HMC40d高速臥式加工中心回轉工作臺結構設計

■ 沈陽機床股份有限公司 （遼寧沈陽 110141） 劉 博

傳統臥式加工中心通常體積大、動作慢且適合單機加工，嚴重影響廠房內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，自主設計研發小型高速臥式加工中心，占地小，整機吊裝，高速動作節拍快，適合與其他設備組成生產線批量加工。為滿足整機設計要求，設計研發可給自動液壓夾具中心通油的回轉工作臺，機械零件全部自制，自主安裝調試，性能可靠。

1. 加工中心整體結構

如圖1所示，加工中心總體設計布局為縱、橫T字形床身，立柱橫向移動，滑板上下移動，主軸箱前后移動，具有剛性良好、受力均勻、熱平衡性好和精度穩定等優點，具體結構尺寸及性能參數見表1。

圖1 加工中心整機外觀

表1 機床技術參數

2. 工作臺結構及原理設計

工作臺結構及原理設計如下所述。

（1）工作臺整體結構 圖2所示為傳統工作臺內部結構，工作臺采用四點接觸球軸承支撐實現回轉動作，心軸中只有兩路油路，用于工作臺板的升起、下降及鎖緊，無法實現液壓油液從工作臺底部經過工作臺中心通向夾具。

全新設計牙盤式回轉工作臺如圖3所示。

B軸電動機通過聯軸器與蝸桿相連，驅動蝸輪轉動，蝸輪與液壓缸通過螺栓剛性聯接，液壓缸與活塞可沿軸向相對移動，之間通過8個銷軸導向相聯，當液壓油進入液壓缸升起腔后，液壓缸將工作臺板頂起，上齒盤跟隨臺板浮起并與下齒盤分離，工作臺板即可執行旋轉動作，在推力/向心角接觸球軸承YRT200的協助下，液壓缸通過銷軸帶動活塞和工作臺板旋轉，達到預定角度后，液壓缸升起腔油液排出，同時下降腔進入液壓油液，帶動工作臺板下降，最后上下齒盤完好嚙合，并用液壓油持續輸出壓力，保證臺板定位準確，其主要技術參數見表2。

圖2 傳統工作臺內部結構

圖3 全新設計工作臺內部結構

（2）蝸輪和蝸桿傳動副 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1，模數3，法向齒形角15°，節徑60mm；配合蝸輪材料為ZQSn10-1，齒數85，節圓直徑255mm，蝸輪蝸桿中心距157.5mm，精度等級5-D。

表2 工作臺技術參數

（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入工作臺內，活塞與心軸間可相互轉動，各油路間通過旋轉格萊圈密封，油液在活塞內通過孔系進入工作臺板內，如圖4所示，活塞與工作臺板間采用O形圈密封，最終油液通過臺面進入液壓夾具內，再按照閥的動作指令完成夾具對應動作。

圖4 活塞內部結構孔系

（4）設計參數核算如下所述。

1）工作臺板浮起計算。工作臺質量m1＝148kg，浮起時帶起其他零件，質量包含：上齒盤11.5kg，活塞20.5kg，液壓缸底蓋4kg，總質量m2＝40kg，工件最大質量為載重m3＝500kg，鼠牙盤浮起時，浮起部分的總質量m0＝m1＋m2＋m3＝688kg，W＝m0×g＝6 742N，活塞外徑D1＝160m m，內徑D2＝120m m，系統油液壓力P＝6M P a，F＝P·A（A為有效截面積）。當液壓缸浮起腔進油時，活塞受到的液壓力F＝Pπ（52 778N，因為F＞W，所以，活塞大小及其液壓油的壓力符合要求，液壓缸設計合理。為了進一步保證其浮起穩定性，在管路上裝有減壓閥，調節管路壓力和工作臺升起速度及其穩定性。

2）回轉工作臺電動機的選擇計算。預選電動機為西門子伺服電動機，型號為1FK7063-2AF71-1DG1：11/7.3N·m，具體參數是：額定轉速n＝3 000r/min，額定轉矩M＝7.3N·m，功率P＝2.3kW，轉動慣量J0＝14.7×10-4（kg·m2）。①工作臺旋轉轉矩的計算：工作臺回轉時，鼠牙盤浮起后，活塞內油面與回轉座的零件接觸，摩擦系數為0.000 5，浮起零件產生的摩擦力最大為：f＝6742×0.0005＝3.37N，r＝{120＋（160-120）/2}/2＝70mm，摩擦力矩為：M1＝f×r＝0.23N·m，折算到電動機上的轉矩為：M2＝M1×i＝0.002 7N·m（i＝85，為蝸輪蝸桿的傳動比），M＞M2，所選電動機滿足要求。②工作臺轉動慣量的計算：工作臺回轉部分及工件總的回轉慣量為臺面尺寸，參見表2），折算到電動機軸上的轉動慣量J負載＝J×i2＝2.533×10-3（kg·m2），J負載/J電動機＝1.723＜3，經查電動機樣本，該種慣量匹配能獲得高的動態響應，能夠達到轉臺的性能要求。因此，所選電動機滿足設計要求。

3. 結語

回轉工作臺結構簡單，設計靈活，安裝方便，易于維護，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化水平提供了根本前提，達到預期整體設計目標，也為加工中心后續優化及改進工作提供保障。參考文獻：

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