超重型數(shù)控龍門移動鏜銑床設(shè)計探討

熊天學(xué)

（云南紅河技師學(xué)院，云南 開遠 661600）

近年來，我國科技工業(yè)得到了不斷發(fā)展，關(guān)于航空航天工業(yè)、船舶工業(yè)、機械工業(yè)及核能利用等研究也更為深入，所以也逐漸提高了對機床設(shè)備的設(shè)計要求。為滿足工業(yè)發(fā)展需要，減輕重型機床生產(chǎn)壓力，設(shè)計生產(chǎn)出超重型數(shù)控龍門移動鏜銑床迫在眉睫。本文基于國內(nèi)外關(guān)于超重型數(shù)控龍門移動鏜銑床的研究現(xiàn)狀，分析與探討了超重型數(shù)控龍門移動鏜銑床的總體及各部件的研發(fā)設(shè)計。

1 超重型數(shù)控龍門移動鏜銑床發(fā)展趨勢及現(xiàn)狀

1.1 國外技術(shù)發(fā)展趨勢及現(xiàn)狀

國外生產(chǎn)數(shù)控龍門鏜銑床廠家包括德國瓦德里?？票す?、德國西斯公司、美國英格索爾公司等。其中最具代表性的是德國瓦德里?？票す?，其功率與規(guī)格最大的鏜銑床加工中心為Pwoer Tec 系列，設(shè)計的鏜銑床移動龍門立柱之間的最大距離是10m，升高衡量高度最大為10m，是全球數(shù)控龍門鏜銑床生產(chǎn)最好的一家機床制造企業(yè)。德國西斯公司的生產(chǎn)主業(yè)務(wù)為超大型數(shù)控機床的設(shè)計與制造，其數(shù)控機床產(chǎn)品主要有三類：大型數(shù)控落地鏜銑床、大型數(shù)控立車以及大型數(shù)控龍門鏜銑床，該企業(yè)設(shè)計制造過回轉(zhuǎn)直徑最大值超過12m 的大型數(shù)控機床30 多臺。目前，美國英格索爾公司所生產(chǎn)的具有最大規(guī)格的數(shù)控鏜銑床是V10 系列，采用單龍門定梁結(jié)構(gòu)，龍門軸最大行程值是30m，橫梁體最大長度12m，龍門立柱之間的最大距離是10m，該類鏜銑床具有較大的型號規(guī)格與較高的穩(wěn)定性，然而，價格卻比較高。

1.2 國內(nèi)技術(shù)發(fā)展趨勢及現(xiàn)狀

我國具有代表性的數(shù)控機床生產(chǎn)企業(yè)有北京第一機床廠、湖北武漢重型機床公司，這是最早設(shè)計制造數(shù)控鏜銑床的兩家企業(yè)，隨著近年來的不斷升級、發(fā)展與進步，數(shù)控機床企業(yè)積累了更多加工、生產(chǎn)以及制造經(jīng)驗，具備了超重型、重型數(shù)控龍門移動鏜銑床設(shè)計研發(fā)實力。但是，北京第一機床廠、武漢機床廠兩家企業(yè)的機床設(shè)計生產(chǎn)途徑卻有所不同，其中北京第一機床廠是以國際先進技術(shù)為依托，設(shè)計研發(fā)出超重型龍門鏜銑床，然而，其橫梁、主軸等重要零部件卻主要依賴E1 產(chǎn)品。湖北武漢機床公司堅持引進先進技術(shù)和自主研發(fā)相結(jié)合發(fā)展模式，和世界著名機床企業(yè)展開針對性技術(shù)交流與合作，積極吸收借鑒西方先進生產(chǎn)技術(shù)工藝，并借助院校技術(shù)研發(fā)優(yōu)勢，實現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)的聯(lián)合攻關(guān)，重點是走出了一條產(chǎn)學(xué)研用密切結(jié)合的科研道路，實現(xiàn)了數(shù)控鏜銑床自主設(shè)計研發(fā)的目標(biāo)。

