２０１３年１月 机床与液压 Ｊａｎ．２０１３ 第４１卷第２期 ＭＡＣＨＩＮＥ ＴＯＯＬ＆ＨＹＤＲＡＵＬＩＣＳ Ｖｏ１．４１ Ｎｏ．２ ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１—３８８１．２０１３．０２．００８ 双工位卧式加工中心自动交换工作台定位装置分析 李绍萍，孙薇，李江艳，字立敏 （沈机集团昆明机床股份有限公司，云南昆明６５０２０３） 摘要：介绍一种双工位卧式加工中心交换工作台的定位装置结构和工作原理，并对其进行误差分析，给出提高交换工 作台定位精度的方法，解决了大规格加工中心工作台任意交换的精度一致性问题。 关键词：双工位加工中心；交换工作台；定位装置；定位精度 中图分类号：ＴＨ１３６ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００１—３８８１（２０１３）２—０２５—３ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｄｅｖｉｃｅ ｏｆ Ａｕｔｏ．ｃｈａｎｇｅ Ｔａｂｌｅ ｆｏｒ Ｄｏｕｂｌｅ Ｓｔａｔｉｏｎ Ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ Ｍａｃｈｉｎｉｎｇ Ｃｅｎｔｅｒ ＬＩ Ｓｈａｏｐｉｎｇ，ＳＵＮ Ｗｅｉ，ＬＩ Ｊｉａｎｇｙａｎ，ＺＩ Ｌｉｍｉｎ （Ｓｈｅ￣ｉ Ｇｒｏｕｐ Ｋｕｎｍｉｎｇ Ｍａｃｈｉｎｅ Ｔｏｏｌ Ｃｏｍｐａｎｙ Ｌｉｍｉｔｅｄ，Ｋｕｎｍｉｎｇ Ｙｕｎｎａｎ ６５０２０３，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｗｏｒｋ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅ ｏｆ ａｕｔｏ—ｃｈａｎｇｅ ｔａｂｌｅ ｆｏｒ ｄｏｕｂｌｅ ｓｔａｔｉｏｎ ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ ｍａｃｈｉｎｉｎｇ ｃｅｎ— ｔｅｒ ｗｅｒｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｔｈｅ ｅＩ１＿０ｒｓ ｗｅｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ．ａｎｄ ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄｓ ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ ａｃｃｕｒａｃｙ ｏｆ ｔｈｅ ｃｈａｎｇｉｎｇ ｔａｂｌｅｓ ｗｅｒｅ ｐｒｅｓ— ｅｎｔｅｄ．Ｔｈｅ ａｃｃｕｒａｃｙ ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ ｐｒｏｂｌｅｍ ｏｆ ｒａｎｄｏｍ ｃｈａｎｇｉｎｇ ｔａｂｌｅ ｏｆ ｂｉｇ ｓｉｚｅ ｍａｃｈｉｎｉｎｇ ｃｅｎｔｅｒ ｉｓ ｓｏｌｖｅｄ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｄｏｕｂｌｅ ｓｔａｔｉｏｎ ｍａｃｈｉｎｉｎｇ ｃｅｎｔｅｒ；Ａｕｔｏ—ｃｈａｎｇｅ ｔａｂｌｅ；Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅ；Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ ａｃｃｕｒａｃｙ 配置了交换工作台的双工位卧式加工中心，在一 换工作台定位装置的定位平面（下），导轨板下表面 个工位的工作台上加工工件的同时，可在另一个工位 与夹紧油缸端面接触的部分为工作台的定位平面 的工作台上安装拆卸工件，缩短了加工辅助时间，提 （上），定位平面了３个自由度，沿Ｙ轴的移动、 高了生产效率。随着加工中心的发展，大规格加工中 绕 轴的转动、绕ｚ轴的转动，圆柱销１８了交 心（台面宽度不小于１ ６００ ｍｍ，承重不小于８×１０ 换工作台沿 、 方向的移动，削边销９了绕Ｙ Ｎ）也需要配置交换工作台。