发电机的制造商如雨后春笋般不断增加，而风力发电机的许多关键零件都是重大型零件，各加工面要求的精度也不低。以上这些煤矿机械、石油泵阀、工程机械、风力发电机等行业都需要重型、大型加工机床。以往这些零件都是装夹在承重非常大，但是不能回转的平台上进行加工，但是工件需要多次装夹，这样不仅效率低，而且对精度的保证也有非常大的影响。

虽然近些年随着静压技术的不断发展，利用静压技术的重型回转工作台应用的也较为广泛，但是静压回转工作台在调整时比较麻烦，接触刚度也逊色于滑动摩擦，静压油的回收与渗漏的问题也比较棘手，容易造成环境污染。另外，静压技术对使用环境的要求也较高，因为温度、湿度等自然条件会影响液压油的黏度，从而对静压油膜的建立造成一定的影响。因此，市场上急需一种大型的数控回转工作台，此工作台不仅能够承载重大型工件，而且回转定位精度较高，接触刚性较好，最关键的是对环境的依赖性较低，影响较小，适于更多用户的需求，满足重大型工件高效率、高精度的加工要求。

本项技术的目的是提供一种滚动与滑动复合导轨重型数控回转工作台，解决一般工作台承载能力较低及静压回转工作台污染环境及受环境影响较大的问题。

这种滚动与滑动复合导轨重型数控回转工作台装备在大、中型数控机床上，包括有中心卸荷用推力球轴承，圆周分布在滑座圆导轨外圆处的卸荷用滚动体。其特点在于工作台回转台体下部圆柱与大齿圈的内孔采用同轴基孔制间隙配合，将大齿圈固定在工作台上并共同落在滑座上，大齿圈底面具有较高平面度和较好的表面质量，滑座的上表面粘贴了聚四氟乙烯贴塑板，与大齿圈底面组成了滚动与滑动复合导轨的滑动导轨副，作为工作台回转主要支撑结构。另外，还在工作台回转定心轴下部、滑座上表面安装了推力圆柱滚子轴承，在滑座的上表面的回转导轨外围处安装了多个卸荷滚动体，这些与工作台组成了滚动与滑动复合导轨的滚动导轨副。

尽管滚动与滑动复合导轨减小了工作台回转时的摩擦力，但是这种重型回转工作台承载大型工件后，在导轨面上产生的摩擦力以及自身的转动惯量都是非常巨大的，因此，这台重型回转工作台的驱动机构显得尤为重要，它不仅要有较大的传动比，良好的刚性，极小的传动间隙，还必须要有在重载齿轮磨损后的间隙自动补偿机构，本项技术中的滚动与滑动复合导轨重型数控回转工作台的驱动机构就是具有上述特性的驱动机构，它采用较大模数的双斜齿轮机构消除齿轮背隙，并且利用碟形弹簧来自动补偿因重载后磨损造成的齿轮背隙增大。

本项技术的特点在于，这种滚动与滑动复合导轨重型数控回转工作台及其驱动机构不仅承载能力大，回转精度高，对环境污染及依赖性小，并且它的驱动刚性高，并且有间隙自动补偿功能，本项技术大大提高了机床加工效率，降低了机床的使用与维护成本。

滚动与滑动复合导轨重型数控回转工作台装备在大、中型数控机床上，如图1、图2所示，工作台回转台体8下部圆柱与大齿圈3的内孔采用同轴基孔制间隙配合，将大齿圈3固定在工作台8上并共同落在滑座7上，大齿圈3底面具有较高平面度和较好的表面质量，滑座7的上表面粘贴了聚四氟乙烯贴塑板，与大齿圈3的底面组成了滚动与滑动复合导轨的滑动导轨副，作为工作台回转主要支撑结构。锥孔双列圆柱滚子轴承6安装在工作台8的定心孔内，工作台定心轴5安装在锥孔双列圆柱滚子轴承6锥孔内，通过调整锥孔双列圆柱滚子轴承6在定心轴5上的高度，来调整该轴承的胀紧量，保证工作台回转的轴向刚度。

在工作台回转定心轴5的下部和滑座7的上表面之间，还安装了推力圆柱滚子轴承4，起到中心支撑和卸荷的作用。滑座7上表面的回转导轨外围圆周处安装了多个卸荷滚动体2，也起到卸荷的作用，这些滚动体和中心推力圆柱滚子轴承4与工作台组成了滚动与滑动复合导轨的滚动导轨副，将部分滑动摩擦力转变为了摩擦系数小得多的滚动摩擦力，从而减小里回转的摩擦力，降低了驱动所需的力矩，并避免了爬行现象的发生。

如图3所示，滚动体由4个圆柱滚子轴承5串联在一根轴4上，安装在滚动体座上，滚动体的下面并不是一个平面，而是一个1∶50的斜面，滚动体安装在另一个也是有一面为1∶50斜面的调整垫3上，挡板2将滚动体固定在滑座的滚动体安装槽内，并用调整螺栓1顶拽调整垫3的位置，并调整了滚动体的高度位置，最终保证了每个滚动体卸荷掉的重量。每个滑座所需滚动体的数量与该回转工作台的承载能力有关。

图1 滚动与滑动复合导轨数控回转工作台结构布置示意图

图2 滚动与滑动复合导轨滑座滚动体布置示意图

图3 卸荷滚动体结构示意图

图4 驱动机构示意图

尽管滚动与滑动复合导轨减小了工作台回转时的摩擦力，但是这种重型工作台在导轨面上产生的摩擦力，以及自身和工件的转动惯量都是非常巨大的，因此，这台重型回转工作台的驱动机构不仅要有较大的传动比，良好的刚性，极小的传动间隙，还必须要有在重载齿轮磨损后的间隙自动补偿机构。如图4所示，电动机4输出的转速和转矩通过进口大传动比行星轮减速机降速并增大转矩后，传递给了齿轮轴6，在齿轮轴6的直齿轮上面还安装了一个相同模数于齿数的齿轮5。在回转时，齿轮5与齿轮轴上的齿轮啮合在安装在齿轮轴2上一个大齿轮9上，通过一个顶丝的调整，使这两个齿轮两个齿啮合在大齿轮9一个齿的两个面，以此消除齿轮9回转的反向间隙。当动力传递到齿轮轴2后，齿轮轴2上的同模数、同齿数，但是齿形螺旋方向恰好相反的两个斜齿轮分别啮合在两个相同的齿轮轴1上的两个不同的斜齿轮（齿轮10和齿轮11），齿轮轴2通过调整轴向位置，来迫使齿轮10和齿轮11向两个不同的方向旋转一定的角度，使它们能够分别啮合在大齿圈正反回转的两个面上，以此来消除大齿圈的反向间隙。在齿轮轴2的下方，安装了碟形弹簧7，通过旋紧锁紧压盖8，使齿轮轴2向上移动，迫使齿轮10和齿轮11向两个相反的方向旋转并消除间隙，当两个齿轮轴1均与大齿圈啮合后，继续给碟形弹簧7施加预载，这样当齿轮出现磨损后，碟形弹簧7的预载力会迫使齿轮轴2继续向上移动，最终实现自动消隙补偿。

目前，该复合导轨重型数控回转工作台已经试制成功，工作台面积4 000mm×4 000mm，最大承重可达50t，任意分度定位精度达到12”， 任意分度重复定位精度达到6”。

该项技术投入使用后，可满足煤矿机械、石油泵阀、工程机械、风力发电机等行业对重型回转工作台的需求，且对环境的保护和设备的维护便利性起到了重要的作用。