数控平旋盘进给机构的结构分析

摘 要 数控平旋盘是一种具有U轴功能的机床附件，可以加工许多复杂型面。本文提出了一种新的数控平旋盘传动机构，它具有结构简单、传动链短、传递动力大、成本低的特点。

关键词 数控平旋盘；传动机构

中图分类号TG5 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2013）85-0167-02

随着机械加工产品产品范围的不断扩大、质量的不断提高、功能的不断强大，传统的数控机床加工范围已经满足不了需求，在普通的数控加工中心上大量的结构、尺寸、形态不同的工件难以实现加工生产，还需要有辅助轴联动如B轴、u轴来实现复合加工。在数控机床上，平旋盘属于一种多功能的机床附件，通常用来辅助加工各种复杂表面。传统的平旋盘分为两类，一类为机械式，只能在加工时作单轴径向移动，无法实现与多轴的联动控制；另一类是数控式平旋盘，在主切削运动时，平旋盘可实现径向进给，实现复合加工。机械式平旋盘由于适用范围较小，通常在生产中复杂型面的加工不易完成，因此，数控平旋盘正逐步取代机械式。而现有的数控平旋盘结构复杂、不易维护、传递动力小。针对这些问题，本文设计了一种新的数控平旋盘传动机构，它具有结构简单、传递动力大、传动链短、成本低的特点。

本文设计的数控平旋盘主要用于数控落地镗铣床。由于传统的机械式平旋盘在生产各种复杂型面时不能很好的完成加工，逐步将被淘汰，数控平旋盘将取而代之。目前，在国内外机械加工行业中，在实际应用中，数控式的大都上都是配备了蜗轮蜗杆机构、行星轮系差动机构、伺服系统机构，还有滚珠丝杠副机构等各种配置，用来实现各种动作。在工作中，这种平旋盘的缺点是：结构尺寸复杂、重量较沉、传动系统复杂、产生力矩小、造价成本较高、在工作时受切削力影响敏感、在使用时维护较难等问题。针对以上缺点，设计并研制了一种对吃刀抗力不敏感，能适应手工堆焊面加工的新型数控平旋盘。

该平旋盘总体布局类似常见的普通落地镗床，平旋盘固定，主轴箱在立柱上作Y坐标上下移动，立柱沿床身作x轴坐标左右移动，主轴在主轴箱内作z坐标前后进给运动。主轴箱在动作时除z向进给运动所必须具备外，还需实现主轴的各个部件能实现前后的进给运动，移动方向通常为z坐标方向，命名为w坐标。

本设计所采用的数控平旋盘在结构上采用了分离式设计，即定盘与转盘布局分开，如图1所示。在结构上，定盘（3）采用直接固定连接方式固定在主轴箱前端或滑枕上，转盘（1）的旋转动作通过端面键由主轴驱动，电机（11）的控制通过滑环（2） 和碳刷（9）转化并引出。旋转运动为该机构的主运动，这样，电线在动作过程中就不会产生不便，电机（11）的供电问题就解决了。而电机（11）输出轴连接着丝杠（7） 端头与联轴器（8），螺母座（10）套在丝杠（7）上并且与滑板（6）固定连接，以上机构都在转盘（1）中固定并安装，转盘（1） 安装在轴承（4）上并固定在定盘（3） 的内孔。

1 导轨的选择

由于大中型数控平旋盘应用于重型机械领域，导轨应该有较大的刚度和承载能力，再考虑到加工工艺性等，所以选择矩形导轨。

2滚珠丝杠副的支承形式

采用一端固定，一端游动的形式，这种形式需要保持螺母与两支承同轴，所以安装工艺较困难，丝杠的轴向刚度和一端固定，一端自由形式相同，压杆的临界转速和稳定性较高，有热膨胀的余地，即固定端受径向力和两轴向力，而另一端只受到径向力，能够做出微量轴向游动。

3 轴承的选择

丝杠轴承承受的主要是轴向载荷，除自重外，径向丝杠一般无外加载荷，对丝杠的轴承主要要求刚度和精度较高，另外，丝杠的转速一般不会很高，或高速旋转时间很短，因此发热不是主要考虑问题。而进给系统运动的灵活性是最基本的条件，丝杠副在工作时对微小的转角量实现的轴向位移要求反映灵敏。所以，所配备的轴承要采用尽量小的摩擦力矩。

滚珠丝杠轴承所用的类型根据丝杠螺母副支承方式的不同而定。一般情况下，游动端轴承多用深沟球轴承，而固定端轴承常用的是60°角接触推力球轴承，其次是推力滚子和滚针组合轴承。

本设备所选用的与滚珠丝杠配套使用的60°角接触推力球轴承作为固定端使用的轴承，型号选择7603020TVP轴承。

4 滚珠丝杆轴端形式

根据计算出的滚珠丝杠的轴端直径，按照JB/T 3162.4―1993《滚珠丝杠副丝杠轴端形式》中规定的固定轴端和支持轴端的基本形式。可以选择合适的轴端形式。

滚珠丝杠固定轴端形式，查标准表可以得知：

螺纹代号为M20×1.5，参数为：d=20mm，d1=16mm，Ll=72mm，L2=26mm，L=139，b=5mm，t=3mm，e=4mm。

查标准可以得知：d=20，d2=19，Ll=17.1mm，m=1.1mm，L=17mm，确定轴承型号为80304。

本文对数控平旋盘的部分结构进行了分析研究，得出进给传动系统的负载情况，确定了滚珠丝杠尺寸，计算出电机轴上的转矩和负载惯量，确定了步进电机的型号。

参考文献

[1]曲轴设计制造工艺与安装维修技术及质量检验标准规范（上卷）.机械工业出版社，2007，8.

[2]QC/T 481-2005汽车发动机曲轴技术条件.中华人民共和国汽车行业标准.