辛文濤，李軍濤，單　杰

（廣州市昊志機(jī)電股份有限公司，廣東 廣州510000）

力矩電機(jī)轉(zhuǎn)臺設(shè)計研究要點(diǎn)

辛文濤，李軍濤，單杰

（廣州市昊志機(jī)電股份有限公司，廣東 廣州510000）

本文主要闡述了力矩電機(jī)轉(zhuǎn)臺的主要特點(diǎn)優(yōu)勢，及其設(shè)計研究所需考慮的核心要素。

力矩電機(jī)；轉(zhuǎn)臺；核心要素

隨著航空航天、鐵路、軍工、手機(jī)制造、汽車等行業(yè)的飛速發(fā)展，對數(shù)控機(jī)床的加工精度與加工效率要求越來越高。轉(zhuǎn)臺作為數(shù)控機(jī)床的主要功能部件，不僅需求量日益增大，對其性能要求也越來越高。在各式轉(zhuǎn)臺中，力矩電機(jī)轉(zhuǎn)臺具有獨(dú)特的魅力，高轉(zhuǎn)速、高精度、大剛度、高穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)，使其在市場上深受歡迎，所以力矩電機(jī)轉(zhuǎn)臺的設(shè)計與開發(fā)，具有積極的意義。

1　主要特點(diǎn)及優(yōu)勢

傳統(tǒng)轉(zhuǎn)臺與力矩電機(jī)轉(zhuǎn)臺驅(qū)動方式如下圖1、圖2所示，傳統(tǒng)轉(zhuǎn)臺通過蝸輪、蝸桿、齒輪等傳動環(huán)節(jié)來間接驅(qū)動負(fù)載，而力矩電機(jī)轉(zhuǎn)臺可直接驅(qū)動負(fù)載，力矩電機(jī)轉(zhuǎn)臺主要特點(diǎn)及優(yōu)勢體現(xiàn)在以下幾個方面［1-3］。

圖1　傳統(tǒng)轉(zhuǎn)臺驅(qū)動方式簡圖

圖2　力矩電機(jī)轉(zhuǎn)臺驅(qū)動方式簡圖

（1）高精度性

力矩電機(jī)轉(zhuǎn)臺實(shí)現(xiàn)了電機(jī)與負(fù)載間的直接耦合驅(qū)動，傳動間隙不再存在，且消除了中間傳動環(huán)節(jié)所造成的誤差，如蝸輪、蝸桿、齒輪誤差，提高了傳動精度，再配以高精度軸承與編碼器，力矩電機(jī)轉(zhuǎn)臺的分割精度與重復(fù)精度可達(dá)0.05角秒，其精度是傳統(tǒng)機(jī)械轉(zhuǎn)臺的百倍以上。

（2）高轉(zhuǎn)速、快速響應(yīng)能力

高轉(zhuǎn)速與快速響應(yīng)能力可提高生產(chǎn)效率、改善零件加工質(zhì)量。由于消除了中間傳動結(jié)構(gòu)，再無滯后問題，且減小了運(yùn)動體的慣量，力矩電機(jī)轉(zhuǎn)臺的響應(yīng)能力大大提升，遠(yuǎn)優(yōu)異于傳統(tǒng)機(jī)械轉(zhuǎn)臺。同時，由于無中間傳動結(jié)構(gòu)零部件，如蝸輪、蝸桿、齒輪的極限轉(zhuǎn)速與極限加速度限制，力矩電機(jī)轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)速可達(dá)3000 rpm，是傳統(tǒng)機(jī)械轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)速的幾十倍。

（3）大剛度、高穩(wěn)定性

由于消除了中間傳動結(jié)構(gòu)，再無傳動滯后及傳動間隙，提升了力矩電機(jī)轉(zhuǎn)臺的剛度；直接傳動，使轉(zhuǎn)臺的機(jī)械磨損減小，提高了穩(wěn)定性。

2　力矩電機(jī)轉(zhuǎn)臺設(shè)計

近年來，市場上出現(xiàn)了一股數(shù)控機(jī)床升級第四軸或第五軸的熱潮，市場對轉(zhuǎn)臺的需求急速增加，競爭激烈，力矩電機(jī)轉(zhuǎn)臺的設(shè)計與研發(fā)面臨著新的挑戰(zhàn)。在力矩電機(jī)轉(zhuǎn)臺設(shè)計與開發(fā)中，需要注意以下核心要素［4］。

