一种回转工作台台面的设计和加工技术

叶文俊，张力，林树海，陈正祥

(沈机集团昆明机床股份有限公司，云南昆明 650203）

一种回转工作台台面的设计和加工技术

叶文俊，张力，林树海，陈正祥

(沈机集团昆明机床股份有限公司，云南昆明 650203）

阐述一种拼接式回转工作台台面的设计和加工技术，重点讲述了工作台台面的拼接、定位、单件加工、合加工等技术，保证了大型重载回转工作台的精度和使用性能，解决了大型重载回转工作台的制造、运输等难题。

大型重载；回转工作台；拼接

回转工作台是落地式铣镗床、大型铣镗加工中心的关键特殊附件之一，与主机配合，能对工件进行角度铣削、调头镗孔、多面加工，能连续地加工圆柱面或端面，扩大了主机的工艺范围，提高了工作效率，因此在航空、航天、船舶、能源、轨道交通、冶金、工程机械等领域，得到了广泛应用［1］。

某公司研发的承重160×104N及以上的重型回转工作台，长度和宽度都在5～10m之间。由于受到铸造、加工设备、行车、运输工具等因素的制约，如此大的回转工作台台面不能设计成一个整体，只能采用拼接的方式达到所需要的长度和宽度。大型工作台台面平面度要求中凹0.03～0.06 mm，同时要求与工作台回转导轨面平行度在0.02 mm内。如何使拼接起来的台面达到要求并且保持精度，其设计和加工都是一大难题。通过深入分析、研究，结合该公司几十年设计制造精密镗床、精密回转工作台的经验，得出了以下解决方案［2］。

1 回转工作台台面的结构设计

该公司设计承重160×104N的回转工作台，台面尺寸为5 m×6 m。而公司加工“工作台类零件”的条件为:采用磨削方式加工时，工作台宽度不大于3.5 m；采用铣削方式加工时，工作台宽度不大于4 m；采用车削方式加工时，工作台对角线不大于5 m。该回转工作台已经超出了公司现有的加工能力，只能采取拼接的形式进行设计和加工。

1.1 工作台面的拼接结构

5 m×6 m工作台台面采用三件 (一主二辅）拼成一体的拼接方式，即中间的2号工作台为主工作台，两边的1、3号工作台为辅工作台，三件进行拼接，见表1。

表1 工作台台面的拼接方式

2号工作台采用“圆形筋”+“放射状筋”结构，该结构对应回转的圆形导轨，能有效提高工作台的承载能力；1号、3号工作台采用纵、横交错筋形成箱式结构，通过增减中间腔可以形成不同宽度尺寸的工作台如1.5 m×5 m、2 m×5 m等，具有较好的适应性。工作台结构如图1所示［3－4］。

图1 工作台结构示意图

这样设计，工作台承载的B轴静压导轨面和定心芯轴都在2号工作台上，拼接1、3号工作台不会对静压导轨面和定心芯轴的精度产生影响，也就不会影响工作台的工作精度；而且最宽的2号工作台宽度只有4 m，较好地解决了毛坯铸造、单件加工、运输等难题。

1.2 拼接结构的定位和紧固

拼接台面的定位采用“二面一销”的形式:面A限制直线坐标X和旋转坐标B、C，面B1限制直线坐标Z和旋转坐标A，定位销1限制直线坐标Y。采用Z向一排螺钉、X向二排螺钉的方式紧固，确保稳定可靠［4］。

由于1、3号工作台自重和承重都较大，为了增加拼接面的强度和刚度，采用了过定位的方式，即在“二面一销”的基础上Z向增加了定位销2，Y向增加了定位销3、定位销4，增加镶条使面B2接触再进行定位。过定位虽然增加了制造难度，但是大大提高了拼接处的强度和刚性，如图2所示。

图2 工作台拼接结构的定位和紧固示意图

2 工作台台面的加工

回转工作台的加工分为粗加工、时效、半精加工、合加工等工序，其主要加工工艺流程如图3所示［5］。

图3 工作台加工工艺流程

下面重点阐述工作台拼接面的加工技术和镶条面配刮技术。

2.1 拼接面的加工

对于拼接工作台来说，拼接面的直线度、平面度、相互的垂直度等精度，直接影响到工作台拼接后加工余量的均匀度以及工作台台面的平面度，因此，拼接面的加工非常关键，如果解决不好，会给后续的精加工、装配造成很大的困难。通过分析，采用了以下加工方法，该方法能有效地控制拼接面的一致性及精度要求。

(1）对于单侧工作台，如图4所示，为了消除工作台结合处的反作用力，拼接结合面A要求平面度0.02 mm以内，结合面B1、B2要求直线度0.02 mm，且要求垂直于面A 0.02 mm，由于其台面宽度仅为1 m，所以在加工时首先将连接孔加工完成后，再进行拼接面的加工，否则连接孔的加工会造成拼接面的直线度变化最终难以满足要求。

图4 单侧工作台示意图

拼接面的精加工选择磨削的方式进行，采用进口高精度导轨磨进行磨削。磨削时采用侧立状态进行加工，即以面C为基面，校平面A，同时校正面B1或B2，保证正向及侧向直线度后进行磨削。在磨削时，为了防止零件变形，采用侧顶的方式顶紧，而不能使用压板压紧［6］。

