HMC40d高速卧式加工中心回转工作台结构设计

传统卧式加工中心通常是体积大、动作慢且适合单机加工，严重影响厂房内部布局及整体加工效率，为开拓高端市场，增加零件加工种类范围，自主设计研发小型高速卧式加工中心，占地小，整机吊装，高速动作节拍快，适合与其他设备组成生产线批量加工，为满足整机设计要求，设计研发可给自动液压夹具中心通油的回转工作台，机械零件全部自制，自主安装调试，性能可靠。 1.加工中心整体结构

如图1所示，加工中心总体设计布局为纵、横T字形床身，立柱横向移动，滑板上下移动，主轴箱前后移动，具有刚性良好、受力均匀、热平衡性好和精度稳定等优点，具体结构尺寸及性能参数见表1。

图1 加工中心整机外观 表1 机床技术参数表

整机外观长/mm

4 300

整机外观宽/mm

2 200

整机外观高/mm

2 700

X轴行程/mm

600

Y轴行程/mm

500

Z轴行程/mm

450

B轴（°）

1×360

三轴加速度/（m/min）

60

2.工作台结构及原理设计

（1）工作台整体结构图2所示为传统工作台内部结构，工作台采用四点接触球轴承支撑实现回转动作，心轴中只有两路油路，用于工作台板的升起下降及锁紧，无法实现液压油液从工作台底部经过工作台中心通向夹具。

图2 传统工作台内部结构

1—工作台板 2—定心套 3—旋转格莱圈 4—上齿盘 5—下齿盘 轴承 7—活塞 8—液压缸 9—液压缸端盖 10—蜗轮 11—心轴 座 13—蜗杆 全新设计牙盘式回转工作台如图3所示。

6—转台12—底

图3 全新设计工作台内部结构原理

1—定位板 2—工作台板 3—定心套 4—旋转格莱圈 5—上齿盘 6—下齿盘 7—转台轴承 8—活塞 9—液压缸 10—液压缸端盖 11—蜗杆 12—

心轴 13—蜗轮 14—底座 B轴电动机通过联轴器与蜗杆相连，驱动蜗轮转动，蜗轮与液压缸通过螺栓刚性联接，液压缸与活塞可沿轴向相对移动，之间通过8个销轴导向相连，当液压油进入液压缸升起腔后，液压缸将工作台板顶起，上齿盘跟随台板浮起并与下齿盘分离，工作台板即可执行旋转动作，在推力/向心角接触球轴承YRT200的协助下，液压缸通过销轴带动活塞和工作台板旋转，达到预定角度后，液压缸升起腔油液排出，同时下降腔进入液压油液，带动工作台板下降，最后上下齿盘完好啮合，并用液压油持续输出压力，保证台板定位准确，其主要技术参数见表2。

表2 工作台技术参数表

台面尺寸/（mm×mm）

400×400

最大承重/kg

450

B轴转速/（r/min）

35

通油压力/MPa

6

夹具油路数量

8

最小分度（°）

1

定位精度（″）

±2.5

重复定位精度（″）

1

（2）蜗轮和蜗杆传动副选用延长渐开线右旋蜗杆，材料为20CrMnTiH，表面渗碳淬火S0.7-1.1-HRC58-62，头数1，模数3，法向齿形角15°，节径60mm；配合蜗轮材料为ZQSn10-1，齿数85，节圆直径255mm，蜗轮蜗杆中心距157.5mm，精度等级5-D。 （3）液压夹具通油心轴固定在底座上，夹具用油由心轴从液压站输送进入工作台内，活塞与心轴间可相互转动，各油路间通过旋转格莱圈密封，油液在活塞内通过孔系进入工作台板内，如图3所示，活塞与工作台板间采用O形圈密封，最终油液通过台面进入液压夹具内，再按照阀的动作指令完成夹具对应动作。

a）立体

b）剖面

图4 活塞内部结构孔系

（4）设计参数核算如下所述。

1）工作台板浮起计算。工作台质量 m1＝148kg，浮起时带起其他零件，质量包含：上齿盘11.5kg，活塞20.5kg，液压缸底盖4kg，总质量 m2＝40kg，工件最大质量为载重m3＝500kg，鼠牙盘浮起时，浮起部分的总质量m0＝m1＋m2＋m3＝688kg，W＝m0×g＝6 742N，活塞外径D1＝160mm，内径D2＝120mm，系统油液压力P＝6MPa，F＝P·A（A为有效截面积），当液压缸浮起腔进油时，活塞受到的液压力F＝Pπ（D12－D22）/4＝52 778N，因为F＞W，所以，活塞大小及其液压油的压力符合要求，液压缸设计合理。为了进一步保证其浮起稳定性，在管路上装有减压阀，调节管路压力和工作台升起速度及其稳定性。 2）回转工作台电动机的选择计算。预选电动机为西门子伺服电动机型号为1FK7063-2AF71-1DG1：11/7.3Nm，具体参数是：额定转速n＝3 000r/min，额定扭矩M＝7.3Nm，功率P＝2.3kW，转动惯量J0＝14.7×10 －4（kg·m2）。①工作台旋转扭矩的计算：工作台回转时，鼠牙盘浮起后，活塞内油面与回转座的零件接触，摩擦系数为0.000 5，浮起零件产生的摩擦力最大为：f＝6742×0.0005＝3.37N，r＝{120＋（160－120）/2}/2＝70mm，摩擦力矩为：M1＝f×r＝0.23N·m，折算到电动机上的扭矩为：M2＝M1×i＝0.0027N·m（i＝85，为蜗轮蜗杆的传动比），M＞M２，所选电动机满足要求。②工作台转动惯量的计算：工作台回转部分及工件总的回转惯量J＝m0×（l12＋l22）/12＝18.3 （kg·m2）（ l1、 l2为台面尺寸，参见表2），折算到电动机轴上的转动惯量 J负载＝J×i2＝2.533×10－3（kg·m2）， J负载/ J电动机＝1.723＜3，经查电动机样本，该种惯量匹配能获得高的动态响应，能够达到转台的性能要求。因此，所选电动机满足设计要求。