（1）力矩電機(jī)

力矩電機(jī)作為轉(zhuǎn)臺的心臟，是力矩電機(jī)轉(zhuǎn)臺性能的保證，將直接影響轉(zhuǎn)臺的高轉(zhuǎn)速與快速響應(yīng)能力。隨著零件的加工難度與精度要求不斷提高，要求轉(zhuǎn)臺輸出功率與扭矩也越來越大，因此，為轉(zhuǎn)臺配置一支高性能力矩電機(jī)是必不可少的。

在力矩電機(jī)的設(shè)計過程中，可根據(jù)力矩電機(jī)轉(zhuǎn)臺的性能要求，以確定力矩電機(jī)的各項(xiàng)電機(jī)參數(shù)，如轉(zhuǎn)速、功率、扭矩等，進(jìn)而選擇合適的力矩電機(jī)冷卻方案、繞組方式、電機(jī)極數(shù)等。

（2）軸承選擇

在力矩電機(jī)轉(zhuǎn)臺設(shè)計中，回轉(zhuǎn)體的機(jī)械性能主要取決于回轉(zhuǎn)支撐軸承的剛度。轉(zhuǎn)臺一般擁有角秒級的回轉(zhuǎn)精度，且轉(zhuǎn)臺工作時常受到振動沖擊，因此，要求軸承不僅具有低摩擦、高轉(zhuǎn)速、高精度等特性，還要求軸承擁有較大的承載力與較高的剛度。

目前，市場上的有多種軸承可供選用，深溝球軸承、角接觸球軸承、圓柱滾子軸承、圓錐滾子軸承及轉(zhuǎn)臺軸承等。各軸承性能及價格各異，排除價格因素，轉(zhuǎn)臺軸承無論是在剛度，還是在承載及轉(zhuǎn)速方面都具有較大的優(yōu)勢。力矩電機(jī)轉(zhuǎn)臺設(shè)計時，可根據(jù)轉(zhuǎn)臺的使用工況及經(jīng)濟(jì)效益選用軸承。

（3）剎車機(jī)構(gòu)

剎車機(jī)構(gòu)也是轉(zhuǎn)臺設(shè)計所需關(guān)注的重要因素，優(yōu)良的剎車性能對轉(zhuǎn)臺來說是必不可少的。若剎車力不足或剎車不良，輕則影響零件加工精度，重則危害使用人員的人身安全。

目前，力矩電機(jī)轉(zhuǎn)臺比較常用的剎車機(jī)構(gòu)有碟片式及環(huán)抱式，各有優(yōu)缺點(diǎn)，可根據(jù)力矩電機(jī)轉(zhuǎn)臺結(jié)構(gòu)及使用工況選用。

（4）編碼器選用

在轉(zhuǎn)臺機(jī)械性能合格的情況下，編碼器直接決定了轉(zhuǎn)臺的精度：分割精度與重復(fù)精度。市場上有多種品牌的編碼器可供選擇，分辨率從20角秒到0.02角秒不等，但編碼器精度越高，價格越高昂。

（5）外形尺寸控制

力矩電機(jī)轉(zhuǎn)臺作為數(shù)控機(jī)床的第四軸時，其外形尺寸會減小數(shù)控機(jī)床的各向行程，而數(shù)控機(jī)床的行程是數(shù)控機(jī)床性能的重要指標(biāo)，因此，在保證力矩電機(jī)性能要求的情況下，應(yīng)盡量減小轉(zhuǎn)臺的外形尺寸。

3　結(jié)束語

力矩電機(jī)轉(zhuǎn)臺優(yōu)良的性能，使其廣泛應(yīng)用于高精度車床、銑床等數(shù)控機(jī)床，力矩電機(jī)轉(zhuǎn)臺的設(shè)計與研究，具有積極的意義與廣闊的發(fā)展前景。

［1］劉夏.國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床附件產(chǎn)品的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢［J］.制造技術(shù)與機(jī)床，2004，（3）:42-46.

［2］閻曉彥.您看好國產(chǎn)數(shù)控轉(zhuǎn)臺行業(yè)的前景嗎？［J］.機(jī)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

辛文濤（1986-），男，廣東廣州人，研究生，研究方向：力矩電機(jī)轉(zhuǎn)臺設(shè)計。