李鳳春

（天津市第二機(jī)床有限公司，天津300409）

1 引 言

近幾年來，作為加工各行業(yè)所用大型軸承的關(guān)鍵設(shè)備，立式圓臺磨床快速發(fā)展，它的加工領(lǐng)域已經(jīng)涉及到發(fā)電、冶金、國防等行業(yè)。現(xiàn)在市場上見到的立式圓臺磨床的磨削主軸根據(jù)加工工件要求有固定式和轉(zhuǎn)角度兩種方式。轉(zhuǎn)角度機(jī)構(gòu)可以通過很多種方式實現(xiàn)，伺服電機(jī)帶動多齒盤式主軸轉(zhuǎn)角機(jī)構(gòu)就是其中一種，這種方式不僅結(jié)構(gòu)簡單，更重要的是分度定位精度高，能自動定心，齒面磨損對定位精度影響小，承載能力強(qiáng)，剛度好。本文介紹伺服電機(jī)帶動多齒盤式主軸轉(zhuǎn)角機(jī)構(gòu)的設(shè)計方法和應(yīng)用情況。

2 多齒盤式主軸轉(zhuǎn)角機(jī)構(gòu)的基本結(jié)構(gòu)

2.1 多齒盤工作原理和特點

如圖1 所示，多齒盤機(jī)構(gòu)一般由兩個齒數(shù)和齒形相同的端面齒盤對合而成，齒長沿著半徑方向。通常一個齒盤不動，另一個齒盤與分度回轉(zhuǎn)部件固連。分度轉(zhuǎn)位時，動齒盤抬起與定齒盤分離，然后轉(zhuǎn)位。轉(zhuǎn)至要求位置時，停止轉(zhuǎn)動，動齒盤與定齒盤合上，兩齒被壓緊嚙合。這時大多數(shù)齒都緊密接觸，以獲得高的定位精度和重復(fù)定位精度。

特點：定位精度高，能自動定心，定位精度不受軸承間隙和正反轉(zhuǎn)的影響，齒面磨損對定位精度影響不大，承載能力強(qiáng)，定位剛度好。

2.2 基本結(jié)構(gòu)

根據(jù)多齒盤的特點，把多齒盤用在立式磨床的主軸分度機(jī)構(gòu)上。如圖2（a），磨削主軸15 通過螺釘與轉(zhuǎn)盤9 固定在一起，動齒盤7 與轉(zhuǎn)盤9 固定在一起，定齒盤8 與滑板10 固定在一起。轉(zhuǎn)盤9與滑板10 通過6 個液壓缸（如圖2（b））中的碟形彈簧鎖緊，液壓缸常態(tài)為鎖緊狀態(tài)，即碟形彈簧常態(tài)為有一定的壓縮量，多齒盤靠碟形彈簧的這個壓縮量的回復(fù)力鎖緊。當(dāng)加工需要主軸轉(zhuǎn)角度時，立式磨床的數(shù)控系統(tǒng)給出指令，使液壓系統(tǒng)通過油缸蓋12 向液壓缸內(nèi)同壓力油，活塞13 壓縮碟形彈簧，帶動油缸螺釘14 頂開轉(zhuǎn)盤9，使得動齒盤7 與定齒盤8 脫開。然后數(shù)控系統(tǒng)驅(qū)動伺服電機(jī)1，通過減速機(jī)2 驅(qū)動蝸桿3、帶動蝸輪4，使齒輪軸5 旋轉(zhuǎn)，與齒輪軸5 嚙合的內(nèi)齒圈6 轉(zhuǎn)動，從而帶動轉(zhuǎn)盤9 和磨削主軸15 旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)到位置后，由數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出指令，伺服電機(jī)停止運動時，液壓系統(tǒng)停止向液壓缸供油，活塞13 在碟形彈簧的回復(fù)力下自動復(fù)位，拉緊油缸螺釘14，鎖緊轉(zhuǎn)盤9，主軸可以進(jìn)入加工狀態(tài)。

