一種新型臥式車床結構的探索*

□ 王毅哲 □ 王益軒

1.陜西工業職業技術學院 陜西咸陽 712000 2.西安工程大學機電工程學院 西安 710048

1 現有臥式車床結構存在的問題

在普通臥式車床和數控車床中，床身上方的導軌上安裝了尾座、拖板箱等，如圖1所示，該結構在靜態狀態下，床身的剛度和精度均沒有問題，但在使用過程中，卻經常出現床身剛度差、加工精度低等問題，現對該結構上存在的主要問題分析如下。

（1）刀架設置在床身外側，機床占地面積大，結構不夠緊湊；因機床結構不對稱，加工中熱變形嚴重。

（2）在車削加工中，因車刀受力不合理，會造成床身的形變，影響加工精度。

（3）熱膨脹是各種金屬和非金屬材料的固有特性，機床在加工時，有許多部件和部位會產生大量熱量，如電機、滾動軸承、刀具與工件的切削部位、液壓系統等，這些產生熱量的部件和部位稱為熱源；熱源產生的熱量，通過傳導、對流、輻射會傳遞到機床的各個部件，引起溫升，產生熱膨脹；由于熱源分布的不均勻，各熱源產生的熱量不等以及各零部件的質量不均勻，形成機床各部位溫升不一致，從而產生不均勻的溫度場和不均勻的熱膨脹變形，破壞了刀具與工件的正確相對位置，影響加工精度。

2 臥式車床結構改進設計方案

2.1 改進后的臥式車床總體結構布局

改進后的結構如圖2所示，它是一個對稱布置的床身，可以提高定位精度，減少床身自重對加工精度的影響。床身上設置兩條導軌，主軸箱被安裝在導軌上方，尾座設置在導軌上，其軸線與主軸箱軸線同軸，并且能沿導軌方向左右移動。在導軌上設置一個轉盤，轉盤上安裝刀架，位于主軸下方，可以沿豎直方向上下移動，并能沿導軌左右移動，如圖3所示。

2.2 采用熱對稱結構

新結構對熱源采用對稱分布設計，這樣在產生熱變形時，可保證工件或刀具回轉中心的中心線位置不變，降低熱變形對加工精度的影響。由于主軸沿主軸中心對稱，主軸頭架左右兩部分的熱膨脹量大致相等，主軸熱膨脹僅發生在豎直方向。

3 效果展望

改進后的臥式車床刀架被安裝在轉盤上，這樣可以安裝多把刀具。轉盤被安裝在與主軸尾座平行的軸線上，可以沿X軸方向移動。刀架被安裝在主軸和尾座下方，可以減小床身尺寸。

▲圖1 普通臥式車床的導軌安裝

▲圖2 改進后臥式車床的導軌安裝

▲圖3 刀架移動狀況

該機構中的刀架在切削工件時，切削力作用在垂直于床身表面上，可以提高床身剛度，減少切削力帶來的床身變形，提高加工精度。

主軸下方設計成中空腔體，刀架可以放置在主軸下方，收縮進主軸的腔體內，可以節省前后方向的空間。刀架距離主軸更近，縮短了傳動鏈，提高了傳動精度。

此外，采用熱對稱布局的床身機構，可以減少熱膨脹引起的床身變形，提高床身精度。

[1]王益軒，朱繼梅.大型汽輪發電機定子端部繞組的動態仿真模型[J].機械工程學報， 2005，41（9）：217-222.

[2]王曉煜，賈振元，楊帆，等.龍門加工中心橫梁部件的拓撲優化設計與分析[J].制造技術與機床，2009（11）：64-68.

[3]吳良寶，張年松，張立.CK1440型數控車床床身動態特性分析[J].機械制造與自動化，2011，40（6）：18-19.