淺談高剛性重切削龍門加工中心的結構設計

秦 超

（1.棗莊科技職業學院，滕州 277599；2.滕州建哈機械化工有限公司，滕州 277599）

對于一些中大型箱體、機架類復雜零件的銑、鏜、攻絲、鉸孔、锪孔等復雜工序的粗、精加工，一般的加工中心設備都可實現。由于一般加工中心主軸的懸臂都比較長，造成其剛性相對不足，加工大型零件重切削時易產生振動現象，導致加工工件的精度具有一定的局限性。為解決上述問題，結合滕州市喜力機床有限責任公司生產的VWC1809高精密龍門框架式加工中心設計經驗，筆者總結出高剛性重切削龍門加工中心設備的結構設計要點。

1 解決高剛性及高的切削能力問題

如圖1所示，龍門加工中心機床的龍門框架一般由底座5、立柱3、橫梁4通過螺釘連接而成，如何提高機床龍門框架的整體剛性是重點[1]。其中，底座與立柱的結合面、立柱與橫梁的結合面是整改框架結構中的薄弱部分，通過多次分析和研究，VWC1809高精密龍門框架式加工中心如圖2所示，創新性地采用立柱橫梁一體式結構，大大提高了機床的結構剛性。同時采用箱型結構底座，工作臺9則使用雙層甲板結構，橫梁1設計為箱式及階梯式綜合結構，這樣就從零件上解決了機床剛性不穩定的隱患。

圖1 龍門加工中心外形圖

機床主軸采用高DN值的角接觸球軸承與圓錐滾子軸承相結合的方案，并適時加大主軸軸徑，提高主軸剛性；X方向導軌10及Y方向導軌3均采用55重載型滾柱線性雙導軌，配合自動強制潤滑，充分利用其載重能力高、低速運動平穩無爬行性能；Z向導軌5采用滾柱線性四導軌環抱結構全方位抑制切削振動，并增大支撐跨距，提升支撐剛性和強力加工時的穩定性；各軸的絲杠支撐均采用預拉伸結合兩端固定支承方式，大大降低熱變形對定位精度的影響，提高進給系統的動剛性[2]。

2 解決機床的高精度問題

X、Y軸的進給采用了高精度、低噪音型結構的滾珠絲杠，搭配精確的自動潤滑和激光螺距補償，進給電機通過聯軸器直聯絲杠進行傳遞，確保傳動精度在0.005mm以內；Z軸滑枕7采用四線軌、雙氮液平衡杠設計，平衡杠則可以用于平衡滑枕部件上下運動的不平衡力。這樣就能有效消除中間傳動誤差，從而提高機床精度。

3 解決機床高可靠性問題

機床的大件毛坯底座、工作臺、立柱橫梁、滑枕都需要經過半年以上的自然實效，以消除鑄造內應力。機床每個組成大件的加工，按照粗、精加工工藝分開的原則，保證每個零件粗加工后能留有時間釋放加工應力，通過精加工進一步提高零件精度。在裝配過程中，嚴格按照裝配工藝，選用技術熟練的裝配師傅，確保機床的裝配精度和可靠性。

按照上述要求制造的龍門框架式加工中心，將同規格設備的主軸中心到橫梁支撐導軌面的距離由900mm調整為420mm，機床的主軸懸伸量僅為同規格大型立式加工中心的一半，大大提高了主軸的加工剛性，保證了重切削的機床穩定性。

[1]王士柱.金屬切削機床[M].北京：國防工業出版社，2010.

[2]李玉民，李健，宋萬里，等.龍門銑床：中國，CN 2015206 56113.7[P].2015-08-28.