高精度平面回轉軸承傳動分度盤的設計研究

李德慶

(無錫機電高等職業技術學校 機電工程系，江蘇 無錫 214028)

隨著機械產品大型化、重型化趨勢的要求，分度裝置操作要靈活，結構要簡單，精度要高，還要適合大重型零件加工。傳統的分度裝置通過渦輪蝸桿的傳動結構復雜，并且傳動鏈實現的分度存在較大的累積誤差；同時傳統分度裝置由于傳動系統中的摩擦力較大，因此通常只適用于中小型零件的分度作業；當零件的重量較重時，操作力較大，使用不便。該分度盤不僅操作方面靈活，大大提高了加工效率，并且分度精度高，特別適合大型零件的分度和劃線作業。分度轉臺又叫分度臺或分度盤，主要是以蝸輪蝸桿式結構為主，分度轉臺主要功能就是圓周旋轉運動，達到分度或者等分的機床附件，通常精度為2.5°或5°，廣泛應用于銑床、加工中心、鉆床、磨床和鏜床。

1 高精度平面回轉軸承傳動分度盤的結構設計

1.1 總體結構設計

本次設計的分度轉盤由底座、平面回轉軸承、回轉盤及分度盤、手拉式定位器、鎖緊裝置所組成。平面回轉軸承及分度盤均設置在底座上，在平面回轉軸承的上面設置了回轉盤?；剞D盤上的回轉孔與底座上設置的定位套配合，實現中心定位。手拉式定位器固定在回轉盤上，其上面有可伸縮的插銷，通過插銷的伸縮操作可實現與分度盤的定位固定或脫開。在回轉盤的上面還設置有固定零件用的若干螺孔或T型槽，以實現零件在回轉盤上的固定。鎖緊裝置為固定在底座上的若干個小角鐵，上面設有鎖緊回轉盤用的螺釘。采用大承載力平面回轉軸承和高精度分度槽，以及定位準確、裝夾方便的回轉盤，其中平面回轉軸承采用的是高精度推力滾動軸承，結構如圖1所示。

1—中心柱；2—分度盤；3—回轉盤；4—鎖緊裝置釘；5—推力滾珠軸承；6—卡盤；7—手動式定位器；8、9—銅質定位套；10—刻度線；11—刻度盤；12—定位銷；13—工件

圖1 高精度回轉分度盤的剖面示意

1.2 工作原理

通過輸入軸上的共軛凸輪與輸出軸上帶有均勻分布滾針軸承的分度盤無間隙垂直嚙合，凸輪輪廓面的曲線段驅使分度盤上的滾針軸承帶動分度盤轉位，直線段使分度盤靜止，并定位自鎖。該轉盤的操作步驟為：

(1)零件放置到回轉盤上；

(2)手拉式定位器的插銷設置在脫開狀態；

(3)通過轉動回轉盤，找正、調整零件中心位置；

(4)利用回轉盤上的緊固螺孔或T型槽，使得零件裝夾固定；

(5)手拉式定位器的插銷與分度盤的槽配合，實現圓周方向的固定；

(6)鎖緊裝置將回轉盤鎖定；

(7)進行劃線或加工專業；

(8)松開鎖緊裝置、脫開手拉式定位器的插銷，然后轉動回轉盤，進行下一個分度作業(重復步驟4～7)。

1.3 研究中關鍵問題及解決方案

(1)高精度回轉分度盤的背景技術及設計。圖2、圖3是一種常用的分度裝置，稱為分度頭。其中圖2為分度頭的外形結構圖，圖3是分度頭的傳動系統原理圖。

圖2 分度頭外形結構

這種傳統的分度裝置，它是通過手柄的轉動，實現渦輪蝸桿的傳動，驅動分度盤旋轉。同時通過定位銷與分度盤上的定位，實現分度。這種分度盤的缺點之一是結構比較復雜，通過傳動鏈實現的分度，存在較大的累積誤差。缺點之二是傳動系統中的摩擦力較大，一般只適用于中小型零件的分度作業。當零件的重量較重時，操作力較大，使用不夠輕便。

