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1、西安交通大學(xué)先進(jìn)制造所 工作臺(tái)設(shè)計(jì) 西安交通大學(xué) 先進(jìn)制造技術(shù)研究所 工作臺(tái)的設(shè)計(jì) 一、工作臺(tái)的概述和功能 二、工作臺(tái)的設(shè)計(jì)流程 三、工作臺(tái)設(shè)計(jì)舉例 西安交通大學(xué) 先進(jìn)制造技術(shù)研究所 一、工作臺(tái)的概述和功能 工作臺(tái) ： 支撐工件通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)完成相應(yīng)的回轉(zhuǎn)、 直線曲線、角度分度等運(yùn)動(dòng)，并配有夾緊裝置。 功能： 支撐工件 傳遞運(yùn)動(dòng) 定位基準(zhǔn) 功能要求： 尺寸容量 形體尺寸應(yīng)能容納加工零件的 最大輪廓尺寸 性能要求 靜剛度要高 動(dòng)剛度要好 溫度分布均勻 受力合理 耐磨性好 西安交通大學(xué) 先進(jìn)制造技術(shù)研究所 二、設(shè)計(jì)流程 不同加工形式工作臺(tái)分類 根據(jù)零件選參數(shù) 支撐機(jī)構(gòu) 傳動(dòng)形式（消隙機(jī)構(gòu)） 潤(rùn)滑密封
2、裝置 定位結(jié)構(gòu) 計(jì)算校核 西安交通大學(xué) 先進(jìn)制造技術(shù)研究所 2.1工作臺(tái)的形式 根據(jù)機(jī)床的不同，工作臺(tái)有三種外型 方形工作臺(tái) :工作面上可加工 V形， T形 U型槽和圓孔， 長(zhǎng)孔等 .一般適用于鏜床 鉆床 銑床 轉(zhuǎn)臺(tái) ： 適用于磨床 立式車床 專用機(jī)床等 移動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái) ： 適用于鏜銑加工中心等 西安交通大學(xué) 先進(jìn)制造技術(shù)研究所 二、設(shè)計(jì)流程 根據(jù)加工形式選型 確定工作臺(tái)的參數(shù) 支撐結(jié)構(gòu) 傳動(dòng)形式（消隙機(jī)構(gòu)） 潤(rùn)滑密封裝置 定位結(jié)構(gòu) 計(jì)算校核 西安交通大學(xué) 先進(jìn)制造技術(shù)研究所 2.2工作臺(tái)參數(shù) HTK160 x180 面積 mm 1600 1800 承重 kg 10000 行程 mm 2000(選項(xiàng)
3、 1000,3000,4000) 轉(zhuǎn)數(shù) r/min 1 移動(dòng)速度 mm/min 1-6000 定位精度 mm 0.026 B(4 90 ) 18(4) 重復(fù)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(shù)參數(shù)： 承載、尺寸、行程、 轉(zhuǎn)速、定位精度、移 動(dòng)速度 西安交通大學(xué) 先進(jìn)制造技術(shù)研究所 二、設(shè)計(jì)流程 根據(jù)加工形式選型 確定工作臺(tái)的參數(shù) 支撐結(jié)構(gòu) 傳動(dòng)形式（消隙機(jī)構(gòu)） 潤(rùn)滑密封裝置 定位結(jié)構(gòu) 計(jì)算校核 西安交通大學(xué) 先進(jìn)制造技術(shù)研究所 2.4支撐結(jié)構(gòu) 臺(tái)面材料： 以大型和重型化為目標(biāo)的機(jī)床，材料的 力學(xué)性
4、能 起著決定性的作用；以超速、超精加工為目標(biāo)的現(xiàn)代化 數(shù)控機(jī)床，其結(jié)構(gòu)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(dòng)的機(jī)床結(jié)構(gòu)材料 西安交通大學(xué) 先進(jìn)制造技術(shù)研究所 2.4支撐結(jié)構(gòu) 臺(tái)面結(jié)構(gòu) 要求：布局合理 高剛度 西安交通大學(xué) 先進(jìn)制造技術(shù)研究所 2.4支撐結(jié)構(gòu) 臺(tái)面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 此種工作臺(tái)采用厚壁及環(huán)形和輻射形的加強(qiáng)筋組合的 高剛性結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，工作臺(tái)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌與滑座對(duì) 應(yīng)有四圈圓環(huán)導(dǎo)軌面，支承面積大，支承剛度高。 