李鳳春
(天津市第二機(jī)床有限公司,天津300409)
近幾年來(lái),作為加工各行業(yè)所用大型軸承的關(guān)鍵設(shè)備,立式圓臺(tái)磨床快速發(fā)展,它的加工領(lǐng)域已經(jīng)涉及到發(fā)電、冶金、國(guó)防等行業(yè)。現(xiàn)在市場(chǎng)上見到的立式圓臺(tái)磨床的磨削主軸根據(jù)加工工件要求有固定式和轉(zhuǎn)角度兩種方式。轉(zhuǎn)角度機(jī)構(gòu)可以通過(guò)很多種方式實(shí)現(xiàn),伺服電機(jī)帶動(dòng)多齒盤式主軸轉(zhuǎn)角機(jī)構(gòu)就是其中一種,這種方式不僅結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,更重要的是分度定位精度高,能自動(dòng)定心,齒面磨損對(duì)定位精度影響小,承載能力強(qiáng),剛度好。本文介紹伺服電機(jī)帶動(dòng)多齒盤式主軸轉(zhuǎn)角機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法和應(yīng)用情況。
如圖1 所示,多齒盤機(jī)構(gòu)一般由兩個(gè)齒數(shù)和齒形相同的端面齒盤對(duì)合而成,齒長(zhǎng)沿著半徑方向。通常一個(gè)齒盤不動(dòng),另一個(gè)齒盤與分度回轉(zhuǎn)部件固連。分度轉(zhuǎn)位時(shí),動(dòng)齒盤抬起與定齒盤分離,然后轉(zhuǎn)位。轉(zhuǎn)至要求位置時(shí),停止轉(zhuǎn)動(dòng),動(dòng)齒盤與定齒盤合上,兩齒被壓緊嚙合。這時(shí)大多數(shù)齒都緊密接觸,以獲得高的定位精度和重復(fù)定位精度。
特點(diǎn):定位精度高,能自動(dòng)定心,定位精度不受軸承間隙和正反轉(zhuǎn)的影響,齒面磨損對(duì)定位精度影響不大,承載能力強(qiáng),定位剛度好。
根據(jù)多齒盤的特點(diǎn),把多齒盤用在立式磨床的主軸分度機(jī)構(gòu)上。如圖2(a),磨削主軸15 通過(guò)螺釘與轉(zhuǎn)盤9 固定在一起,動(dòng)齒盤7 與轉(zhuǎn)盤9 固定在一起,定齒盤8 與滑板10 固定在一起。轉(zhuǎn)盤9與滑板10 通過(guò)6 個(gè)液壓缸(如圖2(b))中的碟形彈簧鎖緊,液壓缸常態(tài)為鎖緊狀態(tài),即碟形彈簧常態(tài)為有一定的壓縮量,多齒盤靠碟形彈簧的這個(gè)壓縮量的回復(fù)力鎖緊。當(dāng)加工需要主軸轉(zhuǎn)角度時(shí),立式磨床的數(shù)控系統(tǒng)給出指令,使液壓系統(tǒng)通過(guò)油缸蓋12 向液壓缸內(nèi)同壓力油,活塞13 壓縮碟形彈簧,帶動(dòng)油缸螺釘14 頂開轉(zhuǎn)盤9,使得動(dòng)齒盤7 與定齒盤8 脫開。然后數(shù)控系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)1,通過(guò)減速機(jī)2 驅(qū)動(dòng)蝸桿3、帶動(dòng)蝸輪4,使齒輪軸5 旋轉(zhuǎn),與齒輪軸5 嚙合的內(nèi)齒圈6 轉(zhuǎn)動(dòng),從而帶動(dòng)轉(zhuǎn)盤9 和磨削主軸15 旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)到位置后,由數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出指令,伺服電機(jī)停止運(yùn)動(dòng)時(shí),液壓系統(tǒng)停止向液壓缸供油,活塞13 在碟形彈簧的回復(fù)力下自動(dòng)復(fù)位,拉緊油缸螺釘14,鎖緊轉(zhuǎn)盤9,主軸可以進(jìn)入加工狀態(tài)。