为了保证工件的加工精 轴的转动，实现６点定位。 度，必须保证任意一块工作台交换到主机上的定位精 度，而交换工作台的定位装置是保证定位精度的关键 ， ， 因素，所以有必要对定位装置进行分析。 １ 定位装置的选择与布局 ２、５、７、ｌｌ、 ／／ 千 —— 幸 Ｉｌ６ １５ ｌ一转台 、、、 １．１ 定位装置的选择 中小规格、承载轻的双工位加工中心（台面宽 度不大于１ ０００ ｍｍ，承重不大于３×１０ Ｎ）交换工 耄 》… … 搴 ｌ４ １３、ｌ６一夹紧油缸 ３、６、８、ｌ０、 １３ １２ｌ２、１５一夹紧油缸端面 作台的定位装置一般采用４个锥销的定位方式，这种 定位方式为过定位，容易引起干涉。对于大规格、大 Ｉ ． １ｊ 《 娄 矗 ４、１４一导轨 ９一削边销 １８一圆柱销 ｌ１ １７、ｌ 工作台挡块 承载的加工中心（台面宽度不小于１ ６００ ｍｍ，承重 １０ 不小于８×１０ Ｎ）而言，４个锥销的定位方式满足不 了大承载的要求，所以根据６点定位规则采用“一 图１交换工作台定位装置下部布局图 面两销”的定位方式进行定位装置的结构设计，避 免过定位引起干涉或欠定位误差大的现象。 １．２定位装置的布局 如图１、２所示，为大规格、大承载的加工中心 ｌ一交换工作台２、３、５、６－－－导轨板下表面４一定位套 交换工作台的定位装置。多个夹紧油缸端面构成了交 图２交换工作台定位装置上部布局图 收稿日期：２０１１—１２—１９ 作者简介：李绍萍（１９７ｌ一），女，工学学士，高级工程师，主要从事精密加工中心、数控铣镗床的研发。Ｅ—ｍａｉｌ： ｅ６３１１４４０＠１６３．ｃｏｍ。 ・２６・ 机床与液压 第４１卷 ２定位装置的结构与工作原理 ２．１ 定位装置的结构 如图３所示，定位装置由定位套、定位销组件、 油缸座组成。定位套安装在交换工作台的定位孔里， 定位销组件安装在转台的定位孔里，在液压油的作用 下定位销可伸出或缩回。 ｌ一定位套 ２一清洁块 ８卜交换工作台 ４一吹气孔 ７ ５－＿油缸座 ６＿＿转台 ７一活塞 ８＿＿定位销 图３交换工作台定位装置结构图 ２．２定位装置的工作原理 准备状态。如图４所示，交换工作台准备送入 （送出）主机时，定位销组件下腔进入供油状态，上 腔进入回油状态，吹气孔吹气对定位销进行清洁，定 位销组件降至行程最下端（交换工作台定位套里的 滑块在弹簧作用下下行清洁定位套），定位检测元件 检测到信号后，夹紧油缸活塞上行将导轨（和工作 台）抬起，位于转台的吹气孔对定位面进行清洁。 图４准备状态 定位状态。如图３所示，当检测元件检测到交换 工作台进入到主机指定位置，定位销组件上腔进入供 油状态，下腔进入回油状态，定位销组件升至行程最 上端，将定位销插入工作台的定位套中，检测元件检 测到定位销就位的信号后，吹气孔停止工作，夹紧油 缸活塞下行，将交换工作台落在定位平面上，活塞继 续下行通过导轨夹紧工作台的导轨板实现工作台的夹 紧，夹紧检测元件检测到信号后，吹气孔停止工作。 ３定位装置的定位精度分析 交换工作台交换的定位精度和重复定位精度的检 验参照图５进行，指示器固定在不影响装卸工作台交 换的位置，通过量块对工作台上工件或夹具所用的定 位基准进行测量，分别检测各工作台交换的重复定位 精度和一组工作台交换的定位精度。 图５工作台交换的定位精度和 重复定位精度检验示意图 按“一面两销”进行定位误差分析。定位误差ｓ 由基准位移误差占 和基准不重合误差 组成。基准 位移误差ｓ 主要由定位孔公差６ 、定位销公差６ 和 定位孔与定位销的最小配合间隙△组成，而基准不 重合误差ｓ 取决于定位基准的选择及测量基准与定 位基准问的尺寸和位置精度。如图５所示，不考虑基 准不重合误差，主要分析基准位移误差的影响。 如图６所示，基准位移误差由沿图示 、ｚ轴方 向的基准位移误差及孔Ｍ和孔Ｎ中心的连线偏离理 想位置的转角误差（ ， ）组成。检测点１检验沿 方向的定位误差（该定位误差受到转角误差 的影 响），检测点２检验沿ｚ方向的定位误差，检测点３ 及检测点２检验转角误差 。 图６一面两销定位示意图 （１）沿 方向的定位误差 第２期 李绍萍等：双工位卧式加工中心自动交换工作台定位装置分析 ・２７・ 检测点Ｉ： １ｗ ＝６ｇＭ＋ Ｍ＋△Ｍ＋２Ｃ×ｔａｎＯ 采用灌胶的方式固定来控制孔距公差 将定位套 装在交换工作台的定位孔里，将交换工作台放置在转 其中．