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1、西安交通大學先進制造所 工作臺設計 西安交通大學 先進制造技術研究所 工作臺的設計 一、工作臺的概述和功能 二、工作臺的設計流程 三、工作臺設計舉例 西安交通大學 先進制造技術研究所 一、工作臺的概述和功能 工作臺 ： 支撐工件通過傳動機構完成相應的回轉、 直線曲線、角度分度等運動，并配有夾緊裝置。 功能： 支撐工件 傳遞運動 定位基準 功能要求： 尺寸容量 形體尺寸應能容納加工零件的 最大輪廓尺寸 性能要求 靜剛度要高 動剛度要好 溫度分布均勻 受力合理 耐磨性好 西安交通大學 先進制造技術研究所 二、設計流程 不同加工形式工作臺分類 根據(jù)零件選參數(shù) 支撐機構 傳動形式（消隙機構） 潤滑密封
2、裝置 定位結構 計算校核 西安交通大學 先進制造技術研究所 2.1工作臺的形式 根據(jù)機床的不同，工作臺有三種外型 方形工作臺 :工作面上可加工 V形， T形 U型槽和圓孔， 長孔等 .一般適用于鏜床 鉆床 銑床 轉臺 ： 適用于磨床 立式車床 專用機床等 移動轉臺 ： 適用于鏜銑加工中心等 西安交通大學 先進制造技術研究所 二、設計流程 根據(jù)加工形式選型 確定工作臺的參數(shù) 支撐結構 傳動形式（消隙機構） 潤滑密封裝置 定位結構 計算校核 西安交通大學 先進制造技術研究所 2.2工作臺參數(shù) HTK160 x180 面積 mm 1600 1800 承重 kg 10000 行程 mm 2000(選項
3、 1000,3000,4000) 轉數(shù) r/min 1 移動速度 mm/min 1-6000 定位精度 mm 0.026 B(4 90 ) 18(4) 重復定位精度 mm 0.015 B(4 90 ) 10(4) 外形尺寸 mm 5000 2300 1110 重量 kg 13000 技術參數(shù)： 承載、尺寸、行程、 轉速、定位精度、移 動速度 西安交通大學 先進制造技術研究所 二、設計流程 根據(jù)加工形式選型 確定工作臺的參數(shù) 支撐結構 傳動形式（消隙機構） 潤滑密封裝置 定位結構 計算校核 西安交通大學 先進制造技術研究所 2.4支撐結構 臺面材料： 以大型和重型化為目標的機床，材料的 力學性
4、能 起著決定性的作用；以超速、超精加工為目標的現(xiàn)代化 數(shù)控機床，其結構材料還要求具備高的 減震性、熱穩(wěn)定性 和抗腐性 等綜合的性能。 灰鑄鐵材料 易于鑄造，且切削加工性好， 制造成本低 ，并具有良好的耐磨性和減 震性，是傳動的機床結構材料 西安交通大學 先進制造技術研究所 2.4支撐結構 臺面結構 要求：布局合理 高剛度 西安交通大學 先進制造技術研究所 2.4支撐結構 臺面結構設計 此種工作臺采用厚壁及環(huán)形和輻射形的加強筋組合的 高剛性結構設計，工作臺回轉運動導軌與滑座對 應有四圈圓環(huán)導軌面，支承面積大，支承剛度高。 基于圓形工作臺設計，其臺面上的 T型槽也采用 等角度放射式布置，放射 T型
5、槽布置與工作臺內 部布筋的布置設計上也采用對應的方式，保證在 工作臺上進行工件裝夾時具備較好抗拉強度和高剛性。 西安交通大學 先進制造技術研究所 2.4支撐結構 靜壓支撐（輔助支撐） 工作原理與靜壓軸承相同。將具有一定壓力的潤滑油，經節(jié)流器 輸入到導軌面上的油腔，即可形成承載油膜，使導軌面之間處于 純液體摩擦狀態(tài)。 優(yōu)點 ：導軌運動速度和載荷的變化對 油膜厚度的影響很??；液體摩擦，摩擦 系數(shù)僅為 0.005左右，油膜抗振性好。 西安交通大學 先進制造技術研究所 2.4支撐結構 滾動支撐（輔助支撐） 在靜、動導軌面之間放置 滾動體如滾珠、滾柱、滾針或滾動導軌塊 ，組成滾 動導軌 。 優(yōu)點：摩擦因
