Ｄ嘞ｎ ａｎｄ Ｒｅｓｅａ『ｃｈ设计与研究 数控回转工作台的设计研究 孙岗存① 袁 丽② （①沈阳机床股份有限公司，辽宁沈阳１１０１４１； ②沈阳合金材料有限公司，辽宁沈阳１１０１７９） 摘要：以ＨＭＳＳ０型卧式加工中心数控回转工作台的设计为例，讲述数控回转工作台的设计过程。详细阐 述了数控回转工作台的结构设计及相关的理论计算。通过机床样机试验结果，证明该数控回转工作 台的结构设计是合理的、设计方法是切实可行的。 关键词：数控 回转工作台 结构设计中图分类号：ＴＨ１２２ 文献标识码：Ｂ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ＮＣ ｒｏｔａｒｙ ｗｏｒｋｔａｂｌｅ ＳＵＮ Ｇａｎｇｃｕｎ①ＹＵＡＮ Ｌｉ② 理论计算 （（！）Ｓｈｅｎｙａｎｇ Ｍａｃｈｉｎｅ Ｔｏｏｌ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｓｈｅｎｙａｎｇ １ １０１４１，ＣＨＮ； （￣）Ｓｈｅｎｙａｎｇ Ａｌｌｏｙ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｓｈｅｎｙａｎｇ １ １０１７９，ＣＨＮ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ａｒｔｉｃｌｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｄｅｓｉｇｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ＮＣ ｒｏｔａｒｙ ｗｏｒｋｔａｂｌｅ，ｆｏｒ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ＮＣ ｒｏｔａｒｙ ｗｏｒｋｔａｂｌｅ ｏｆ ｈｏｒｉ— ｚｏｎｔａｌ ｍａｃｈｉｎｅ ｃｅｎｔｅｒ ＨＭＳ８０ ａｓ ａｎ ｅｘａｍｐｌｅ．Ｉｔ ｅｌｕｃｉｄａｔｅｓ ｄｅｔａｉｌｅｄｌｙ ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ＮＣ ｒｏｔａｒｙ ｗｏｒｋｔａｂｌｅ ａｎｄ ｔｈｅｏｒｙ ｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇ ｏｆ ｉｔ．Ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ＮＣ ｒｏｔａｒｙ ｗｏｒｋｔａｂｌｅ ｉｓ ｔｅｓｔｉｆｉｅｄ ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ ａｎｄ ｄｅｓｉｇｎ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｉｔ ｉｓ ｔｅｓｔｉｆｉｅｄ ｆｅａｓｉｂｌｅ ｂｙ ｔｅｓｔ ｒｅｓｕｌｔ ｏｆ ｔｈｅ ｍａｃｈｉｎｅ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＮＣ；Ｒｏｔａｒｙ Ｗｏｒｋｔａｂｌｅ；Ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ Ｄｅｓｉｇｎ；Ｔｈｅｏｒｙ Ｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇ 数控回转工作台的定位精度和速度平稳性是高档 数控机床的重要指标。对于高精度的机械加工，要求 １ 结构设计 数控回转工作台由工作台、回转座、伺服电动机、 滑座、定位板和防护板等组成（图１）。 定位板 工作台 数控回转工作台具有稳定的速度以及较高的工作精 度。以前我公司生产的小型卧式加工中心大多选用台 湾亘阳机械公司生产的数控回转工作台。为了提高我 公司小型卧式加工中心的科技含量，增强我公司小型 卧式加工中心在国际市场上的竞争力，我们设计出了 一种完全具有自主知识产权的高性能数控回转工作 本文以ＨＭＳ８０型卧式加工中心数控回转工作台 机 台。 的设计为例，讲述该数控回转工作台的设计过程。根 据机床的总体设计方案，制定数控回转工作台的主要 技术参数如表１。 表１ 工作台台面尺寸／ｍｍ ８ＯＯ×８００ 图１效控回转工作台外观 工作台最大承载能力／ｋｇ 工作台最小分度／（。） 定位精度／（ ） ２ ０ｏｏ Ｏ．ｏ０１ １０ 工作台板的夹紧与松开都由液压控制，采用德国 先进的夹紧机构，结构类似于主轴的松夹刀机构，通过 液压推动活塞来实现爪组的闭合与张开。