大型龍門機(jī)床的優(yōu)化和創(chuàng)新設(shè)計

■ 漢川數(shù)控機(jī)床股份公司 （陜西漢中 723003） 黨 文 薛 武

1.機(jī)床工作臺支撐墊鐵創(chuàng)新設(shè)計

大型機(jī)床支承工作臺的支承墊鐵，要求承載高，安裝調(diào)試方便，精度穩(wěn)定性好。同時對工作臺的剛性強(qiáng)度影響小。公司以前設(shè)計的各種機(jī)床墊鐵中，個別墊鐵可以使用，但對工作臺的結(jié)構(gòu)鋼性影響較大。

新研發(fā)的墊鐵結(jié)構(gòu)如圖1所示，支承螺桿的螺紋大（M52×2mm），承載面積增大，在結(jié)構(gòu)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(bǔ)償作用，提高了工作臺安裝精度和精度的穩(wěn)定性。此種墊鐵優(yōu)點：①承載力大，安裝、調(diào)整都簡單。②成本低，對工作臺的剛性強(qiáng)度影響小。

2.主軸箱滑枕與銑頭聯(lián)接結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計

主軸箱設(shè)計時，對滑枕－銑頭聯(lián)接結(jié)構(gòu)作了如下改進(jìn)：①將銑頭拉緊機(jī)構(gòu)的固定方式由螺紋聯(lián)接改為如圖2所示的端面壓緊結(jié)構(gòu)，通過修磨調(diào)整墊厚度保證銑頭連接板壓緊拉緊機(jī)構(gòu)。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(diào)整結(jié)構(gòu)，通過修磨定位塊的內(nèi)側(cè)面保證鍵槽的高對稱度。

兩者比較，改進(jìn)后有以下優(yōu)點：①將拉緊機(jī)構(gòu)的固定方式由力鎖緊改為形狀鎖緊，大大提高了結(jié)構(gòu)的可靠性，同時降低了加工和裝配難度。②這一改進(jìn)的本質(zhì)是通過設(shè)置調(diào)整環(huán)節(jié)，使銑頭連接板的“聯(lián)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(diào)整，同時鍵槽損傷后只需更換定位塊，節(jié)省維修成本和時間。

圖 1

圖 2

3.基于有限元分析的橫梁創(chuàng)新設(shè)計

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

圖 3

圖 4

通過對橫梁進(jìn)行有限元分析，加深了我們對此類零件變形行為的認(rèn)識，也為后續(xù)改進(jìn)積累了經(jīng)驗，例如，隨著橫梁跨距的增大，扭轉(zhuǎn)變形逐漸占據(jù)主導(dǎo)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(shù)，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(jié)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(chǎn)品橫梁的分析。

在大型龍門機(jī)床大件設(shè)計中應(yīng)用有限元分析技術(shù)，其技術(shù)經(jīng)濟(jì)價值不容忽視。利用有限元分析技術(shù)可以：①快速比較不同的設(shè)計方案，并選出最優(yōu)的設(shè)計，提高了設(shè)計工作的效率。②在設(shè)計階段就能對大件的受力變形等有一個直觀的認(rèn)識，還可以發(fā)現(xiàn)被忽視的薄弱環(huán)節(jié)并加以改進(jìn)。③超重型大件成本高昂，設(shè)計、制造和運輸?shù)热魏我粋€環(huán)節(jié)都不容有失，利用有限元分析技術(shù)有利于減少產(chǎn)品開發(fā)的風(fēng)險。④分析的結(jié)果還可以用于指導(dǎo)零件加工和裝配。

4.結(jié)語

綜上所述，通過對機(jī)床工作臺支撐墊鐵創(chuàng)新設(shè)計，主軸箱滑枕與銑頭聯(lián)接結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，基于有限元分析橫梁的創(chuàng)新設(shè)計，大幅降低了生產(chǎn)成本，縮短了生產(chǎn)周期，提高了機(jī)床的精度和穩(wěn)定性。目前這些設(shè)計結(jié)構(gòu)已使用在我公司的大型龍門機(jī)床上。