一种铣车复合加工中心直驱转台的结构设计*

黄桂英 李才儿 王 维 赵小玲 杨锦斌

(①青海一机数控机床有限责任公司，青海 西宁810018;②西部矿业股份有限公司，青海 西宁810001)

铣车复合加工中心是数控机床中难度最大、应用范围最广的机床，代表机床制造业最高水平，国际上把复合加工设备作为衡量一个国家装备制造业水平的标志。在铣车复合加工中心中，直驱转台技术是铣车功能转换中至关重要的环节之一，它是铣削时数控转台与车削时车削主轴的执行部件，要求在使用过程中有高精度、高刚性、高转速、高稳定性、低发热量等特点，因此直驱转台技术是整个铣车复合加工中心结构设计过程中所要考虑的重点要素之一。为实现上述技术要求，从转台的驱动及支撑、检测、转台锁紧、冷却等方面来考虑，提出了铣车加工中心的直驱转台结构，实现转台在铣削时具有高回转精度、高刚性，车削时具有高转速、低发热量的结构特点。

1 铣车复合加工中心直驱转台结构构成

铣车复合加工中心直驱转台主要由力矩电动机驱动、编码器位置检测控制、双斜面锁紧及力矩电动机强制冷却恒温控制等装置组成。

1.1 力矩电动机驱动装置

电动机转子连接套下方通过螺钉与力矩电动机的转子相连，上台肩端面通过螺钉与工作台相连，上台肩下侧与ZKLD460 轴承的内环相连，电动机定子连接套的内侧肩上方与ZKLD460 轴承的外环用螺钉相连，内侧肩的下方与力矩电动机的定子相连，外侧肩与滑鞍相连，组成了直驱转台的驱动装置。

1.2 传感器位置检测控制装置

编码器轴座通过螺钉与滑鞍相连，编码器轴通过向心球轴承得到编码器轴座的支撑，下方与编码器相连，编码器可通过编码器调节环和编码器连接法兰的调整使其回转中心与ZKLD460 轴承的回转中心重合，组成直驱转台的编码器位置检测控制装置。

1.3 双斜面锁紧装置

静摩擦环通过螺钉与工作台相连，动摩擦环通过螺帽固定在4 个均布的活塞上，静摩擦环和动摩擦环通过静摩擦环调整垫及动摩擦环调整垫的调整可保持4 个夹紧点夹紧的同一性，油缸通过螺钉固定在滑鞍上，油缸盖与油缸结合形成一个封闭的油腔，活塞将油腔分隔成上下两个部分，通过上下油腔的进(出)油使活塞带动动摩擦环执行锁紧或松开的动作，下油腔中碟型弹簧组件可保证松开的可靠性，组成了直驱转台的双斜面锁紧装置。

1.4 力矩电动机强制冷却恒温控制

冷却水进/出接头连接在电动机定子连接套的侧壁上，冷却水从进水口进入到电动机定子连接套与力矩电动机定子所围成的密闭冷却腔内，经过循环后由出水口流入恒温水箱，经恒温水箱冷却后重新注入转台，组成了直驱转台的强制冷却恒温控制。

2 铣车复合加工中心直驱转台结构设计

2010 年，笔者公司承担了国家科技重大专项——“动梁无滑枕铣车复合加工中心”课题攻关任务。在课题研究过程中，应用已经成熟的力矩电动机传动技术、双斜面锁紧技术、传感器位置控制技术、力矩电动机强制冷却技术等新技术，解决了直驱转台的驱动、检测、锁紧及冷却等技术难题。

铣车复合加工中心直驱转台的结构简图见图1 所示。

3 铣车复合加工中心直驱转台的工作运行

铣车复合加工中心直驱转台的工作运行过程如下:

当工作台2 功能转换为车削或相位旋转时，发出工作台旋转指令，此时活塞17 带动动摩擦环20 上移，使动摩擦环与静摩擦环22 及滑鞍4 上的锁紧斜面脱开，力矩电动机7 的转子在力矩电动机的定子磁力作用下，开始带动电动机转子连接套1、ZKLD460 轴承3和工作台2 组件旋转，此时冷却介质由冷却介质进口进入电动机定子连接套6 与力矩电动机7 的定子所围成的密闭冷却槽内，经循环后由冷却介质出口流回恒温油箱内，经过冷却后重新注入，实现直驱转台车削或相位旋转功能;当工作台2 功能转换为强力铣削时，发出工作台锁紧指令，工作台2 旋转至指定的相位位置，经工作台2 下方的编码器12 反馈校正相位位置，当编码器12 检测到工作台2 相位位置正确时，活塞17 带动动摩擦环20 向下移动，使动摩擦环20 与静摩擦环21 及滑鞍4 上的锁紧斜面结合，此时电动机转子连接套1、ZKLD460 轴承3 和工作台2 组件被锁紧，实现直驱转台强力铣削功能(见图1 所示)。

4 铣车复合加工中心直驱转台的优点分析

铣车复合加工中心直驱转台具有刚性高、精度高、转速高、发热低等特点，其优点有:

(1)结构简单易于实现，ZKLD460 轴承除有较高的径向和轴向刚性外，还具有较高的dn 值，使转台刚性高、转速高。力矩电动机的转子直接通过电动机转子连接套将动力传递给转台，其“零传动”的直接驱动方式，可以有效地消除传统转台驱动方式下由中间传动环节引起的多种误差。

(2)结构冷却性能好，定位精度高，定位检测装置结构简单，易于调整。

(3)结构锁紧可靠，锁紧机构具有较大的锁紧圆周，可产生较大的锁紧力矩，双斜面的锁紧机构可在锁紧时使转台产自定心的效果，斜面的增力特性使之产生的锁紧力较大，保证转台在锁紧后具有较强的轴向和径向刚度。

5 结语

配备直驱转台装置的铣车复合加工中心已投入使用，取得了较好的经济效益和社会效益，并已获得新型实用专利授权(专利号:ZL201120477426.8)。铣车复合加工中心直驱转台装置有效地消除了人为误差，更加符合企业质量管理和工业生产过程控制的要求，提高了铣车复合加工中心工作过程的可靠性和安全性，能在铣车复合加工中心方便快捷地实现铣削、车削功能，对发挥数控机床的潜能实现高效加工有很大的现实意义。