淺析數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)鎖緊機(jī)構(gòu)及控制原理的研究
2023-11-10 來源：綜欣恒盛（天津）科技有限公司 作者：吳圣秋
【摘要】: 數(shù)控機(jī)床通過控制不同的運(yùn)動(dòng)軸來實(shí)現(xiàn)不同的直線或者軸線運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)不同形狀零件的加工。隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，衍生出了可以一次裝夾進(jìn)行多序加工的加工中心，常規(guī)立式加工中心有三個(gè)直線軸，其運(yùn)動(dòng)軌跡相對(duì)簡(jiǎn)單。四軸控制的數(shù)控機(jī)床在三軸聯(lián)動(dòng)形式上，增加了旋轉(zhuǎn)軸控制功能，從而使運(yùn)動(dòng)形式變的相對(duì)復(fù)雜，相應(yīng)的產(chǎn)品加工工藝也更加廣泛。本文以數(shù)控四軸加工中心為例，對(duì)于數(shù)控四軸轉(zhuǎn)臺(tái)運(yùn)動(dòng)軌跡、鎖緊機(jī)構(gòu)及控制原理進(jìn)行分析研究，以輔助工業(yè)實(shí)踐中零件加工精度以及穩(wěn)定性，提升設(shè)備的實(shí)際使用效率。
引言
數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)是四軸立式加工中心的關(guān)鍵功能部件，它的作用不僅僅是為四軸立式加工中心提供精確分割角度和定位功能，而且可以直接作為伺服旋轉(zhuǎn)軸與直角坐標(biāo)軸實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)，提供低速大扭矩的回轉(zhuǎn)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，從而配合直線軸完成復(fù)雜異形零件的加工。數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)主要由傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、鎖緊機(jī)構(gòu)、信號(hào)傳輸機(jī)構(gòu)以及相應(yīng)調(diào)整單元組成。數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)常采用垂直安裝方式固定在立式加工中心工作臺(tái)上，工作時(shí)，利用主機(jī)的數(shù)控操控系統(tǒng)完成與主機(jī)協(xié)調(diào)的各類分度回轉(zhuǎn)工作，也可作多個(gè)坐標(biāo)的聯(lián)合運(yùn)動(dòng)，以便加工復(fù)雜的空間曲面，最終使數(shù)控四軸立式加工中心完成指定的加工工序。本文以綜欣數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái) NRT 系列為例，對(duì)鎖緊機(jī)構(gòu)及控制原理進(jìn)行分析。
數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)的鎖緊機(jī)構(gòu)分析
數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)是數(shù)控機(jī)床的重要組成部分，被廣泛的應(yīng)用于多軸數(shù)控機(jī)床中，其定位是否準(zhǔn)確直接影響數(shù)控機(jī)床的加工精度。在數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)定角度加工時(shí)，需要用到內(nèi)部設(shè)置的鎖緊結(jié)構(gòu)，其主要作用是保證數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)在加工位置的緊固鎖緊，防止工件在切削力的作用下發(fā)生位移，以至于影響加工精度。現(xiàn)有鎖緊裝置有兩種方式，分為環(huán)抱式和碟片式兩種。環(huán)抱式在圓周方向?qū)⑿D(zhuǎn)軸同步鎖緊，碟片式鎖緊裝置是通過剎車片端面接觸將旋轉(zhuǎn)軸鎖緊，兩者均可提供較大鎖緊力矩。根據(jù)數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)在四軸立式加工中心實(shí)際應(yīng)用了解，目前數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)的故障出現(xiàn)的原因中，鎖緊力問題尤其凸出，包括鎖緊碟片的磨損、活塞推力不夠等因素。為了增加數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)的可靠性，應(yīng)當(dāng)針對(duì)整個(gè)鎖緊機(jī)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，從設(shè)計(jì)方面降低產(chǎn)生這些問題的影響。如附圖 1 所示 :
第一，鎖緊機(jī)構(gòu)棄用環(huán)抱式鎖緊裝置，改用碟片式鎖緊裝置，現(xiàn)階段碟片式鎖緊裝置采用壓板結(jié)構(gòu)，一般壓板數(shù)量為 4 或 6 個(gè)，通過氣壓（或液壓）結(jié)合杠桿原理迫使碟片變形接觸數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)基座。該
結(jié)構(gòu)充分借助基座提供的剛性作用配合碟片變形產(chǎn)生的面接觸來鎖緊數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)的旋轉(zhuǎn)主軸。
第二，以綜欣 NRT 系列為例，其鎖緊機(jī)構(gòu)中的活塞采用雙活塞式結(jié)構(gòu)，通過外部氣壓（或液壓）的推動(dòng)，增大與碟片接觸面積，鎖緊力可提升原有的 2 倍，解決了重切削時(shí)鎖緊力不足的問題，提升數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)定位精度的穩(wěn)定性。如圖 2 所示 :
