HMC40d高速臥式加工中心回轉(zhuǎn)工作臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

■ 沈陽機(jī)床股份有限公司 （遼寧沈陽 110141） 劉 博

傳統(tǒng)臥式加工中心通常體積大、動(dòng)作慢且適合單機(jī)加工，嚴(yán)重影響廠房內(nèi)部布局及整體加工效率。為開拓高端市場，增加零件加工種類范圍，自主設(shè)計(jì)研發(fā)小型高速臥式加工中心，占地小，整機(jī)吊裝，高速動(dòng)作節(jié)拍快，適合與其他設(shè)備組成生產(chǎn)線批量加工。為滿足整機(jī)設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)研發(fā)可給自動(dòng)液壓夾具中心通油的回轉(zhuǎn)工作臺(tái)，機(jī)械零件全部自制，自主安裝調(diào)試，性能可靠。

1. 加工中心整體結(jié)構(gòu)

如圖1所示，加工中心總體設(shè)計(jì)布局為縱、橫T字形床身，立柱橫向移動(dòng)，滑板上下移動(dòng)，主軸箱前后移動(dòng)，具有剛性良好、受力均勻、熱平衡性好和精度穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，具體結(jié)構(gòu)尺寸及性能參數(shù)見表1。

圖1 加工中心整機(jī)外觀

表1 機(jī)床技術(shù)參數(shù)

2. 工作臺(tái)結(jié)構(gòu)及原理設(shè)計(jì)

工作臺(tái)結(jié)構(gòu)及原理設(shè)計(jì)如下所述。

（1）工作臺(tái)整體結(jié)構(gòu) 圖2所示為傳統(tǒng)工作臺(tái)內(nèi)部結(jié)構(gòu)，工作臺(tái)采用四點(diǎn)接觸球軸承支撐實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)動(dòng)作，心軸中只有兩路油路，用于工作臺(tái)板的升起、下降及鎖緊，無法實(shí)現(xiàn)液壓油液從工作臺(tái)底部經(jīng)過工作臺(tái)中心通向夾具。

全新設(shè)計(jì)牙盤式回轉(zhuǎn)工作臺(tái)如圖3所示。

B軸電動(dòng)機(jī)通過聯(lián)軸器與蝸桿相連，驅(qū)動(dòng)蝸輪轉(zhuǎn)動(dòng)，蝸輪與液壓缸通過螺栓剛性聯(lián)接，液壓缸與活塞可沿軸向相對移動(dòng)，之間通過8個(gè)銷軸導(dǎo)向相聯(lián)，當(dāng)液壓油進(jìn)入液壓缸升起腔后，液壓缸將工作臺(tái)板頂起，上齒盤跟隨臺(tái)板浮起并與下齒盤分離，工作臺(tái)板即可執(zhí)行旋轉(zhuǎn)動(dòng)作，在推力/向心角接觸球軸承YRT200的協(xié)助下，液壓缸通過銷軸帶動(dòng)活塞和工作臺(tái)板旋轉(zhuǎn)，達(dá)到預(yù)定角度后，液壓缸升起腔油液排出，同時(shí)下降腔進(jìn)入液壓油液，帶動(dòng)工作臺(tái)板下降，最后上下齒盤完好嚙合，并用液壓油持續(xù)輸出壓力，保證臺(tái)板定位準(zhǔn)確，其主要技術(shù)參數(shù)見表2。

圖2 傳統(tǒng)工作臺(tái)內(nèi)部結(jié)構(gòu)

圖3 全新設(shè)計(jì)工作臺(tái)內(nèi)部結(jié)構(gòu)

（2）蝸輪和蝸桿傳動(dòng)副 選用延長漸開線右旋蝸桿，材料為20CrMnTiH，表面滲碳淬火S0.7-1.1-HRC58-62，頭數(shù)1，模數(shù)3，法向齒形角15°，節(jié)徑60mm；配合蝸輪材料為ZQSn10-1，齒數(shù)85，節(jié)圓直徑255mm，蝸輪蝸桿中心距157.5mm，精度等級5-D。

表2 工作臺(tái)技術(shù)參數(shù)