(2）对于中部工作台，如图5所示，与单侧工作台面A贴合面A'要求直线度0.02 mm内，与单侧工作台面B1、B2贴合面 B1'、B2'要求直线度0.012 mm，且与面A'垂直度在0.015mm内，由于中部工作台宽度超过导轨磨和龙门铣的过宽，所以工作台的面A'、B1'、B2'只能在落地镗上进行精铣。精铣时以工作台大面为基面，校正面A，保证侧向直线度；采用进口高精度落地铣镗床，使用进口山特维克方肩面铣刀精铣面A'，采用长刃玉米铣刀精铣面B1'、B2'，精铣时保证对接面平面度及相互垂直度，以确保后续加工时各工作台台面和齿圈面余量均匀。加工余量不均匀会造成切削力变化大，导致加工应力不均匀，从而影响工作台精度的稳定性；加工余量均匀，可减少后续精加工工作量，提高加工效率［6］。

图5 中部工作台示意图

2.2 镶条面的刮研

工作台定位、连接好后进行镶条的刮研工作。镶条面的刮研精度是影响工作台拼接后精度的重要因素，如果刮研时接触面积没有达到一定要求，会造成工作台拼接面局部受力不均，使台面精度超差，进而影响到整个回转工作台的精度，所以需要寻求可靠的刮研办法，在保证刮研精度的同时，还要保证效率。

镶条结构如图6所示，刮研过程分为以下6个步骤:

(1）检查2号镶条的接触点，要求接触12点/(2.54 cm2）以上，如果达不到，刮研至要求。

(2）用2号镶条检查单侧工作台及中部工作台的镶条结合面，要求接触12点/(2.54 cm2）以上，如果达不到，刮研至要求。

(3）装入2号镶条及挡块。

(4）合装单侧及中部工作台，调整各面余量均匀，再装入固定螺钉。

(5）配铲1号镶条两面，要求接触12～16点/(2.54 cm2）。

(6）配铲完成后，装入各压板及螺钉，如图7所示。

图6 镶条结构示意图

图7 结合面结构示意图

2.3 台面合加工

因组合后工作台尺寸已超出公司机床的加工范围，所以合加工采用外委加工。合加工的关键工序是装配、精加工顶面和底面 (齿圈安装面）、精镗中孔［5］。

(1）装配时采用高条铁将中部工作台及两单侧工作台支承好并等高，使结合面A与A'靠紧，再用专用夹具调整中部工作台与两单侧工作台的错位量均匀；装上水平向连接螺钉，使中部工作台与两单侧工作台结合面A与A'贴紧 (螺钉不上紧），装上垂直向连接螺钉，使中部工作台与两单侧工作台结合面B与B'贴紧 (螺钉不上紧）； 装上刮研好的镶条及挡块，压紧镶条；再紧固水平向和垂直向的连接螺钉；加工Z向定位销孔，并装上定位销；最后加工Y向骑缝销孔，实测骑缝销孔，配做骑缝销，保证二者的配合为紧配合，装上骑缝销。

(2）精加工顶面和精镗中孔采用宽度较大的龙门镗铣床 (XK2850），上等高垫，以底部齿圈安装面为基面，校正侧面和中孔在0.02 mm内，精铣顶面，精镗中孔；装上垂直铣头，精铣周边各侧面。

(3）精加工底面 (齿圈安装面）采用回转直径大的立车 (8 m立车），先在工作台上装上消耗垫铁，自车一刀，使垫铁顶部等高一致，再把工作台以顶面为基面装在立车工作台垫铁上，精车工作台底面(齿圈安装面），即可保证工作台底面与顶面的平行度要求及与中孔的垂直度要求。

3 结论

通过研究工作台的拼接结构和加工工艺，解决了大型重载回转工作台的制造难题，使该类工作台的加工、装配、运输、安调变得简单方便，同时保证了回转工作台的精度和使用性能。该工作台已通过了机械工业机床产品质量检测中心的检测，各项性能指标均达到了设计要求，并且通过了用户的验收，已经在用户处投入使用。目前该技术又应用到了公司其他回转工作台上，预计能够取得良好的经济和社会效益。

［1］许昆平，张力，余光怀.大型数控回转工作台台面拼接技术［J］.制造技术与机床，2013(8）:86－88.

［2］王全宝，林树海，陈正祥.长行程拼接床身的设计和加工技术［J］.机械设计，2013，30(6）:94-96.

［3］董杰.机械设计工艺性手册［M］.上海:上海交通大学出版社，1991.

［4］成大先.机械设计手册［M］.北京:化学工业出版社，2009.

［5］王选逵.机械制造工艺学［M］.北京:机械工业出版社，2007.

［6］李新生.机械加工技术［M］.北京:机械工业出版社，2007.

Design and Processing Technology of A Rotary Table Mesa

YEWenjun，ZHANG Li，LIN Shuhai，CHEN Zhengxiang
(Shenji Group Kunming Machine Tool Company Limited，Kunming Yunnan 650203，China）

Design and processing technology of a splicing type rotary workbenchmesawere expounded，focusing on the splicing，positioning，the single processing，processing technology.The accuracy and performance of the large heavy duty rotary tablewere ensured.Themanufacturing，transportation and other problems of large overloading rotary table were solved.

Large heavy duty；Rotary table；Stitching

TH 122；TH162

B

1001－3881(2014）10－036－3

10.3969/j.issn.1001-3881.2014.10.010

2013－12－16

叶文俊 (1964—），女，大学专科，工程师，主要研究方向为机械设计制造。E－mail:13099941877@163.com。