大型龍門機床的優化和創新設計

■ 漢川數控機床股份公司 （陜西漢中 723003） 黨 文 薛 武

1.機床工作臺支撐墊鐵創新設計

大型機床支承工作臺的支承墊鐵，要求承載高，安裝調試方便，精度穩定性好。同時對工作臺的剛性強度影響小。公司以前設計的各種機床墊鐵中，個別墊鐵可以使用，但對工作臺的結構鋼性影響較大。

新研發的墊鐵結構如圖1所示，支承螺桿的螺紋大（M52×2mm），承載面積增大，在結構中增加一凹一凸兩個球面墊，其承載面積更大，并對安裝誤差有補償作用，提高了工作臺安裝精度和精度的穩定性。此種墊鐵優點：①承載力大，安裝、調整都簡單。②成本低，對工作臺的剛性強度影響小。

2.主軸箱滑枕與銑頭聯接結構優化設計

主軸箱設計時，對滑枕－銑頭聯接結構作了如下改進：①將銑頭拉緊機構的固定方式由螺紋聯接改為如圖2所示的端面壓緊結構，通過修磨調整墊厚度保證銑頭連接板壓緊拉緊機構。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所示的可調整結構，通過修磨定位塊的內側面保證鍵槽的高對稱度。

兩者比較，改進后有以下優點：①將拉緊機構的固定方式由力鎖緊改為形狀鎖緊，大大提高了結構的可靠性，同時降低了加工和裝配難度。②這一改進的本質是通過設置調整環節，使銑頭連接板的“聯接”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整，同時鍵槽損傷后只需更換定位塊，節省維修成本和時間。

圖 1

圖 2

3.基于有限元分析的橫梁創新設計

對于大跨距的龍門式機床，橫梁（見圖4）是其剛度上的薄弱環節之一。傳統計算方法是基于一維梁及點支撐假設的，對細長形梁其計算精度可以滿足工程設計的要求，但對于大截面、大支承面、截面形狀復雜的橫梁，傳統方法的計算精度無法滿足工程要求。在大型龍門的設計中，我們利用有限元分析技術對該機床的兩種橫梁進行了受力變形計算，對保證橫梁的設計質量起到了重要作用。

圖 3

圖 4

通過對橫梁進行有限元分析，加深了我們對此類零件變形行為的認識，也為后續改進積累了經驗，例如，隨著橫梁跨距的增大，扭轉變形逐漸占據主導地位，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參數，然后將此文件輸入分析軟件，軟件會自動完成新的分析過程，節省了大量輔助工作時間，使分析效率成倍提高，將此文件略作修改，即可用于其他產品橫梁的分析。

在大型龍門機床大件設計中應用有限元分析技術，其技術經濟價值不容忽視。利用有限元分析技術可以：①快速比較不同的設計方案，并選出最優的設計，提高了設計工作的效率。②在設計階段就能對大件的受力變形等有一個直觀的認識，還可以發現被忽視的薄弱環節并加以改進。③超重型大件成本高昂，設計、制造和運輸等任何一個環節都不容有失，利用有限元分析技術有利于減少產品開發的風險。④分析的結果還可以用于指導零件加工和裝配。

4.結語

綜上所述，通過對機床工作臺支撐墊鐵創新設計，主軸箱滑枕與銑頭聯接結構優化設計，基于有限元分析橫梁的創新設計，大幅降低了生產成本，縮短了生產周期，提高了機床的精度和穩定性。目前這些設計結構已使用在我公司的大型龍門機床上。