基于圓形工作臺(tái)設(shè)計(jì)，其臺(tái)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(tái)內(nèi) 部布筋的布置設(shè)計(jì)上也采用對(duì)應(yīng)的方式，保證在 工作臺(tái)上進(jìn)行工件裝夾時(shí)具備較好抗拉強(qiáng)度和高剛性。 西安交通大學(xué) 先進(jìn)制造技術(shù)研究所 2.4支撐結(jié)構(gòu) 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(rùn)滑油，經(jīng)節(jié)流器 輸入到導(dǎo)軌面上的油腔，即可形成承載油膜，使導(dǎo)軌面之間處于 純液體摩擦狀態(tài)。 優(yōu)點(diǎn) ：導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)速度和載荷的變化對(duì) 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(xué) 先進(jìn)制造技術(shù)研究所 2.4支撐結(jié)構(gòu) 滾動(dòng)支撐（輔助支撐） 在靜、動(dòng)導(dǎo)軌面之間放置 滾動(dòng)體如滾珠、滾柱、滾針或滾動(dòng)導(dǎo)軌塊 ，組成滾 動(dòng)導(dǎo)軌 。 優(yōu)點(diǎn)：摩擦因
6、數(shù)小 磨損小 具有較高的重復(fù) 定位精度 潤(rùn)滑系統(tǒng)簡(jiǎn)單 缺點(diǎn)： 抗振性差 結(jié)構(gòu)復(fù)雜 成本較高 西安交通大學(xué) 先進(jìn)制造技術(shù)研究所 二、設(shè)計(jì)流程 根據(jù)加工形式選型 確定工作臺(tái)的參數(shù) 支撐機(jī)構(gòu) 傳動(dòng)形式（消隙機(jī)構(gòu)） 潤(rùn)滑密封裝置 分度定位結(jié)構(gòu) 計(jì)算校核 西安交通大學(xué) 先進(jìn)制造技術(shù)研究所 2.3分度定位機(jī)構(gòu) 分度工作臺(tái)： 分度工作臺(tái)的功用只是將工件轉(zhuǎn)位換面，和自動(dòng)換刀裝置配 合使用，實(shí)現(xiàn)工件一次安裝能完成幾個(gè)面的多種工序，提高工作效率 . 分度工作臺(tái)的分度精度要求較高（普通級(jí) 10 精密級(jí) 5 高精密級(jí) 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(zhuǎn)工作臺(tái)： 除了分度和轉(zhuǎn)位的功能之外，還能實(shí)現(xiàn)數(shù)控圓周進(jìn)給 運(yùn)動(dòng)。 常用有轉(zhuǎn)動(dòng)角度的 測(cè)量元件 (圓光柵或圓感應(yīng)同步器 )，由 伺服電機(jī) 控制使轉(zhuǎn)臺(tái) 定位精度更高。 西安交通大學(xué) 先進(jìn)制造技術(shù)研究所 2.3分度定位機(jī)構(gòu) 插銷定位： 基本定位機(jī)構(gòu)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(zhuǎn)、夾緊等動(dòng)作一起實(shí)現(xiàn)機(jī) 械強(qiáng)制控制，有的則是用單獨(dú)的油缸控制。 反靠定位： 用兩個(gè)定位塊，一個(gè)固定不動(dòng)， 另一個(gè)由彈簧和不動(dòng)定位塊的作用上下移動(dòng)。 缺點(diǎn)：移動(dòng)導(dǎo)向桿和導(dǎo)向套仍有磨損。 西安交通大學(xué) 先進(jìn)制造技術(shù)研究所 2.3分度定位機(jī)構(gòu) 齒盤定位： 定
