立式車銑復合數控機床關鍵部件的結構設計*

付川川

（齊齊哈爾工程學院，黑龍江 齊齊哈爾 161000）

現階段，制造業是我國經濟發展的支柱產業，其中數控機床是現代制造業的核心裝備，該設備的功能與先進性直接影響制造業的可持續發展。我國數控機床在產業規模、質量以及系列規格方面均獲得了顯著的提升，但高檔數控機床過度依賴進口的現象并未得到有效解決。對此，我國應加強對數控機床研發設計的研究，尤其是關鍵部件的結構設計，進一步滿足當前數控機床的加工與操作要求。

1 我國立式車銑復合數控機床的發展應用

近年來，我國一直以西門子、法拉克等國際高檔數控系統為參照，增加國產數控系統關鍵部件的功能，且已經達到國際先進標準，如作為高檔數控機床關鍵功能部件的雙擺頭銑頭，其轉速可達到24 000r/min 和1 600r/min。但在技術服務能力方面，我國數控機床企業相較于國外知名企業仍舊存在一定的差距，后者已經能夠針對不同用戶的加工對象以及工藝需求提供特定的技術服務，如機床設計、工藝方案制定、切削參數設置等。很多生產制造企業在采購高檔數控機床時一般對標實際零件的加工需求，因此國外企業這種能夠基于產品加工需求提供全套解決方案的技術服務模式無疑更具市場競爭力，這是未來一段時間內我國機床企業需要完善的重點內容。

1.1 車銑復合加工技術

車銑復合加工技術最大的優勢在于能利用同一臺機床設備實現多樣化的加工目標，即在一臺數控機床上整合多種加工工藝和技術，滿足現今生產制造業越來越個性化的生產加工需求。此外，這項功能還可以縮小車間的占地面積，促進企業經營效益的提升。車銑復合加工設備雖然價格較昂貴，會消耗大量的前提投入，但在實際生產的過程中，多種加工制造功能的融合可以有效減少企業在設備方面的整體投資，同時加工工藝的優化還可以簡化生產過程中的產品轉換步驟，實現流動成本、人力成本以及管理成品的降低。如此一來，企業的整體經濟效益必然能夠得到提升。

1.2 立式車銑復合數控機床

隨著科學技術的持續發展，現代機械制造領域發生了巨大的變化。機械產品結構的復雜化以及對性能、精度不斷提高的要求，推動著生產設備性能的持續優化。誕生于20 世紀50 年代的數控機床正好滿足了高精密產品的生產要求。經過半個多世紀的發展之后，數控機床的類型變得越來越多樣化，其功能也更加豐富強大，比如對復雜形狀工件的加工，數控程序可靈活編程調整，操作者和機床可以在時間和空間上進行分離，機床結構模塊化，可實現刀具和工件的自動變化，等等。

目前，立式車銑復合數控機床是生產制造領域常用的一種數控機床類型，與傳統機床相比，立式車銑復合數控機床擁有更加強大的性能和豐富的功能，可對工件進行多道加工工序的處理，只需一次裝夾就可以完成所有加工工序，有效避免了多次裝夾定位所帶來的加工誤差。此外，裝夾工序的簡化使零件加工的整體效率得到顯著提升，加工成本也隨之降低。具體來講，立式車銑復合數控機床加工的優勢主要表現在以下幾個方面：

首先，傳統機床在車削加工的過程中，其曲軸頸與其他偏心凸輪零部件所具有的偏心質量有可能導致不平衡問題，影響零件加工的精確度。采用立式車銑復合數控機床進行加工時，則可以對加工速度進行靈活的控制調整，避免負面影響的出現。

其次，立式車銑復合數控機床提高轉速的同時，其切削加工的質量也要優于傳統機床，原因在于其提高了薄壁桿件以及細長桿件的精確度，可以更加精準地控制切削力，提高工件成型的加工質量。

再次，立式車銑復合數控機床在生產加工的過程中，可以將切削速度分解為工件旋轉和工具回轉的相關速度，機床先進技術可以加快刀具回轉速度，同時避免旋轉速度存在的問題，確保加工生產的順利完成。此外，在加工一些大型鍛件的毛坯時，立式車銑復合數控機床可以在保持極高加工速度的同時，預防工件偏心所誘發的不良震動以及徑向切削力波動問題，保障工件切削的穩定性，最大限度地避免誤差。

再次，立式車銑復合數控機床在生產加工中可以對工件的離心力進行有效控制，避免工件變形，提高生產加工的精確度。

最后，立式車銑復合數控機床的應用可以減少工件裝夾操作的次數，其擁有的在線檢測功能可以動態分析工件的精確度，提高整個加工作業的精準度。立式車銑復合數控機床應用于制造業生產加工的一個關鍵要點就是，關鍵部件的結構設計應基于科學發展的原則，采用正確的結構設計方法進行處理，實現機床功能的優化改進，更好地滿足現今工作的需求，獲得理想的工作的效果，實現各方面設計工作質量的全方位提升。

