《工作台设计》PPT课件.ppt

西安交通大学先进制造所 工作台设计 西安交通大学 先进制造技术研究所 工作台的设计 一、工作台的概述和功能 二、工作台的设计流程 三、工作台设计举例 西安交通大学 先进制造技术研究所 一、工作台的概述和功能 工作台 ： 支撑工件通过传动机构完成相应的回转、 直线曲线、角度分度等运动，并配有夹紧装置。 功能： 支撑工件 传递运动 定位基准 功能要求： 尺寸容量 形体尺寸应能容纳加工零件的 最大轮廓尺寸 性能要求 静刚度要高 动刚度要好 温度分布均匀 受力合理 耐磨性好 西安交通大学 先进制造技术研究所 二、设计流程 不同加工形式工作台分类 根据零件选参数 支撑机构 传动形式（消隙机构） 润滑密封装置 定位结构 计算校核 西安交通大学 先进制造技术研究所 2.1工作台的形式 根据机床的不同，工作台有三种外型 方形工作台 :工作面上可加工 V形， T形 U型槽和圆孔， 长孔等 .一般适用于镗床 钻床 铣床 转台 ： 适用于磨床 立式车床 专用机床等 移动转台 ： 适用于镗铣加工中心等 西安交通大学 先进制造技术研究所 二、设计流程 根据加工形式选型 确定工作台的参数 支撑结构 传动形式（消隙机构） 润滑密封装置 定位结构 计算校核 西安交通大学 先进制造技术研究所 2.2工作台参数 HTK160 x180 面积 mm 1600 1800 承重 kg 10000 行程 mm 2000(选项 1000,3000,4000) 转数 r/min 1 移动速度 mm/min 1-6000 定位精度 mm 0.026 B(4 90 ) 18(4) 重复定位精度 mm 0.015 B(4 90 ) 10(4) 外形尺寸 mm 5000 2300 1110 重量 kg 13000 技术参数： 承载、尺寸、行程、 转速、定位精度、移 动速度 西安交通大学 先进制造技术研究所 二、设计流程 根据加工形式选型 确定工作台的参数 支撑结构 传动形式（消隙机构） 润滑密封装置 定位结构 计算校核 西安交通大学 先进制造技术研究所 2.4支撑结构 台面材料： 以大型和重型化为目标的机床，材料的 力学性 能 起着决定性的作用；以超速、超精加工为目标的现代化 数控机床，其结构材料还要求具备高的 减震性、热稳定性 和抗腐性 等综合的性能。 灰铸铁材料 易于铸造，且切削加工性好， 制造成本低 ，并具有良好的耐磨性和减 震性，是传动的机床结构材料 西安交通大学 先进制造技术研究所 2.4支撑结构 台面结构 要求：布局合理 高刚度 西安交通大学 先进制造技术研究所 2.4支撑结构 台面结构设计 此种工作台采用厚壁及环形和辐射形的加强筋组合的 高刚性结构设计，工作台回转运动导轨与滑座对 应有四圈圆环导轨面，支承面积大，支承刚度高。 基于圆形工作台设计，其台面上的 T型槽也采用 等角度放射式布置，放射 T型槽布置与工作台内 部布筋的布置设计上也采用对应的方式，保证在 工作台上进行工件装夹时具备较好抗拉强度和高刚性。 西安交通大学 先进制造技术研究所 2.4支撑结构 静压支撑（辅助支撑） 工作原理与静压轴承相同。将具有一定压力的润滑油，经节流器 输入到导轨面上的油腔，即可形成承载油膜，使导轨面之间处于 纯液体摩擦状态。 优点 ：导轨运动速度和载荷的变化对 油膜厚度的影响很小；液体摩擦，摩擦 系数仅为 0.005左右，油膜抗振性好。 