8、位精度高、剛性好、機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單、改變分度工位時(shí) 調(diào)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(tái)定位。工作臺(tái)轉(zhuǎn)位時(shí)，須將花盤抬起，使兩個(gè)齒盤脫開(kāi)。 采用齒盤定位的回轉(zhuǎn)工作臺(tái)， 由于靠圓周排列的多齒嚙合 定位，所以無(wú)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(xué) 先進(jìn)制造技術(shù)研究所 2.3分度定位機(jī)構(gòu) 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(dòng)的工作原理、分度延續(xù)時(shí)間、可調(diào)性及自動(dòng)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(xué) 先進(jìn)制造技術(shù)研究所 二、設(shè)計(jì)流程 根據(jù)加工形式選型 確定工作臺(tái)的參數(shù) 支
9、撐機(jī)構(gòu) 傳動(dòng)形式（消隙機(jī)構(gòu)） 潤(rùn)滑密封裝置 分度定位機(jī)構(gòu) 計(jì)算校核 西安交通大學(xué) 先進(jìn)制造技術(shù)研究所 2.5傳動(dòng)方式 兩種伺服進(jìn)給機(jī)構(gòu) 靜壓蝸桿蝸母條副傳動(dòng) 靜壓蝸桿蝸母條副傳動(dòng)能滿足加工中心進(jìn)給元件沒(méi)有間隙、磨損小、剛度高、 阻尼性好、傳動(dòng)效率高的要求 ,它是絲杠螺母機(jī)構(gòu)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(diǎn)表現(xiàn)在 摩擦阻力小、使用壽命長(zhǎng)、 抗振性能好 , 且有足夠的軸向剛度 , 蝸母條能無(wú)限接長(zhǎng)。 西安交通大學(xué) 先進(jìn)制造技術(shù)研究所 2.5傳動(dòng)方式 滾珠絲杠螺母副傳動(dòng) 滾珠絲杠螺母副是直線運(yùn)動(dòng)與回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)相互轉(zhuǎn)換的新型傳動(dòng)裝置 ,一般應(yīng)用于 機(jī)械加工的高速加工中心和經(jīng)濟(jì)
10、型高速數(shù)控機(jī)床 , 它具有以下特點(diǎn) : 傳動(dòng)效 率高 ,摩擦損失小 ; 給予適當(dāng)?shù)念A(yù)緊 ,可消除絲杠和螺母螺紋間隙 ; 運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)， 無(wú)爬行現(xiàn)象 ,傳動(dòng)精度高 ; 有可逆性 ; 磨損小 ,使用壽命長(zhǎng)。 兩種伺服進(jìn)給機(jī)構(gòu) 西安交通大學(xué) 先進(jìn)制造技術(shù)研究所 2.5傳動(dòng)方式 回轉(zhuǎn)工作臺(tái)傳動(dòng) 蝸 桿 傳動(dòng) (1)系統(tǒng)剛度大。 (2)易于調(diào)整和恢復(fù)傳動(dòng)精度。 (3)使用壽命長(zhǎng)。 (4)易于蝸桿的精密加工，制造成本低。 電機(jī) 西安交通大學(xué) 先進(jìn)制造技術(shù)研究所 2.5傳動(dòng)方式 回轉(zhuǎn)工作臺(tái)傳動(dòng) 錐齒輪傳動(dòng) 漸開(kāi)線圓 柱 齒輪傳動(dòng) 齒輪傳動(dòng)形式多應(yīng)用廣泛，其主要特點(diǎn)是：工作可靠傳動(dòng) 比穩(wěn)定等。 柱 齒輪傳動(dòng) 西安
11、交通大學(xué) 先進(jìn)制造技術(shù)研究所 2.6消隙機(jī)構(gòu) 消隙機(jī)構(gòu)的分類 電控消隙 （ 1）差補(bǔ)消隙 （ 2 雙伺服電機(jī) 機(jī)械消隙 （ 1）彈簧消隙 （ 2）斜齒輪隔墊消隙 （ 3）雙導(dǎo)程蝸桿消隙 （ 4）雙蝸桿消隙 西安交通大學(xué) 先進(jìn)制造技術(shù)研究所 2.6消隙機(jī)構(gòu) 機(jī)械消隙 彈簧消隙 該機(jī)構(gòu)是利用彈簧連接在一起的兩片齒輪同時(shí)嚙合在配對(duì)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(dòng)齒輪片。當(dāng)齒輪傳動(dòng)時(shí)，嚙合齒與工 作齒面間的齒隙，被彈簧拉緊的另一片浮動(dòng)齒輪輪齒所填滿。這種結(jié)構(gòu)被廣泛應(yīng) 用在齒輪傳動(dòng)副的消隙上。 西安交通大學(xué) 先進(jìn)制造技術(shù)研究所 2.6消隙機(jī)構(gòu) 機(jī)械消隙 雙導(dǎo)程蝸桿 雙螺距漸厚