ｔａ （２）沿 方向的定位误差 检测点２： ２ｗ；＝８ｇＭ＋６ｊＭ＋△Ｍ 台上，与定位销配合，校正工作台定位合格后，灌胶 将定位套粘接在工作台上，待胶固化后，紧固螺钉， 配作圆锥销保证定位套的位置精度；对于柔性制造系 统有多台主机，要保证工作台交换定位精度一致性还 需要控制销距公差，采取的方法是设计工装夹具来加 工安装定位销的孔；此外，通过精加工多个夹紧油缸 端面以及交换工作台下表面来控制定位平面的平面度 （３）转角误差Ｏ／ 检测点３： ：眦 （ ） ＺＬ 误差。通过综合应用以上的方法和措施来提高工作台 此外，若增加检测点位于孔Ｎ外侧，检测沿 方 定位装置的定位精度。 向的定位误差，则会带人孑Ｌ距位移误差，如 的误差 ５结束语 值为±６ 则该检测点的定位误差为： “一面二销”定位装置刚性好、可靠性高，适用 ８Ｗｚ＝艿ｇＭ＋ ｉＭ＋△Ｍ＋２６ 于大规格、大承载的双工位加工中心及柔性制造系统 图５中，检测点４检验定位平面的基准位移误 差，主要受定位平面平面度的影响。 上交换工作台的定位。经多台机床实际应用，实现了 根据上述误差分析可知，要提高交换工作台的交 大规格、大承载的交换工作台任意交换的定位精度达 换精度，需要减小定位孔的公差艿 、定位销的公差６； ４－０．００５ ｍｍ的目标，解决了工作台任意交换精度一 和定位孔与定位销的最小配合间隙△以及增大 ，还 致性的问题，提高了工作台任意交换的定位精度和重 要控制孔距公差６ 和减小定位平面的平面度误差。 复定位精度。 ４提高定位精度的方法和措施 参考文献： 定位元件的精度直接影响定位误差的大小，在设 【１】机床设计手册编写组．机床设计手册［Ｍ］．北京：机械工 计和生产制造中，采取控制定位套、油缸座和定位销 业出版社，１９８６． 的孔和轴的尺寸一致性，同时减小孔和轴的配合间 【２】王秀伦，边文义，张运祥．机床夹具设计［Ｍ］．北京：中国 隙，合格后成套入库的方法来减小定位孔的公差６ 、 铁道出版社，１９８４． 定位销的公差８ｉ，参见图３；定位套外圆与工作台孔 【３】成大先．机械设计手册［Ｍ］．北京：化学工业出版社，２８８９． （上接第１０页） 密成型工程，２０１０（１）：６９—７２ 合该厂特焊中心大量工业应用实践得出优化的工艺参 【３】张永超，于洋．五坐标加工中使用坐标内插法控制刀具 数，使得产品的焊接质量和焊接效率有了极大的提 轴向研究［Ｊ］．组合机床与自动化加工技术，２０１１（８）： 高，焊接效果如图５所示。 ３９—４３． 【４】宋西平，邵潭华，王士元，等．提高ＴＣ４钛合金惯性摩擦 焊接头塑性的研究［Ｊ］．热加工工艺，１９９６，（２）：６—８． 【５】何俊，赖玉活．双转台五轴联动机床后置处理误差补偿 算法的研究［Ｊ］．组合机床与自动化加工技术，２０１１ （９）：２４—２８． 【６】Ｌ ＨＡＢＡＬ Ｓｒｉ．Ｆｒｉｃｔｉｏｎ Ｓｔｉｒ Ｓｐｏｔ Ｗｅｌｄｉｎｇ Ｓｕｐｐｏ￣ｓ Ｌｉｇｈｔ－ ｗｅｉｇｈｔｉｎｇ ｉｎ ｔｈｅ Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ［Ｊ］．Ａｕｓｔｒａｌａｓｉａｎ 图５焊接效果示意图 Ｗｅｌｄｉｎｇ Ｊｏｕｒｎａｌ，２００５，５０：２０—２４ 【７】王快社，ｔ￣）ＪＩ宏，苏晓莉，等．温度对搅拌摩擦焊接接头 突出优点是：采用通过伺服电机驱动实现的无匙 摩擦磨损性能的影响［Ｊ］．润滑与密封，２００６（７）：９７— 孔焊接功能这一技术，使搅拌摩擦焊接设备具有较好 ９Ｏ．９３． 的创新性、新颖性和可推广性，对加速搅拌摩擦焊接 【８】李郝林，方键．机床数控技术［Ｍ］．北京：机械工业出版 设备的产业化发展和促进我国制造业的快速发展起到 社，２０００． 一定的促进作用。 【９】白恩远．现代数控机床伺服及检测技术［Ｍ］．北京：国防 参考文献： 工业出版社，２００５． 【Ｉ】栾国红．飞机制造中的搅拌摩擦焊技术及其发展［Ｊ］． 【１０】张志强，王太勇．多轴模块化开放式激光切割机床数控 航空制造技术，２００９（２Ｏ）：２６—３１． 系统软件开发［Ｊ］．组合机床与自动化加工技术，２０１０ 【２】吴玮，朱凌云，徐晓菱．２５ｔ多功能惯性摩擦焊机［Ｊ］．精 （１）：１ｌ一１３．
