[发明专利]一种双液压缸配重的两轴电转台机构及其补偿倾覆力矩的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种双液压缸配重的两轴电转台机构及其补偿倾覆力矩的方法。

背景技术

两轴电转台，是五轴联动加工设备的首选布局部件，但摆动轴的倾覆力矩，是影响两轴电转台实现高加速度、高刚性平稳加工的主要原因。由于转台的结构设计问题(加工平面低，钢铁材料本身自重)，当转台保持水平静止时，转台的重心通常在A轴正下方(如图1和图2所示)；当转台绕A轴旋转时，在转台自身重力作用下将产生倾覆力矩T。

摇篮式转台的摆动部分在耳轴下方，装夹工件时，要求工件与摇篮的合成重心与转台的旋转轴线(A轴)大体重合，可以减少回转所需的扭矩。目前，转台倾覆力矩对机床加工的影响，发生在下面的工况中：当机床正常工作，需要转台绕A轴旋转并维持倾斜一定角度以加工工件时，由于倾覆力矩的作用，电机提供的力矩不足以固定转台，转台会慢慢沿力矩方向旋转，当所转角度超过A轴跟踪误差时，数控系统会纠正转台的角度误差，将转台重新定位，转到所需角度误差范围内。所以，当需要长时间倾斜转台加工时，转台会不断的重复上述过程，对加工精度造成影响。

(1)转台绕A轴旋转运动，加工工件时

M电机＝M倾覆+M加工+M旋转

(2)转台绕A轴维持倾斜一定角度,加工工件时

M电机＝M倾覆+M加工

其中，M电机、M倾覆为固定值，M倾覆的值越大，分配给M加工、M旋转的力矩值越小，对转台的定位和加工越不利。本发明通过双液压缸配重的机械平衡机构，减小或合理补偿转台倾覆力矩的影响，提高此类机床的加工精度，并可以降低成本。

目前，专门针对转台倾覆力矩方面的研究目前比较少，多数是从自动化控制的角度来研究，而从机械结构角度来补偿倾覆力矩的研究，还尚未见到。减小或合理补偿转台倾覆力矩的影响目前可以通过以下途径解决：

(1)提高转台高度的方法。减小转台重心与传动轴A轴之间的距离，减小转台在偏转时自身重力的作用力臂，从而减小转台的倾覆力矩。由于机床整体空间有限，转台高度提高后，机床加工刀具的活动空间会随之变小，给加工带来极大的不便，而且当工件的质量较大、中心较高时，又会产生反向的倾覆力矩。更为严重的是，加大了刀具与加工工件及夹具相撞的风险。若发生这种情况，损失是很大的，不但容易损坏设备，严重时还会危害人身安全，所以这种办法一般不可行。

(2)调整控制系统参数的方法。提高比例系数P值，以减小跟踪误差。缩短采样周期T，同样可以达到提高系统精度的目的。从自动化控制的角度来减小或合理补偿转台倾覆力矩的影响。提高比例系数P值，但是这可能会导致整个控制系统的不稳定。缩短采样周期T，但是从数控系统精度以及系统成本方面考虑，采样周期T又不宜取得过短。

(3)增大转轴驱动电机的扭矩的方法。这种设计措施会增加机床成本，同时也增加了机床运行的耗能，造成不必要的浪费。这种设计措施会增加机床成本，同时也增加了机床运行的耗能，既不经济也不环保。

(4)通过机械装置补偿倾覆力矩。采用机械装置平衡转台倾覆力矩的实例，目前均处于实验室研究阶段，只是提出了相应的原理及相关试验手段。

综上所述，上述方法减小或合理补偿转台倾覆力矩的影响均不实用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是不改变机床转台的尺寸参数，避免不必要的设计风险；另外不对控制系统参数提出较高要求，预留大部分的自动化调试精度贮备；转台对力矩电机的扭矩要求不高，避免不必要的浪费，提供一种结构简单且易于实现，可以实现对摇篮式五轴机床双摆角转台的倾覆力矩的补偿，有助于转台的高精度平稳运行，同时使得机床可以选择扭矩相对较小的驱动电机，降低电机的成本和功耗，减小发热和热变形，从而使机床的成本得以降低，并提高加工精度，通过双液压缸配重的机械平衡机构，减小或合理补偿转台倾覆力矩的影响，提高机床的加工精度，并可以降低成本。

早期的A-C转台模块采用伺服电机加蜗杆涡轮传动副驱动，其缺点是体积大，电主轴和转台之间的干涉位置多，导致可用旋转半径小，工件装夹和机床操作不便。目前最新的A-B轴转台，创新点集中体现在提高动态性能，增加可用回转半径和操作方便等方面，较新颖的双转台结构有“摇篮式”和“台中台”两种。本发明设计适用于大中型规格的“摇篮式”A-B轴电转台。目前的数控五轴联动机床主要形式为XYZ三直线轴机床结合二轴数控转台，而二轴数控转台尺寸规格以中小型为主。本发明通过双液压缸配重的机械平衡机构，减小或合理补偿转台倾覆力矩的影响，特别适用于自主研发的大中型二轴数控转台，可提高此类机床的加工精度，并可以降低成本。