回转工作台的经典构造详解

多数加工中心都配有回转工作台，实现在零件一次安装中多个待加工面的加工。加工中心转台分为分度工作台和数控回转工作台，分度工作台只做有级定位分度运动，分度精度根据端齿盘的齿数而定，通常最小分度为1°（或5°）。数控回转工作台的作用有两个，一是实现进给分度，即在非切削时，工件在360°范围内进行分度旋转或任意分度，分度精度可达0.001°（或0.000 1°）；二是实现工作台沿圆周方向的进给运动，即在进行切削时，与X、Y、Z三个坐标轴联动，进行复杂曲面的加工。

圆盘式立式加工中心刀库换刀

1．端齿盘分度工作台

端面齿盘式分度工作台是目前用得较多的一种精密的分度定位机构，它主要由工作台底座、夹紧液压缸、分度液压缸和端面齿盘等零件组成。

1）端齿盘分度工作台的工作原理

端齿盘分度工作台的分度转位动作过程可分为以下三个步骤：

（1）工作台的抬起；

（2）工作台回转分度；

（3）工作台下降并定位锁紧。

图5-10所示为卧式加工中心端齿盘定位分度工作台结构，当需要分度时，液压缸8的下腔进压力油，活塞5抬起工作台，上多齿盘4离开下多齿盘9，而当上多齿盘上到顶时，压下行程开关，发出开始分度的信号。此时伺服电动机启动，经过蜗轮副1和小轴端的小齿轮3带动上多齿盘4的大齿轮，按规定分度角度回转，转到位后发出下降信号，液压缸8的上腔进压力油，工作台下降，上、下多齿盘再度啮合，达到准确分度。此时压下另一行程开关，发出分度完毕信号，机床即可开始工作。

图5-10　端齿盘定位分度工作台结构

1—蜗轮副；2—角接触球轴承；3—小齿轮；4—上多齿盘；5—活塞；
6—向心滚针轴承；7—止推滚针轴承；8—液压缸；9—下多齿盘；
10—密封圈；11—塑料导轨板；12—推力球轴承

端齿盘分度工作台通常采用PC简易定位，驱动机构采用蜗轮副及齿轮副，电气定位与多齿盘定位会产生定位干涉，即所谓的过定位。当上多齿盘落下时，为了与下多齿盘正确啮合，工作台会产生附加扭转，一旦出现不正常的过大扭转，由于蜗杆的自锁作用，会导致驱动元件的损坏。为此，许多制造厂家在设计上采用了浮动蜗杆结构，如图5-11所示。

图5-11　弹簧浮动蜗杆

端齿盘分度工作台

端齿盘分度可实现的分度角度为

式中，n——分度角度；

z——端齿盘齿数。

2）端齿分度盘的特点

（1）端齿分度盘具有以下优点：

①定位精度高。大多数端齿盘采用向心多齿结构，它既可以保证分度精度，又可以保证定心精度，而且不受轴承间隙及正反转的影响，同时重复定位精度既高又稳定。(www.xing528.com)

②承载能力强，定位刚度好。由于是多齿同时啮合，故一般啮合率不低于90%，每齿啮合长度不少于60%。

③使用寿命长。由于齿面的磨损对定位精度的影响不大，故随着不断的磨合，定位精度不仅不会下降，而且有可能提高；

④适用于多工位分度。由于齿数的所有因数都可以作为分度工位数，容易得到不等的分度，因此一种多齿盘可以用于分度数目不同的场合。

（2）端齿分度盘的主要缺点。端面齿盘的制造比较困难且不能进行任意角度的分度，其齿形及形位公差要求很高，而且成对齿盘的研磨工序很费工时，一般要研磨几十小时以上，因此生产效率低、成本也较高。

2．数控回转工作台

数控回转工作台（简称数控转台）的功能是按数控系统的指令，带动工件实现连续回转运动。回转速度是无级、连续可调的，同时能实现任意角度的分度定位。由于数控回转工作台能实现自动圆周进给，因此，它和数控机床的进给驱动机构有相同之处。

