第4章 基础结构部件的设计 4.3 工作台的设计
工作台乃是加工中心最重要的零部件，它是工件和夹具安装的基准。其精度和刚性都会直接影响到工件的加工质量。该部件要承受工件的夹紧力和加工过程中产生的切削力、弯矩和转矩。因此要求工作台及工作台部件有较高的精度和刚度[5]。
4.3.1 工作台的设计尺寸图
立式加工中心和卧式加工中心的工作台结构形式是不同的。立式加工中心的工作台不作分度运动，其形状一般为长方形，台面采用T型槽形式[13]，如下图所示。
1、2、3、5槽为装夹用T型槽，4槽为基准T型槽。 工作台设计参数：350×350mm
根据立式加工中心工作台宽度尺寸系列及工作台长度尺寸系列，设计工作台尺寸如图：
图4. 2 工作台
T型槽形状如图：
图4.3 第4槽 图4.4 第1、2、3、5槽
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第4章 基础结构部件的设计 4.3.2 工作台的其他结构设计
1）为了安装方便，使零件尽量减少，我们采用工作台在导轨上滑动的形式，所以需要在工作台上钻出油孔和油槽，以便于润滑。
2）为了安装方便，Y向丝杠螺母座采用的是与工作台分离式结构，具体结构见装配图。
3）为了防止切屑落入螺纹孔中影响螺钉的安装，用橡胶塞堵住。
4）防止切屑对导轨影响，安装防护板，大小由加工中心工作需求而定，其具体尺寸见装配图。
5）防止切屑对防护罩影响，在工作台两边加挡板。
4.3.3 工作台的材料
工作台材料选用HT250。因为灰铸铁的铸造性能好，便于铸成形状复杂的零件，而且抗震性较好，价格也便宜，因此选用灰铸铁为工作台的材料。由于铸件在铸造成型后，冷却过程中会因为收缩造成内应力，而内应力的产生会影响机床精度，是加工出的零件精度受到影响，所以要进行时效处理以消除内应力。
工作台铸件的壁厚要均匀，拐角处要采取圆滑过渡，要有足够大的清砂口，加工平面应尽可能在一个平面内以便加工。
4.4 导轨的设计
4.4.1 导轨的功用及要求
机床导轨的功用是起导向及支承作用，它的精度、刚度及结构形式等对机床的加工精度和承载能力有直接影响。为了保证数控机床具有较高的加工精度和较大的承载能力，要求其导轨具有较高的导向精度、足够的刚度、良好的耐磨性、良好的低速运动平稳性，同时应尽量使导轨结构简单，便于制造、调整和维护。
对导轨设计的具体要求如下：
1、导向精度 导轨在空载和在切削时都应具有足够的导向精度。也就是运动部件沿着导轨运动时的直线度，以及与有关基面间的相对位置的准确性。
2、精度保持性 精度保持性是导轨设计的关键，也是衡量机床质量好坏的关键指标之一，精度保持性主要是有导轨的耐磨性决定的，它与导轨的摩擦性质、导轨材料、制造导轨的方法以及受力情况有关。
3、低速运动的平稳性 导轨低速运动的平稳性，是指要保证导轨在低速运动或微量位移时不出现爬行现象。它与导轨的结构与润滑、动静摩擦系数的差值以及传
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第4章 基础结构部件的设计 动导轨运动的传动机构的刚度有关。
4、刚度 导轨受力后变形会影响各个部件之间的相对位置和导向精度，因此，要求导轨油足够的刚度。
5、结构工艺性 在满足设计要求的前提下，应尽量做到加工、装配和维修方便，成本低廉等。
6、移动灵敏度和定位精度 移动灵敏度指工作台完成一次移动能达到的最短距离。定位精度指工作台按要求由运动状态停止在某一指定点的能力。灵敏度和定位精度与导轨类型、摩擦特性、运动速度、传动系统刚度、移动件质量等因素有关。
7、振动性和稳定性 对于闭式控制的数控机床，不仅要求导轨的起动、制动跟踪灵敏度高，还要求有适当的粘滞阻尼特性，以防止在起动、制动过程中发生不稳定现象。
8、对温度变化的适应能力 环境温度变化和局部热源产生的不均匀的温度场，都会引起导轨变形，导轨应有较好的适应能力。
4.4.2 导轨的结构类型
