一種用鋁型材做結(jié)構(gòu)件的機(jī)床設(shè)計(jì)

趙金宇，樊 剛

（沈陽(yáng)優(yōu)尼斯智能裝備有限公司 遼寧 沈陽(yáng) 110142）

眾所周知，工業(yè)鋁型材具有質(zhì)量輕、成型優(yōu)、強(qiáng)度高、耐腐蝕、壽命長(zhǎng)、可再生、少污染、維護(hù)費(fèi)低等多種優(yōu)點(diǎn)，在眾多材料中脫穎而出，已經(jīng)成為了現(xiàn)階段諸多機(jī)械、建筑等行業(yè)的最愛(ài)；同時(shí)，在機(jī)床行業(yè)，由于鋁型材自身成批量出產(chǎn)的特點(diǎn)，對(duì)于機(jī)床實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)化提供了有利保障，成為了未來(lái)機(jī)床行業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)。

鋁型材機(jī)床的缺點(diǎn)是，由于質(zhì)量輕，因此對(duì)于機(jī)床搭建上的結(jié)構(gòu)要求非常嚴(yán)格，如若安排不合理，極易在機(jī)床加工工件時(shí)產(chǎn)生共振現(xiàn)象，對(duì)機(jī)床精度及加工出工件的精度產(chǎn)生極大影響。

這種用鋁型材搭建框架而研發(fā)的一種框架式智能高速鉆攻中心機(jī)床，降低了機(jī)床整體重量，提高了機(jī)床穩(wěn)定性及機(jī)床裝配效率；安裝機(jī)床防護(hù)時(shí)更加便捷、高效，同時(shí)解決了機(jī)床加工工件時(shí)產(chǎn)生共振現(xiàn)象及機(jī)床精度等問(wèn)題。

搭建技術(shù)方案：框架式智能高速鉆攻中心機(jī)床，包括床身、床身底座、滑座、框架、主軸箱、三角壓板，床身與床身底座通過(guò)螺釘連接，滑座與床身通過(guò)床身上滑塊用螺釘連接，其特征在于：框架是鋁型材由垂直方向高度一致的立柱及立柱上方水平放置的小柱搭建而成，小柱與立柱通過(guò)中間過(guò)渡板連接，用三角壓板固定前后左右四個(gè)方向，立柱底部固定在床身底座上，通過(guò)壓板及螺釘固定，主軸箱與鋁型材框架通過(guò)渡板、T型螺母與螺釘連接。所述立柱其槽內(nèi)放置足夠數(shù)量的T型螺母便于后續(xù)安裝固定。圖中所述立柱為6根型材組成，在初期研發(fā)階段嘗試用4根型材搭建，但搭建后穩(wěn)定性差，切削實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，共振現(xiàn)在非常嚴(yán)重，同時(shí)對(duì)上方主軸箱支撐不夠，主軸方向精度很不理想，因此對(duì)方案進(jìn)行重新改進(jìn)，改用6根型材搭建，搭建后穩(wěn)定性明顯升高（圖2），切削實(shí)驗(yàn)中，共振現(xiàn)象基本沒(méi)有，非常穩(wěn)定。同時(shí)，此次研發(fā)期間也嘗試用8根等不同數(shù)量的型材進(jìn)行搭建，但搭建后效果都不是很理想，因此選用6根。選擇這種形式的框架，相對(duì)于懸臂式等穩(wěn)定性更好，我們可以從應(yīng)力的計(jì)算公式σ=Ws/A得出：在Ws兩者相同的情況下，框架式的截面積A更大，因此其應(yīng)力更小，穩(wěn)定性相對(duì)于懸臂式的更好。

圖1

空間位置關(guān)系如圖1中坐標(biāo)所示。滑座移動(dòng)方向?yàn)閄向（左右）、床身移動(dòng)方向?yàn)閅向（前后）、主軸箱移動(dòng)為Z向（上下）。