12、蝸桿齒的左、右兩側(cè)面具有不同的齒距 (導(dǎo)程 )；而同一側(cè)面的齒距 (導(dǎo) 程 )則是相等的。雙螺距漸厚蝸桿傳動(dòng)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(cè)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(dòng)蝸桿的 方法來(lái)消除蝸桿與蝸輪的齒側(cè)隙。 西安交通大學(xué) 先進(jìn)制造技術(shù)研究所 2.6消隙機(jī)構(gòu) 機(jī)械消隙 雙齒輪消隙 西安交通大學(xué) 先進(jìn)制造技術(shù)研究所 2.6消隙機(jī)構(gòu) 雙蝸桿傳動(dòng) 在動(dòng)力傳遞過(guò)程中，兩個(gè)蝸桿轉(zhuǎn)向相反，其中 一根蝸桿驅(qū)動(dòng)蝸輪旋轉(zhuǎn)，另一根蝸桿則起到消 除嚙合背隙的作用。也就是說(shuō)，當(dāng)蝸輪蝸桿副 存在間隙時(shí)只
13、要將其中一根蝸桿的軸向位置 進(jìn)行調(diào)整，便可將蝸輪蝸桿之問(wèn)的嚙合間隙消 除掉，使得雙蝸桿傳動(dòng)數(shù)控分度裝置保持高的 傳動(dòng)精度和高的接觸剛度。 73200消 隙結(jié)構(gòu) 西安交通大學(xué) 先進(jìn)制造技術(shù)研究所 二、設(shè)計(jì)流程 根據(jù)加工形式選型 確定工作臺(tái)的參數(shù) 分度定位結(jié)構(gòu) 傳動(dòng)形式（消隙機(jī)構(gòu)） 潤(rùn)滑密封裝置 支撐結(jié)構(gòu) 計(jì)算校核 西安交通大學(xué) 先進(jìn)制造技術(shù)研究所 2.7潤(rùn)滑密封裝置 回轉(zhuǎn)部分的潤(rùn)滑： 一般采用循環(huán)噴油潤(rùn)滑，可以沖掉傳動(dòng)過(guò)程中齒輪嚙合 區(qū)的磨粒、減少磨損、延長(zhǎng)使用壽命、對(duì)渦輪蝸桿進(jìn)行很好的冷卻與潤(rùn)滑 等。 密封裝置： 為防止工作過(guò)程中切屑與雜質(zhì)進(jìn)入旋轉(zhuǎn)臺(tái)，回轉(zhuǎn)部分與下箱之 間要用密封圈封好，這樣還
14、能起到潤(rùn)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(zhì)的內(nèi)壓，則不發(fā)生泄漏，反之則發(fā)生泄漏。 西安交通大學(xué) 先進(jìn)制造技術(shù)研究所 二、設(shè)計(jì)流程 根據(jù)加工形式選型 確定工作臺(tái)的參數(shù) 分度定位結(jié)構(gòu) 傳動(dòng)形式（消隙機(jī)構(gòu)） 潤(rùn)滑密封裝置 支撐結(jié)構(gòu) 計(jì)算校核 西安交通大學(xué) 先進(jìn)制造技術(shù)研究所 2.8計(jì)算校核 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)傳動(dòng)部分的計(jì)算 圓柱齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)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(jì)算齒輪各個(gè)直徑、中心距、齒輪寬度、齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)、校核彎 曲疲勞強(qiáng)度等等。 渦輪蝸桿傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)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(qiáng)度校核、效率計(jì)算、熱平衡計(jì)算等等。 西安交通大學(xué) 先進(jìn)制造技術(shù)研究所 2.8計(jì)算校核 不同工作油壓下工作臺(tái)變形圖 西安交通大學(xué) 先進(jìn)制造技術(shù)研究所 三、工作臺(tái)設(shè)計(jì)舉例 臺(tái)面 密封裝置 傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 底座 靜壓塊 西安交通大學(xué)先進(jìn)制造所
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