专利名称：一种数控直驱车铣复合回转工作台的制作方法
技术领域：
本发明涉及数控加工领域，更具体地讲，涉及一种操作方便，传动机构简单，效率 高的数控直驱车铣复合回转工作台。
背景技术：
装备制造业是国防现代化建设的重要基础，尤其是军工、航空、航天等行业高精度 复杂零件的重要加工设备长期依赖进口。高速、高精度及复合加工，最大限度地一次性装夹 完成所有零件的表面加工，是这类车铣复合加工机床的特点。数控直驱车铣复合回转工作 台是复合加工机床最理想、最重要的功能部件。数控车铣复合回转工作台，现有技术是利用伺服控制系统进行控制，采用单、双伺 服电机通过一套或者多套带有多级齿轮、齿圈或其他方式的减速机对工作台进行驱动。现举例说明其中一种采用双伺服电机，双传动结构的车铣复合回转工作台，其工 作方式是
一、作为车削主轴高速回转时，首先将铣削传动机构与工作台脱开，同时将用于车削的 传动机构连接上，一般为一套低减速比的变速箱，然后用伺服电机来带动工作台高速回转， 进行车削加工。此时工作台一般只能旋转，不能进行分度等工作；
二、作为低速铣削分度工作台时，首先将车削传动机构与工作台脱开，又通过另外一套 用于铣削的减速机构来连接，用低速大扭矩伺服电机驱动来完成分度或者大扭矩的铣削工 作。上述回转工作台存在机械传动机构复杂，效率低，噪音大的缺点，它对传动部件的 加工、热处理、装配工艺的设备要求高，易磨损，维护困难等，而且对电气控制技术的要求 高，需要大功率、大惯量伺服电机来提高其动态响应能力。如果想要解决这些问题，最主要的是改变其机械结构和传动方式，而最佳方案是 直接采用高速大扭矩直驱旋转电机直联工作台来解决。现阶段的数控直驱回转工作台转速 不能满足车铣复合回转工作台的要求，如果想要提高转速，最主要的是提高直驱电机本身 的额定转速，而额定转速一旦提高后，对电机的功耗、散热、转台轴承部件、旋转密封部件等 其他方面的要求也相应提高。如何解决上述问题，并设计成一种可行的方案并形成产品，是 本发明需要解决的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种效率高、传动结构简单，且具有很好的散 热和密封性能的数控直驱车铣复合回转工作台。为实现上述目的，本发明提供了一下技术方案一种数控直驱车铣复合回转工作 台，包括圆形工作转台，其下端面的中部设有同其垂直设置的旋转轴；转台底座，其中部设 有同所述旋转轴相配合的中空圆形腔体，所述圆盘形工作转台的下端面置于所述转台底座 的上端面，并同其密封贴合；轴承，其外圈同所述转台底座的腔体内壁固定连接，所述工作转台的旋转轴伸入所述轴承的内圈中，所述工作转台同其内圈固定连接，
所述转台底座的腔体内还设有电机定子、电机转子和用于固定电机转子的圆柱形中空 连接套，所述电机定子沿所述旋转轴的轴向固定于旋转轴下端的腔体内壁上，所述连接套 的上端面同所述旋转轴的下端面固定连接，所述电机转子固定于所述连接套的外壁上，当 电机定子通电后，带动所述电机转子和工作转台同速旋转；所述连接套的中空部位设有用 于工作转台转角定位的角度定位装置和用于锁紧所述工作转台的锁紧机构。所述角度定位装置包括角度编码器、编码器支架和固定支架，所述编码器支架的 上端同所述连接套的上端固定连接，其下端同角度编码器的转子固定连接；所述固定支架 的上端同所述角度编码器的定子固定连接，其下端同固定于所述转台底座下部的固定支座 固定连接，所述固定支架同所述连接套之间设有环形间隙。所述锁紧机构包括置于所述环形间隙内的胀紧套及设置于所述固定支架内部的 液压流道，当液压流道打入液压油时，所述胀紧套将所述连接套锁定。所述工作转台同所述转台底座的接触面上设有多道环形迷宫密封，所述转台底座 上内设置有一端同外界空气压缩机相连通的空气流道，所述空气流道的另一端设置于所述 转台底座上端面的中部。所述转台底座同所述电机定子的接触面上设有环形沟槽，所述环形沟槽的同外界 的水冷却机组成闭合回路，用于电机定子的冷却。所述轴承为径向/轴向组合滚子轴承，所述轴承的外圈上固定有用于感应轴承温 度的温控传感器。所述温控传感器为PTC温控传感器，所述PTC温控传感器沿所述轴承外圈均布有 三个
本发明具有如下优点
1.具有很好的动态性能，由于采用直接驱动方式，工作转台和电机之间无运动形式的 转换，直接位置测量，易实现高精度，高动态性能的定位过程。2.运行平稳，由于采用直驱传动方式，转台运行平稳，随动性好，噪音低，从而使零 件的加工非常容易获得高的表面质量和更高的几何精度。3.结构简洁，效率高，零背隙
