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1、西安交通大学先进制造所工作台设计工作台设计西安交通大学西安交通大学 先进制造技术研究所先进制造技术研究所工作台的设计工作台的设计一、工作台的概述和功能一、工作台的概述和功能二、工作台的设计流程二、工作台的设计流程三、工作台设计举例三、工作台设计举例西安交通大学西安交通大学 先进制造技术研究所先进制造技术研究所一、工作台的概述和功能一、工作台的概述和功能工作台工作台：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：功能：支撑工件 传递运动 定位基准功能要求：功能要求：尺寸容量 形体尺寸应能容纳加工零件的形体尺寸应能容纳加工零件的 最大轮廓尺寸最大轮廓尺寸性能要
2、求 静刚度要高静刚度要高 动刚度要好动刚度要好 温度分布均匀温度分布均匀 受力合理受力合理 耐磨性好耐磨性好 西安交通大学西安交通大学 先进制造技术研究所先进制造技术研究所二、设计流程二、设计流程不同加工形式工作台分类不同加工形式工作台分类根据零件选参数根据零件选参数支撑机构支撑机构传动形式（消隙机构）传动形式（消隙机构）润滑密封装置润滑密封装置定位结构定位结构计算校核计算校核西安交通大学西安交通大学 先进制造技术研究所先进制造技术研究所工作台的形式工作台的形式根据机床的不同，工作台有三种外型根据机床的不同，工作台有三种外型 方形工作台方形工作台:工作面上可加工工作面上可加工V形，形，T形形
3、U型槽和圆孔，型槽和圆孔，长孔等长孔等.一般适用于镗床一般适用于镗床 钻床钻床 铣床铣床转台转台 ：适用于磨床适用于磨床 立式车床立式车床 专用机床等专用机床等移动转台移动转台：适用于镗铣加工中心等适用于镗铣加工中心等西安交通大学西安交通大学 先进制造技术研究所先进制造技术研究所二、设计流程二、设计流程根据加工形式选型根据加工形式选型确定工作台的参数确定工作台的参数支撑结构支撑结构传动形式（消隙机构）传动形式（消隙机构）润滑密封装置润滑密封装置定位结构定位结构计算校核计算校核西安交通大学西安交通大学 先进制造技术研究所先进制造技术研究所工作台参数工作台参数 HTK160 x180面积面积mmm
4、m16001800 16001800 承重承重kgkg10000 10000 行程行程mm mm 2000(2000(选项选项1000,3000,4000)1000,3000,4000)转数转数r/minr/min1 1 移动速度移动速度mm/minmm/min1-6000 1-6000 定位精度定位精度mmmm0.026 0.026 B(490)B(490)18(4)18(4)重复定位精度重复定位精度mmmm0.015 0.015 B(490)B(490)10(4)10(4)外形尺寸外形尺寸mmmm500023001110500023001110重量重量kg kg 1300013000技术参
5、数：技术参数：承载、尺寸、行程、承载、尺寸、行程、转速、定位精度、移转速、定位精度、移动速度动速度 西安交通大学西安交通大学 先进制造技术研究所先进制造技术研究所二、设计流程二、设计流程根据加工形式选型根据加工形式选型确定工作台的参数确定工作台的参数支撑结构支撑结构传动形式（消隙机构）传动形式（消隙机构）润滑密封装置润滑密封装置定位结构定位结构计算校核计算校核西安交通大学西安交通大学 先进制造技术研究所先进制造技术研究所支撑结构支撑结构 台面材料：台面材料：以大型和重型化为目标的机床，材料的以大型和重型化为目标的机床，材料的力学性力学性能能起着决定性的作用；以超速、超精加工为目标的现代化起着决
6、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数控机床，其结构材料还要求具备高的减震性、热稳定性减震性、热稳定性和抗腐性和抗腐性等综合的性能。等综合的性能。灰铸铁材料灰铸铁材料易于铸造，且切削加工性好，易于铸造，且切削加工性好，制造成本低制造成本低，并具有良好的耐磨性和减，并具有良好的耐磨性和减震性，是传动的机床结构材料震性，是传动的机床结构材料西安交通大学西安交通大学 先进制造技术研究所先进制造技术研究所支撑结构支撑结构台面结构台面结构 要求：布局合理要求：布局合理 高刚度高刚度 西安交通大学西安交通大学 先进制造技术研究所先进制造技术研究所支撑结构支撑结构台面
7、结构设计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。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，其台面上的基于圆形工作台设计，其台面上的T型槽也采用型槽也采用等角度放射式布置，放射等角度放射式布置，放射T型槽布置与工作台内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。工作台上进行工件装夹