適用范圍及工作原理，該機(jī)床適用于加工板類、盤(pán)類、模具及小型殼體類復(fù)雜零件，能完成銑削、鏜削、鉆削、攻螺紋和加工切削螺紋等工序。該款鋁型材機(jī)床搭載沈陽(yáng)機(jī)床集團(tuán)自主研發(fā)的i5數(shù)控系統(tǒng)，數(shù)控系統(tǒng)通過(guò)對(duì)輸入的數(shù)字和字符等信息進(jìn)行一系列處理后，再通過(guò)伺服系統(tǒng)及可編程序控制器向機(jī)床主軸及進(jìn)給等執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令，機(jī)床主體則按照這些指令，并在檢測(cè)反饋裝置的配合下，對(duì)工件加工所需的各種動(dòng)作，如刀具相對(duì)于工件的運(yùn)動(dòng)軌跡、位移量和進(jìn)給速度等項(xiàng)要求實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，從而完成工件的加工。

鋁型材機(jī)床的優(yōu)點(diǎn)及有益技術(shù)效果：采用鋁型材機(jī)床，可以大大降低機(jī)床的整體重量，由于機(jī)床上部的整體重量變輕，使得機(jī)床的整體重心下移，可以大大提升機(jī)床的穩(wěn)定性能；在機(jī)床裝配過(guò)程中，改變了原有的裝配工藝，鋁型材搭建后通過(guò)整體精度調(diào)整找平后，機(jī)床整體再經(jīng)過(guò)機(jī)床加工重新找平，可以大大提高機(jī)床的裝配精度，而不會(huì)因裝配導(dǎo)致誤差積累；由于改為整體框架結(jié)構(gòu)，因此而重新進(jìn)行了防護(hù)間設(shè)計(jì)，改為整體防護(hù)，不容易出現(xiàn)共振現(xiàn)象，同時(shí)防護(hù)間的安裝只需與鋁型材框架結(jié)合即可，便捷效率大大提升；由于鋁型材的生產(chǎn)工藝性，使得鋁型材的出產(chǎn)率很高，因此在機(jī)床上的使用，可以使機(jī)床實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)化。

附圖說(shuō)明：

圖1是鋁型材搭建整體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是圖1中Ⅰ的局部放大圖，它描述了一種連接方式。

圖3是圖1中Ⅱ的局部放大圖，它描述了鋁型材的一種搭建方式。

圖4是圖1中Ⅲ的局部放大圖，它描述了上部型材與下部型材的結(jié)合方式。

圖中1是床身、2是滑座、3是中間過(guò)渡板、4是小柱、5是立柱、6是主軸箱、7是三角壓板。

具體實(shí)施方式：

為了使技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。

實(shí)施例1，如圖1所示，床身1與床身底座通過(guò)4個(gè)M18的螺釘連接；滑座2與床身1通過(guò)床身上滑塊用M8螺釘連接；立柱5放置前，在其槽內(nèi)放置足夠數(shù)量的T型螺母便于后續(xù)安裝固定，六根小柱4與垂直向六根立柱5通過(guò)中間過(guò)渡板3連接，再利用三角壓板7固定前后左右四個(gè)方向，同時(shí)利用立柱5槽內(nèi)的T型螺母使其與三角壓板7間利用螺釘固定，主軸箱4與鋁型材框架的連接通過(guò)過(guò)渡板、T型螺母與螺釘連接而成。

空間位置關(guān)系如圖1中坐標(biāo)所示，滑座移動(dòng)方向?yàn)閄向（左右）、床身移動(dòng)方向?yàn)閅向（前后）、主軸箱移動(dòng)為Z向（上下）。

機(jī)床切削過(guò)程中，X向由滑座帶動(dòng)工作臺(tái)實(shí)現(xiàn)，Y向由床身帶動(dòng)滑座實(shí)現(xiàn)，Z向由主軸伸縮實(shí)現(xiàn)深度切削。鋁型材框架相當(dāng)于立柱的作用，但不同于以往的是鋁型材框架更輕便；結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性更高；在精度調(diào)整上，由于改變了床身與立柱的垂直結(jié)構(gòu)，因此避免了床身與立柱垂直度不合等精度問(wèn)題。本次采用框架結(jié)構(gòu)一是其材料特性，輕便、耐腐蝕、安裝及拆卸、攜帶、搬移極為方便；二是其穩(wěn)定性、精度高；此外后續(xù)防護(hù)、刀庫(kù)、電器柜的安裝非常方便。