由于采用旋转力矩电机直接连接工作台，中间连接件只有轴承部件，没有复杂的齿轮、 齿圈等减速机构，极大的简化了结构，大大提高了传动效率，而且电机直联工作台，背隙为 零，不需要额外调整。4.故障率低维修方便
由于对轴承等关键部件都有温控保护装置，对电机定子设有冷却装置，这些都保证了 转台故障率低且易于维修。5.节能环保
由于采用了直接驱动技术，简化了机械结构，无摩擦，提高了效率，大大减少了制造工 作台零部件的机械加工，而且力矩电机有着超长的使用寿命，磨损极低，这些特点都极大的 节约了能源和材料，具有较高的节能环保性能。
图1所示为本发明工作原理图2所示为本发明的复合回转工作台的结构图； 图3所示为图2中的电机定子的冷却结构图； 图4所示为图2中温控传感器安装图； 图5所示为图2中工作转台和转台底座的接触密封结构图。图中附图标记表示为
1、工作转台 2、转台底座 3、轴承31、轴承外圈 32、轴承内圈 4、连接套5、胀紧 套6、编码器支架7、角度编码器的转子8、温控传感器9、电机定子10、电机转子11、固 定支架12、角度编码器的定子13、固定支座14、液压流道 15、环形沟槽 16、冷却水 流道 17、冷却水入口 18、冷却水出口 19、安装支架 20、环形迷宫密封 21、空气流道 22、旋转轴23、伺服控制系统24、精密水冷却机 25、液压箱 26、空气压缩机 27、密封 气体。
具体实施例方式以下将结合附图，使用以下实施例对本发明进行进一步阐述。图2中示出了本发明的结构，上面为圆盘形工作转台1，工作转台1的下端面上设 有旋转轴22，旋转轴22垂直于工作转台1的上下端面，工作转台1下方为转台底座2，其中 部设有同所述旋转轴22相配合的中空圆形腔体，工作转台1的下端面置于转台底座2的上 端面，并同其密封贴合。如图4所示，旋转轴22上设置有轴承3，其中轴承的外圈31通过螺 钉固定于转台底座2的腔体内壁，其内圈32通过螺钉与工作转台1固定连接，其中的轴承3 为高速径向/轴向组合滚子轴承，在轴承的外圈31上均布有三个串联的PTC温控传感器， 温控传感器8通过安装支架19固定在轴承外圈31的工艺丝孔中，它可以准确的感应轴承 3在使用过程中的温度，并在超过极限温度时报警，能很好的起到保护轴承3的作用。三个 温度传感器8经过串联与外部电气控制系统连接，实时反馈温度信息。 转台底座2的 腔体内还设有电机定子9、电机转子10和用于固定电机转子10的圆柱形中空连接套4，电 机定子9沿旋转轴22的轴向固定于旋转轴22下端的腔体内壁上，连接套4的上端面同旋 转轴22的下端面固定连接，电机转子10固定于所述连接套4的外壁上，当电机定子9通电 后，带动电机转子10和工作转台1同速旋转；在连接套4的中空部位设有用于工作转台1 转角定位的角度定位装置和用于锁紧工作转台的锁紧机构。其中的角度定位装置包括角 度编码器、编码器支架6和固定支架11，编码器支架6的上端同连接套4的上端固定连接， 其下端同角度编码器的转子7固定连接； 固定支架11的上端同角度编码器的定子12 固定连接，其下端同固定于转台底座2下部的固定支座13固定连接，固定支架11同连接套 4之间设有环形间隙。其中的锁紧机构包括置于环形间隙内的胀紧套5及设置于固定支架11内部的液 压流道14，当液压流道14打入液压油时，胀紧套5将连接套4锁定，从而控制工作转台1的 旋转。进行车削和大扭矩铣削时，电机的性能直接影响到工作转台1的性能。旋转直驱 电机对温度的要求较高，除了线圈有极限温度要求之外，温度还直接影响电机的扭矩和功
5耗。而超过极限转矩，存在退磁危险或在极短的时间内就会出现电机内部热损现象。这时， 就需要对电机进行必要的冷却。如图3所示，一般采用的方法是将含有添加剂的冷却水，通 过外部精密水冷却机24恒温控制后，并以一定压力从冷却水入口 17注入到电机定子9的 外环和转台底座2之间的冷却层，并流经不同层面的冷却水流道16，最后由冷却水出口 18。 在水冷系统冷却条件下，直驱电机标称转矩对于未冷却条件下电机转矩将提高50%。如图5所示，在工作转台1和转台底座2上设有相互交错的多道环形迷宫密封20， 在迷宫的径向、轴向之间留有很小的间隙，由空气压缩机26输出的并经过气源元件处理的 密封气体27可以在工作转台内部实现压力气体密封，即可以保证外部水、水汽、切屑、杂物 无法进入转台内腔，又可以保证内部压力气体密封时不至于外泄的太快，造成浪费。