2 立式車銑復合數控機床關鍵部件的結構設計

立式車銑復合數控機床在現代制造業中的應用有效解決了復雜平面加工、曲面加工等方面的問題，極大地強化了機械設備的加工能力。在對其關鍵部件進行結構設計的過程中，應該遵循正確的結構設計觀念，以科學化的方式提升設計工作水平，促進機床加工性能的提高。

2.1 工作臺主軸部件的結構設計

立式車銑復合數控機床工作臺結構設計的要點在于主軸（C 軸）設計，直接影響著加工的精度。在實際運行中，主軸主要負責承載和帶動工件的回轉運動，以保證分度定位的精確。從目前來看，工作臺的主軸設計方式主要有三種，一是雙列圓柱滾子類型和高精確度推力滾柱類型的軸承組合形式，其優點是能夠同時強化徑向和軸向的剛度以及荷載承受力，但這種設計方式也存在一定的不足，即主軸轉速以及精度會受到明顯的限制。二是單列圓錐呈現出相互交叉態勢的滾子軸承設計形式。在這種形式下，軸承擁有更加強大的抗翻傾扭矩性能，同時還具有噪聲低、發熱少、潤滑油材料用量少等優點[1]。但實際安裝的難度過高，對加工工作和裝配工作的工藝技術也有著很高的要求，需要投入更多的成本。三是靜壓軸承類型的設計形式，其優點是運轉功能良好，且具有較強的表面加工性能，工作臺軸承的磨損問題也會得到顯著改善，加工精準度以及機床的使用壽命將獲得大幅度提升。例如在誤差控制方面，可以有效降低制造期間因一些不準確因素而造成的負面影響。由于軸承各個軸面的溫度分布具有均勻性，因此基本上不會出現熱膨脹的問題。

基于上述三種不同設計方式的優劣，機床企業在進行立式車銑復合數控機床工作臺主軸設計的過程中，要根據實際需求選擇最合適的設計方式，并遵循因地制宜的原則，實現軸承關鍵部件性能的有效改善。

2.2 鏜銑滑枕關鍵部件結構設計

滑枕是立式車銑復合數控機床的關鍵部件之一，其設計質量會對機床的整體使用性能產生明顯影響，因此必須采用高精度的設計方式。在結構設計的過程中，應在其頂端設置動力電機系統和減速機系統，通過傳動軸的零部件實現功能優化，并為滑枕下方的附件提供一定的支撐，為附件頭提供更加強大的動力，并增加潤滑通道。此外，電機設備外部設計還可以達到提高功率和扭矩的效果，因此立式車銑復合數控機床結構設計中多采用此類滑枕設計方式[2]。需要注意的是，在設計工作中，應盡可能采用科學合理的方式提高關鍵部件的精確度，以此提高生產線中工件加工的精確性，促進其工作模式的優化。

2.3 工作臺恒流靜壓結構設計

立式車銑復合數控機床工作臺恒流靜壓結構設計多采用恒流靜壓導軌技術，設置12 頭等量類型的齒輪分流器設備。在具體設計中需要特別注意一點，即保證單泵單腔可以向工作臺的導軌腔提供均勻的恒流供油，這樣可以有效減少壓力損失以及溢流損失。由于這種設計方式的發熱量很低，因此基本上不會出現工作臺面變形的現象，可以最大限度地確保工件切削的精度[3]。具體設計方式如下：

首先，明確統計與導軌尺寸相關的數據，為后續設計工作的開展提供支撐。數控機床工作臺底座導軌的尺寸應經過反復的設計驗算之后才能最終確定，以保障設計方案的科學合理。

其次，確定工作臺導軌油膜的間隙。以科學化原則為指導，綜合考慮加工特點、工作臺臺面耐磨材質以及刮研工藝技術等多方面因素，將最大限度地提高工作精確度作為目標。一般情況下，油膜間隙處于0.07mm ～0.11mm 時，更有利于整體設計工作精確度的提高[4]。

最后，做好相關受力特點和實際情況的估算處理。簡單來講，就是通過精準計算及時發現設計工作中存在的組織結構運行問題，進而針對性地采取措施予以解決。例如，在相關主電機傳動齒輪方面，考慮到其對于齒圈發揮著一定的作用力，應通過特定的工作進行計算對照。再如，通過創建坐標軸系統的方式對切削力進行分離和計算。

除此之外，所有參與立式車銑復合數控機床關鍵部件結構設計的人員在工作中必須具有與時俱進的設計意識和因地制宜的設計原則，根據數控機床關鍵部件的特點以及實際情況，最大限度地保障其整體結構設計的科學性，避免其在實際生產加工作業的過程中出現問題[5]。

3 結束語

綜上所述，立式車銑復合數控機床是現階段我國現在制造業零部件加工的關鍵設備，為了保障其加工精度，需要對其中的關鍵部件進行高精度設計，尤其是主軸系統、鏜銑滑枕系統以及恒流靜壓系統，在結構設計的過程中都需要嚴格遵循科學化的原則，合理選擇設計方式，提升其生產過程中的運行性能，提高加工的準確度，從而促進我國現代制造業水平的不斷提升。