爪组闭合夹 紧固定在工作台板下的拉钉，从而实现工作台板的夹 重复定位精度／（”） 工作台转速／（ｒ／ｍｉｎ） ６ ２０ 紧；爪组张开松开固定在工作台板下的拉钉，从而实现 · ‘ｕｌ 平ｌ 【等 ｌ Ｉ７９ · 工作台板的松开。该数控回转工作台采用蜗轮蜗杆传 动形式，蜗杆设计成双导程形式，利用导程变化即可消 轮蜗杆传动具有以下特点：结构紧凑、传动比大，冲击 载荷小、传动平稳、噪声低，传动具有自锁性。数控回 转工作台的动力由交流伺服电动机提供，依靠带轮通 除传动间隙，提高传动的精度；选用德国ＩＮＡ公司的 回转支承轴承和海德汉公司的圆光栅测量装置，显著 地提高了数控回转工作台的定位精度。数控回转工作 台剖视图见图２。 过同步齿形带传送到双导程蜗杆，靠蜗轮蜗杆传动来 实现工作台的回转。驱动装置展开图见图４。 ２数控回转工作台电动机的选择 该数控回转工作台选用德国西门子ＡＣ系统交流 伺服电动机。这是一种专门为机床进给驱动而开发设 图２数控回转工作台剖视图 在该数控回转工作台上，首次使用了具有双刹车 弹簧片的自制刹车机构。该刹车机构工作原理如下： 正常工作时，通过固定在夹紧螺钉上碟形弹簧的作用， 刹车弹簧片向两侧张开，使刹车弹簧片与夹紧板之间 保持０．５ ｍｍ的间隙，夹紧板能够正常旋转；当需要刹 车时，在液压的作用下两个小活塞克服碟形弹簧的张 力，迫使两个小活塞相向运动，使刹车弹簧片紧紧夹住 夹紧板，工作台转动被迫停止，从而达到刹车的目的； 当刹车需要松开时，只需要撤去液压，小活塞在碟形弹 簧张力的作用下自动向两侧张开，从而使固定在两个 小活塞上的刹车弹簧片松开夹紧板，此时工作台能够 正常回转。刹车机构放大图见图３。 数控回转工作台采用蜗轮蜗杆传动形式，因为蜗 刹车弹簧 蝶形弹簧 夹紧板 小活塞 夹紧螺钉 图３刹车机构放大图 图４驱动装置展开图 · ８０ · 计的永磁型电动机，具有高转速、大扭矩、大容量和极 高的耐热性等基本性能。 预选电动机为ＳＩＥＭＥＮＳ的１ＦＩ＇６０８６—１ＡＦ７１— １ＡＧ１型伺服电动机，电动机参数为（５．８ ｋＷ，３０００ ｒ／ｍｉｎ，１８．５ Ｎ·Ｉｌｌ，６６．５￣１０～ｋｇ·ＩＴＩ ）。 ２．１数控回转工作台传动比计算 一 一鱼璧逵一～Ｚ１ —Ｚ３ ２８ ～１一 电动机转速一Ｚ２ Ｚ４—４８ ７２—８６４ 当工作台转速 台＝２０ ｒ／ｍｉｎ时，电动机转速为 ｎ自： ：２０× ：２ ４６８．５７ ｒ／ｍｉｎ＜３ ０００ ｒ／ｍｉｎ ， 此时电动机转速小于电动机额定转速，电动机选 择合理。 ２．２数控回转工作台扭矩计算 由以往的计算可知，铣削加工时消耗功率最大，故 以铣削加工求Ｐ切。 根据文献［３］，计算切向铣削力Ｆ切为 Ｆ切＝Ｆｏ×０ ０ ｚ／（，ｒｒＤ） 式中： 为单位铣削力，根据铸铁试料（ＨＴ２００），由手 册查得Ｆｏ＝２ ０５９ Ｎ／ｍｍ。；０ 为铣削宽度，０ ＝１００ ｍｍ； 为铣削深度，ｏ，ｐ：５ ｍｍ；ｆ￣为每齿进给量， ＝０．３５ ｍｍ；ｚ为铣刀齿数，ｚ＝８；Ｄ为铣刀直径，Ｄ＝１６０ ｍｍ。 因此， ２ ０５９ｘ ＝５ ７３７．６６ Ｎ 切削力矩：Ｍ＝Ｆ切Ｒ＝５ ７３７．６６ｘ０．３２＝１ ８３６．０５ Ｎ·１１３ 需要电动机的扭矩： 自＝Ｍｘｉ＝１ ８３６．０５￣７／８６４＝ １４．８８ Ｎ·ｉｎ 铣削加工时，数控回转工作台匀速转动，此时加速 力矩为０；由于采用回转支承轴承，因摩擦力产生的力 矩很小，考虑到安全系数，此力矩可以忽略不计。预选 电动机的额定扭矩为ｌ８．５ Ｎ·Ｉｎ，大于所需扭矩，因此 所选电动机满足设计要求。 ２．３工作台回转惯量的计算 工作台回转部分及工件总质量： ：１ ０００￣２ ０００ ＺＵ ＩＩ砟果ｌ等 １朋 Ｄｅｓｉｇｎａｎｄ Ｒ洲『Ｃｈ设计与研究 陶瓷零件快速成形机研制及产品加工 高东强 张 菲 （陕西科技大学机电工程学院，陕西西安７１００２１） 摘要：详细介绍了经济型陶瓷零件快速成形机的组成、工作原理及主要结构，并将该设计制造成实体样机。 利用Ｐｒｏ／Ｅ三维实体造型软件和分层技术对“Ｄ”字建模并进行分层处理等，将处理的数据输入控 制设备，并将实体样机与啄木鸟ＤＸ３０１７型雕刻机相结合，最后加工制造陶瓷零件“Ｄ”。 