8、时具备较好抗拉强度和高刚性。西安交通大学西安交通大学 先进制造技术研究所先进制造技术研究所支撑结构支撑结构静压支撑（辅助支撑）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。纯液体摩擦状态。优点优点：导轨运动速度和载荷的变化对：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，摩擦油膜厚度的影响很小；液体摩擦，摩擦系数仅为左右，油膜抗振性好。系数仅为左右，油膜抗振性好。西安交通大
9、学西安交通大学 先进制造技术研究所先进制造技术研究所支撑结构支撑结构 滚动支撑（辅助支撑）滚动支撑（辅助支撑）在静、动导轨面之间放置在静、动导轨面之间放置滚动体如滚珠、滚柱、滚针或滚动导轨块滚动体如滚珠、滚柱、滚针或滚动导轨块，组成滚，组成滚动导轨动导轨 。优点：摩擦因数小优点：摩擦因数小 磨损小磨损小 具有较高的重复具有较高的重复定位精度定位精度 润滑系统简单润滑系统简单缺点：缺点：抗振性差抗振性差 结构复杂结构复杂 成本较高成本较高西安交通大学西安交通大学 先进制造技术研究所先进制造技术研究所二、设计流程二、设计流程根据加工形式选型根据加工形式选型确定工作台的参数确定工作台的参数支撑机构支
10、撑机构传动形式（消隙机构）传动形式（消隙机构）润滑密封装置润滑密封装置分度定位结构分度定位结构计算校核计算校核西安交通大学西安交通大学 先进制造技术研究所先进制造技术研究所分度定位机构分度定位机构分度工作台：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（普通级分度工作台的分度精度要求较高（普通级 10 精密级精密级 5 高精密级高精密级3）常用的定位元件有插销定位、反靠定位、
11、齿盘定位和钢球定位等几种。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。齿盘可齿盘可承受很大的外载，定位刚度高，精度保持性好。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：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除了分度和转位的功能之外，还能实现数控圆周进给运动。运动。常用有转动角度的常用有转动角度的测量元件测量元件(圆光栅或圆感应同步器圆光栅或圆感应同步器)，由，由伺服电机伺服电机控制使转台定控制使转台定位精度更高。位精度更高。西安交通大学西安交通大学 先进制造技术研究所先进制造技术研究所分度定位机构分度定位机构插销定位：插销定位：基本定位机
12、构是定位销和定位套。操纵定位销的插入和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。械强制控制，有的则是用单独的油缸控制。反靠定位：反靠定位：用两个定位块，一个固定不动，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。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。缺点：移动导向杆和导向套仍有磨损。西安交通大学西安交通大学 先进制造技术研究所先进制造技术研究所分度定位机构分度定位机构齿盘定位：齿
13、盘定位：定位精度高、刚性好、机构简单、改变分度工位时定位精度高、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。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，采用齿盘定位的回转工作台，由于靠圆周排列的多齿啮合由于靠圆周排列的多齿啮合 定位，所以无论是定位，所以无论是受径向力受径向力、轴向力或切向力轴向力或切向力，它的定位刚性，它的定位刚性 都很好。都很好。西安交通大学西安交通大学 先进制造技术研究所先进制
14、造技术研究所分度定位机构分度定位机构钢球定位：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；前面介绍的齿盘定位分度相似；分度精度高于齿盘。分度精度高于齿盘。西安交通大学西安交通大学 先进制造技术研究所先进制造技术研究所二、设计流程二、设计流程根据加工形式选型根据加工形式选型确定工作台的参数确定工作台的参数支撑机构支撑机构传动形式（消隙机构）传动形式（消隙机构）润滑密封装置润滑密封装置分度定位机构
15、分度定位机构计算校核计算校核西安交通大学西安交通大学 先进制造技术研究所先进制造技术研究所传动方式传动方式两种伺服进给机构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。西安交通大学西安交通大学 先进制造技术研究所先进制造技术研究所传动方式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
