淺析數控轉臺鎖緊機構及控制原理的研究
2023-11-10 來源：綜欣恒盛（天津）科技有限公司 作者：吳圣秋
【摘要】: 數控機床通過控制不同的運動軸來實現不同的直線或者軸線運動，從而實現不同形狀零件的加工。隨著數控技術的發展，衍生出了可以一次裝夾進行多序加工的加工中心，常規立式加工中心有三個直線軸，其運動軌跡相對簡單。四軸控制的數控機床在三軸聯動形式上，增加了旋轉軸控制功能，從而使運動形式變的相對復雜，相應的產品加工工藝也更加廣泛。本文以數控四軸加工中心為例，對于數控四軸轉臺運動軌跡、鎖緊機構及控制原理進行分析研究，以輔助工業實踐中零件加工精度以及穩定性，提升設備的實際使用效率。
引言
數控轉臺是四軸立式加工中心的關鍵功能部件，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軸與直角坐標軸實現聯動，提供低速大扭矩的回轉進給運動，從而配合直線軸完成復雜異形零件的加工。數控轉臺主要由傳動機構、鎖緊機構、信號傳輸機構以及相應調整單元組成。數控轉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，利用主機的數控操控系統完成與主機協調的各類分度回轉工作，也可作多個坐標的聯合運動，以便加工復雜的空間曲面，最終使數控四軸立式加工中心完成指定的加工工序。本文以綜欣數控轉臺 NRT 系列為例，對鎖緊機構及控制原理進行分析。
數控轉臺的鎖緊機構分析
數控轉臺是數控機床的重要組成部分，被廣泛的應用于多軸數控機床中，其定位是否準確直接影響數控機床的加工精度。在數控轉臺旋轉定角度加工時，需要用到內部設置的鎖緊結構，其主要作用是保證數控轉臺在加工位置的緊固鎖緊，防止工件在切削力的作用下發生位移，以至于影響加工精度。現有鎖緊裝置有兩種方式，分為環抱式和碟片式兩種。環抱式在圓周方向將旋轉軸同步鎖緊，碟片式鎖緊裝置是通過剎車片端面接觸將旋轉軸鎖緊，兩者均可提供較大鎖緊力矩。根據數控轉臺在四軸立式加工中心實際應用了解，目前數控轉臺的故障出現的原因中，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。為了增加數控轉臺的可靠性，應當針對整個鎖緊機構進行結構優化，從設計方面降低產生這些問題的影響。如附圖 1 所示 :
第一，鎖緊機構棄用環抱式鎖緊裝置，改用碟片式鎖緊裝置，現階段碟片式鎖緊裝置采用壓板結構，一般壓板數量為 4 或 6 個，通過氣壓（或液壓）結合杠桿原理迫使碟片變形接觸數控轉臺基座。該
結構充分借助基座提供的剛性作用配合碟片變形產生的面接觸來鎖緊數控轉臺的旋轉主軸。
第二，以綜欣 NRT 系列為例，其鎖緊機構中的活塞采用雙活塞式結構，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，提升數控轉臺定位精度的穩定性。如圖 2 所示 :
第三，在鎖緊機構上，經常出現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密封件及零部件公差尺寸的優化升級，密封件與活塞間的摩擦系數要小，可以讓密封件工作壽命延長。如圖 3 所示 :
控制原理的研究
在數控機床中尤其是功能部件中數控轉臺除了提供回轉運動、傳遞扭力等，有時需要對數控轉臺進行快速旋轉定位和快速松開，用以實現某些加工需求。一般數控轉臺上均會預留松開和鎖緊裝置的通道，通過機床數控系統來控制氣壓（或液壓的通斷）來實現數控轉臺的鎖緊與放松。以臺灣綜欣數控轉臺 NRT-A200R 為例，其采用在轉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，通過外部引入氣壓源，電磁閥接入數控系統 PLC 上即可控制數控轉臺的松開與鎖緊，再通過信號傳輸至數控系統用以判斷數控轉臺所處狀態。如圖 4 所示 :
鎖緊機構的維護與保養
數控轉臺是一種自動化程度高、結構復雜的先進轉動部件，要充分發揮數控轉臺的高效性，需要正確的操作和用心的維護保養，以保證設備的正常運行和高的利用率。針對鎖緊機構維護時，需要對其結構原理進行充分的掌握，更換哪種潤滑油也有嚴格的要求。對于數控轉臺及鎖緊機構日常維護保養人員需要具備以下基本素質 :
1、必要的技術資料，如操作說明書、鎖緊機構原理圖、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。
2、維護記錄，這是維護人員對于設備進行維護保養的記錄總結，維護人員應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備，如電磁閥、信號開關、密封件等等。要根據數控轉臺平時出現的故障或者容易出現故障的配件進行針對性的檢測，如發現異常應當立即更換。同時需要熟練操作鎖緊扭矩測試儀、油水分離器等，當維護保養完成后要對數控轉臺的鎖緊機構進行檢測，以確保維護保養結果的準確性。
結束語
數控轉臺是數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。數控轉臺在鎖緊后的力矩大小對于高精度機械加工的關鍵技術，其鎖緊機構是實現鎖緊定位的核心部件，當數控轉臺旋轉到指定位置必須鎖緊定位才能保證工件加工時不會產生位置偏移，單純依靠驅動裝置很難實現此功能，因此必須依靠鎖緊機構裝置來實現此功能。
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