6、數(shù)小 磨損小 具有較高的重復 定位精度 潤滑系統(tǒng)簡單 缺點： 抗振性差 結構復雜 成本較高 西安交通大學 先進制造技術研究所 二、設計流程 根據(jù)加工形式選型 確定工作臺的參數(shù) 支撐機構 傳動形式（消隙機構） 潤滑密封裝置 分度定位結構 計算校核 西安交通大學 先進制造技術研究所 2.3分度定位機構 分度工作臺： 分度工作臺的功用只是將工件轉位換面，和自動換刀裝置配 合使用，實現(xiàn)工件一次安裝能完成幾個面的多種工序，提高工作效率 . 分度工作臺的分度精度要求較高（普通級 10 精密級 5 高精密級 3 ） 常用的定位元件有插銷定位、反靠定位、齒盤定位和鋼球定位等幾種。 齒盤可 承受很大的外載，定位
7、剛度高，精度保持性好。 數(shù)控回轉工作臺： 除了分度和轉位的功能之外，還能實現(xiàn)數(shù)控圓周進給 運動。 常用有轉動角度的 測量元件 (圓光柵或圓感應同步器 )，由 伺服電機 控制使轉臺 定位精度更高。 西安交通大學 先進制造技術研究所 2.3分度定位機構 插銷定位： 基本定位機構是定位銷和定位套。操縱定位銷的插入和 拔出，有的是用杠桿或凸輪并與分度回轉、夾緊等動作一起實現(xiàn)機 械強制控制，有的則是用單獨的油缸控制。 反靠定位： 用兩個定位塊，一個固定不動， 另一個由彈簧和不動定位塊的作用上下移動。 缺點：移動導向桿和導向套仍有磨損。 西安交通大學 先進制造技術研究所 2.3分度定位機構 齒盤定位： 定
8、位精度高、剛性好、機構簡單、改變分度工位時 調整方便。在花盤底面和底座頂面上都裝有齒盤，由齒盤的嚙合使工 作臺定位。工作臺轉位時，須將花盤抬起，使兩個齒盤脫開。 采用齒盤定位的回轉工作臺， 由于靠圓周排列的多齒嚙合 定位，所以無論是 受徑向力 、 軸向力或切向力 ，它的定位剛性 都很好。 西安交通大學 先進制造技術研究所 2.3分度定位機構 鋼球定位： 除了用一圈相互擠緊的鋼球代替了端面齒盤外，其分 度傳動的工作原理、分度延續(xù)時間、可調性及自動化程度等，均與 前面介紹的齒盤定位分度相似； 分度精度高于齒盤。 西安交通大學 先進制造技術研究所 二、設計流程 根據(jù)加工形式選型 確定工作臺的參數(shù) 支
9、撐機構 傳動形式（消隙機構） 潤滑密封裝置 分度定位機構 計算校核 西安交通大學 先進制造技術研究所 2.5傳動方式 兩種伺服進給機構 靜壓蝸桿蝸母條副傳動 靜壓蝸桿蝸母條副傳動能滿足加工中心進給元件沒有間隙、磨損小、剛度高、 阻尼性好、傳動效率高的要求 ,它是絲杠螺母機構的一種特殊形式 ,適用于龍 門鏜銑床、數(shù)控落地銑鏜床。 其優(yōu)點表現(xiàn)在 摩擦阻力小、使用壽命長、 抗振性能好 , 且有足夠的軸向剛度 , 蝸母條能無限接長。 西安交通大學 先進制造技術研究所 2.5傳動方式 滾珠絲杠螺母副傳動 滾珠絲杠螺母副是直線運動與回轉運動相互轉換的新型傳動裝置 ,一般應用于 機械加工的高速加工中心和經濟
10、型高速數(shù)控機床 , 它具有以下特點 : 傳動效 率高 ,摩擦損失小 ; 給予適當?shù)念A緊 ,可消除絲杠和螺母螺紋間隙 ; 運動平穩(wěn)， 無爬行現(xiàn)象 ,傳動精度高 ; 有可逆性 ; 磨損小 ,使用壽命長。 兩種伺服進給機構 西安交通大學 先進制造技術研究所 2.5傳動方式 回轉工作臺傳動 蝸 桿 傳動 (1)系統(tǒng)剛度大。 (2)易于調整和恢復傳動精度。 (3)使用壽命長。 (4)易于蝸桿的精密加工，制造成本低。 電機 西安交通大學 先進制造技術研究所 2.5傳動方式 回轉工作臺傳動 錐齒輪傳動 漸開線圓 柱 齒輪傳動 齒輪傳動形式多應用廣泛，其主要特點是：工作可靠傳動 比穩(wěn)定等。 柱 齒輪傳動 西安
