基于精密摆线针轮减速器的双摇篮转台设计

■ 扬州大学机械工程学院 （江苏扬州 225000） 王心成

■ 江苏哈工联合精密传动有限公司 （江苏扬州 225000） 王 健

数控转台作为五轴加工设备的重要附件，其回转精度对五轴加工设备的加工精度影响非常大。目前为止，国内市场上的五轴加工设备以进口设备为主，剩余的部分国产五轴加工设备也大多配置的是进口数控转台，其中最主要的原因是进口数控转台精度更高，但是采用蜗杆蜗轮等传动方式设计的高精度数控转台其精度保持性依旧很难保证，而采用电动机直驱形式的高精度转台在相同回转直径下其额定转矩往往较小。为弥补目前多种类型高精度转台的缺陷，本团队通过长期与国内精密减速器制造企业的交流与合作，成功研发了一种基于精密摆线针轮减速器的双摇篮转台（见图1、图2）。

1. 双摇篮转台的结构设计

一种基于精密摆线针轮减速器的双摇篮转台结构如图3所示。

图1 转台实物

图2 转台内部结构示意

支撑座与摆动部件壳体安装在底座上，无框电动机6的定子固定安装在摆动部件壳体内部，无框电动机6的转子与摆线针轮减速器5的输入端固定联接，摆线针轮减速器5的输出端与回转部件壳体一侧的联接板固定联接，回转部件壳体的另一侧则与支撑座之间通过圆柱滚子轴承支撑，无框电动机9的定子固定安装在回转部件壳体内部，无框电动机9的转子与摆线针轮减速器4的输入端固定联接，摆线针轮减速器4的输出端与工作台固定联接。

（1）工作台尺寸的选定 由于多数依赖五轴加工设备进行大批量生产的零件为中小型零件，如汽车部品中的叶轮等，其系列产品的尺寸大多不超过160mm，因此目前选定的工作台直径为170mm。

（2）减速器及传动方式的确定A轴和C轴的转动均使用无框电动机与摆线针轮减速器直连的传动方式，具有结构紧凑、传动链误差小和安装维护方便等特点。选择摆线针轮减速器原因：使用高精度的蜗轮蜗杆类减速器所制作的转台在实际加工过程中，因其无法实现多齿啮合，磨损较快，精度保持性较差，故需要在转台设计时使用复杂的可调减速器精度的机构，这样既增加了转台的制造成本，也使得其维护和修理变得更加复杂。另一种制造高精度数控转台的技术路线是不使用减速器，而是使用力矩电动机直驱的方式控制转台的运动，这种方案由于成本过高，导致五轴加工设备的售价过高，无法广泛被市场接受。

图3 转台内部结构剖视

而本设计基于精密摆线针轮减速器的双摇篮转台，其A轴和C轴所选用的摆线针轮减速器本身具有多齿啮合的特点，尤其是在长时间高负载条件下的工作表现十分稳定，可长期保证A轴和C轴的回转精度小于1arcmin。本设计所选用的两个摆线针轮减速器型号均为CTS140H057C，额定输出转矩为270N·m，回转精度小于1arcmin，该款减速器为江苏哈工联合精密传动有限公司专门为数控转台的应用而研发的国产精密摆线针轮减速器。

（3）电动机的选择A轴和C轴所选用的均为国产无框电动机，电动机型号TMRI134-29，定子外径134mm，额定输出转矩5.8N·m。

2. 工作原理

基于精密摆线针轮减速器的双摇篮转台由无框电动机6带动摆线针轮减速器5转动，回转部件壳体由于一侧与摆线针轮减速器5输出端固定联接，另一侧与支撑座之间通过圆柱滚子轴承支撑，因此可实现其绕无框电动机6回转中心轴的摆动，即A轴的摆动。回转部件壳体摆动的同时，其内部安装的无框电动机9可带动摆线针轮减速器4转动，工作台由于与摆线针轮减速器4输出端固定联接，因此可实现其绕无框电动机9回转中心轴的回转运动，即C轴的回转运动。

以上运动在数控系统的控制下，可实现A轴在±120°范围内的旋转和C轴任意大小角度的旋转，这两个旋转运动根据实际加工需求既可以独立实现也可以形成联动。

3. 结语

本设计核心思想在于将精密摆线针轮减速器应用在数控转台的设计上，该减速器所具有的高精度、高刚度、抗倾覆性强及寿命长等优点，使得所制造的双摇篮转台相对市面上其他类型的数控转台，具有低成本、高刚度和高精度保持性等优势，具有良好的市场竞争力。