一种新型数控卧式加工中心分度工作台

2013-07-21曲圣贤马文李信成张伦腾飞

轴承 2013年8期

曲圣贤，马文，李信成，张伦，腾飞

(瓦房店轴承集团有限责任公司工程中心装备部，辽宁瓦房店 116300)

原卧式铣镗床工作台技术集成度相对较低，结构简单，使用中发现机床定位精度低，时常发生分度时工作台夹紧、松开失效等故障。为此，在分度工作台外形及尺寸不变的情况下，研发了一种新型数控卧式加工中心分度工作台，简化了其制造、装配、调整、测试流程，提高了定位精度和工作可靠性。

1 原分度工作台

原分度工作台单元由工作台、上滑台、卸荷滑动导轨、径向定心圆锥滚子轴承、工作台夹紧机构等组成，其结构如图1所示。

1—工作台；2—上滑台；3—碟簧；4—卸荷导轨副；5—球形垫圈；6—拉杆；7—活塞；8—齿轮；9—圆锥滚子轴承图1 原分度工作台结构简图

分度工作台单元的承载导轨采用卸荷滑动导轨，分度操作时，导轨面通入压力油形成油膜，工作台浮起，伺服电动机通过传动系统及齿轮驱动工作台旋转。完成分度操作后，压力油卸荷，工作台被压下夹紧。由于采用卸荷滑动导轨，连接导轨油腔的液压管路较复杂，为了保证导轨面充分接触，同时保证工作台、上滑台及X轴导轨之间的位置精度要求，工作台需要反复装拆、测量和刮研，滑动导轨面的加工难度较大。另外，当夹紧机构出现故障，工作台松夹不正常时，导轨面极易出现粘连研合，由于结构所限，工作台不易拆卸、维修。

原工作台夹紧机构由4个拉杆液压缸组成，拉杆通过球形垫圈与工作台下表面的环状T形槽相连。夹紧油缸下腔和导轨面同时通压力油时，碟形弹簧被压缩，夹紧力消除，工作台浮起；夹紧油缸下腔和导轨面同时卸荷时，碟形弹簧通过拉杆将工作台下拉夹紧。环状T形槽尺寸大，结构形状复杂，且尺寸不易测量，加工难度大，工艺性较差。由于碟形弹簧的特性在制造时不易保证，装配时初始压缩量不易测量和调整，使工作台夹紧力难以控制(夹紧力不足或过大)，从而造成工作台时常出现夹不住或松不开现象。拉杆与活塞采用螺纹连接，无防松措施，长期使用后螺纹连接松动，致使工作台夹紧力不足，影响工件的加工质量，甚至损坏刀具。

径向定心轴承采用1套圆锥滚子轴承。为了避免在工作台夹紧时与卸荷滑动导轨产生过定位，圆锥滚子轴承存在初始工作游隙，这将影响水平定位精度；工作台松夹抬起时，轴承径向游隙变大，无法精确保证工作台旋转分度时的定心。

2 改进后分度工作台

2.1 结构

将原分度工作台卸荷滑动导轨、径向定心机构和工作台夹紧机构进行改进。改进后的分度工作台单元由工作台、上滑台、传动机构及齿轮副、轴向推力圆柱滚子轴承、径向定心及拉紧机构、工作台夹紧机构等组成，如图2所示。

1—工作台；2—套筒；3—扇形垫片；4—柱塞；5—推力圆柱滚子轴承；6—小齿轮轴；7—大齿轮；8—上滑台； 9—弹簧；10—球形垫圈； 11—拉杆活塞；12—圆柱滚子轴承图2 改进后分度工作台结构简图

工作台采用1套推力圆柱滚子轴承(P5)支承导轨，支承表面无需刮研，安装方便；轴承采用脂润滑，简化了润滑回路，可以长期免维护运行。测试表明，该导轨承载能力充分，回转灵活，摩擦力矩小，旋转精度高，不会出现滑动导轨粘连研合现象。

径向定心机构和拉紧机构环套集成在工作台中心，简化了结构，改善了工艺性。径向定心采用1套圆柱滚子轴承，工作台松开、夹紧时径向游隙变化极小，轴承内、外圈轴向可作微量相对移动；由于径向游隙较小，工作台水平定位精度较高。如图2所示，拉紧机构采用中心下拉方式，由1个拉紧油缸组成，与原结构相比，拉紧力均匀、恒定，可无级调节。

分度工作台的夹紧机构由6个柱塞式夹紧油缸和多瓣扇形摩擦片组成。6个夹紧油缸集成于上滑体内，结构紧凑、简单，加工工艺性好，夹紧力均匀；由于夹紧油缸中心直径增大，可提供更大的锁紧力矩。扇形摩擦片通过螺钉固定在与工作台下表面固连的套筒下表面，维修时只需将螺钉松开即可将工作台与上滑体分离，易于检修；多瓣扇形摩擦片与上滑台环形表面组成摩擦副，接触面积大，接触均匀，夹紧牢靠，提高了工作台夹紧可靠性和定位精度。

工作台拉紧力和夹紧力由液压系统提供。在原液压系统中增加了蓄能器、液压锁、减压阀等，构成保压回路，保证拉紧力和夹紧力稳定，且可以单独调节。测试表明，在48 h内保压回路的压力降不超过5%，工作台夹紧可靠，完全满足使用要求。

2.2 工作原理

如图2所示，拉紧油缸上腔经b口卸荷，释放工作台，同时夹紧油缸经a口卸荷，消除夹紧力，摩擦片与上滑体脱离，分度工作台松夹，压力信号延时时间到达后发出工作台松夹完成信号。当数控装置接收到工作台抬起完成信号后，伺服电动机通过传动系统及齿轮驱动工作台旋转分度，工作台到达规定的旋转角度后，伺服电动机停止旋转。拉紧油缸上腔经b口通压力油拉紧工作台，同时夹紧油缸经a口通压力油，柱塞将摩擦片均匀地夹压在上滑台环形表面，从而将分度工作台夹紧定位，压力信号延时时间到达后发出工作台定位夹紧完成信号。