11、交通大學 先進制造技術研究所 2.6消隙機構 消隙機構的分類 電控消隙 （ 1）差補消隙 （ 2 雙伺服電機 機械消隙 （ 1）彈簧消隙 （ 2）斜齒輪隔墊消隙 （ 3）雙導程蝸桿消隙 （ 4）雙蝸桿消隙 西安交通大學 先進制造技術研究所 2.6消隙機構 機械消隙 彈簧消隙 該機構是利用彈簧連接在一起的兩片齒輪同時嚙合在配對齒輪上。其中一片齒輪 與軸固定，另一片齒輪為空套在軸上的浮動齒輪片。當齒輪傳動時，嚙合齒與工 作齒面間的齒隙，被彈簧拉緊的另一片浮動齒輪輪齒所填滿。這種結構被廣泛應 用在齒輪傳動副的消隙上。 西安交通大學 先進制造技術研究所 2.6消隙機構 機械消隙 雙導程蝸桿 雙螺距漸厚
12、蝸桿齒的左、右兩側面具有不同的齒距 (導程 )；而同一側面的齒距 (導 程 )則是相等的。雙螺距漸厚蝸桿傳動的公稱模數(shù) m可看成普通渦輪副的軸向模數(shù)， 一般等于左、右齒面模數(shù)的平均值。此蝸桿齒厚從頭到尾逐漸增厚。但由于同一 側的螺距是相同的，所以仍然可以保持正常的嚙合。因此，可用軸向移動蝸桿的 方法來消除蝸桿與蝸輪的齒側隙。 西安交通大學 先進制造技術研究所 2.6消隙機構 機械消隙 雙齒輪消隙 西安交通大學 先進制造技術研究所 2.6消隙機構 雙蝸桿傳動 在動力傳遞過程中，兩個蝸桿轉向相反，其中 一根蝸桿驅動蝸輪旋轉，另一根蝸桿則起到消 除嚙合背隙的作用。也就是說，當蝸輪蝸桿副 存在間隙時只
13、要將其中一根蝸桿的軸向位置 進行調整，便可將蝸輪蝸桿之問的嚙合間隙消 除掉，使得雙蝸桿傳動數(shù)控分度裝置保持高的 傳動精度和高的接觸剛度。 73200消 隙結構 西安交通大學 先進制造技術研究所 二、設計流程 根據(jù)加工形式選型 確定工作臺的參數(shù) 分度定位結構 傳動形式（消隙機構） 潤滑密封裝置 支撐結構 計算校核 西安交通大學 先進制造技術研究所 2.7潤滑密封裝置 回轉部分的潤滑： 一般采用循環(huán)噴油潤滑，可以沖掉傳動過程中齒輪嚙合 區(qū)的磨粒、減少磨損、延長使用壽命、對渦輪蝸桿進行很好的冷卻與潤滑 等。 密封裝置： 為防止工作過程中切屑與雜質進入旋轉臺，回轉部分與下箱之 間要用密封圈封好，這樣還
14、能起到潤滑軸承的作用。 密封圈： 依靠密封件發(fā)生彈性變形，在密封接觸面上造成接 觸壓 力，接觸 壓力大于被密封介質的內壓，則不發(fā)生泄漏，反之則發(fā)生泄漏。 西安交通大學 先進制造技術研究所 二、設計流程 根據(jù)加工形式選型 確定工作臺的參數(shù) 分度定位結構 傳動形式（消隙機構） 潤滑密封裝置 支撐結構 計算校核 西安交通大學 先進制造技術研究所 2.8計算校核 數(shù)控回轉工作臺傳動部分的計算 圓柱齒輪傳動設計計算 主要包括：材料選擇、精度及參數(shù)選擇、螺旋角選擇、齒寬系數(shù)確定、 計算齒輪各個直徑、中心距、齒輪寬度、齒面接觸強度設計、校核彎 曲疲勞強度等等。 渦輪蝸桿傳動設計計算 主要包括：渦輪蝸桿材料、硬度、頭數(shù)、齒數(shù)、螺旋升角、渦輪齒寬、 彎曲疲勞強度校核、效率計算、熱平衡計算等等。 西安交通大學 先進制造技術研究所 2.8計算校核 不同工作油壓下工作臺變形圖 西安交通大學 先進制造技術研究所 三、工作臺設計舉例 臺面 密封裝置 傳動機構 底座 靜壓塊 西安交通大學先進制造所
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