浅析数控转台锁紧机构及控制原理的研究
2023-11-10 来源：综欣恒盛（天津）科技有限公司 作者：吴圣秋
【摘要】: 数控机床通过控制不同的运动轴来实现不同的直线或者轴线运动，从而实现不同形状零件的加工。随着数控技术的发展，衍生出了可以一次装夹进行多序加工的加工中心，常规立式加工中心有三个直线轴，其运动轨迹相对简单。四轴控制的数控机床在三轴联动形式上，增加了旋转轴控制功能，从而使运动形式变的相对复杂，相应的产品加工工艺也更加广泛。本文以数控四轴加工中心为例，对于数控四轴转台运动轨迹、锁紧机构及控制原理进行分析研究，以辅助工业实践中零件加工精度以及稳定性，提升设备的实际使用效率。
引言
数控转台是四轴立式加工中心的关键功能部件，它的作用不仅仅是为四轴立式加工中心提供精确分割角度和定位功能，而且可以直接作为伺服旋转轴与直角坐标轴实现联动，提供低速大扭矩的回转进给运动，从而配合直线轴完成复杂异形零件的加工。数控转台主要由传动机构、锁紧机构、信号传输机构以及相应调整单元组成。数控转台常采用垂直安装方式固定在立式加工中心工作台上，工作时，利用主机的数控操控系统完成与主机协调的各类分度回转工作，也可作多个坐标的联合运动，以便加工复杂的空间曲面，最终使数控四轴立式加工中心完成指定的加工工序。本文以综欣数控转台 NRT 系列为例，对锁紧机构及控制原理进行分析。
数控转台的锁紧机构分析
数控转台是数控机床的重要组成部分，被广泛的应用于多轴数控机床中，其定位是否准确直接影响数控机床的加工精度。在数控转台旋转定角度加工时，需要用到内部设置的锁紧结构，其主要作用是保证数控转台在加工位置的紧固锁紧，防止工件在切削力的作用下发生位移，以至于影响加工精度。现有锁紧装置有两种方式，分为环抱式和碟片式两种。环抱式在圆周方向将旋转轴同步锁紧，碟片式锁紧装置是通过刹车片端面接触将旋转轴锁紧，两者均可提供较大锁紧力矩。根据数控转台在四轴立式加工中心实际应用了解，目前数控转台的故障出现的原因中，锁紧力问题尤其凸出，包括锁紧碟片的磨损、活塞推力不够等因素。为了增加数控转台的可靠性，应当针对整个锁紧机构进行结构优化，从设计方面降低产生这些问题的影响。如附图 1 所示 :
第一，锁紧机构弃用环抱式锁紧装置，改用碟片式锁紧装置，现阶段碟片式锁紧装置采用压板结构，一般压板数量为 4 或 6 个，通过气压（或液压）结合杠杆原理迫使碟片变形接触数控转台基座。该
结构充分借助基座提供的刚性作用配合碟片变形产生的面接触来锁紧数控转台的旋转主轴。
第二，以综欣 NRT 系列为例，其锁紧机构中的活塞采用双活塞式结构，通过外部气压（或液压）的推动，增大与碟片接触面积，锁紧力可提升原有的 2 倍，解决了重切削时锁紧力不足的问题，提升数控转台定位精度的稳定性。如图 2 所示 :
第三，在锁紧机构上，经常出现的故障问题是漏油导致锁紧功能不足甚至失效。针对此类问题进行相关密封件及零部件公差尺寸的优化升级，密封件与活塞间的摩擦系数要小，可以让密封件工作寿命延长。如图 3 所示 :
控制原理的研究
在数控机床中尤其是功能部件中数控转台除了提供回转运动、传递扭力等，有时需要对数控转台进行快速旋转定位和快速松开，用以实现某些加工需求。一般数控转台上均会预留松开和锁紧装置的通道，通过机床数控系统来控制气压（或液压的通断）来实现数控转台的锁紧与放松。以台湾综欣数控转台 NRT-A200R 为例，其采用在转台连接板上预装有控制气路通断的电磁阀和松开、锁紧信号确认开关，通过外部引入气压源，电磁阀接入数控系统 PLC 上即可控制数控转台的松开与锁紧，再通过信号传输至数控系统用以判断数控转台所处状态。如图 4 所示 :
锁紧机构的维护与保养
数控转台是一种自动化程度高、结构复杂的先进转动部件，要充分发挥数控转台的高效性，需要正确的操作和用心的维护保养，以保证设备的正常运行和高的利用率。针对锁紧机构维护时，需要对其结构原理进行充分的掌握，更换哪种润滑油也有严格的要求。对于数控转台及锁紧机构日常维护保养人员需要具备以下基本素质 :
1、必要的技术资料，如操作说明书、锁紧机构原理图、气路（油路）原理图等，掌握了理论知识才能够有针对性的保养。
2、维护记录，这是维护人员对于设备进行维护保养的记录总结，维护人员应当对自己做的每一步维护情况进行详细的记录，无论当时判断是否正确，这样有助于今后进一步维修及提升自身技能。
3、常用的备件及检测设备，如电磁阀、信号开关、密封件等等。要根据数控转台平时出现的故障或者容易出现故障的配件进行针对性的检测，如发现异常应当立即更换。同时需要熟练操作锁紧扭矩测试仪、油水分离器等，当维护保养完成后要对数控转台的锁紧机构进行检测，以确保维护保养结果的准确性。
结束语
数控转台是数控机床的重要功能部件，在机械加工制造中起着及其重要的最用。数控转台在锁紧后的力矩大小对于高精度机械加工的关键技术，其锁紧机构是实现锁紧定位的核心部件，当数控转台旋转到指定位置必须锁紧定位才能保证工件加工时不会产生位置偏移，单纯依靠驱动装置很难实现此功能，因此必须依靠锁紧机构装置来实现此功能。
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