2 超重型數(shù)控龍門移動鏜銑床總體設(shè)計

2.1 超重型數(shù)控龍門移動鏜銑床總體布局

整體布局設(shè)計超重型數(shù)控龍門移動鏜銑床過程中，必須嚴(yán)格遵循國家規(guī)定布局設(shè)計要求。鏜銑床總體布局為在地基中固定彼此平行的兩條床身，兩臺超重型數(shù)控龍門移動鏜銑床的床身是一個，也就是說，兩臺鏜銑床在兩條床身中處于相對移動狀態(tài)。床身中間設(shè)有固定工作平臺。兩臺鏜銑床分別是超重型數(shù)控定梁龍門移動鏜銑床和超重型數(shù)控動梁龍門移動鏜銑床。

超重型數(shù)控龍門移動鏜銑床內(nèi)部橫梁能夠自由移動于龍門框架立柱，而定梁龍門鏜銑床的橫梁在龍門立柱中固定，不可移動。動梁龍門橫梁中配有一個調(diào)速鏜銑頭，且功率比較大，而定梁龍門橫梁中配有對稱放置的兩個調(diào)速鏜銑頭，功率也較大。調(diào)速鏜銑頭通過溜板中連接橫梁。

數(shù)控定梁鏜銑頭中包含進給坐標(biāo)軸五個，而動梁鏜銑頭中包含進給坐標(biāo)軸四個。將可移動懸掛操作室設(shè)計在動梁龍門前端，操作室中設(shè)有操作面板，操作室能夠在懸掛裝置軌道中任意移動龍門框架，為便于操作，配備了電子手輪。橫梁導(dǎo)軌與立柱導(dǎo)軌中均設(shè)有機床導(dǎo)軌防護罩，以有效保護導(dǎo)軌。

2.2 動梁龍門移動鏜銑床設(shè)計和定梁龍門移動鏜銑床設(shè)計

動梁龍門鏜銑床的基礎(chǔ)件包括橫梁、床身、工作臺以及立柱等，這些基礎(chǔ)件的制造材料為樹脂砂強度較高的優(yōu)質(zhì)鑄鐵，在時效處理之后，應(yīng)用于鏜銑床中，從而形成剛度較強的龍門框架結(jié)構(gòu)，如圖1 所示。對動梁龍門鏜銑床滑枕式鏜銑頭進行設(shè)計過程中，為提升主軸的剛度性能，有必要相應(yīng)縮短主軸旋轉(zhuǎn)軸的長度，從而使主軸傳動形勢得到有效改變，提升結(jié)構(gòu)的精密性，一方面有助于節(jié)約空間，另一方面，還有助于降低主軸溫度，降低鏜銑頭變形率。為對滑枕式鏜銑頭進行有效保護，提升鏜銑頭應(yīng)用壽命，應(yīng)該將溫度反饋裝置安裝在主軸中，以實時監(jiān)控主軸軸承溫度，同時設(shè)置軸承冷卻裝置，如果軸承運轉(zhuǎn)過程中溫度比較高，那么需要冷卻軸承，以對主軸軸承安全性能進行有效保護。

圖1 動梁龍門示意圖

對定梁龍門鏜銑床鏜銑頭進行設(shè)計過程中，應(yīng)該選擇行程比較短的滑枕式鏜銑頭，同時在設(shè)計過程中分離滑枕式鏜銑頭與主傳動箱，方便主傳動箱的定位與轉(zhuǎn)動。龍門鏜銑床主軸頭主軸和主傳動箱輸出軸間采用MAYR 傳動軸連接（德國制造），由于傳統(tǒng)連接軸所選材料使用鋼件，該材料具有較大慣性、質(zhì)量比較大，具有較高的加工精度，而且很難解決動平衡問題。當(dāng)前所用傳動軸，則存在大扭矩與高剛性優(yōu)勢，鋼片有效調(diào)節(jié)傳動軸軸節(jié)間的運轉(zhuǎn)，能夠有效調(diào)整滑枕末端輸出軸和主軸所存在的不同心問題，降低主軸震動率，使主軸精度、回轉(zhuǎn)速度以及可靠性等得到不斷提升。因為附件銑頭在轉(zhuǎn)位期間，鏜銑頭滑枕旋轉(zhuǎn)體與銑頭處于連接狀態(tài)，旋轉(zhuǎn)體高剛度能夠為附件銑頭轉(zhuǎn)位不偏斜提供重要保障，同時，保證銑頭有著可靠、平穩(wěn)的轉(zhuǎn)位。

