工作台

4 传动效率η的计算
将公称直径 d 0 32 mm ,导程 Ph 5mm 入 arctanPh /(d 0 ) ，得丝杠螺旋升 ' o ' 10 角 2 51。 将摩擦角 ，代 入 tan / tan( ) ,得传动效 率 95% 。 ,代
G F 4
•查表根据工作载荷=1.8kN，工 作台面尺寸为，加工范围为等 数值，并考虑一定的余量；查 表初选直线滚动导轨副的型号 为KL系列，其中X向导轨为 JSA-LG35型，长度2200mm， 其额定动载荷，额定静载荷； Y向导轨为JSA-LG20型，长度 为760m m；其额定动载荷，额 定静载荷.
动作过程：
1.当机床需要分度时，数控装置就会发出分度指令， 使六个均布于固定工作台圆周上的夹紧液压缸8上腔 中的压力油流回油箱，活塞10被弹簧11顶起，分度工 作台处于放松状态. 2.中央液压缸15由管道16进油，使活塞14上升，通过 止推螺钉13，止推轴套4，把止推轴承18向上抬起， 顶在转台座19上，分度工作台1用四个螺钉与转台轴2 相连，而转台轴2用六角螺钉3固定在轴套4上，轴套4 上移，通过转台轴使工作台抬高。 3.工作台抬高之后发出信号使液压马达驱动减速齿轮， 带动固定在工作台下面的大齿轮9转动，进行分度运 动.
闭环数控回转工作台
闭环数控回转台的结构和开环数控回转 台大致相同 ，其区别在于闭环数控回转 台有转动角度的测址元件 (圆光栅或圆感 应同步器 ）测址结果经反馈与指令值进 行比较， 按闭环原理进行工作，使转台分度精度 更高。 图2-2所使为闭环数控回转工作台的结构
1-工作台 2-镶钢滚柱导轨 3、4-夹紧瓦 5-液压缸 6-活塞 7-弹簧 8钢球 9-光栅 10、11-轴承 12-蜗杆 13-蜗轮 14、16-齿轮 15-电机 图2-2 闭环数控回转工作台
任务：设计一种供应式数控铣床使用的XY数控工作台，主要参数如下：
1、立铣刀最大直径的d=20mm； 2、立铣刀齿数Z=3; 3、最大铣削宽度=20mm; 4、最大背吃刀量=10mm; 5、加工材料为碳素钢活有色金属。 6、X、Y方向的脉冲当量=0.005mm; 7、X、Z方向的定位精度均为mm; 8、工作台尺寸1320X320mm，加工范围为680X330㎜; 9、工作台空载进给最快移动速度：==2300mm/min; 10、工作台进给最快移动速度: ==700mm/min；
步进电机3的输出轴的运动由齿轮2和六传递给 蜗杠，蜗杠4的两端装有滚针轴承，左端为自 由端，可以伸缩，右端有两个角接触球轴承， 承受蜗杠的轴向力，蜗轮15下部的内外两面装 有夹紧瓦18和19，数控回转工作台的底座21上 的固定支座24内均部6个液压缸14，液压缸上 腔进压力油时，柱塞16向下移动，通过钢球17 推动夹紧瓦将蜗轮夹紧，从而将工作台夹紧， 实现精确定位。
1—蜗杆 2—蜗轮 3、4—夹紧瓦5—小液压
缸 6—活塞 7—弹簧8—钢球 9—支座 10— 光栅 11、12—轴承
开环数控回转工作台
开环数控回转工作台 和开环直线进给机构 一样，都可以用功率 步进电机驱动。
图6-16各部件名 1-偏心环 2、6-齿轮 3-电动机 4-蜗杆 5-垫圈 7-调整环 8、10-微动开关 9.11-挡快 12、13-轴承 14-液压缸 15-蜗轮 16-柱塞 17-钢球 18、19-夹紧瓦 20-弹簧 21-底座 22-圆锥滚子轴 承 23-调整套
机械传动部件的选择
(1)丝杠螺母副的选用 ①伺服电动机的旋转运 动需要通过丝杠螺母副转换成直线运动，需要 满足正负0.20mm的定位精度，滑动丝杠副不能 达到要求，因此选用滚珠丝杆副，滚珠丝杆副 的传动精度高、动态响应快、运转平稳、寿命 长、效率高、预紧后可消除反向间隙。②轴向 间隙的调整和预紧方式：选用垫片调隙式，这 种方法结构简单、刚性好、装卸方便，适用于 一般精度的机构 ③滚珠丝杠的安装：采用一 端固定，一端游动的方式，因其压杆稳定性和 临界转速较高。
工作台的选型与计算