西安交通大学 先进制造技术研究所 2.4支撑结构 滚动支撑（辅助支撑） 在静、动导轨面之间放置 滚动体如滚珠、滚柱、滚针或滚动导轨块 ，组成滚 动导轨 。 优点：摩擦因数小 磨损小 具有较高的重复 定位精度 润滑系统简单 缺点： 抗振性差 结构复杂 成本较高 西安交通大学 先进制造技术研究所 二、设计流程 根据加工形式选型 确定工作台的参数 支撑机构 传动形式（消隙机构） 润滑密封装置 分度定位结构 计算校核 西安交通大学 先进制造技术研究所 2.3分度定位机构 分度工作台： 分度工作台的功用只是将工件转位换面，和自动换刀装置配 合使用，实现工件一次安装能完成几个面的多种工序，提高工作效率 . 分度工作台的分度精度要求较高（普通级 10 精密级 5 高精密级 3 ） 常用的定位元件有插销定位、反靠定位、齿盘定位和钢球定位等几种。 齿盘可 承受很大的外载，定位刚度高，精度保持性好。 数控回转工作台： 除了分度和转位的功能之外，还能实现数控圆周进给 运动。 常用有转动角度的 测量元件 (圆光栅或圆感应同步器 )，由 伺服电机 控制使转台 定位精度更高。 西安交通大学 先进制造技术研究所 2.3分度定位机构 插销定位： 基本定位机构是定位销和定位套。操纵定位销的插入和 拔出，有的是用杠杆或凸轮并与分度回转、夹紧等动作一起实现机 械强制控制，有的则是用单独的油缸控制。 反靠定位： 用两个定位块，一个固定不动， 另一个由弹簧和不动定位块的作用上下移动。 缺点：移动导向杆和导向套仍有磨损。 西安交通大学 先进制造技术研究所 2.3分度定位机构 齿盘定位： 定位精度高、刚性好、机构简单、改变分度工位时 调整方便。在花盘底面和底座顶面上都装有齿盘，由齿盘的啮合使工 作台定位。工作台转位时，须将花盘抬起，使两个齿盘脱开。 采用齿盘定位的回转工作台， 由于靠圆周排列的多齿啮合 定位，所以无论是 受径向力 、 轴向力或切向力 ，它的定位刚性 都很好。 西安交通大学 先进制造技术研究所 2.3分度定位机构 钢球定位： 除了用一圈相互挤紧的钢球代替了端面齿盘外，其分 度传动的工作原理、分度延续时间、可调性及自动化程度等，均与 前面介绍的齿盘定位分度相似； 分度精度高于齿盘。 西安交通大学 先进制造技术研究所 二、设计流程 根据加工形式选型 确定工作台的参数 支撑机构 传动形式（消隙机构） 润滑密封装置 分度定位机构 计算校核 西安交通大学 先进制造技术研究所 2.5传动方式 两种伺服进给机构 静压蜗杆蜗母条副传动 静压蜗杆蜗母条副传动能满足加工中心进给元件没有间隙、磨损小、刚度高、 阻尼性好、传动效率高的要求 ,它是丝杠螺母机构的一种特殊形式 ,适用于龙 门镗铣床、数控落地铣镗床。 其优点表现在 摩擦阻力小、使用寿命长、 抗振性能好 , 且有足够的轴向刚度 , 蜗母条能无限接长。 西安交通大学 先进制造技术研究所 2.5传动方式 滚珠丝杠螺母副传动 滚珠丝杠螺母副是直线运动与回转运动相互转换的新型传动装置 ,一般应用于 机械加工的高速加工中心和经济型高速数控机床 , 它具有以下特点 : 传动效 率高 ,摩擦损失小 ; 给予适当的预紧 ,可消除丝杠和螺母螺纹间隙 ; 运动平稳， 无爬行现象 ,传动精度高 ; 有可逆性 ; 磨损小 ,使用寿命长。 两种伺服进给机构 西安交通大学 先进制造技术研究所 2.5传动方式 回转工作台传动 蜗 杆 传动 (1)系统刚度大。 (2)易于调整和恢复传动精度。 (3)使用寿命长。 (4)易于蜗杆的精密加工，制造成本低。 电机 西安交通大学 先进制造技术研究所 2.5传动方式 回转工作台传动 锥齿轮传动 渐开线圆 柱 齿轮传动 齿轮传动形式多应用广泛，其主要特点是：工作可靠传动 比稳定等。 柱 齿轮传动 西安交通大学 先进制造技术研究所 2.6消隙机构 消隙机构的分类 电控消隙 （ 1）差补消隙 （ 2 双伺服电机 机械消隙 （ 1）弹簧消隙 （ 2）斜齿轮隔垫消隙 （ 3）双导程蜗杆消隙 （ 4）双蜗杆消隙 西安交通大学 先进制造技术研究所 2.6消隙机构 机械消隙 弹簧消隙 该机构是利用弹簧连接在一起的两片齿轮同时啮合在配对齿轮上。其中一片齿轮 与轴固定，另一片齿轮为空套在轴上的浮动齿轮片。当齿轮传动时，啮合齿与工 作齿面间的齿隙，被弹簧拉紧的另一片浮动齿轮轮齿所填满。这种结构被广泛应 用在齿轮传动副的消隙上。 西安交通大学 先进制造技术研究所 2.6消隙机构 机械消隙 双导程蜗杆 双螺距渐厚蜗杆齿的左、右两侧面具有不同的齿距 (导程 )；而同一侧面的齿距 (导 程 )则是相等的。双螺距渐厚蜗杆传动的公称模数 m可看成普通涡轮副的轴向模数， 一般等于左、右齿面模数的平均值。此蜗杆齿厚从头到尾逐渐增厚。但由于同一 侧的螺距是相同的，所以仍然可以保持正常的啮合。因此，可用轴向移动蜗杆的 方法来消除蜗杆与蜗轮的齿侧隙。 西安交通大学 先进制造技术研究所 2.6消隙机构 机械消隙 双齿轮消隙 西安交通大学 先进制造技术研究所 2.6消隙机构 双蜗杆传动 在动力传递过程中，两个蜗杆转向相反，其中 一根蜗杆驱动蜗轮旋转，另一根蜗杆则起到消 除啮合背隙的作用。也就是说，当蜗轮蜗杆副 存在间隙时只要将其中一根蜗杆的轴向位置 进行调整，便可将蜗轮蜗杆之问的啮合间隙消 除掉，使得双蜗杆传动数控分度装置保持高的 传动精度和高的接触刚度。 73200消 隙结构 西安交通大学 先进制造技术研究所 二、设计流程 根据加工形式选型 确定工作台的参数 分度定位结构 传动形式（消隙机构） 润滑密封装置 支撑结构 计算校核 西安交通大学 先进制造技术研究所 2.7润滑密封装置 回转部分的润滑： 一般采用循环喷油润滑，可以冲掉传动过程中齿轮啮合 区的磨粒、减少磨损、延长使用寿命、对涡轮蜗杆进行很好的冷却与润滑 等。 密封装置： 为防止工作过程中切屑与杂质进入旋转台，回转部分与下箱之 间要用密封圈封好，这样还能起到润滑轴承的作用。 密封圈： 依靠密封件发生弹性变形，在密封接触面上造成接 触压 力，接触 压力大于被密封介质的内压，则不发生泄漏，反之则发生泄漏。 西安交通大学 先进制造技术研究所 二、设计流程 根据加工形式选型 确定工作台的参数 分度定位结构 传动形式（消隙机构） 润滑密封装置 支撑结构 计算校核 西安交通大学 先进制造技术研究所 2.8计算校核 数控回转工作台传动部分的计算 圆柱齿轮传动设计计算 主要包括：材料选择、精度及参数选择、螺旋角选择、齿宽系数确定、 计算齿轮各个直径、中心距、齿轮宽度、齿面接触强度设计、校核弯 曲疲劳强度等等。 涡轮蜗杆传动设计计算 主要包括：涡轮蜗杆材料、硬度、头数、齿数、螺旋升角、涡轮齿宽、 弯曲疲劳强度校核、效率计算、热平衡计算等等。 西安交通大学 先进制造技术研究所 2.8计算校核 不同工作油压下工作台变形图 西安交通大学 先进制造技术研究所 三、工作台设计举例 台面 密封装置 传动机构 底座 静压块 西安交通大学先进制造所