同时， 密封气体27还可以带走一部分转台内腔电机产生的热量。当需要进行车削、联动铣削或者分度工作时，其工作原理是首先在工作转台1上 安装好需要加工的零件，伺服控制系统23控制液压箱25电磁阀换向来导通液压，将工作转 台1的锁紧机构松开，电机转子10在系统控制下进行旋转，通过径向/轴向组合滚子轴承 带动工作转台1回转，进行车削或者联动铣削等；需要分度时可通过闭环角度编码器反馈 来精确定位。如果需要在工作台锁紧的情况下进行铣削，钻孔等工作，原理同上，只是最后工作 转台经过闭环角度编码器的定子将其转子定位后，即控制了整个工作转台的角度位置，伺 服控制系统23控制液压箱电磁阀换向导通液压来锁紧固定电机转子10的锁紧套内壁，进 而达到锁紧工作台的目的。虽然本发明已经通过具体实施方式
对其进行了详细阐述，但是，本专业普通技术 人员应该明白，在此基础上所做出的未超出权利要求保护范围的任何形式和细节的变化， 均属于本发明所要保护的范围。
权利要求
一种数控直驱车铣复合回转工作台，包括 圆盘形工作转台，其下端面的中部设有同其垂直设置的旋转轴； 转台底座，其中部设有同所述旋转轴相配合的中空圆形腔体，所述工作转台的下端面置于所述转台底座的上端面，并同其密封贴合； 轴承，其外圈同所述转台底座的腔体内壁固定连接，所述工作转台的旋转轴伸入所述轴承的内圈中，所述工作转台同其内圈固定连接，其特征在于 所述转台底座的腔体内还设有电机定子、电机转子和用于固定电机转子的圆柱形中空连接套，所述电机定子沿所述旋转轴的轴向固定于旋转轴下端的腔体内壁上，所述连接套的上端面同所述旋转轴的下端面固定连接，所述电机转子固定于所述连接套的外壁上，当电机定子通电后，带动所述电机转子和工作转台同速旋转； 所述连接套的中空部位设有用于工作转台转角定位的角度定位装置和用于锁紧所述工作转台的锁紧机构。
2.根据权利要求1所述的数控直驱车铣复合回转工作台，其特征在于所述角度定位 装置包括角度编码器、编码器支架和固定支架，所述编码器支架的上端同所述连接套的上 端固定连接，其下端同角度编码器的转子固定连接；所述固定支架的上端同所述角度编码 器的定子固定连接，其下端同固定于所述转台底座下部的固定支座固定连接，所述固定支 架同所述连接套之间设有环形间隙。
3.根据权利要求2所述的数控直驱车铣复合回转工作台，其特征在于所述锁紧机构 包括置于所述环形间隙内的胀紧套及设置于所述固定支架内部的液压流道，当液压流道 打入液压油时，所述胀紧套将所述连接套锁定。
4.根据权利要求1-3任一权利要求所述的数控直驱车铣复合回转工作台，其特征在 于所述工作转台同所述转台底座的接触面上设有多道环形迷宫密封，所述转台底座上内 设置有一端同外界空气压缩机相连通的空气流道，所述空气流道的另一端设置于所述转台 底座上端面的中部。
5.根据权利要求4所述的数控直驱车铣复合回转工作台，其特征在于所述转台底座 同所述电机定子的接触面上设有环形沟槽，所述环形沟槽的同外界的水冷却机组成闭合回 路，用于电机定子的冷却。
6.根据权利要求5所述的数控直驱车铣复合回转工作台，其特征在于所述轴承为径 向/轴向组合滚子轴承，所述轴承的外圈上固定有用于感应轴承温度的温控传感器。
7.根据权利要求6所述的数控直驱车铣复合回转工作台，其特征在于所述温控传感 器为PTC温控传感器，所述PTC温控传感器沿所述轴承外圈均布有三个。
全文摘要
本发明公开一种数控直驱车铣复合回转工作台包括圆盘形工作转台、中空转台底座、轴承，其外圈同所述转台底座的腔体内壁固定连接，所述工作转台的旋转轴伸入所述轴承的内圈中，所述工作转台同其内圈固定连接，所述转台底座的腔体内还设有电机定子、电机转子和用于固定电机转子的圆柱形中空连接套，所述电机定子沿所述旋转轴的轴向固定于旋转轴下端的腔体内壁上，所述连接套的上端面同所述旋转轴的下端面固定连接，所述电机转子固定于所述连接套的外壁上；所述连接套的中空部位设有角度定位装置和锁紧机构；本发明具有效率高、传动结构简单，且具有很好的散热和密封性能。
文档编号B23Q1/26GK101954596SQ201010502830
公开日2011年1月26日 申请日期2010年10月11日 优先权日2010年10月11日
发明者何文, 刘毅, 刘青春, 曲维康, 王家晓 申请人:烟台环球机床附件集团有限公司