王毅哲

（陜西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西咸陽712000）

裝備運(yùn)行管理

雙橫梁龍門車床改進(jìn)方案

王毅哲

（陜西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西咸陽712000）

對(duì)于立式、龍門式結(jié)構(gòu)車床進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，在橫梁方面，由原來的單橫梁改為了雙橫梁，加強(qiáng)了結(jié)構(gòu)的剛度；床身上，改為帶導(dǎo)軌的床身；在滑枕方面，將滑枕裝配在雙橫梁上，另外在滑枕上設(shè)有導(dǎo)軌，而刀架與滑枕通過導(dǎo)軌相連接，這樣就基本上不存在懸臂的現(xiàn)象，使得結(jié)構(gòu)本身更加緊湊，且大大降低了加工的誤差，具有一定的推廣價(jià)值。

立式車床；車床結(jié)構(gòu)；雙橫梁

在現(xiàn)有的龍門結(jié)構(gòu)、立式結(jié)構(gòu)的機(jī)床設(shè)計(jì)中，一般為這樣布局：一臺(tái)水平床身，導(dǎo)軌放置于床身上，工作臺(tái)放置在導(dǎo)軌上并且能夠在導(dǎo)軌方向進(jìn)行移動(dòng)，立柱被放置在床身的左右兩側(cè)，其前面設(shè)置導(dǎo)軌，橫梁可以帶動(dòng)其上安裝的加工主軸或者刀架沿著立柱導(dǎo)軌上下移動(dòng)[1]。問題在于機(jī)床各個(gè)部分質(zhì)量分布不均勻，結(jié)構(gòu)不對(duì)稱，而且機(jī)床各個(gè)熱源位置所發(fā)出的熱量不一樣大，這樣就會(huì)造成機(jī)床橫梁、立柱、工作臺(tái)等組成部分的溫升不平等，熱脹冷縮量不相同，從而最終導(dǎo)致形變不相同，引起工件和刀具之間的相對(duì)不正確位移，即相對(duì)位置不正確，造成車床加工精度的降低。

文章對(duì)大型立式車床各個(gè)部分進(jìn)行結(jié)構(gòu)重新設(shè)計(jì)優(yōu)化和部分結(jié)構(gòu)改進(jìn)，優(yōu)化后，采用雙橫梁結(jié)構(gòu)，通過合理布筋，提高橫梁的承載能力，提高抗彎曲和抗扭轉(zhuǎn)的能力。對(duì)稱的熱平衡結(jié)構(gòu)被應(yīng)用于橫梁和立柱的優(yōu)化中，能夠大大減弱由于切削熱傳導(dǎo)不均，熱膨脹不相同所引起的機(jī)床結(jié)構(gòu)形變。

1 分析問題

對(duì)于目前現(xiàn)有的車床結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析后，發(fā)現(xiàn)以下幾個(gè)問題：

（1）橫梁外側(cè)偏置刀架，橫梁結(jié)構(gòu)前后不對(duì)稱，刀具位置不合理，導(dǎo)致切削力傳導(dǎo)不合理，及容易造成橫梁的前后面受力不均，引起形變不同，對(duì)加工精度造成不良影響。立柱前面的單一導(dǎo)軌[2]，驅(qū)動(dòng)電機(jī)等熱源散發(fā)的熱量輻射不均勻，會(huì)造成熱傳導(dǎo)過程中的溫升不同，立柱的熱變形量前后不一致，引起加工精度的降低。

（2）傳統(tǒng)立式、龍門式車床由單根絲杠帶動(dòng)與床身相配合的工作臺(tái)，這樣可能由于零件夾緊的位置的偏差，在切削時(shí)造成工作臺(tái)受力不平衡加大絲杠的局部載荷導(dǎo)致絲杠壽命的縮短和工作臺(tái)只能往復(fù)移動(dòng)或者轉(zhuǎn)動(dòng)，加工品種單一。

