一種基于流水線加工的新型機(jī)床結(jié)構(gòu)

蔣 曄

（常州紡織服裝職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 常州 213164）

中國(guó)制造業(yè)的有效出路之一就是是實(shí)行產(chǎn)業(yè)升級(jí)，珠三角、長(zhǎng)三角目前的生產(chǎn)成本已開始超過(guò)許多東南亞國(guó)家，對(duì)傳統(tǒng)勞動(dòng)密集型產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生巨大影響。由于制造業(yè)的相對(duì)落后，國(guó)家著力促進(jìn)先進(jìn)裝備制造業(yè)的發(fā)展。而流水線生產(chǎn)恰恰可以彌補(bǔ)企業(yè)面臨用工荒、用人成本高等問(wèn)題，迎合了國(guó)家制造業(yè)發(fā)展的大趨勢(shì)。

流水線生產(chǎn)是指按工藝順序排列的若干自動(dòng)機(jī)床和設(shè)備，用自動(dòng)裝卸傳遞裝置和自控裝置聯(lián)系起來(lái)的自動(dòng)作業(yè)線。采用流水線加工生產(chǎn)可以縮短生產(chǎn)周期、提高生產(chǎn)效率。最重要是可以將員工從繁重的體力勞動(dòng)中解放出來(lái)。全自動(dòng)流水生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)在中國(guó)尚屬新興產(chǎn)業(yè)，在未來(lái)的加工領(lǐng)域有很好的前景。

1 加工零件工藝分析

加工的零件為連桿架，屬于紡織機(jī)械中經(jīng)編機(jī)上的一個(gè)關(guān)鍵零件，具體現(xiàn)狀如圖一所示，該流水線為常州潤(rùn)源機(jī)械有限公司開發(fā)，能實(shí)現(xiàn)五種連桿架的加工，總投資500多萬(wàn)。整個(gè)流水線上共有30個(gè)工位，所有工位均為自動(dòng)化數(shù)控加工，現(xiàn)舉其中的兩個(gè)范例說(shuō)明。

（1）每種連桿架都有14°的斜面，并且在斜面上有4個(gè)M12和8個(gè)M8的螺紋孔。所以該階段的加工工藝為：銑削14°斜面——鉆M8螺紋底孔—攻絲M8螺紋——鉆M12螺紋底孔—攻絲M12螺紋。

（2）兩個(gè)Φ15的豎直孔需要鉆削，在流水線上加工時(shí)也采用橋梁式外形結(jié)構(gòu)。

圖1 連桿架的外形

2 機(jī)床結(jié)構(gòu)分析

在所有工位的機(jī)床底座兩側(cè)均有安裝的方箱，和機(jī)床底座連成一體，鑄造而成。在方箱上可安裝機(jī)床立柱，在立柱上安放框形主橫梁。在框形主橫梁上再安裝分橫梁、動(dòng)力頭和電機(jī)等部件。

針對(duì)范例1，設(shè)計(jì)機(jī)床結(jié)構(gòu)如圖2所示，數(shù)個(gè)工位連成一排，由于兩頭都有定位，每個(gè)框形橫梁的定位面共有4個(gè)，所以機(jī)床的剛性好，受切削力的影響小，從而提高了加工的形狀精度和位置精度。

圖2 五工位機(jī)床外形圖

在框形主橫梁和分橫梁上分2組安裝高精度和大載荷的線性導(dǎo)軌，主軸頭可以實(shí)現(xiàn)兩軸聯(lián)動(dòng)。立柱和橫梁均采用高質(zhì)量鑄鐵，在加工中有很好的吸振效果。由于加工的面和孔均有14°的斜度，所以在框形主橫梁上均設(shè)計(jì)有斜度部分。具體形狀見圖3所示，如果加工零件均為水平面和豎直孔，可直接將框形主橫梁設(shè)計(jì)為水平結(jié)構(gòu)。

圖3 14°斜度銑削工位圖

針對(duì)范例2，由于只需要做兩個(gè)孔，直接做成一軸聯(lián)動(dòng)，在水平框形橫梁下安裝一組線性導(dǎo)軌即可完成。在鉆孔采用液壓鉆孔動(dòng)力頭，動(dòng)力頭本身有一定行程的進(jìn)給，所以結(jié)構(gòu)相當(dāng)簡(jiǎn)單，具體如圖4所示。

圖4 豎直孔的鉆削工位

3 受力分析

通過(guò)簡(jiǎn)單比較懸臂梁和簡(jiǎn)支梁的受力情況，可以獲得傳統(tǒng)的懸臂梁機(jī)床結(jié)構(gòu)受的最大扭矩是橋梁式龍門機(jī)床結(jié)構(gòu)的兩倍左右。將基于Kane方程的Huston方法推廣應(yīng)用于空間懸臂梁的動(dòng)力學(xué)分析，建立其動(dòng)力學(xué)方程，并針對(duì)該方程數(shù)值求解的困難，進(jìn)行有限元強(qiáng)度校核，發(fā)現(xiàn)如果將懸臂梁作為由若干梁?jiǎn)卧M成多體系統(tǒng)的彈性件的話，在受切削振動(dòng)力的影響時(shí)，懸臂梁的最大應(yīng)力變形是簡(jiǎn)支梁的兩倍以上。因此橋梁式龍門機(jī)床結(jié)構(gòu)極大提高了機(jī)床的加工精度。

4 結(jié)語(yǔ)

橋梁式龍門機(jī)床結(jié)構(gòu)適用于機(jī)械加工流水線上主軸處于立式或傾斜的所有工序，應(yīng)用面廣，強(qiáng)度高，具有極大的推廣價(jià)值。

［1］趙洪志，楊剛.球頭碗球面加工組合機(jī)床設(shè)計(jì)［J］.工藝與裝備，2007，（1）.

［2］談國(guó)華，陸志明.談自動(dòng)化生產(chǎn)流水線的設(shè)計(jì)與應(yīng)用［J］.雷達(dá)與對(duì)抗，1993，（1）.

［3］西門子公司.先進(jìn)數(shù)控機(jī)床的線性技術(shù)［J］.產(chǎn)品聚焦，2005，（2）.

［4］馬吉?jiǎng)?空間懸臂梁的動(dòng)力學(xué)分析與迭代求解［J］.力學(xué)與實(shí)踐，1998，（2）.