模块化的X-Y数控工作台，通常由导轨座、移 动滑块、工作、滚珠丝杠螺母副，以及伺服电 动机等部件构成。其中伺服电动机做执行组件 用来驱动滚珠丝杠，滚珠丝杠螺母带动滑块和 工作平台在导轨上运动，完成工作台在X、Y 方向的直线移动。 由于工作台的精度将直接影响到零件的加工精 度，因此工作台的选型与计算至关重要。 下面举例说明
块承受工作载荷的计算及导轨型号的选取
工作载荷是影响直线滚动导轨副使用寿命的重 要因素。本例中的X-Y工作台为水平布置，采 用双导轨、四滑块的支承形式。考虑最不利的 情况，即垂直于台面的工作载荷全部由一个滑 块承担，则单滑块所受的最大垂直方向载荷为：
Fmax
• 其中，移动部件重量Ｇ＝4200N，外加载荷， 代入式，得最大工作载荷 =747+4200/4=1797N=1.8KN
数控安装与调试
一.工作台的组成零件 二.工作台的 电机支承 联轴器 前端轴承 前端轴承座 滚珠丝杠 后端轴承 后端轴承座 导轨 工作台 滚珠螺母
工作台的分类
工作台是数控机床的重要部件，为了提 高数控机床的生产效率，扩大其工艺范 围，对于数控机床的进给运动除了沿坐 标轴XYZ三个方向的直线进给运动之外， 还需要有分度运动和圆周进给运动
2)导轨副的选用 要设计数控车床工作台，需要 承受的载荷不大，而且定位精度高，因此选用 直线滚动导轨副，它具有摩擦系数小，不易爬 行，传动效率高，结 5 构紧，安装预紧方便 好且精度保持性等优点。 选滚珠导轨，适合 用于导轨上运动部件重量小于200kg的机床， 摩擦阻力小，制造容易，成本较低。 3)伺服电动机的选用 任务书规定的定位精度也 未达到微米级，空载最快移动速度也只有因此 3000mm/min，故本设计不必采用高档次的伺 服电动机，因此可以选用混合式步进电动机。 以降低成本，提高性价比
f H f T f C f R Ca 3 L( ) 50 2471km fW Fmax
远大于期望值50Km，故距离额定寿命满足要求。
滚珠丝杠螺母副的计算与选型
1.最大工作载荷Fm的计算: 如前所述，在立铣时，工作台受到进给方向的 载荷（与丝杠轴线平行）Fx=2162N,受到横向 载荷（与丝杠轴线垂直）Fy=419N，受到垂直 方向的载荷（与工作台面垂直）Fz=747N. 已知移动部件总重量G=4200N，按矩形导轨进 行计算，取颠覆力矩影响系数K=1.1，滚动导 轨上的摩擦系数=0.005。求得滚珠丝杠副的最 大工作载荷： =[1.12162+0.005(747+491+4200)]N2405N
2.定位销式分度工作台
这种工作台的定位元件由定位销和定位套孔组成，图6-15所示为 自动换刀卧式数控铣镗床的定位销式分度工作台的结构。 分度工作台面1的两侧有长方形工作台,在不单独使用分度工作台 时，它们可以作为整体工作台使用。 在分度工作台1的下方又八个均布的圆柱定位销7，在转台座19上 有一个定位套6和一个供定位销移动的环形槽。其中只有一个定 位销7进入定位套中，其它7个定位销都在环形槽中。定位销之间 间隔45°，工作台只能作二、四、八等分的分度运动。 精度要求：定位销式分度工作台的定位精度取决于定位销和定位 孔的精度，有时为了调头镗孔，对最常用的相差180度同轴线孔 的定位精度要求高些，而对其它角度定位精度要求可低些。定位 销和定位套的制造和装配精度要求都很高，硬度的要求也很高， 且耐磨性要好。
FQ 3 L0 f W f H Fm 14408 N
3 初选型号
根据计算出的最大动载荷和初选的 丝杠导程，选择CM系列3205-5型 滚珠丝杠副，为外循环插管埋入式 反向器双螺母预紧式，其公称直径 为32mm，导程为5mm，循环滚珠 为系列，精度等级取5级，额定动 载荷为17998N，大于，满足要求。
分度工作台
分度工作台的结构形式种类很多，从台 面的定位形式角度出发，可将其分为三 大类： 1.端齿盘式分度定位工作台 2.定位销式分度工作台
1.端齿盘式分度定位工作台
