力矩电机转台设计研究要点

辛文涛，李军涛，单　杰

（广州市昊志机电股份有限公司，广东 广州510000）

力矩电机转台设计研究要点

辛文涛，李军涛，单杰

（广州市昊志机电股份有限公司，广东 广州510000）

本文主要阐述了力矩电机转台的主要特点优势，及其设计研究所需考虑的核心要素。

力矩电机；转台；核心要素

随着航空航天、铁路、军工、手机制造、汽车等行业的飞速发展，对数控机床的加工精度与加工效率要求越来越高。转台作为数控机床的主要功能部件，不仅需求量日益增大，对其性能要求也越来越高。在各式转台中，力矩电机转台具有独特的魅力，高转速、高精度、大刚度、高稳定性等优点，使其在市场上深受欢迎，所以力矩电机转台的设计与开发，具有积极的意义。

1　主要特点及优势

传统转台与力矩电机转台驱动方式如下图1、图2所示，传统转台通过蜗轮、蜗杆、齿轮等传动环节来间接驱动负载，而力矩电机转台可直接驱动负载，力矩电机转台主要特点及优势体现在以下几个方面［1-3］。

图1　传统转台驱动方式简图

图2　力矩电机转台驱动方式简图

（1）高精度性

力矩电机转台实现了电机与负载间的直接耦合驱动，传动间隙不再存在，且消除了中间传动环节所造成的误差，如蜗轮、蜗杆、齿轮误差，提高了传动精度，再配以高精度轴承与编码器，力矩电机转台的分割精度与重复精度可达0.05角秒，其精度是传统机械转台的百倍以上。

（2）高转速、快速响应能力

高转速与快速响应能力可提高生产效率、改善零件加工质量。由于消除了中间传动结构，再无滞后问题，且减小了运动体的惯量，力矩电机转台的响应能力大大提升，远优异于传统机械转台。同时，由于无中间传动结构零部件，如蜗轮、蜗杆、齿轮的极限转速与极限加速度限制，力矩电机转台转速可达3000 rpm，是传统机械转台转速的几十倍。

（3）大刚度、高稳定性

由于消除了中间传动结构，再无传动滞后及传动间隙，提升了力矩电机转台的刚度；直接传动，使转台的机械磨损减小，提高了稳定性。

2　力矩电机转台设计

近年来，市场上出现了一股数控机床升级第四轴或第五轴的热潮，市场对转台的需求急速增加，竞争激烈，力矩电机转台的设计与研发面临着新的挑战。在力矩电机转台设计与开发中，需要注意以下核心要素［4］。

（1）力矩电机

力矩电机作为转台的心脏，是力矩电机转台性能的保证，将直接影响转台的高转速与快速响应能力。随着零件的加工难度与精度要求不断提高，要求转台输出功率与扭矩也越来越大，因此，为转台配置一支高性能力矩电机是必不可少的。

在力矩电机的设计过程中，可根据力矩电机转台的性能要求，以确定力矩电机的各项电机参数，如转速、功率、扭矩等，进而选择合适的力矩电机冷却方案、绕组方式、电机极数等。

（2）轴承选择

在力矩电机转台设计中，回转体的机械性能主要取决于回转支撑轴承的刚度。转台一般拥有角秒级的回转精度，且转台工作时常受到振动冲击，因此，要求轴承不仅具有低摩擦、高转速、高精度等特性，还要求轴承拥有较大的承载力与较高的刚度。

目前，市场上的有多种轴承可供选用，深沟球轴承、角接触球轴承、圆柱滚子轴承、圆锥滚子轴承及转台轴承等。各轴承性能及价格各异，排除价格因素，转台轴承无论是在刚度，还是在承载及转速方面都具有较大的优势。力矩电机转台设计时，可根据转台的使用工况及经济效益选用轴承。

（3）刹车机构

刹车机构也是转台设计所需关注的重要因素，优良的刹车性能对转台来说是必不可少的。若刹车力不足或刹车不良，轻则影响零件加工精度，重则危害使用人员的人身安全。

目前，力矩电机转台比较常用的刹车机构有碟片式及环抱式，各有优缺点，可根据力矩电机转台结构及使用工况选用。

（4）编码器选用

在转台机械性能合格的情况下，编码器直接决定了转台的精度：分割精度与重复精度。市场上有多种品牌的编码器可供选择，分辨率从20角秒到0.02角秒不等，但编码器精度越高，价格越高昂。

（5）外形尺寸控制

力矩电机转台作为数控机床的第四轴时，其外形尺寸会减小数控机床的各向行程，而数控机床的行程是数控机床性能的重要指标，因此，在保证力矩电机性能要求的情况下，应尽量减小转台的外形尺寸。

3　结束语

力矩电机转台优良的性能，使其广泛应用于高精度车床、铣床等数控机床，力矩电机转台的设计与研究，具有积极的意义与广阔的发展前景。

［1］刘夏.国产数控机床附件产品的现状及发展趋势［J］.制造技术与机床，2004，（3）:42-46.

［2］阎晓彦.您看好国产数控转台行业的前景吗？［J］.机械工人，2007，（3）：12-17.

［3］Hwang，Ji Seon，PhD.Five-axwas NC machining of com pound sculptured surfaces［M］.PURDUEUNIVERSITY，1997：41-46.

［4］WANG Linhong，WU Bo.Analyzing dynamic character wastics of NC table with SVD［J］.International Symposium on Precwasion Mechanical Measurements，2003，（9）：74-78.

Key Points of Design of Torque Motor Rotary Table

XIN Wen-tao，LI Jun-tao，SHAN Jie
（Guangzhou Hao Chi electrical Limited by Share Ltd.，Guangzhou Guangdong 510000，China）

in this paper，the main characteristics of the torque motor rotary table，and the core elements to be considered in the design and research are described in this paper.

torque motor；rotary table；core elements

TG580

A

1672-545X（2016）07-0095-02

2016-04-23

辛文涛（1986-），男，广东广州人，研究生，研究方向：力矩电机转台设计。