淺析數(shù)控轉(zhuǎn)臺鎖緊機構(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)控機床通過控制不同的運動軸來實現(xiàn)不同的直線或者軸線運動，從而實現(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行多序加工的加工中心，常規(guī)立式加工中心有三個直線軸，其運動軌跡相對簡單。四軸控制的數(shù)控機床在三軸聯(lián)動形式上，增加了旋轉(zhuǎn)軸控制功能，從而使運動形式變的相對復雜，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，對于數(shù)控四軸轉(zhuǎn)臺運動軌跡、鎖緊機構(gòu)及控制原理進行分析研究，以輔助工業(yè)實踐中零件加工精度以及穩(wěn)定性，提升設(shè)備的實際使用效率。
引言
數(shù)控轉(zhuǎn)臺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)軸與直角坐標軸實現(xiàn)聯(lián)動，提供低速大扭矩的回轉(zhuǎn)進給運動，從而配合直線軸完成復雜異形零件的加工。數(shù)控轉(zhuǎn)臺主要由傳動機構(gòu)、鎖緊機構(gòu)、信號傳輸機構(gòu)以及相應(yīng)調(diào)整單元組成。數(shù)控轉(zhuǎn)臺常采用垂直安裝方式固定在立式加工中心工作臺上，工作時，利用主機的數(shù)控操控系統(tǒng)完成與主機協(xié)調(diào)的各類分度回轉(zhuǎn)工作，也可作多個坐標的聯(lián)合運動，以便加工復雜的空間曲面，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 NRT 系列為例，對鎖緊機構(gòu)及控制原理進行分析。
數(shù)控轉(zhuǎn)臺的鎖緊機構(gòu)分析
數(shù)控轉(zhuǎn)臺是數(shù)控機床的重要組成部分，被廣泛的應(yīng)用于多軸數(shù)控機床中，其定位是否準確直接影響數(shù)控機床的加工精度。在數(shù)控轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)定角度加工時，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?，F(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)臺在四軸立式加工中心實際應(yīng)用了解，目前數(shù)控轉(zhuǎn)臺的故障出現(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)臺的可靠性，應(yīng)當針對整個鎖緊機構(gòu)進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，從設(shè)計方面降低產(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，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)臺的旋轉(zhuǎn)主軸。
第二，以綜欣 NRT 系列為例，其鎖緊機構(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，增大與碟片接觸面積，鎖緊力可提升原有的 2 倍，解決了重切削時鎖緊力不足的問題，提升數(shù)控轉(zhuǎn)臺定位精度的穩(wěn)定性。如圖 2 所示 :
第三，在鎖緊機構(gòu)上，經(jīng)常出現(xiàn)的故障問題是漏油導致鎖緊功能不足甚至失效。針對此類問題進行相關(guān)密封件及零部件公差尺寸的優(yōu)化升級，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。如圖 3 所示 :
控制原理的研究
在數(shù)控機床中尤其是功能部件中數(shù)控轉(zhuǎn)臺除了提供回轉(zhuǎn)運動、傳遞扭力等，有時需要對數(shù)控轉(zhuǎn)臺進行快速旋轉(zhuǎn)定位和快速松開，用以實現(xiàn)某些加工需求。一般數(shù)控轉(zhuǎn)臺上均會預留松開和鎖緊裝置的通道，通過機床數(shù)控系統(tǒng)來控制氣壓（或液壓的通斷）來實現(xiàn)數(shù)控轉(zhuǎn)臺的鎖緊與放松。以臺灣綜欣數(shù)控轉(zhuǎn)臺 NRT-A200R 為例，其采用在轉(zhuǎn)臺連接板上預裝有控制氣路通斷的電磁閥和松開、鎖緊信號確認開關(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)臺的松開與鎖緊，再通過信號傳輸至數(shù)控系統(tǒng)用以判斷數(shù)控轉(zhuǎn)臺所處狀態(tài)。如圖 4 所示 :
鎖緊機構(gòu)的維護與保養(yǎng)
數(shù)控轉(zhuǎn)臺是一種自動化程度高、結(jié)構(gòu)復雜的先進轉(zhuǎn)動部件，要充分發(fā)揮數(shù)控轉(zhuǎn)臺的高效性，需要正確的操作和用心的維護保養(yǎng)，以保證設(shè)備的正常運行和高的利用率。針對鎖緊機構(gòu)維護時，需要對其結(jié)構(gòu)原理進行充分的掌握，更換哪種潤滑油也有嚴格的要求。對于數(shù)控轉(zhuǎn)臺及鎖緊機構(gòu)日常維護保養(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、鎖緊機構(gòu)原理圖、氣路（油路）原理圖等，掌握了理論知識才能夠有針對性的保養(yǎng)。
2、維護記錄，這是維護人員對于設(shè)備進行維護保養(yǎng)的記錄總結(jié)，維護人員應(yīng)當對自己做的每一步維護情況進行詳細的記錄，無論當時判斷是否正確，這樣有助于今后進一步維修及提升自身技能。
3、常用的備件及檢測設(shè)備，如電磁閥、信號開關(guān)、密封件等等。要根據(jù)數(shù)控轉(zhuǎn)臺平時出現(xiàn)的故障或者容易出現(xiàn)故障的配件進行針對性的檢測，如發(fā)現(xiàn)異常應(yīng)當立即更換。同時需要熟練操作鎖緊扭矩測試儀、油水分離器等，當維護保養(yǎng)完成后要對數(shù)控轉(zhuǎn)臺的鎖緊機構(gòu)進行檢測，以確保維護保養(yǎng)結(jié)果的準確性。
結(jié)束語
數(shù)控轉(zhuǎn)臺是數(shù)控機床的重要功能部件，在機械加工制造中起著及其重要的最用。數(shù)控轉(zhuǎn)臺在鎖緊后的力矩大小對于高精度機械加工的關(guān)鍵技術(shù)，其鎖緊機構(gòu)是實現(xiàn)鎖緊定位的核心部件，當數(shù)控轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)到指定位置必須鎖緊定位才能保證工件加工時不會產(chǎn)生位置偏移，單純依靠驅(qū)動裝置很難實現(xiàn)此功能，因此必須依靠鎖緊機構(gòu)裝置來實現(xiàn)此功能。
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