16、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。两种伺服进给机构两种伺服进给机构西安交通大学西安交通大学 先进制造技术研究所先进制造技术研究所传动方式传动方式 回转工作台传动回转工作台传动蜗杆杆传动(1)系统刚度大。系统刚度大。(2)易于调整和恢复传动精度。易于调整和恢复传动精度。(3)使用寿命长。使用寿命长。(4)易于蜗杆的精密加工，制造成本低。易于蜗杆的精密加工，制造成本低。电机电机西安交通大学西安交通大学 先进制造技术研究所先进制造技术研究所传动方式传动方式 回转工作台传动回转
17、工作台传动锥齿轮传动渐开开线圆柱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。比稳定等。渐开开线圆柱柱齿轮传动锥齿轮传动西安交通大学西安交通大学 先进制造技术研究所先进制造技术研究所消隙机构消隙机构 消隙机构的分类消隙机构的分类电控消隙电控消隙 （1 1）差补消隙）差补消隙 （2 2 双伺服电机双伺服电机机械消隙机械消隙 （1 1）弹簧消隙）弹簧消隙 （2 2）斜齿轮隔垫消隙）斜齿轮隔垫消隙 （3 3）双导程蜗杆消隙）双导程蜗杆消隙 （4 4）双蜗杆消隙）双蜗杆消隙西安交通大学西安交通大学 先进制造技术研究所先进制造技术
18、研究所消隙机构消隙机构 机械消隙机械消隙弹簧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。用在齿轮传动副的消隙上。西安交通大学西安交通大学 先进制造技术研究所先进制造技术研究所消隙机构消隙机
19、构 机械消隙机械消隙双导程蜗杆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双螺距渐厚蜗杆齿的左、右两侧面具有不同的齿距(导程导程)；而同一侧面的齿距；而同一侧面的齿距(导导程程)则是相等的。双螺距渐厚蜗杆传动的公称模数则是相等的。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，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
20、蜗杆的方法来消除蜗杆与蜗轮的齿侧隙。方法来消除蜗杆与蜗轮的齿侧隙。西安交通大学西安交通大学 先进制造技术研究所先进制造技术研究所消隙机构消隙机构 机械消隙机械消隙双齿轮消隙双齿轮消隙西安交通大学西安交通大学 先进制造技术研究所先进制造技术研究所消隙机构消隙机构双蜗杆传动双蜗杆传动 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消消隙结构隙结构西安交通大学西安交通大学 先进
21、制造技术研究所先进制造技术研究所二、设计流程二、设计流程根据加工形式选型根据加工形式选型确定工作台的参数确定工作台的参数分度定位结构分度定位结构传动形式（消隙机构）传动形式（消隙机构）润滑密封装置润滑密封装置支撑结构支撑结构计算校核计算校核西安交通大学西安交通大学 先进制造技术研究所先进制造技术研究所润滑密封装置润滑密封装置回转部分的润滑：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。等。密封装置：
22、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。间要用密封圈封好，这样还能起到润滑轴承的作用。密封圈：密封圈：依靠密封件发生弹性变形，在密封接触面上造成接依靠密封件发生弹性变形，在密封接触面上造成接 触压触压 力，接触力，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。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。西安交通大学西安交通大学 先进制造技术研究所先进制造技术研究所二、设计流程二、设计流程根据加工形式选型根据加工形式选型确定工作台的参数确定工作台的
23、参数分度定位结构分度定位结构传动形式（消隙机构）传动形式（消隙机构）润滑密封装置润滑密封装置支撑结构支撑结构计算校核计算校核西安交通大学西安交通大学 先进制造技术研究所先进制造技术研究所计算校核计算校核数控回转工作台传动部分的计算数控回转工作台传动部分的计算圆柱齿轮传动设计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、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。曲疲劳强度等等。涡轮蜗杆传动设计计算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、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。弯曲疲劳强度校核、效率计算、热平衡计算等等。西安交通大学西安交通大学 先进制造技术研究所先进制造技术研究所计算校核计算校核不同工作油压下工作台变形图不同工作油压下工作台变形图西安交通大学西安交通大学 先进制造技术研究所先进制造技术研究所三、工作台设计举例三、工作台设计举例台面台面密封装置密封装置传动机构传动机构底座底座静压块静压块西安交通大学先进制造所