数控回转工作台按伺服控制性质可分为开环和闭环两种类型。

1）开环数控回转工作台

图5-12所示为开环卧式数控回转工作台。步进电动机3的运动通过齿轮2、6输出，啮合间隙由调整偏心环1来消除。齿轮6与蜗杆4用花键连接，蜗杆4为双导程蜗杆，通过调整调整环7（两个半圆环垫片）的厚度使蜗杆沿轴向产生移动，即可消除蜗杆4和蜗轮15的啮合间隙。蜗杆4的两端为滚针轴承，左端为自由端，右端为两个角接触球轴承，承受轴向载荷。蜗轮15下部的内、外两面装有夹紧瓦18和19，在回转工作台固定支座24内均匀安装了6个液压缸14。液压缸14上端进压力油时，柱塞16向下运动，通过钢球17推动夹紧瓦18和19将蜗轮夹紧，从而实现精确分度定位。

图5-12　开环卧式数控回转工作台

1—偏心环；2，6—齿轮；3—电动机；4—蜗杆；5—垫圈；7—调整环；
8，10—微动开关；9，11—挡块；12，13—轴承；14—液压缸；15—蜗轮；16—柱塞；
17—钢球；18，19—夹紧瓦；20—弹簧；2l—底座；22—圆锥滚子轴承；
23—轴套；24—支座

当数控回转工作台实现圆周进给运动时，控制系统发出指令，使液压缸14上腔的油液流回油箱，在弹簧20的作用下钢球17抬起，夹紧瓦18和19就松开蜗轮15。柱塞16到达上位后发出信号，功率步进电动机启动并按指令脉冲的要求驱动数控回转工作台实现圆周进给运动。当数控回转工作台做圆周运动时，先分度回转再夹紧蜗轮，以保证定位的可靠，并提高承受负载的能力。

数控回转工作台设有零点，当执行回零操作时，工作台先快速回转，当转至挡块11压合微动开关10时，工作台由快速转动变为慢速转动，最后由功率步进电动机控制停在某一固定的通电相位上（称为锁相），从而使数控回转工作台准确地停在零点位置上。

数控回转工作台的圆形导轨采用大型推力滚柱轴承13，使回转灵活，并由轴承12和圆锥滚子轴承22保证回转精度和定心精度。调整轴承12的预紧力，可以消除回转轴的径向间隙；调整轴套23的厚度可使导轨有一定的预紧力，提高导轨的接触刚度。

数控回转工作台

数控回转工作台的主要运动指标是脉冲当量，即每个脉冲对应于工作台回转的角度。数控回转工作台的脉冲当量在0.001°/脉冲到2′/脉冲之间，使用时应根据加工精度要求和数控回转工作台的直径大小来选择。

数控回转工作台的分度定位和分度工作台不同，它是按控制系统所给的脉冲指令决定转动角度的，没有附加定位元件。因此，开环数控回转工作台应满足传动精度高、传动间隙尽量小的要求。

2）闭环数控回转工作台

闭环回转工作台的结构与开环回转工作台的结构基本相同，只是多了角度检测装置，通常采用圆光栅或圆感应同步器。检测装置将实际转动角度反馈至系统，与指令值进行比较，通过差值控制回转工作台的运动，提高了圆周进给运动的精度。

图5-13所示为闭环立式数控回转工作台，回转工作台由伺服电动机15驱动，通过齿轮14、16及蜗杆12、蜗轮13带动工作台1回转。工作台的转角位置由光栅9测量。当工作台静止时，由均布的8个液压缸5完成夹紧。此时，控制系统发出夹紧指令，液压缸上腔进压力油，活塞6向下移动，通过钢球8推开夹紧瓦3和4，从而将蜗轮13夹紧。当数控回转工作台实现圆周进给运动时，控制系统发出指令，使液压缸5上腔的油液流回油箱，在弹簧7的作用下使钢球8抬起，夹紧瓦松开蜗轮13。伺服电动机通过传动装置实现工作台的分度转动、定位、夹紧或连续回转运动。

图5-13　闭环立式数控回转工作台

1—工作台；2—镶钢滚柱导轨；3，4—夹紧瓦；5—液压缸；6—活塞；7—弹簧；
8—钢球；9—光栅；10，11—轴承；12—蜗杆；13—蜗轮；14，16—齿轮；15—伺服电动机

转台的中心回转轴采用圆锥滚子轴承11及双列圆柱滚子轴承10，并预紧消除其径向和轴向间隙，以提高工作台的刚度和回转精度。工作台支承在镶钢滚柱导轨2上，运动平稳且耐磨。