一種基于流水線加工的新型機床結構

蔣 曄

（常州紡織服裝職業技術學院，江蘇 常州 213164）

中國制造業的有效出路之一就是是實行產業升級，珠三角、長三角目前的生產成本已開始超過許多東南亞國家，對傳統勞動密集型產業產生巨大影響。由于制造業的相對落后，國家著力促進先進裝備制造業的發展。而流水線生產恰恰可以彌補企業面臨用工荒、用人成本高等問題，迎合了國家制造業發展的大趨勢。

流水線生產是指按工藝順序排列的若干自動機床和設備，用自動裝卸傳遞裝置和自控裝置聯系起來的自動作業線。采用流水線加工生產可以縮短生產周期、提高生產效率。最重要是可以將員工從繁重的體力勞動中解放出來。全自動流水生產線的設計在中國尚屬新興產業，在未來的加工領域有很好的前景。

1 加工零件工藝分析

加工的零件為連桿架，屬于紡織機械中經編機上的一個關鍵零件，具體現狀如圖一所示，該流水線為常州潤源機械有限公司開發，能實現五種連桿架的加工，總投資500多萬。整個流水線上共有30個工位，所有工位均為自動化數控加工，現舉其中的兩個范例說明。

（1）每種連桿架都有14°的斜面，并且在斜面上有4個M12和8個M8的螺紋孔。所以該階段的加工工藝為：銑削14°斜面——鉆M8螺紋底孔—攻絲M8螺紋——鉆M12螺紋底孔—攻絲M12螺紋。

（2）兩個Φ15的豎直孔需要鉆削，在流水線上加工時也采用橋梁式外形結構。

圖1 連桿架的外形

2 機床結構分析

在所有工位的機床底座兩側均有安裝的方箱，和機床底座連成一體，鑄造而成。在方箱上可安裝機床立柱，在立柱上安放框形主橫梁。在框形主橫梁上再安裝分橫梁、動力頭和電機等部件。

針對范例1，設計機床結構如圖2所示，數個工位連成一排，由于兩頭都有定位，每個框形橫梁的定位面共有4個，所以機床的剛性好，受切削力的影響小，從而提高了加工的形狀精度和位置精度。

圖2 五工位機床外形圖

在框形主橫梁和分橫梁上分2組安裝高精度和大載荷的線性導軌，主軸頭可以實現兩軸聯動。立柱和橫梁均采用高質量鑄鐵，在加工中有很好的吸振效果。由于加工的面和孔均有14°的斜度，所以在框形主橫梁上均設計有斜度部分。具體形狀見圖3所示，如果加工零件均為水平面和豎直孔，可直接將框形主橫梁設計為水平結構。

圖3 14°斜度銑削工位圖

針對范例2，由于只需要做兩個孔，直接做成一軸聯動，在水平框形橫梁下安裝一組線性導軌即可完成。在鉆孔采用液壓鉆孔動力頭，動力頭本身有一定行程的進給，所以結構相當簡單，具體如圖4所示。

圖4 豎直孔的鉆削工位

3 受力分析

通過簡單比較懸臂梁和簡支梁的受力情況，可以獲得傳統的懸臂梁機床結構受的最大扭矩是橋梁式龍門機床結構的兩倍左右。將基于Kane方程的Huston方法推廣應用于空間懸臂梁的動力學分析，建立其動力學方程，并針對該方程數值求解的困難，進行有限元強度校核，發現如果將懸臂梁作為由若干梁單元組成多體系統的彈性件的話，在受切削振動力的影響時，懸臂梁的最大應力變形是簡支梁的兩倍以上。因此橋梁式龍門機床結構極大提高了機床的加工精度。

4 結語

橋梁式龍門機床結構適用于機械加工流水線上主軸處于立式或傾斜的所有工序，應用面廣，強度高，具有極大的推廣價值。

［1］趙洪志，楊剛.球頭碗球面加工組合機床設計［J］.工藝與裝備，2007，（1）.

［2］談國華，陸志明.談自動化生產流水線的設計與應用［J］.雷達與對抗，1993，（1）.

［3］西門子公司.先進數控機床的線性技術［J］.產品聚焦，2005，（2）.

［4］馬吉勝.空間懸臂梁的動力學分析與迭代求解［J］.力學與實踐，1998，（2）.