特点：端齿盘齿轮具有高的分度精度，能传递 大扭矩。 优点：能进行高精度的结合分度，能正确进行 自动对中，啮合时不需要再找正中心，直线齿 向对于选择磨削砂轮的外径自由度大，最后具 有互换性，耐磨性好，经济效率高。 缺点：制造困难且不能进行任意角度的分度
回转工作台
数控回转工作台主要用于数控镗床和铣床，其 外形和通用工作台几乎一样；它的功用是使工 作台进行圆周进给，以完成切削工作，也可使 工作台进行分度。 图1-1为自动换刀数控镗床的回转工作台， 数控回转工作台的外形和分度工作台很相似， 但由于要实现圆周进给运动，所以其内部结构 具有数控进给驱动机构的许多特点，区别在于 数控机床的进给驱动机构实现的是直线运动， 而数控回转工作台实现的是旋转运动。数控回 转工作台分为开环和闭环两种。
距离额定寿命L的计算
上述所取的KL系列导轨副的滚道硬 度为60HRC，工作温度不超过C，每 根导轨上配有两只滑块，精度为4级， 工作速度较低，载荷不大。JSALG20系列所允许的静载荷值 比JSALG35型更小，所以此处只需对JSALG20系列进行验算即可。
•精度系数，载荷系数，代入下式，得 距离寿命分别取硬度系数f=1.0，温度 系数f=1.00，接触系数f=0.81，精度系 数f=0.9，载荷系数f=1.5，得距离寿命：
分度转位动作过程：1.工作台的抬起 2.回转分度3.工作台下降定位加紧
分度转位动作过程：
1.当机床需要分度时，数控装置就会发出分度指令，由 电磁铁控制液压阀，使压力油经管道至分度工作台中 央的夹紧液压缸的下腔，推动活塞上移，经推力球轴 承使工作台抬起，上端面齿盘和下端面齿盘脱离啮合， 与此同时，工作台向上移动的过程中，带动内齿圈向 上移并与齿轮啮合。 2.工作台向上抬起时，推杠2在弹簧的作用下向上移动， 使推杠1右移，松开微动开关D的触头，控制电磁阀使 压力油经管道进入分度液压缸的左腔内，推动齿条活 塞右移，与它相啮合的齿轮逆时针转动。 3.当工作台转到预定位置，挡块压动推杠使开关E被压 下，控制电磁铁使夹紧液压缸上腔通入压力油，活塞 下移，工作台下降
导轨上移动部件的重量估算
X向拖板(上拖板)重量为: 重量:按重量=体积*材料比重估算 体积=长x宽x高=2200X320X40 =2200X320X40X10X7.8=2196N 材料选用铸铁，其密度为7.8X10kg/cm。 Y向拖板(下拖板) 重量估算为: 工作台的重量为； W=1320X320X30XN=988N 按照下导轨上面移动部件的重量来进行估算，包括夹具、工件、 上层电动机、减速箱、滚珠丝杠副、导轨座等,估计重量约为300N； 所以，其总重量为：2196+748+988+300=4200N
控制系统的设计
1）设计的X-Z工作台准备用在数控车床上，其 控制系统应该具有单坐标定位，两坐标直线插 补与圆弧插补的基本功能，所以控制系统设计 成连续控制型。 2）对于步进电动机的半闭环 控制，选用MCS-51系列的8位单片机AT89S52 作为控制系统的CPU，能够满足任务书给定的 相关指标。 3）要设计一台完整的控制系统， 在选择CPU之后，还要扩展程序存储器，键盘 与显示电路，I/O接口电路，D/A转换电路，串 行接口电路等。 4）选择合适的驱动电源，与 步进电动机配套使用。
5、刚度的验算
1、X-Y工作台上下两层滚珠丝杠副的支承 均采用“单推-单推”的方式。丝杠的两端 各采用-对推力角接触球轴承，面对面组配， 左、右支承的中心距约为a=2000mm；钢 的弹性模量E 2.110 5 MPa ;查表得滚珠直 径Dw=3.175mm ，丝杠底径d2=28.2mm,丝 2 杠截面积S= d 2/4=624.6m。 忽略式中的第二项，算得丝杠在工作载荷 Fm作用下产生的拉/压变形 量 F a /(ES ) 0.0367 . mm
2.最大动工作载荷FQ的计算
设工作台在承受最大铣削力时的最快进给速度 v=700mm/min，初选丝杠导程,则此时丝杠转 速。 取滚珠丝杠的使用寿命T=15000h,代入,得丝杠 寿命系数L0=126（单位为：106r）。 查表，取载荷系数,滚道硬度为60HRC时，取 硬度系数fH=1.0，求得最大动载荷：