圖2 定梁龍門示意圖

2.3 超重型數(shù)控龍門移動鏜銑床液壓控制系統(tǒng)設(shè)計

設(shè)計超重型數(shù)控龍門移動鏜銑床的液壓控制系統(tǒng)過程中，必須全面了解超重型數(shù)控龍門移動鏜銑床導(dǎo)軌軸數(shù)量與具體分布位置，同時還應(yīng)該考慮到鏜銑床液壓控制系統(tǒng)在W軸、X 軸、Z 軸以及Y 軸中廣泛分布，所以有必要將小流量多泵頭安裝在液壓控制系統(tǒng)中，從而保證在導(dǎo)軌為鏜銑床提供靜壓油過程中可以實現(xiàn)流量穩(wěn)定與均衡。

在超重型數(shù)控龍門鏜銑床內(nèi)，液壓控制系統(tǒng)的多數(shù)組件均存在應(yīng)用價值，所以在對其設(shè)計過程中，必須依照組件的差異性為液壓控制系統(tǒng)提供多樣化需求，確保設(shè)計方案得到靈活轉(zhuǎn)變，若部分組間具有較大的液壓控制系統(tǒng)需求量，則在對液壓控制系統(tǒng)設(shè)計過程中，應(yīng)該從控制主系統(tǒng)中將該部分組件分離出來，依照控制單元實際分布情況，應(yīng)該在部件周圍控制單元內(nèi)安排液壓控制系統(tǒng)。由此，一方面有助于降低主油箱消耗與液壓損失；另一方面，還有助于分散主控制系統(tǒng)的運行壓力，使液壓控制系統(tǒng)運行穩(wěn)定性得到不斷提升，防止機械工作過程中發(fā)生延時情況，從而使超重型數(shù)控龍門移動鏜銑床的安全性與可靠性得到提升。

2.4 超重型數(shù)控龍門移動鏜銑床主油箱設(shè)計

通過分析超重型數(shù)控龍門移動鏜銑床的綜合設(shè)計發(fā)現(xiàn)，若超重型數(shù)控龍門移動鏜銑床內(nèi)部有著過長的輸油管路，那么就很可能會造成零部件內(nèi)部油泵出現(xiàn)過大的運行功率，一方面會加大超重型數(shù)控龍門移動鏜銑床損耗，導(dǎo)致回油速度的降低，另一方面還會導(dǎo)致資源的嚴(yán)重浪費。所以，在對主油箱進行設(shè)計過程中，必須依照超重型數(shù)控龍門鏜銑床的整體布局展開針對性設(shè)計。在設(shè)計超重型數(shù)控龍門移動鏜銑床主油箱過程中，為降低由于回油速度慢等因素導(dǎo)致的主油箱缺油問題，應(yīng)該將主油箱分別設(shè)置在定梁龍門與動梁龍門中，確保主油箱能夠同時為兩條機床補充所需油份。同時，為確保超重型數(shù)控龍門移動鏜銑床能夠?qū)崿F(xiàn)安全、平穩(wěn)運行，有必要將液位器安裝在兩大主油箱中，從而實時監(jiān)測主油箱的實際油位情況，如果油箱的油位相對比較低，那么液位器就會自動發(fā)出報警信號，提示為油箱補充足夠的油份。如果油箱的油位相對比較高，則必須及時暫停補油。安裝液位器一方面能夠避免液壓部件和油箱間發(fā)生延程浪費，另一方面，還能實時監(jiān)控數(shù)控龍門鏜銑床的油箱情況。

3 結(jié)語

本文通過分析探討超重型數(shù)控龍門移動鏜銑床整體構(gòu)造，深入探討動梁龍門移動鏜銑床與定梁龍門移動鏜銑床兩者的設(shè)計，以期能夠?qū)崿F(xiàn)超重型數(shù)控龍門移動鏜銑床的優(yōu)化與質(zhì)量提升?；诋?dāng)前我國工業(yè)產(chǎn)業(yè)的實際發(fā)展需求，研究超重型數(shù)控龍門移動鏜銑床的科學(xué)研發(fā)設(shè)計工作，主要目的在于幫助有效解決國內(nèi)工業(yè)生產(chǎn)中超大型或者大型機械零部件的加工問題，從而使我國超重型、重型數(shù)控機床設(shè)計制造水平得到不斷提升，有助于數(shù)控機床設(shè)計行業(yè)能夠挺進全球先進行列。