关键词：快速成形机机械设计产品分析 陶瓷零件 中图分类号：ＴＧ６６ 文献标识码：Ｂ Ｔｈｅ ｓｔｕｄｙ ｏｆ ｔｈｅ ｃｅｒａｍｉｃ ｐａｒｔｓ ｒａｐｉｄ ｐｒｏｔｏｔｙｐｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅ ａｎｄ ｐｒｏｄｕｃｔｓ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ＧＡＯ Ｄｏｎｇｑｉａｎｇ，ＺＨＡＮＧ Ｆｅｉ （Ｓｈａａｎｘｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌ０ｇｙ，Ｘｉ ａｎ ７１００２１，ＣＨＮ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｔ ｄｉｓｃｕｓｓｅｓ ｔｈｅ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ，ｗｏｒｋ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ａｎｄ ｍａｉｎ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｔｈｅ ｃｅｒａｍｉｃ ｐａｎｓ ｒａｐｉｄ ｐｒｏｔｏｔｙｐｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅ ｉｎ ｄｅｔａｉｌ－ａｎｄ ｔｈｅ ｐｈｙｓｉｃａｌ ｍａｃｈｉｎｅ ｉｓ ｍａｄｅ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ．Ｔｈｅ ｍｏｄｅｌ ｏｆ“Ｄ”ｉｓ ｅｓ— ｔａｂｌｉｓｈｅｄ ｂｙ Ｐｒｏ／Ｅ，ａｎｄ ｓｔｒａｔｉｆｉｅｄ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｓｔｒａｔｉｆａｃｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｔｈｅ ｄａｔａ ｉｓ ｉｎｐｕｔ ｔｏ ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｄｅｖｉｃｅ，ａｎｄ ｔｈｅｎ ｃｏｍｂｉｎｅ ｔｈｅ ｐｈｙｓｉｃａｌ ｍａｃｈｉｎｅ ａｎｄ Ｗｏｏｄｐｅｃｋｅｒ ＤＸ３０１７ ｅｎｇｒａｖｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅ，ｃｅｒａｍｉｃ ｐａｒｔ“Ｄ”ｉｓ ｐｒｏｄｕｃｅｄ ｆｉｎａｌｌｙ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｒａｐｉｄ Ｐｒｏｔｏｔｙｐｉｎｇ Ｍａｃｈｉｎｅ；Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｄｅｓｉｇｎ；Ｐｒｏｄｕｃｔｓ Ａｎａｌｙｓｉｓ；Ｃｅｒａｍｉｃ Ｐａｎｓ 由于无需模具，无需机械加工，可随时调整设计， ＝３ ０００ ｋｇ 快速成形（ＲＰ）技术在以下方面有着广阔的应用前景， 精度和定位精度都符合设计要求；对该数控回转工作 台进行重切试验和精切试验，结果表明该数控回转工 作台工作精度满足设计要求。此外，该数控回转工作 工作台回转部分及工件总回转惯量： Ｊ＝Ｍ×（ｆ ＋Ｚ ）／１２ 式中：．，为总回转惯量，ｋｇ·ｍ ；Ｍ为回转体的质量；ｆ 为工作台边长，ｚ＝０．８ ｍ。 所以，ｌ，＝３ Ｏ００ｘ（Ｏ．８２＋０．８ ）／１２＝３２０ ｋｇ·ｍ。 台在工作过程中运转平稳、噪声低、刹车及时可靠，能 够达到预期设计效果。 该机床样机试制完成后，在２０１０年南京中国数控 机床展览会上展出，荣获中国机床工具工业协会颁发 的“春燕奖”，并且被国内某客户抢购。从客户反馈回 来的信息看，该数控回转工作台在实际应用中运转稳 定、定位精度高，完全能够满足客户需要。 参社，１９８６． 折算到电动机轴上的转动惯量为： ：３２ｏ×（ ）＿２ｌ０×１０一ｋｇ．ｍ 因为回转运动不像直线运动那样要求那么高的 动态响应，通常只要求伺服电动机的转动惯量大于作 用在伺服电动机轴上负载转动惯量的１／１０以上就可 以。查电动机样本得，电动机的转动惯量为Ｊ电机＝ ６６．５ｘｌＯ～ｋｇ·ｍ ＞ 载／１０。因此，所选电动机满足设 计要求。 考文献 ［１］《机床设计手册》编写组．机床设计手册［Ｍ］．北京：机械工业出版 ［２］张利平．液压传动系统及设计［Ｍ］．北京：化学工业出版社，２００５． ［３］徐灏．机械设计手册［Ｍ］．北京：机械工业出版社，１９９１． 第一作者：孙岗存，男，１９７８年生，硕士，工程师， 主要研究方向为机床设计。 ３ 结语 机床样机装配完成后，对数控回转工作台进行精 度检测，通过检查数据表明该数控回转工作台的几何 （编辑 吕伯诚） （收稿日期：２０１０—０９—０８） 纛糍 如鬃您想发表对本文韵看法 请将文章编号填 读者意 见调查表中的相应位置。