為克服上述分度裝置中傳統渦輪蝸桿傳動系統造成分度累積誤差較大的弊端，筆者對高精度回轉分度盤進行重新設計。圖4與圖5是分度盤俯視結構示意及B-B向結構示意。高精度回轉分度盤的回轉盤的中心軸孔直接套裝于底座中心柱上，如圖6所示，二者之間通過徑向滾動軸承支承，詳見圖7。分度裝置中所采用的平面滾動軸承承載力大、摩擦力小，因而具有分度精度高、操作方面靈活的優勢，特別適合大型零件的分度專業。

圖3 分度頭傳動系統原理

圖4 分度盤的俯視結構

圖5 分度盤的B-B向結構

圖6 回轉盤與底座套裝方式

圖7 回轉盤與底座支承方式

(2)零件在回轉盤上的固定問題。本設計的高精度回轉分度盤中回轉盤上設置有固定零件用的若干螺紋孔或T型槽，與此同時回轉盤上配置4個卡盤。在T型槽位置，通過T型螺栓及螺母將零件與回轉盤連接，詳細結構見圖8、圖9?；剞D盤鎖緊裝置的K向放大示意圖如圖10所示。

圖8 回轉盤上開設若干螺紋孔的俯

圖9 回轉盤上開設若干T形槽的俯視示意及A-A向結構

圖10 回轉盤鎖緊裝置的K向放大

(3)關于回轉盤的T型槽的卡爪配置的問題。在回轉盤上配置4個卡盤，通過T型螺栓及螺母在T型槽處與回轉盤連接，具體詳細結構參考圖11。

圖11 回轉盤T型槽位置配置卡爪

(4)工件裝夾問題。詳細結構參考圖12，具體是將工件裝夾在卡盤上，通過卡盤可以調節工件的位置。

圖12 零件裝夾示意

(5)平面回轉軸承與推力滾珠軸承問題。本作品具體方案是：平面回轉軸承就是采用的推力滾珠軸承[5]。(平面回轉軸承是上位概念，推力滾珠軸承是指具體的使用哪一種的平面回轉軸承，更具體化了)。

(6)定位套就是銅套(定位套是上位概念，銅套更具體化)。

(7)鎖緊定位器采用手拉式定位器，具體結構如圖13所示(其中的件號7就是可伸縮的插銷，也叫分度銷[4])。

圖13 手拉式定位器

2 本作品的創新點和改進點

本作品的主要創新點在于解決傳統蝸輪蝸桿傳動的分度裝置存在的結構復雜、分度累積誤差較大、加工大型零件的分度作業時需要多次裝夾的問題。該分度盤不僅操作靈活，大大提高了加工效率，而且分度精度高，特別適合大型零件的分度和劃線作業。

局部改進點通過輸入軸上的共軛凸輪與輸出軸上帶有均勻分布滾針軸承的分度盤無間隙垂直嚙合[2]，凸輪輪廓面的曲線段驅使分度盤上的滾針軸承帶動分度盤轉位，直線段使分度盤靜止，并定位自鎖，從而使得分度精度得到有效提高。

(1)由于采用了平面回轉軸承，使得操作輕便靈活，尤其適用于大型回轉臺[3]，為大型零件的劃線或加工等用途提供方便。

(2)平面回轉軸承承載力較大，適合大型零件劃線或加工作業。

(3)分度槽采用高精度數控機床加工出來，分度精度高。

(4)回轉盤上設有螺孔或T型槽，零件裝夾方便。T型槽的設置可實現在上面配置卡爪，裝夾更容易。

(5)回轉盤中心的定位孔，可方便定位元件的安裝，實現零件快速定位。

(6)分度盤轉位通過共軛凸輪與滾針軸承的分度盤無間隙垂直嚙合并自鎖，實現零件高精度的分度。

3 結語

目前，該傳動分轉盤在無錫一家外商獨資企業生產現場使用，如圖14所示，主要用于大型泵體零件的劃線分度作業[6]，主要解決了生產中分步作業的問題，大大地提高了生產效率，同時避免了以往的累積誤差，從而提高了分度精度，為企業節省了大量工時和成品率。

圖14 生產現場實物