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    一種將諧波減速機與電動機集成后應用于轉臺旋轉軸的設計
    2018-4-2  來源: 北京精雕科技集團有限公司  作者:王 岱 鄧 宇



      
          摘 要: 為了更好地滿足小型機床上轉臺高精度、高剛性、大扭矩的要求,設計了一種轉臺旋轉軸由諧波減速機與驅動電動機一體化集成后的結構,對其結構和工作過程進行了介紹,并在實際的應用中也取得了預期效果。

         關鍵詞: 諧波減速機; 一體化集成設計; 加工中心; 旋轉軸; 轉臺

      
         隨著我國經濟發展和產業轉型,特別是工業 4. 0強國計劃的實施,對數控加工中心的精度和功能也提出了更高的要求,傳統的三軸數控加工中心已很難滿足日益旺盛的復雜產品的加工行業。
      
         機床廠家都在對自己的數控機床進行改造升級,在三軸機床的基礎上增加轉臺已成為最經濟有效的形式,目前轉臺最常見的旋轉軸拖動方案為直驅電動機、蝸桿減速機。

        直驅電動機的優點是: 結構簡單,傳動效率高,精度高,動態響應性好; 缺點是: 成本較高,剛性較差,不耐瞬間沖擊,體積大。
      
        蝸桿減速機的優點是: 輸出扭矩大,耐沖擊,剛性好,可反向自鎖; 缺點是: 體積較大,精度較低,振動較大,不耐磨損。
      
        而諧波減速機的精度、體積小、承載大,特別適合于應用到小型加工中心的旋轉軸上。本文介紹了一種將諧波減速機與驅動電動機集成后應用于轉臺旋轉軸的方案。
      
        1 、方案介紹
      
        普通三軸加工中心要實現加工具有復雜曲面的零件,或者要實現一次裝夾多面加工,有效辦法就是安裝一個多軸轉臺。而現有的多軸轉臺大多精度低、體積大、很難應用于型的加工中心上。而一體集成化后的諧波減速機與驅動電動機,具有高精度、小體積、大扭矩、易安裝等優點,非常適合于安裝到小型加工中心的轉臺旋轉軸上。首先將諧波減速機與驅動電動機進行一體化集成設計,形成 1 個旋轉運動單元,如圖 1 所示。
      
      
      
        然后將集成后的單元應用于轉臺的旋轉軸,如圖2 所示。

      
      
      
        此轉臺具有體積小、輸出扭矩大的特點,旋轉軸額定輸出扭矩達 81 N·m,最高轉速可達 45 r/min,同時具備 IP67 的防護能力。
      
        2 、實際應用
      
        目前此種轉臺的小批量樣機已試制完成,利用雷尼紹激光測量儀對其精度進行了測量,測量結果見表 1。

      
      
        同時 將 其 安 裝 到 筆 者 公 司 生 產 的 型 號 為JDLVM400T - A10 的機床上( 見圖 3) ,進行了實際加工測試,測試內容為標準圓柱的加工和標準方體的聯動加工( 見圖 4) 。加工完成后對加工樣件進行測量,通過測量結果來檢測該轉臺旋轉軸的加工能力、動態穩定性能、動態響應性能以及驅動電動機與減速機的匹配性。
      
      
      
        此種 3 + 2 的五軸機床,總體占地面積小、重量輕、結構緊湊、便于車間布置。主要應用于電子類小五金件的產品加工,不但可以實現復雜曲面的加工,也可以用于多夾位的合并,一次裝夾,多面加工,減少中間轉運環節,提高生產效率,提升產品良率。
      
      
        3 、結語
        
       通過測試發現除了由于諧波減速機在運行時會存在固有的機械振動,使得其在高表面質量要求的聯動加工方面存在一定不足以外,其他各方面都有較優異的表現,相信在不斷優化和改進后,此種結構的轉臺必將有廣闊的應用市場。

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