HMC40d高速卧式加工中心回转工作台结构设计

2020-04-24沈阳机床股份有限公司辽宁沈阳110141

金属加工(冷加工) 2020年3期

■ 沈阳机床股份有限公司（辽宁沈阳 110141）刘博

传统卧式加工中心通常体积大、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

2. 工作台结构及原理设计

工作台结构及原理设计如下所述。

（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。

全新设计牙盘式回转工作台如图3所示。

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个销轴导向相联，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。

图2 传统工作台内部结构

图3 全新设计工作台内部结构

（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。

表2 工作台技术参数

（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4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。

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＝160m m，内径D2＝120m m，系统油液压力P＝6M P a，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（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1FK7063-2AF71-1DG1：11/7.3N·m，具体参数是：额定转速n＝3 000r/min，额定转矩M＝7.3N·m，功率P＝2.3kW，转动惯量J0＝14.7×10-4（kg·m2）。①工作台旋转转矩的计算：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，折算到电动机上的转矩为：M2＝M1×i＝0.002 7N·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。