加工中心的伺服进给系统无论是静态误差还是动态误差都与导轨的摩擦力有关。因此数控机床、加工中心要求机床的导轨刚性好，运动平稳，精度高，有良好的起动特性：高速无冲击，低速无爬行，运动方向变化时响应速度快、灵敏。能满足上述要求的有滑动导轨、滚动导轨、静压导轨、气浮导轨。目前，加工加工中心中用得最多的是滑动导轨与滚动导轨这两种。滚动导轨的最大优点是摩擦系数小，动静摩擦系数很接近。因此，运动灵活，运动所需功率小，摩擦发热少，磨损小，精度保持性好，低速运动平稳性好，一般没有爬行现象，移动精度和定位精度较高。此外，滚动导轨润滑简单（可用脂润滑），维护比较方便（只需更换滚动体），高速运动时不会像滑动导轨那样因动压效应而浮起。
根据设计要求本设计选用直线滚动导轨。直线滚动导轨副是由长导轨和带有滚珠的滑轨组成；在所有方向都承受载荷；通过钢球的过盈配合能实现不同的预载荷，使机床设计、制造方便。
直线滚动导轨副的工作原理：导轨条是支承导轨，滑块装在移动件上，滑块中装有4组滚珠，在导轨条和滑块的直线滚道内滚动。当滚珠滚到滑块的端点，经端面挡板和回珠孔返回另一端，再次进入循环。4组滚珠和各自的滚道相当于4个直线运动的角接触球轴承。由于滚道的曲率半径略大于滚珠半径，在载荷作用下接触区为椭圆。可以从油嘴注入润滑脂。密封垫用来防止灰尘进入轨道。
其结构如下图：
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第4章 基础结构部件的设计
图4.5 直线滚动导轨结构图
1. 滚珠 2. 回珠孔 3. 密封垫 4. 端面挡板 5. 滑块 6. 油嘴 7. 导轨条 8. 密封垫
4.4.3 滚动导轨的材料
对导轨材料的要求：
1、良好的耐磨性 在导轨不封闭，动导轨频繁停歇和反向，润滑不良的情况下，导轨面的磨损较快而且不均匀。故要有良好的耐磨性。
2、良好的摩擦特性 在设计滑动导轨时，为避免在低速运动时出现爬行，除合理选用润滑剂及加强传动系统的刚度以外，要求导轨副的静摩擦和动摩擦系数差以及滑动速度队动摩擦系数的影响都要小。
3、良好的尺寸稳定性 导轨在加工和使用过程中，残余应力引起的变形，温度和温度变化，都会影响几何尺寸的稳定性。
4、工艺性好，成本低。
故综合各方面因素，滚动导轨材料选用铬轴承钢（GCr15），其硬度为60~62HRC，其特点是承载能力大，耐磨性好，而且整体淬火硬化层深，接触强度高，偶然接触时不宜产生凹坑，尺寸稳定性也好，适用于大载荷，有预加载荷，有冲击载荷，不易防护的导轨和高精度导轨，应用范围广。
4.4.4 直线滚动导轨的技术要求
加工中心上使用的直线滚动导轨，一般选用精密级（D级）。有关这种导轨的精
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第4章 基础结构部件的设计 度标准，在制造厂发行的样本资料中可查到。
安装直线滚动导轨的安装基面精度，必须等同于或高于导轨精度。安装精密级直线滚动导轨的安装基面，平面度一般取0.01mm以下，二个侧定位面之间的平行度一般取0.015mm左右，侧定位面对底平面安装面的垂直度为0.005mm。
4.4.5 滚动导轨的设计计算
计算与说明 主要结果 查《机械设计师手册》（下册）表29-26选择HJG-D25AA型直线滚HJG-D25AA动导轨。 1．导轨长度的计算 根据工作台尺寸以及行程，查《机械设计师手册》知： X向：取动导轨L=450mm， /mm 动导轨不伸出，故取静导轨L?L?550?1000型球直线滚动导轨 L=450mm L/=1000mm 2．滚动体的尺寸数量 选取滚珠直径d=9mm， 滚珠数目： d=9mm 1(5000?1200)?0.75F2 Zb???81.589.5d9.59 (4-1) 取Z=80 F—每条导轨所承受的载荷（N） d—滚珠直径（mm） 3．导轨寿命验算 由《机械设计师手册》（下册）表29-21查得： 导轨寿命： Z=80 3 ?fHfTfCC?L???fF???50 WC?? (4-2) 式中：L—额定寿命（km）； C—基本额定动载荷（kN），查《机械设计师手册》（下册） 表29-26得 C=17.5kN； Fc—计算载荷（kN）； 16
小型立式加工中心机械结构设计大学论文
