雙橫梁龍門車床改進方案

王毅哲

（陜西工業職業技術學院，陜西咸陽712000）

裝備運行管理

雙橫梁龍門車床改進方案

王毅哲

（陜西工業職業技術學院，陜西咸陽712000）

對于立式、龍門式結構車床進行改進設計，在橫梁方面，由原來的單橫梁改為了雙橫梁，加強了結構的剛度；床身上，改為帶導軌的床身；在滑枕方面，將滑枕裝配在雙橫梁上，另外在滑枕上設有導軌，而刀架與滑枕通過導軌相連接，這樣就基本上不存在懸臂的現象，使得結構本身更加緊湊，且大大降低了加工的誤差，具有一定的推廣價值。

立式車床；車床結構；雙橫梁

在現有的龍門結構、立式結構的機床設計中，一般為這樣布局：一臺水平床身，導軌放置于床身上，工作臺放置在導軌上并且能夠在導軌方向進行移動，立柱被放置在床身的左右兩側，其前面設置導軌，橫梁可以帶動其上安裝的加工主軸或者刀架沿著立柱導軌上下移動[1]。問題在于機床各個部分質量分布不均勻，結構不對稱，而且機床各個熱源位置所發出的熱量不一樣大，這樣就會造成機床橫梁、立柱、工作臺等組成部分的溫升不平等，熱脹冷縮量不相同，從而最終導致形變不相同，引起工件和刀具之間的相對不正確位移，即相對位置不正確，造成車床加工精度的降低。

文章對大型立式車床各個部分進行結構重新設計優化和部分結構改進，優化后，采用雙橫梁結構，通過合理布筋，提高橫梁的承載能力，提高抗彎曲和抗扭轉的能力。對稱的熱平衡結構被應用于橫梁和立柱的優化中，能夠大大減弱由于切削熱傳導不均，熱膨脹不相同所引起的機床結構形變。

1 分析問題

對于目前現有的車床結構進行分析后，發現以下幾個問題：

（1）橫梁外側偏置刀架，橫梁結構前后不對稱，刀具位置不合理，導致切削力傳導不合理，及容易造成橫梁的前后面受力不均，引起形變不同，對加工精度造成不良影響。立柱前面的單一導軌[2]，驅動電機等熱源散發的熱量輻射不均勻，會造成熱傳導過程中的溫升不同，立柱的熱變形量前后不一致，引起加工精度的降低。

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

2 改進方案

針對上述問題，探索一種立式車床結構改進的設計方案，介紹如下：

圖1所示為改進后的立式車床機構總體模型圖，主要對現有立柱與橫梁結構改進。床身水平布置，能夠使機床加工定位精度提高，盡量減少床身自身重量對于切削加工的影響。工作臺放置于床身上安裝的四條平行導軌上，并且可以沿著四條導軌進行移動[3]。采用輕量化設計床身結構，雙直型滾動導軌，有效減輕工作臺的受力不均勻，延長絲杠壽命。采用一套蝸輪蝸桿機構傳動的回轉型工作臺，配合床身可以實現工作臺的往復移動和轉動，從而達到多種加工方式的實現。利用虛擬樣機技術建立改進后車床整機的三維模型，力求整機滿足強度、剛度和穩定性要求；兼顧安裝調整方便，受力合理和造型美觀[4]。

圖1 機床整體結構

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

圖2 立柱與橫梁截面結構

圖3 刀架與橫梁結構

3 結束語

通過對于大型立式車床進行結構改進，建立了大型立式車床三維模型，提高了車床各個部分的結構強度，采用熱平衡結構，對稱式設計，有效降低了機床在切削加工中的受力，提高加工精度。通過輕量化床身設計，有效降低了整機重量，節約材料。后續工作還應進一步通過有限元分析，可以看出機床各主要結構在不同載荷下的變形形狀和最大變形區域，通過分析可得到該大型立式車床結構的薄弱環節，為車床結構進一步的結構設計優化提供一定的理論支持和依據。

[1]焦建華，李立強.數控單柱移動立式車床的橫梁平衡補償裝置設計[J].民營科技，2013（5）：11-12.

[2]梁榕輝，魏群.臥式車床模塊化設計及可編程控制器的應用[J].機床與液壓，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.經濟型數控車床CAK6150加工精度的改進[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：機械設計。