2 改進(jìn)方案

針對(duì)上述問題，探索一種立式車床結(jié)構(gòu)改進(jìn)的設(shè)計(jì)方案，介紹如下：

圖1所示為改進(jìn)后的立式車床機(jī)構(gòu)總體模型圖，主要對(duì)現(xiàn)有立柱與橫梁結(jié)構(gòu)改進(jìn)。床身水平布置，能夠使機(jī)床加工定位精度提高，盡量減少床身自身重量對(duì)于切削加工的影響。工作臺(tái)放置于床身上安裝的四條平行導(dǎo)軌上，并且可以沿著四條導(dǎo)軌進(jìn)行移動(dòng)[3]。采用輕量化設(shè)計(jì)床身結(jié)構(gòu)，雙直型滾動(dòng)導(dǎo)軌，有效減輕工作臺(tái)的受力不均勻，延長絲杠壽命。采用一套蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)傳動(dòng)的回轉(zhuǎn)型工作臺(tái)，配合床身可以實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)的往復(fù)移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)，從而達(dá)到多種加工方式的實(shí)現(xiàn)。利用虛擬樣機(jī)技術(shù)建立改進(jìn)后車床整機(jī)的三維模型，力求整機(jī)滿足強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性要求；兼顧安裝調(diào)整方便，受力合理和造型美觀[4]。

圖1 機(jī)床整體結(jié)構(gòu)

圖2 和圖3所示，水平床身兩側(cè)安放兩根立柱，并且將雙橫梁安放在立柱的空腔之中，雙橫梁的中間設(shè)置切削主軸或者切削刀架。這樣能夠保證機(jī)床工作時(shí)切削受力更加合理，減少加工形變，從而使加工精度提高。

圖2 立柱與橫梁截面結(jié)構(gòu)

圖3 刀架與橫梁結(jié)構(gòu)

3 結(jié)束語

通過對(duì)于大型立式車床進(jìn)行結(jié)構(gòu)改進(jìn)，建立了大型立式車床三維模型，提高了車床各個(gè)部分的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，采用熱平衡結(jié)構(gòu)，對(duì)稱式設(shè)計(jì)，有效降低了機(jī)床在切削加工中的受力，提高加工精度。通過輕量化床身設(shè)計(jì)，有效降低了整機(jī)重量，節(jié)約材料。后續(xù)工作還應(yīng)進(jìn)一步通過有限元分析，可以看出機(jī)床各主要結(jié)構(gòu)在不同載荷下的變形形狀和最大變形區(qū)域，通過分析可得到該大型立式車床結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)，為車床結(jié)構(gòu)進(jìn)一步的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化提供一定的理論支持和依據(jù)。

[1]焦建華，李立強(qiáng).數(shù)控單柱移動(dòng)立式車床的橫梁平衡補(bǔ)償裝置設(shè)計(jì)[J].民營科技，2013（5）：11-12.

[2]梁榕輝，魏群.臥式車床模塊化設(shè)計(jì)及可編程控制器的應(yīng)用[J].機(jī)床與液壓，1999（4）：53-54.

[3]K H Chang，P S Tang;Integration of design and manufactur ing for structural shape optimization[M].Advances in Engi neering Software，2001.

[4]王瑛.經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床CAK6150加工精度的改進(jìn)[J].軸承，2008（8）：17-18.

Improved Scheme of Double Beam Longmen Lathe

WANG Yi-zhe
（Shaanxi Industrial Vocational College，Xianyang Shaanxi 712000，China）

For Longmen，the vertical structure of lathe was improved，the beam，the single beam changed to double beam，strengthening the stiffness of the structure；the bed to bed with a rail；in the ram,the ram assembly in a double beam，another guide rail on the sliding pillow.But，head and RAM are connected by rail，so basically there is no cantilever phenomenon，the structure itself is more compact,and the machining error is greatly reduced，have a certain value.

vertical lathe；lathe structure；double beam

TG515

A

1672-545X（2016）11-0188-02

2016-08-08

王毅哲（1980-），男，河南人，講師，工程碩士，研究方向：機(jī)械設(shè)計(jì)。