第三，在鎖緊機(jī)構(gòu)上，經(jīng)常出現(xiàn)的故障問題是漏油導(dǎo)致鎖緊功能不足甚至失效。針對(duì)此類問題進(jìn)行相關(guān)密封件及零部件公差尺寸的優(yōu)化升級(jí)，密封件與活塞間的摩擦系數(shù)要小，可以讓密封件工作壽命延長(zhǎng)。如圖 3 所示 :
控制原理的研究
在數(shù)控機(jī)床中尤其是功能部件中數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)除了提供回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、傳遞扭力等，有時(shí)需要對(duì)數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)進(jìn)行快速旋轉(zhuǎn)定位和快速松開，用以實(shí)現(xiàn)某些加工需求。一般數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)上均會(huì)預(yù)留松開和鎖緊裝置的通道，通過機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)來控制氣壓（或液壓的通斷）來實(shí)現(xiàn)數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)的鎖緊與放松。以臺(tái)灣綜欣數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái) NRT-A200R 為例，其采用在轉(zhuǎn)臺(tái)連接板上預(yù)裝有控制氣路通斷的電磁閥和松開、鎖緊信號(hào)確認(rèn)開關(guān)，通過外部引入氣壓源，電磁閥接入數(shù)控系統(tǒng) PLC 上即可控制數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)的松開與鎖緊，再通過信號(hào)傳輸至數(shù)控系統(tǒng)用以判斷數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)所處狀態(tài)。如圖 4 所示 :
鎖緊機(jī)構(gòu)的維護(hù)與保養(yǎng)
數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)是一種自動(dòng)化程度高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的先進(jìn)轉(zhuǎn)動(dòng)部件，要充分發(fā)揮數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)的高效性，需要正確的操作和用心的維護(hù)保養(yǎng)，以保證設(shè)備的正常運(yùn)行和高的利用率。針對(duì)鎖緊機(jī)構(gòu)維護(hù)時(shí)，需要對(duì)其結(jié)構(gòu)原理進(jìn)行充分的掌握，更換哪種潤(rùn)滑油也有嚴(yán)格的要求。對(duì)于數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)及鎖緊機(jī)構(gòu)日常維護(hù)保養(yǎng)人員需要具備以下基本素質(zhì) :
1、必要的技術(shù)資料，如操作說明書、鎖緊機(jī)構(gòu)原理圖、氣路（油路）原理圖等，掌握了理論知識(shí)才能夠有針對(duì)性的保養(yǎng)。
2、維護(hù)記錄，這是維護(hù)人員對(duì)于設(shè)備進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)的記錄總結(jié)，維護(hù)人員應(yīng)當(dāng)對(duì)自己做的每一步維護(hù)情況進(jìn)行詳細(xì)的記錄，無論當(dāng)時(shí)判斷是否正確，這樣有助于今后進(jìn)一步維修及提升自身技能。
3、常用的備件及檢測(cè)設(shè)備，如電磁閥、信號(hào)開關(guān)、密封件等等。要根據(jù)數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)平時(shí)出現(xiàn)的故障或者容易出現(xiàn)故障的配件進(jìn)行針對(duì)性的檢測(cè)，如發(fā)現(xiàn)異常應(yīng)當(dāng)立即更換。同時(shí)需要熟練操作鎖緊扭矩測(cè)試儀、油水分離器等，當(dāng)維護(hù)保養(yǎng)完成后要對(duì)數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)的鎖緊機(jī)構(gòu)進(jìn)行檢測(cè)，以確保維護(hù)保養(yǎng)結(jié)果的準(zhǔn)確性。
結(jié)束語
數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)是數(shù)控機(jī)床的重要功能部件，在機(jī)械加工制造中起著及其重要的最用。數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)在鎖緊后的力矩大小對(duì)于高精度機(jī)械加工的關(guān)鍵技術(shù)，其鎖緊機(jī)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)鎖緊定位的核心部件，當(dāng)數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)到指定位置必須鎖緊定位才能保證工件加工時(shí)不會(huì)產(chǎn)生位置偏移，單純依靠驅(qū)動(dòng)裝置很難實(shí)現(xiàn)此功能，因此必須依靠鎖緊機(jī)構(gòu)裝置來實(shí)現(xiàn)此功能。
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