论数控机床卧式加工中心转台的设计优化

方案。优化后的卧式加工中心转台具有结构紧凑、简单，定位精度高，工作可靠，加工工艺性好，制造成本低，易于装拆、测量和调整，维护性好等优势。对工作台单元进行的几何精度检测、承载测试及切削试验表明，改进后的工作台定位精度、承载能力、切削刚性及可靠性等均满足使用要求，性能较原工作台有很大改善。

关键词：数控机床；卧式加工中心转台；设计优化

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。

一、傳统数控机床卧式加工中心转台设计方案中的缺陷

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。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。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。径向定心轴承采用一套圆锥滚子轴承。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。

二、数控机床卧式加工中心转台设计方案的优化

（一）卧式加工中心转台的结构优化

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。

工作台采用一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。径向定心采用一套圆柱滚子轴承，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。拉紧机构采用中心下拉方式，由一个拉紧油缸组成，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。

（二）卧式加工中心转台的运行优化

如图所示，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。

综上所述，在分析数控机床卧式加工中心转台的问题基础上，对原有中心转台设计方案进行优化，将滑动导轨改为滚动导轨，变单向碟簧锁紧为轴向柱塞摩擦片式锁紧，并把原圆周分布的拉压缸移到了转轴中心与定心轴承环套集成，使工作台定位精度提高，锁紧更加可靠，有效提高了机床的性能。

参考文献

[1] 杨沛湛，王瑾，张东海，张军.应对龙门机床横梁热变形的结构分析与改进[J].制造技术与机床，2014（02）.

[2] 杨沛湛，张军，王瑾，解念所.机床刀具柜用连杆式抽屉锁闭机构[J].金属加工（冷加工），2014（06）.

作者简介：马琦，大连机床集团有限责任公司。

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