高精度平面回转轴承传动分度盘的设计研究

李德庆

(无锡机电高等职业技术学校 机电工程系，江苏 无锡 214028)

随着机械产品大型化、重型化趋势的要求，分度装置操作要灵活，结构要简单，精度要高，还要适合大重型零件加工。传统的分度装置通过涡轮蜗杆的传动结构复杂，并且传动链实现的分度存在较大的累积误差；同时传统分度装置由于传动系统中的摩擦力较大，因此通常只适用于中小型零件的分度作业；当零件的重量较重时，操作力较大，使用不便。该分度盘不仅操作方面灵活，大大提高了加工效率，并且分度精度高，特别适合大型零件的分度和划线作业。分度转台又叫分度台或分度盘，主要是以蜗轮蜗杆式结构为主，分度转台主要功能就是圆周旋转运动，达到分度或者等分的机床附件，通常精度为2.5°或5°，广泛应用于铣床、加工中心、钻床、磨床和镗床。

1 高精度平面回转轴承传动分度盘的结构设计

1.1 总体结构设计

本次设计的分度转盘由底座、平面回转轴承、回转盘及分度盘、手拉式定位器、锁紧装置所组成。平面回转轴承及分度盘均设置在底座上，在平面回转轴承的上面设置了回转盘。回转盘上的回转孔与底座上设置的定位套配合，实现中心定位。手拉式定位器固定在回转盘上，其上面有可伸缩的插销，通过插销的伸缩操作可实现与分度盘的定位固定或脱开。在回转盘的上面还设置有固定零件用的若干螺孔或T型槽，以实现零件在回转盘上的固定。锁紧装置为固定在底座上的若干个小角铁，上面设有锁紧回转盘用的螺钉。采用大承载力平面回转轴承和高精度分度槽，以及定位准确、装夹方便的回转盘，其中平面回转轴承采用的是高精度推力滚动轴承，结构如图1所示。

1—中心柱；2—分度盘；3—回转盘；4—锁紧装置钉；5—推力滚珠轴承；6—卡盘；7—手动式定位器；8、9—铜质定位套；10—刻度线；11—刻度盘；12—定位销；13—工件

图1 高精度回转分度盘的剖面示意

1.2 工作原理

通过输入轴上的共轭凸轮与输出轴上带有均匀分布滚针轴承的分度盘无间隙垂直啮合，凸轮轮廓面的曲线段驱使分度盘上的滚针轴承带动分度盘转位，直线段使分度盘静止，并定位自锁。该转盘的操作步骤为：

(1)零件放置到回转盘上；

(2)手拉式定位器的插销设置在脱开状态；

(3)通过转动回转盘，找正、调整零件中心位置；

(4)利用回转盘上的紧固螺孔或T型槽，使得零件装夹固定；

(5)手拉式定位器的插销与分度盘的槽配合，实现圆周方向的固定；

(6)锁紧装置将回转盘锁定；

(7)进行划线或加工专业；

(8)松开锁紧装置、脱开手拉式定位器的插销，然后转动回转盘，进行下一个分度作业(重复步骤4～7)。

1.3 研究中关键问题及解决方案

(1)高精度回转分度盘的背景技术及设计。图2、图3是一种常用的分度装置，称为分度头。其中图2为分度头的外形结构图，图3是分度头的传动系统原理图。

图2 分度头外形结构

这种传统的分度装置，它是通过手柄的转动，实现涡轮蜗杆的传动，驱动分度盘旋转。同时通过定位销与分度盘上的定位，实现分度。这种分度盘的缺点之一是结构比较复杂，通过传动链实现的分度，存在较大的累积误差。缺点之二是传动系统中的摩擦力较大，一般只适用于中小型零件的分度作业。当零件的重量较重时，操作力较大，使用不够轻便。

为克服上述分度装置中传统涡轮蜗杆传动系统造成分度累积误差较大的弊端，笔者对高精度回转分度盘进行重新设计。图4与图5是分度盘俯视结构示意及B-B向结构示意。高精度回转分度盘的回转盘的中心轴孔直接套装于底座中心柱上，如图6所示，二者之间通过径向滚动轴承支承，详见图7。分度装置中所采用的平面滚动轴承承载力大、摩擦力小，因而具有分度精度高、操作方面灵活的优势，特别适合大型零件的分度专业。

图3 分度头传动系统原理

图4 分度盘的俯视结构

图5 分度盘的B-B向结构

图6 回转盘与底座套装方式

图7 回转盘与底座支承方式

(2)零件在回转盘上的固定问题。本设计的高精度回转分度盘中回转盘上设置有固定零件用的若干螺纹孔或T型槽，与此同时回转盘上配置4个卡盘。在T型槽位置，通过T型螺栓及螺母将零件与回转盘连接，详细结构见图8、图9。回转盘锁紧装置的K向放大示意图如图10所示。

图8 回转盘上开设若干螺纹孔的俯

图9 回转盘上开设若干T形槽的俯视示意及A-A向结构

图10 回转盘锁紧装置的K向放大

(3)关于回转盘的T型槽的卡爪配置的问题。在回转盘上配置4个卡盘，通过T型螺栓及螺母在T型槽处与回转盘连接，具体详细结构参考图11。

图11 回转盘T型槽位置配置卡爪

(4)工件装夹问题。详细结构参考图12，具体是将工件装夹在卡盘上，通过卡盘可以调节工件的位置。

图12 零件装夹示意

(5)平面回转轴承与推力滚珠轴承问题。本作品具体方案是：平面回转轴承就是采用的推力滚珠轴承[5]。(平面回转轴承是上位概念，推力滚珠轴承是指具体的使用哪一种的平面回转轴承，更具体化了)。

(6)定位套就是铜套(定位套是上位概念，铜套更具体化)。

(7)锁紧定位器采用手拉式定位器，具体结构如图13所示(其中的件号7就是可伸缩的插销，也叫分度销[4])。

图13 手拉式定位器

2 本作品的创新点和改进点

本作品的主要创新点在于解决传统蜗轮蜗杆传动的分度装置存在的结构复杂、分度累积误差较大、加工大型零件的分度作业时需要多次装夹的问题。该分度盘不仅操作灵活，大大提高了加工效率，而且分度精度高，特别适合大型零件的分度和划线作业。

局部改进点通过输入轴上的共轭凸轮与输出轴上带有均匀分布滚针轴承的分度盘无间隙垂直啮合[2]，凸轮轮廓面的曲线段驱使分度盘上的滚针轴承带动分度盘转位，直线段使分度盘静止，并定位自锁，从而使得分度精度得到有效提高。

(1)由于采用了平面回转轴承，使得操作轻便灵活，尤其适用于大型回转台[3]，为大型零件的划线或加工等用途提供方便。

(2)平面回转轴承承载力较大，适合大型零件划线或加工作业。

(3)分度槽采用高精度数控机床加工出来，分度精度高。

(4)回转盘上设有螺孔或T型槽，零件装夹方便。T型槽的设置可实现在上面配置卡爪，装夹更容易。

(5)回转盘中心的定位孔，可方便定位元件的安装，实现零件快速定位。

(6)分度盘转位通过共轭凸轮与滚针轴承的分度盘无间隙垂直啮合并自锁，实现零件高精度的分度。

3 结语

目前，该传动分转盘在无锡一家外商独资企业生产现场使用，如图14所示，主要用于大型泵体零件的划线分度作业[6]，主要解决了生产中分步作业的问题，大大地提高了生产效率，同时避免了以往的累积误差，从而提高了分度精度，为企业节省了大量工时和成品率。

图14 生产现场实物