（3）液壓夾具通油 心軸固定在底座上，夾具用油由心軸從液壓站輸送進(jìn)入工作臺(tái)內(nèi)，活塞與心軸間可相互轉(zhuǎn)動(dòng)，各油路間通過旋轉(zhuǎn)格萊圈密封，油液在活塞內(nèi)通過孔系進(jìn)入工作臺(tái)板內(nèi)，如圖4所示，活塞與工作臺(tái)板間采用O形圈密封，最終油液通過臺(tái)面進(jìn)入液壓夾具內(nèi)，再按照閥的動(dòng)作指令完成夾具對應(yīng)動(dòng)作。

圖4 活塞內(nèi)部結(jié)構(gòu)孔系

（4）設(shè)計(jì)參數(shù)核算如下所述。

1）工作臺(tái)板浮起計(jì)算。工作臺(tái)質(zhì)量m1＝148kg，浮起時(shí)帶起其他零件，質(zhì)量包含：上齒盤11.5kg，活塞20.5kg，液壓缸底蓋4kg，總質(zhì)量m2＝40kg，工件最大質(zhì)量為載重m3＝500kg，鼠牙盤浮起時(shí)，浮起部分的總質(zhì)量m0＝m1＋m2＋m3＝688kg，W＝m0×g＝6 742N，活塞外徑D1＝160m m，內(nèi)徑D2＝120m m，系統(tǒng)油液壓力P＝6M P a，F(xiàn)＝P·A（A為有效截面積）。當(dāng)液壓缸浮起腔進(jìn)油時(shí)，活塞受到的液壓力F＝Pπ（52 778N，因?yàn)镕＞W(wǎng)，所以，活塞大小及其液壓油的壓力符合要求，液壓缸設(shè)計(jì)合理。為了進(jìn)一步保證其浮起穩(wěn)定性，在管路上裝有減壓閥，調(diào)節(jié)管路壓力和工作臺(tái)升起速度及其穩(wěn)定性。

2）回轉(zhuǎn)工作臺(tái)電動(dòng)機(jī)的選擇計(jì)算。預(yù)選電動(dòng)機(jī)為西門子伺服電動(dòng)機(jī)，型號為1FK7063-2AF71-1DG1：11/7.3N·m，具體參數(shù)是：額定轉(zhuǎn)速n＝3 000r/min，額定轉(zhuǎn)矩M＝7.3N·m，功率P＝2.3kW，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J0＝14.7×10-4（kg·m2）。①工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩的計(jì)算：工作臺(tái)回轉(zhuǎn)時(shí)，鼠牙盤浮起后，活塞內(nèi)油面與回轉(zhuǎn)座的零件接觸，摩擦系數(shù)為0.000 5，浮起零件產(chǎn)生的摩擦力最大為：f＝6742×0.0005＝3.37N，r＝{120＋（160-120）/2}/2＝70mm，摩擦力矩為：M1＝f×r＝0.23N·m，折算到電動(dòng)機(jī)上的轉(zhuǎn)矩為：M2＝M1×i＝0.002 7N·m（i＝85，為蝸輪蝸桿的傳動(dòng)比），M＞M2，所選電動(dòng)機(jī)滿足要求。②工作臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算：工作臺(tái)回轉(zhuǎn)部分及工件總的回轉(zhuǎn)慣量為臺(tái)面尺寸，參見表2），折算到電動(dòng)機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J負(fù)載＝J×i2＝2.533×10-3（kg·m2），J負(fù)載/J電動(dòng)機(jī)＝1.723＜3，經(jīng)查電動(dòng)機(jī)樣本，該種慣量匹配能獲得高的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，能夠達(dá)到轉(zhuǎn)臺(tái)的性能要求。因此，所選電動(dòng)機(jī)滿足設(shè)計(jì)要求。

3. 結(jié)語

回轉(zhuǎn)工作臺(tái)結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)計(jì)靈活，安裝方便，易于維護(hù)，性能可靠，8通路液壓夾具接口極大拓寬了可加工零件范圍，對組線加工及提升自動(dòng)化水平提供了根本前提，達(dá)到預(yù)期整體設(shè)計(jì)目標(biāo)，也為加工中心后續(xù)優(yōu)化及改進(jìn)工作提供保障。參考文獻(xiàn)：

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