技术交流2008年第6期砖瓦数控回转工作台的原理和设计崔旭芳1周英2(1燕山大学继续教育学院,河北秦皇岛066004;2海湾安全技术股份有限公司,河北秦皇岛066004)摘要:数控回转工作台是五轴联动的基础,它能够实现回转轴与摆动轴的两坐标定位。在三轴联动的数控铣床上增加数控回转工作台,并通过数控改造使之成为五轴数控铣床,是扩展机床使用功能的简捷方式。详细分析和说明了双回转工作台的分类、结构、工作原理和设计过程。设计中采用了先进的电主轴作为主轴系统的核心部件,使机械结构更加简单、控制部分相应简化,并可以方便地与CAD/CAM结合,为数控机床的改造提供依据。关键词:数控回转工作台;结构;原理;设计中图分类号:TU522.05文献标识码:A文章编号:1001-6945(2008)06-0023-051引言b.对于直纹面类零件,可采用侧铣方式一刀成型,加工质量近年来,随着我国国民经济的迅速发展和国防建设的需好、效率高,如图1(b)所示。要,对高档数控机床提出了急迫的大量需求。机床制造业是一c.对一般立体型面特别是较为平坦的大型表面,可用大直国工业之基石,它为新技术、新产品的开发和现代工业生产提径端铣刀端面逼近表面进行加工,走刀次数少,残余高度小,可供重要的手段,是不可或缺的战略性产业。即使是发达工业化大大提高加工效率与表面质量,如图1(c)所示。国家,也无不高度重视。机床是一个国家制造业水平的象征,代d.对工件上的多个空间表面可一次装夹进行多面、多工序表机床制造业最高境界的则是五轴联动数控机床系统。从某种加工,加工效率高并有利于提高各表面的相互位置精度,如图1意义上说,五轴联动数控机床系统反映了一个国家的工业发展(d)所示。水平状况。e.五轴加工时,刀具相对于工件表面可处于最有效的切削2五轴联动机床简介及加工特点状态。例如使用球头刀时可避免球头底部切削,如图1(e)所示,数控机床加工某些零件时,除需要有沿X、Y、Z三个坐标轴利于提高加工效率。同时,由于切削状态可保持不变,刀具受力的直线进给运动之外,还需要有绕X、Y、Z三个坐标轴的圆周进情况一致,变形一致,可使整个零件表面上的误差分布比较均给运动,分别称为A、B、C轴。匀,这对于保证某些高速回转零件的平衡性能具有重要作用。五轴联动机床也称五坐标机床,它是在三个平动轴(沿X、f.在某些加工场合,如空间受到限制的通道加工或组合曲Y、Z轴的直线运动)的基础上增加了两个转动轴(能实现绕X面的过渡区域加工,可采用较大尺寸的刀具避开干涉,刀具刚轴、Z轴旋转运动,即A轴和C轴),不仅可使刀具相对于工件性好,有利于提高加工效率与精度,如图1(f)所示。的位置任意可控,而且刀具轴线相对于工件的方向也在一定范现在,大家普遍认为,五轴联动数控机床系统是解决叶轮、围内任意可控,由此使五坐标加工工具有以下特点:叶片、船用螺旋桨、重型发电机转子、汽轮机转子、大型柴油机a.可避免刀具干涉,加工普通三坐标机床难以加工的复杂曲轴等加工的唯一手段。所以,每当人们在设计、研制复杂曲面零件,加工适应性广,如图1(a)所示。遇到无法解决的难题时,往往转向求助于五轴数控系统。3五轴联动机床的结构类型加工中心一般分为立式加工中心和卧式加工中心,立式加工中心(三轴)最有效的加工面仅为工件的顶面,卧式加工中心借助回转工作台,也只能完成工件的四面加工。目前高档的加工中心正朝着五轴控制的方向发展。五轴联动加工中心具有高效率、高精度的特点,工件一次装夹就可完成五面体的加工。如配置上五轴联动的高档数控系统,还可以对复杂的空间曲面进行高精度加工,更能够适宜像汽车零部件、飞机结构件等现代模具的加工。五轴加工中心的回转轴基本有两种方式:一种是工作台回图1五坐标加工的特点转轴,另一种则是依靠立式主轴头的回转。2008Brick&Tilewww.brick-tile.com23砖瓦2008年第6期技术交流3.1依靠立式主轴头的回转动。数控回转工作台(简称数控转台)除了可以实现圆周进给运在这个类型中,主轴前端是一个回转头,能自行环绕Z轴360°动之外,还可以完成分度运动。数控转台的外形和分度工作台没旋转,成为C轴。回转头上还带有可环绕X轴旋转的A轴,一般可有多大差别,但在结构上则具有一系列的特点。由于数控转台能达±90°以上,实现上述同样的功能。实现进给运动,所以它在结构上和数控机床的进给驱动机构有这种设置方式的优点是主轴加工非常灵活,工作台也可以许多共同之处。不同点是驱动机构实现的是直线进给运动,而数设计得非常大,客机庞大的机身、巨大的发动机壳都可以在这类控转台实现的是圆周进给运动。数控转台可分为开环和闭环两加工中心上加工。这种设计还有一大