■ 揚(yáng)州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 （江蘇揚(yáng)州 225000） 王心成

■ 江蘇哈工聯(lián)合精密傳動(dòng)有限公司 （江蘇揚(yáng)州 225000） 王 健

數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)作為五軸加工設(shè)備的重要附件，其回轉(zhuǎn)精度對(duì)五軸加工設(shè)備的加工精度影響非常大。目前為止，國內(nèi)市場(chǎng)上的五軸加工設(shè)備以進(jìn)口設(shè)備為主，剩余的部分國產(chǎn)五軸加工設(shè)備也大多配置的是進(jìn)口數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)，其中最主要的原因是進(jìn)口數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)精度更高，但是采用蝸桿蝸輪等傳動(dòng)方式設(shè)計(jì)的高精度數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)其精度保持性依舊很難保證，而采用電動(dòng)機(jī)直驅(qū)形式的高精度轉(zhuǎn)臺(tái)在相同回轉(zhuǎn)直徑下其額定轉(zhuǎn)矩往往較小。為彌補(bǔ)目前多種類型高精度轉(zhuǎn)臺(tái)的缺陷，本團(tuán)隊(duì)通過長期與國內(nèi)精密減速器制造企業(yè)的交流與合作，成功研發(fā)了一種基于精密擺線針輪減速器的雙搖籃轉(zhuǎn)臺(tái)（見圖1、圖2）。

1. 雙搖籃轉(zhuǎn)臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

一種基于精密擺線針輪減速器的雙搖籃轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖1 轉(zhuǎn)臺(tái)實(shí)物

圖2 轉(zhuǎn)臺(tái)內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意

支撐座與擺動(dòng)部件殼體安裝在底座上，無框電動(dòng)機(jī)6的定子固定安裝在擺動(dòng)部件殼體內(nèi)部，無框電動(dòng)機(jī)6的轉(zhuǎn)子與擺線針輪減速器5的輸入端固定聯(lián)接，擺線針輪減速器5的輸出端與回轉(zhuǎn)部件殼體一側(cè)的聯(lián)接板固定聯(lián)接，回轉(zhuǎn)部件殼體的另一側(cè)則與支撐座之間通過圓柱滾子軸承支撐，無框電動(dòng)機(jī)9的定子固定安裝在回轉(zhuǎn)部件殼體內(nèi)部，無框電動(dòng)機(jī)9的轉(zhuǎn)子與擺線針輪減速器4的輸入端固定聯(lián)接，擺線針輪減速器4的輸出端與工作臺(tái)固定聯(lián)接。

（1）工作臺(tái)尺寸的選定 由于多數(shù)依賴五軸加工設(shè)備進(jìn)行大批量生產(chǎn)的零件為中小型零件，如汽車部品中的葉輪等，其系列產(chǎn)品的尺寸大多不超過160mm，因此目前選定的工作臺(tái)直徑為170mm。

（2）減速器及傳動(dòng)方式的確定A軸和C軸的轉(zhuǎn)動(dòng)均使用無框電動(dòng)機(jī)與擺線針輪減速器直連的傳動(dòng)方式，具有結(jié)構(gòu)緊湊、傳動(dòng)鏈誤差小和安裝維護(hù)方便等特點(diǎn)。選擇擺線針輪減速器原因：使用高精度的蝸輪蝸桿類減速器所制作的轉(zhuǎn)臺(tái)在實(shí)際加工過程中，因其無法實(shí)現(xiàn)多齒嚙合，磨損較快，精度保持性較差，故需要在轉(zhuǎn)臺(tái)設(shè)計(jì)時(shí)使用復(fù)雜的可調(diào)減速器精度的機(jī)構(gòu)，這樣既增加了轉(zhuǎn)臺(tái)的制造成本，也使得其維護(hù)和修理變得更加復(fù)雜。另一種制造高精度數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)的技術(shù)路線是不使用減速器，而是使用力矩電動(dòng)機(jī)直驅(qū)的方式控制轉(zhuǎn)臺(tái)的運(yùn)動(dòng)，這種方案由于成本過高，導(dǎo)致五軸加工設(shè)備的售價(jià)過高，無法廣泛被市場(chǎng)接受。

圖3 轉(zhuǎn)臺(tái)內(nèi)部結(jié)構(gòu)剖視

而本設(shè)計(jì)基于精密擺線針輪減速器的雙搖籃轉(zhuǎn)臺(tái)，其A軸和C軸所選用的擺線針輪減速器本身具有多齒嚙合的特點(diǎn)，尤其是在長時(shí)間高負(fù)載條件下的工作表現(xiàn)十分穩(wěn)定，可長期保證A軸和C軸的回轉(zhuǎn)精度小于1arcmin。本設(shè)計(jì)所選用的兩個(gè)擺線針輪減速器型號(hào)均為CTS140H057C，額定輸出轉(zhuǎn)矩為270N·m，回轉(zhuǎn)精度小于1arcmin，該款減速器為江蘇哈工聯(lián)合精密傳動(dòng)有限公司專門為數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)的應(yīng)用而研發(fā)的國產(chǎn)精密擺線針輪減速器。

（3）電動(dòng)機(jī)的選擇A軸和C軸所選用的均為國產(chǎn)無框電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)型號(hào)TMRI134-29，定子外徑134mm，額定輸出轉(zhuǎn)矩5.8N·m。

2. 工作原理

基于精密擺線針輪減速器的雙搖籃轉(zhuǎn)臺(tái)由無框電動(dòng)機(jī)6帶動(dòng)擺線針輪減速器5轉(zhuǎn)動(dòng)，回轉(zhuǎn)部件殼體由于一側(cè)與擺線針輪減速器5輸出端固定聯(lián)接，另一側(cè)與支撐座之間通過圓柱滾子軸承支撐，因此可實(shí)現(xiàn)其繞無框電動(dòng)機(jī)6回轉(zhuǎn)中心軸的擺動(dòng)，即A軸的擺動(dòng)?；剞D(zhuǎn)部件殼體擺動(dòng)的同時(shí)，其內(nèi)部安裝的無框電動(dòng)機(jī)9可帶動(dòng)擺線針輪減速器4轉(zhuǎn)動(dòng)，工作臺(tái)由于與擺線針輪減速器4輸出端固定聯(lián)接，因此可實(shí)現(xiàn)其繞無框電動(dòng)機(jī)9回轉(zhuǎn)中心軸的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，即C軸的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

以上運(yùn)動(dòng)在數(shù)控系統(tǒng)的控制下，可實(shí)現(xiàn)A軸在±120°范圍內(nèi)的旋轉(zhuǎn)和C軸任意大小角度的旋轉(zhuǎn)，這兩個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)根據(jù)實(shí)際加工需求既可以獨(dú)立實(shí)現(xiàn)也可以形成聯(lián)動(dòng)。

3. 結(jié)語

本設(shè)計(jì)核心思想在于將精密擺線針輪減速器應(yīng)用在數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)的設(shè)計(jì)上，該減速器所具有的高精度、高剛度、抗傾覆性強(qiáng)及壽命長等優(yōu)點(diǎn)，使得所制造的雙搖籃轉(zhuǎn)臺(tái)相對(duì)市面上其他類型的數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)，具有低成本、高剛度和高精度保持性等優(yōu)勢(shì)，具有良好的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。