圖1 多齒盤機(jī)構(gòu)原理圖

圖2

3 多齒盤選型及鎖緊系統(tǒng)的設(shè)計

3.1 多齒盤選型設(shè)計

根據(jù)機(jī)床加工要求，主軸可360°分度，所以多齒盤取齒數(shù)Z=360。如圖1，根據(jù)多齒盤設(shè)計方法用齒盤的轉(zhuǎn)矩Mn查表，估算齒盤外徑D，估算齒寬B。Mn=15120N·mm。根據(jù)結(jié)構(gòu)，D 盡可能取大值，D=575mm，B=25mm。

式中，Mn-齒盤承受的扭矩；Mr-齒盤受的顛覆力矩；ρ-摩擦角，一般ρ=5°～6°；s-安全系數(shù)，一般取s=1～1.5；Fr-齒盤承受的徑向力（在嚙合截面內(nèi)）；F0-齒盤承受的軸向力，方向與F 同向時取“-”，反之取“+”號。

表1 多齒盤夾緊力參數(shù)表

根據(jù)2MK95160 立式圓臺磨床磨削主軸和轉(zhuǎn)盤的重量，加上加工時的磨削力，估算得表1 中的值，因為多齒盤的軸是臥式應(yīng)用的，F(xiàn)0可以認(rèn)為是零。

計算得夾緊力F=13871N。

3.2 鎖緊系統(tǒng)的設(shè)計

多齒盤所需的夾緊力為F=13871N。

設(shè)轉(zhuǎn)盤和動齒盤被6 個油缸螺釘頂起時，碟形彈簧最多變形量為0.5h0，根據(jù)2MK95160 立式圓臺磨床用的多齒盤結(jié)構(gòu)和尺寸，多齒盤完全脫開需要2mm 的位移。

綜合算來則每個液壓缸用5 個碟形彈簧。如圖2（b），這種碟形彈簧排列的方式，根據(jù)碟形彈簧壓縮受力的計算方法，只給3 個變形的受力就可以達(dá)到5 個變形的目的。

6 個液壓缸，每個液壓缸用5 個碟形彈簧，在多齒盤鎖緊時，每個碟形彈簧變形量為0.2h0，多齒盤受到的鎖緊力為F′＝6×3P0.2=6×3×4186.7=753606N

F′遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于F，表示選用每個液壓缸用5 個碟形彈簧和這種排列方式足以滿足此設(shè)計中主軸轉(zhuǎn)角機(jī)構(gòu)的鎖緊。

多齒盤完全脫開時，活塞壓縮碟形彈簧的力為

則多齒盤完全脫開時，液壓缸通油壓力為

4 實際應(yīng)用

該主軸轉(zhuǎn)角機(jī)構(gòu)在2MK95160 立式圓臺磨床上使用檢驗，在給6 個液壓缸通10MPa 的額定油壓下，轉(zhuǎn)盤完全脫開，在伺服電機(jī)的驅(qū)動下，轉(zhuǎn)盤以額定轉(zhuǎn)速1r/min 旋轉(zhuǎn)，油缸卸壓后，轉(zhuǎn)盤鎖緊，定位精度達(dá)到了±2"。并且鎖緊剛度好，完全達(dá)到機(jī)床的加工要求。

5 結(jié) 語

經(jīng)多齒盤在磨削主軸旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)中的使用證明，多齒盤分度定位精度高，并且具有很高的穩(wěn)定性和可靠性。這一系列的特點使得多齒盤機(jī)構(gòu)在機(jī)床中的應(yīng)用恰到好處，也擴(kuò)大了立式圓臺磨床的加工范圍。

［1］ 陳心昭，權(quán)義魯.現(xiàn)代實用機(jī)床設(shè)計手冊［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.

［2］ 陳祖琛.機(jī)床零部件標(biāo)準(zhǔn)匯編［M］.北京：機(jī)械電子工業(yè)部北京機(jī)床研究所，1990.