分度头

定义

分度头是一种借助卡盘、顶尖和拨盘夹持工件，使工件绕自身轴线回转并在预定位置定位的机床附件。它的用途不限于铣床，在钻床、平面磨床上也常被采用，还可以放在平台上供钳工划线使用。就结构而言，通用型分度头通常由夹持部分、分度定位部分和传动部分构成^[1]。

按传动与分度形式，分度头可分为蜗杆副式、度盘式、孔盘式、槽盘式、端齿盘式以及电感式、光栅式等类别；按功能则常分为万能分度头、半万能分度头和等分分度头^[1]。光学分度头与数控分度头是另外两类自成体系的机型，前者用于精密加工和角度计量，后者作为数控铣床、加工中心的主要附件使用^[3]。

原理

万能分度头的核心是一条减速传动链：分度手柄先带动一对传动比为1:1的直齿圆柱齿轮，再经传动比1:40的蜗杆蜗轮副驱动主轴，因此手柄转过40圈，主轴才转1圈。设工件需分成 $Z$ 等份，每次分度时手柄应转过的圈数由 $n=40/Z$ 给出；若 $n$ 不是整数，则把其中的分数部分换算到分度盘某一圈孔数为分母整数倍的孔圈上，用分度叉控制孔距完成不足一圈的部分^[4]。以 $Z=35$ 为例，$n=40/35=1\tfrac{1}{7}$，可选用42孔圈，使 $1/7$ 对应6个孔距。

当等分数为质数等简单分度无法处理的情况时，可采用差动分度：在主轴后锥孔装上交换齿轮心轴，用挂轮把主轴与分度盘联系起来，并松开分度盘紧定螺钉，转动手柄时主轴经挂轮带动分度盘同向或反向缓转，手柄的实际转数为它相对分度盘的转数与分度盘自身转数之和。具体做法是先取一个与目标等分数接近、且分度盘孔圈能满足的假定等分数 $Z_0$，按 $Z_0$ 做简单分度，再由挂轮比 $i$ 补上差额^[4]。此外，把蜗杆蜗轮副脱开，可借刻度盘直接分度；把交换齿轮与铣床工作台纵向丝杠相连，则工件随工作台移动而连续旋转，用于铣削螺旋槽^[5]。

光学分度头的思路不同：标准度盘与蜗轮同轴固定在主轴上，转动蜗杆使度盘和被测工件一起回转，度盘转过的角度经光学读数系统读出，读数方式有目镜式、影屏式和光栅数字式3种^[6]。数控分度头则由数控装置、接口驱动板、步进电动机、机械传动装置、摆动头和夹具组成，其脉冲当量 $\delta$ 与电机步距角 $\theta$、传动比 $i$ 的关系为 $\delta=\theta/i$，取 $\theta=0.9^\circ$、$i=90$ 时 $\delta=0.01^\circ$ 每脉冲^[7]。

发展历程

分度装置的应用与万能铣床的出现密切相关。1862年，美国机械制造家布朗制成世界上较早的万能铣床，该机床在配备万有分度盘和综合铣刀方面被视为划时代的创举，工作台还能在水平方向旋转一定角度^[8]。更早的1850年，布朗已设计出一种可对规尺进行精密分度的机器，为游标卡尺的批量生产创造了条件^[9]。

20世纪中期以后，分度头沿精度提升与读数方式两条线索演变。传统纯机械分度头的系统精度一般只能达到±30′，任意角度还需借助分度盘、差动挂轮计算，容易出错^[10]。在蜗杆上同轴安装圆光栅、配光电转换与数字显示的分度头把分辨率提高到1′量级，高分辨率万能光电数显分度头的系统精度可达±30″、最小分度值2″^[10]。伺服电机驱动、带油压环抱式锁紧的数控分度头则使分度动作可以与数控系统联动^[1]。

应用

分度头的第一类用途是让工件绕自身轴线分度，加工六方、齿轮、花键等需要等分的零件；第二类用途是把工件轴线相对工作台台面摆成水平、垂直或倾斜位置，以便铣削不同角度的斜面；第三类用途是在铣削螺旋槽或凸轮时，配合工作台的移动使工件连续旋转^[1]。在钳工划线中，它也常被用来对零件分度、测量和确定定位基准^[11]。

不同机型面向不同场合。万能分度头是各类铣床的主要附件，配尾座、千斤顶等可完成正齿轮、花键轴等零件的加工，主轴可在垂直平面内向上90°、向下10°范围内扳动^[5]。光学分度头多用于车间和计量实验室，检查精密齿轮、花键、拉刀、凸轮、滚刀等需要精密角度测量的零件^[6]。数控分度头可立卧两用，与CNC装置或机床自带控制系统及压缩空气接通后，自动完成夹紧、松开和任意角度分度^[3]。

局限

通用分度头的分度精度一般为±60″，手动万能分度头约为±45″，难以覆盖要求6″左右定位误差的高精度工件，如高精度花键塞规、花键拉刀、精密等分板、滚轧轮和送弹凸轮等^[1]。国内普遍使用的数控分度头分度精度大多约为15″，同样与上述要求存在差距^[7]。

靠分度盘孔圈工作的机型，其可分等分数受孔圈组合限制，遇到63、87、质数一类的等分数须改走差动分度，需要计算挂轮比并配置交换齿轮，步骤繁琐且依赖操作者计算^[4]。传统机械式分度头的系统精度只能达到±30′，对任意角度还要经过换算，容易出错，个别角度甚至无法计量^[10]。

机械结构本身也带来维护上的约束。蜗杆与蜗轮的啮合间隙通常要求控制在0.020.04 mm，过大会受铣削力影响而使分度精度下降，过小则加剧蜗轮磨损^[12]。装夹范围同样有限，例如F11160型正爪可夹内孔约60220 mm、可装夹最大外圆直径约320 mm，超出范围便需另加连接块或把分度头架高^[11]。此外，分度头属手动附件，分度效率低，批量生产中多由数控回转台取代^[7]。

参见

• 蜗杆传动 —— 万能分度头实现1:40减速与分度的核心传动形式。

• 铣床 —— 分度头最主要的安装母机。

• 数控分度头 —— 由伺服电机与数控系统驱动、可自动分度的分度头机型。

• 光学分度头 —— 以度盘或光栅读数的精密测角与分度仪器。

• 分度盘 —— 提供多圈等分定位孔、控制不足一圈分度量的部件。

• 交换齿轮 —— 差动分度与铣削螺旋槽时改变传动比的挂轮。