超重型數控龍門移動鏜銑床設計探討

熊天學

（云南紅河技師學院，云南 開遠 661600）

近年來，我國科技工業得到了不斷發展，關于航空航天工業、船舶工業、機械工業及核能利用等研究也更為深入，所以也逐漸提高了對機床設備的設計要求。為滿足工業發展需要，減輕重型機床生產壓力，設計生產出超重型數控龍門移動鏜銑床迫在眉睫。本文基于國內外關于超重型數控龍門移動鏜銑床的研究現狀，分析與探討了超重型數控龍門移動鏜銑床的總體及各部件的研發設計。

1 超重型數控龍門移動鏜銑床發展趨勢及現狀

1.1 國外技術發展趨勢及現狀

國外生產數控龍門鏜銑床廠家包括德國瓦德里希科堡公司、德國西斯公司、美國英格索爾公司等。其中最具代表性的是德國瓦德里希科堡公司，其功率與規格最大的鏜銑床加工中心為Pwoer Tec 系列，設計的鏜銑床移動龍門立柱之間的最大距離是10m，升高衡量高度最大為10m，是全球數控龍門鏜銑床生產最好的一家機床制造企業。德國西斯公司的生產主業務為超大型數控機床的設計與制造，其數控機床產品主要有三類：大型數控落地鏜銑床、大型數控立車以及大型數控龍門鏜銑床，該企業設計制造過回轉直徑最大值超過12m 的大型數控機床30 多臺。目前，美國英格索爾公司所生產的具有最大規格的數控鏜銑床是V10 系列，采用單龍門定梁結構，龍門軸最大行程值是30m，橫梁體最大長度12m，龍門立柱之間的最大距離是10m，該類鏜銑床具有較大的型號規格與較高的穩定性，然而，價格卻比較高。

1.2 國內技術發展趨勢及現狀

我國具有代表性的數控機床生產企業有北京第一機床廠、湖北武漢重型機床公司，這是最早設計制造數控鏜銑床的兩家企業，隨著近年來的不斷升級、發展與進步，數控機床企業積累了更多加工、生產以及制造經驗，具備了超重型、重型數控龍門移動鏜銑床設計研發實力。但是，北京第一機床廠、武漢機床廠兩家企業的機床設計生產途徑卻有所不同，其中北京第一機床廠是以國際先進技術為依托，設計研發出超重型龍門鏜銑床，然而，其橫梁、主軸等重要零部件卻主要依賴E1 產品。湖北武漢機床公司堅持引進先進技術和自主研發相結合發展模式，和世界著名機床企業展開針對性技術交流與合作，積極吸收借鑒西方先進生產技術工藝，并借助院校技術研發優勢，實現關鍵技術的聯合攻關，重點是走出了一條產學研用密切結合的科研道路，實現了數控鏜銑床自主設計研發的目標。

2 超重型數控龍門移動鏜銑床總體設計

2.1 超重型數控龍門移動鏜銑床總體布局

整體布局設計超重型數控龍門移動鏜銑床過程中，必須嚴格遵循國家規定布局設計要求。鏜銑床總體布局為在地基中固定彼此平行的兩條床身，兩臺超重型數控龍門移動鏜銑床的床身是一個，也就是說，兩臺鏜銑床在兩條床身中處于相對移動狀態。床身中間設有固定工作平臺。兩臺鏜銑床分別是超重型數控定梁龍門移動鏜銑床和超重型數控動梁龍門移動鏜銑床。

超重型數控龍門移動鏜銑床內部橫梁能夠自由移動于龍門框架立柱，而定梁龍門鏜銑床的橫梁在龍門立柱中固定，不可移動。動梁龍門橫梁中配有一個調速鏜銑頭，且功率比較大，而定梁龍門橫梁中配有對稱放置的兩個調速鏜銑頭，功率也較大。調速鏜銑頭通過溜板中連接橫梁。

數控定梁鏜銑頭中包含進給坐標軸五個，而動梁鏜銑頭中包含進給坐標軸四個。將可移動懸掛操作室設計在動梁龍門前端，操作室中設有操作面板，操作室能夠在懸掛裝置軌道中任意移動龍門框架，為便于操作，配備了電子手輪。橫梁導軌與立柱導軌中均設有機床導軌防護罩，以有效保護導軌。

2.2 動梁龍門移動鏜銑床設計和定梁龍門移動鏜銑床設計

動梁龍門鏜銑床的基礎件包括橫梁、床身、工作臺以及立柱等，這些基礎件的制造材料為樹脂砂強度較高的優質鑄鐵，在時效處理之后，應用于鏜銑床中，從而形成剛度較強的龍門框架結構，如圖1 所示。對動梁龍門鏜銑床滑枕式鏜銑頭進行設計過程中，為提升主軸的剛度性能，有必要相應縮短主軸旋轉軸的長度，從而使主軸傳動形勢得到有效改變，提升結構的精密性，一方面有助于節約空間，另一方面，還有助于降低主軸溫度，降低鏜銑頭變形率。為對滑枕式鏜銑頭進行有效保護，提升鏜銑頭應用壽命，應該將溫度反饋裝置安裝在主軸中，以實時監控主軸軸承溫度，同時設置軸承冷卻裝置，如果軸承運轉過程中溫度比較高，那么需要冷卻軸承，以對主軸軸承安全性能進行有效保護。

