■ 漢川數(shù)控機(jī)床股份公司 （陜西漢中 723003） 黨 文 薛 武

1.機(jī)床工作臺(tái)支撐墊鐵創(chuàng)新設(shè)計(jì)

大型機(jī)床支承工作臺(tái)的支承墊鐵，要求承載高，安裝調(diào)試方便，精度穩(wěn)定性好。同時(shí)對(duì)工作臺(tái)的剛性強(qiáng)度影響小。公司以前設(shè)計(jì)的各種機(jī)床墊鐵中，個(gè)別墊鐵可以使用，但對(duì)工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)鋼性影響較大。

新研發(fā)的墊鐵結(jié)構(gòu)如圖1所示，支承螺桿的螺紋大（M52×2mm），承載面積增大，在結(jié)構(gòu)中增加一凹一凸兩個(gè)球面墊，其承載面積更大，并對(duì)安裝誤差有補(bǔ)償作用，提高了工作臺(tái)安裝精度和精度的穩(wěn)定性。此種墊鐵優(yōu)點(diǎn)：①承載力大，安裝、調(diào)整都簡單。②成本低，對(duì)工作臺(tái)的剛性強(qiáng)度影響小。

2.主軸箱滑枕與銑頭聯(lián)接結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

主軸箱設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)滑枕－銑頭聯(lián)接結(jié)構(gòu)作了如下改進(jìn)：①將銑頭拉緊機(jī)構(gòu)的固定方式由螺紋聯(lián)接改為如圖2所示的端面壓緊結(jié)構(gòu)，通過修磨調(diào)整墊厚度保證銑頭連接板壓緊拉緊機(jī)構(gòu)。②將銑頭連接板上的固定鍵槽（和銑頭上的矩形鍵配合起定向作用）改為如圖3所示的可調(diào)整結(jié)構(gòu)，通過修磨定位塊的內(nèi)側(cè)面保證鍵槽的高對(duì)稱度。

兩者比較，改進(jìn)后有以下優(yōu)點(diǎn)：①將拉緊機(jī)構(gòu)的固定方式由力鎖緊改為形狀鎖緊，大大提高了結(jié)構(gòu)的可靠性，同時(shí)降低了加工和裝配難度。②這一改進(jìn)的本質(zhì)是通過設(shè)置調(diào)整環(huán)節(jié)，使銑頭連接板的“聯(lián)接”和“定向”兩種功能分離，從而降低了連接板的加工難度，方便直角銑頭的裝配調(diào)整，同時(shí)鍵槽損傷后只需更換定位塊，節(jié)省維修成本和時(shí)間。

圖 1

圖 2

3.基于有限元分析的橫梁創(chuàng)新設(shè)計(jì)

對(duì)于大跨距的龍門式機(jī)床，橫梁（見圖4）是其剛度上的薄弱環(huán)節(jié)之一。傳統(tǒng)計(jì)算方法是基于一維梁及點(diǎn)支撐假設(shè)的，對(duì)細(xì)長形梁其計(jì)算精度可以滿足工程設(shè)計(jì)的要求，但對(duì)于大截面、大支承面、截面形狀復(fù)雜的橫梁，傳統(tǒng)方法的計(jì)算精度無法滿足工程要求。在大型龍門的設(shè)計(jì)中，我們利用有限元分析技術(shù)對(duì)該機(jī)床的兩種橫梁進(jìn)行了受力變形計(jì)算，對(duì)保證橫梁的設(shè)計(jì)質(zhì)量起到了重要作用。

圖 3

圖 4

通過對(duì)橫梁進(jìn)行有限元分析，加深了我們對(duì)此類零件變形行為的認(rèn)識(shí)，也為后續(xù)改進(jìn)積累了經(jīng)驗(yàn)，例如，隨著橫梁跨距的增大，扭轉(zhuǎn)變形逐漸占據(jù)主導(dǎo)地位，彎曲變形則退居其次；編寫了用于橫梁受力變形分析的APDL程序文件，只需修改文件中的幾個(gè)參數(shù)，然后將此文件輸入分析軟件，軟件會(huì)自動(dòng)完成新的分析過程，節(jié)省了大量輔助工作時(shí)間，使分析效率成倍提高，將此文件略作修改，即可用于其他產(chǎn)品橫梁的分析。

在大型龍門機(jī)床大件設(shè)計(jì)中應(yīng)用有限元分析技術(shù)，其技術(shù)經(jīng)濟(jì)價(jià)值不容忽視。利用有限元分析技術(shù)可以：①快速比較不同的設(shè)計(jì)方案，并選出最優(yōu)的設(shè)計(jì)，提高了設(shè)計(jì)工作的效率。②在設(shè)計(jì)階段就能對(duì)大件的受力變形等有一個(gè)直觀的認(rèn)識(shí)，還可以發(fā)現(xiàn)被忽視的薄弱環(huán)節(jié)并加以改進(jìn)。③超重型大件成本高昂，設(shè)計(jì)、制造和運(yùn)輸?shù)热魏我粋€(gè)環(huán)節(jié)都不容有失，利用有限元分析技術(shù)有利于減少產(chǎn)品開發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)。④分析的結(jié)果還可以用于指導(dǎo)零件加工和裝配。

4.結(jié)語

綜上所述，通過對(duì)機(jī)床工作臺(tái)支撐墊鐵創(chuàng)新設(shè)計(jì)，主軸箱滑枕與銑頭聯(lián)接結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，基于有限元分析橫梁的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，大幅降低了生產(chǎn)成本，縮短了生產(chǎn)周期，提高了機(jī)床的精度和穩(wěn)定性。目前這些設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)已使用在我公司的大型龍門機(jī)床上。