圖1 多齒盤機(jī)構(gòu)原理圖
圖2
根據(jù)機(jī)床加工要求,主軸可360°分度,所以多齒盤取齒數(shù)Z=360。如圖1,根據(jù)多齒盤設(shè)計(jì)方法用齒盤的轉(zhuǎn)矩Mn查表,估算齒盤外徑D,估算齒寬B。Mn=15120N·mm。根據(jù)結(jié)構(gòu),D 盡可能取大值,D=575mm,B=25mm。
式中,Mn-齒盤承受的扭矩;Mr-齒盤受的顛覆力矩;ρ-摩擦角,一般ρ=5°~6°;s-安全系數(shù),一般取s=1~1.5;Fr-齒盤承受的徑向力(在嚙合截面內(nèi));F0-齒盤承受的軸向力,方向與F 同向時(shí)取“-”,反之取“+”號(hào)。
表1 多齒盤夾緊力參數(shù)表
根據(jù)2MK95160 立式圓臺(tái)磨床磨削主軸和轉(zhuǎn)盤的重量,加上加工時(shí)的磨削力,估算得表1 中的值,因?yàn)槎帻X盤的軸是臥式應(yīng)用的,F(xiàn)0可以認(rèn)為是零。
計(jì)算得夾緊力F=13871N。
多齒盤所需的夾緊力為F=13871N。
設(shè)轉(zhuǎn)盤和動(dòng)齒盤被6 個(gè)油缸螺釘頂起時(shí),碟形彈簧最多變形量為0.5h0,根據(jù)2MK95160 立式圓臺(tái)磨床用的多齒盤結(jié)構(gòu)和尺寸,多齒盤完全脫開需要2mm 的位移。
綜合算來(lái)則每個(gè)液壓缸用5 個(gè)碟形彈簧。如圖2(b),這種碟形彈簧排列的方式,根據(jù)碟形彈簧壓縮受力的計(jì)算方法,只給3 個(gè)變形的受力就可以達(dá)到5 個(gè)變形的目的。
6 個(gè)液壓缸,每個(gè)液壓缸用5 個(gè)碟形彈簧,在多齒盤鎖緊時(shí),每個(gè)碟形彈簧變形量為0.2h0,多齒盤受到的鎖緊力為F′=6×3P0.2=6×3×4186.7=753606N
F′遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于F,表示選用每個(gè)液壓缸用5 個(gè)碟形彈簧和這種排列方式足以滿足此設(shè)計(jì)中主軸轉(zhuǎn)角機(jī)構(gòu)的鎖緊。
多齒盤完全脫開時(shí),活塞壓縮碟形彈簧的力為
則多齒盤完全脫開時(shí),液壓缸通油壓力為
該主軸轉(zhuǎn)角機(jī)構(gòu)在2MK95160 立式圓臺(tái)磨床上使用檢驗(yàn),在給6 個(gè)液壓缸通10MPa 的額定油壓下,轉(zhuǎn)盤完全脫開,在伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下,轉(zhuǎn)盤以額定轉(zhuǎn)速1r/min 旋轉(zhuǎn),油缸卸壓后,轉(zhuǎn)盤鎖緊,定位精度達(dá)到了±2"。并且鎖緊剛度好,完全達(dá)到機(jī)床的加工要求。
經(jīng)多齒盤在磨削主軸旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)中的使用證明,多齒盤分度定位精度高,并且具有很高的穩(wěn)定性和可靠性。這一系列的特點(diǎn)使得多齒盤機(jī)構(gòu)在機(jī)床中的應(yīng)用恰到好處,也擴(kuò)大了立式圓臺(tái)磨床的加工范圍。
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