圖1 動梁龍門示意圖

對定梁龍門鏜銑床鏜銑頭進行設計過程中，應該選擇行程比較短的滑枕式鏜銑頭，同時在設計過程中分離滑枕式鏜銑頭與主傳動箱，方便主傳動箱的定位與轉動。龍門鏜銑床主軸頭主軸和主傳動箱輸出軸間采用MAYR 傳動軸連接（德國制造），由于傳統連接軸所選材料使用鋼件，該材料具有較大慣性、質量比較大，具有較高的加工精度，而且很難解決動平衡問題。當前所用傳動軸，則存在大扭矩與高剛性優勢，鋼片有效調節傳動軸軸節間的運轉，能夠有效調整滑枕末端輸出軸和主軸所存在的不同心問題，降低主軸震動率，使主軸精度、回轉速度以及可靠性等得到不斷提升。因為附件銑頭在轉位期間，鏜銑頭滑枕旋轉體與銑頭處于連接狀態，旋轉體高剛度能夠為附件銑頭轉位不偏斜提供重要保障，同時，保證銑頭有著可靠、平穩的轉位。

圖2 定梁龍門示意圖

2.3 超重型數控龍門移動鏜銑床液壓控制系統設計

設計超重型數控龍門移動鏜銑床的液壓控制系統過程中，必須全面了解超重型數控龍門移動鏜銑床導軌軸數量與具體分布位置，同時還應該考慮到鏜銑床液壓控制系統在W軸、X 軸、Z 軸以及Y 軸中廣泛分布，所以有必要將小流量多泵頭安裝在液壓控制系統中，從而保證在導軌為鏜銑床提供靜壓油過程中可以實現流量穩定與均衡。

在超重型數控龍門鏜銑床內，液壓控制系統的多數組件均存在應用價值，所以在對其設計過程中，必須依照組件的差異性為液壓控制系統提供多樣化需求，確保設計方案得到靈活轉變，若部分組間具有較大的液壓控制系統需求量，則在對液壓控制系統設計過程中，應該從控制主系統中將該部分組件分離出來，依照控制單元實際分布情況，應該在部件周圍控制單元內安排液壓控制系統。由此，一方面有助于降低主油箱消耗與液壓損失；另一方面，還有助于分散主控制系統的運行壓力，使液壓控制系統運行穩定性得到不斷提升，防止機械工作過程中發生延時情況，從而使超重型數控龍門移動鏜銑床的安全性與可靠性得到提升。

2.4 超重型數控龍門移動鏜銑床主油箱設計

通過分析超重型數控龍門移動鏜銑床的綜合設計發現，若超重型數控龍門移動鏜銑床內部有著過長的輸油管路，那么就很可能會造成零部件內部油泵出現過大的運行功率，一方面會加大超重型數控龍門移動鏜銑床損耗，導致回油速度的降低，另一方面還會導致資源的嚴重浪費。所以，在對主油箱進行設計過程中，必須依照超重型數控龍門鏜銑床的整體布局展開針對性設計。在設計超重型數控龍門移動鏜銑床主油箱過程中，為降低由于回油速度慢等因素導致的主油箱缺油問題，應該將主油箱分別設置在定梁龍門與動梁龍門中，確保主油箱能夠同時為兩條機床補充所需油份。同時，為確保超重型數控龍門移動鏜銑床能夠實現安全、平穩運行，有必要將液位器安裝在兩大主油箱中，從而實時監測主油箱的實際油位情況，如果油箱的油位相對比較低，那么液位器就會自動發出報警信號，提示為油箱補充足夠的油份。如果油箱的油位相對比較高，則必須及時暫停補油。安裝液位器一方面能夠避免液壓部件和油箱間發生延程浪費，另一方面，還能實時監控數控龍門鏜銑床的油箱情況。

3 結語

本文通過分析探討超重型數控龍門移動鏜銑床整體構造，深入探討動梁龍門移動鏜銑床與定梁龍門移動鏜銑床兩者的設計，以期能夠實現超重型數控龍門移動鏜銑床的優化與質量提升。基于當前我國工業產業的實際發展需求，研究超重型數控龍門移動鏜銑床的科學研發設計工作，主要目的在于幫助有效解決國內工業生產中超大型或者大型機械零部件的加工問題，從而使我國超重型、重型數控機床設計制造水平得到不斷提升，有助于數控機床設計行業能夠挺進全球先進行列。