立式車銑復(fù)合數(shù)控機(jī)床關(guān)鍵部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)*

付川川

（齊齊哈爾工程學(xué)院，黑龍江 齊齊哈爾 161000）

現(xiàn)階段，制造業(yè)是我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)，其中數(shù)控機(jī)床是現(xiàn)代制造業(yè)的核心裝備，該設(shè)備的功能與先進(jìn)性直接影響制造業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。我國數(shù)控機(jī)床在產(chǎn)業(yè)規(guī)模、質(zhì)量以及系列規(guī)格方面均獲得了顯著的提升，但高檔數(shù)控機(jī)床過度依賴進(jìn)口的現(xiàn)象并未得到有效解決。對(duì)此，我國應(yīng)加強(qiáng)對(duì)數(shù)控機(jī)床研發(fā)設(shè)計(jì)的研究，尤其是關(guān)鍵部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，進(jìn)一步滿足當(dāng)前數(shù)控機(jī)床的加工與操作要求。

1 我國立式車銑復(fù)合數(shù)控機(jī)床的發(fā)展應(yīng)用

近年來，我國一直以西門子、法拉克等國際高檔數(shù)控系統(tǒng)為參照，增加國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)關(guān)鍵部件的功能，且已經(jīng)達(dá)到國際先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)，如作為高檔數(shù)控機(jī)床關(guān)鍵功能部件的雙擺頭銑頭，其轉(zhuǎn)速可達(dá)到24 000r/min 和1 600r/min。但在技術(shù)服務(wù)能力方面，我國數(shù)控機(jī)床企業(yè)相較于國外知名企業(yè)仍舊存在一定的差距，后者已經(jīng)能夠針對(duì)不同用戶的加工對(duì)象以及工藝需求提供特定的技術(shù)服務(wù)，如機(jī)床設(shè)計(jì)、工藝方案制定、切削參數(shù)設(shè)置等。很多生產(chǎn)制造企業(yè)在采購高檔數(shù)控機(jī)床時(shí)一般對(duì)標(biāo)實(shí)際零件的加工需求，因此國外企業(yè)這種能夠基于產(chǎn)品加工需求提供全套解決方案的技術(shù)服務(wù)模式無疑更具市場競爭力，這是未來一段時(shí)間內(nèi)我國機(jī)床企業(yè)需要完善的重點(diǎn)內(nèi)容。

1.1 車銑復(fù)合加工技術(shù)

車銑復(fù)合加工技術(shù)最大的優(yōu)勢(shì)在于能利用同一臺(tái)機(jī)床設(shè)備實(shí)現(xiàn)多樣化的加工目標(biāo)，即在一臺(tái)數(shù)控機(jī)床上整合多種加工工藝和技術(shù)，滿足現(xiàn)今生產(chǎn)制造業(yè)越來越個(gè)性化的生產(chǎn)加工需求。此外，這項(xiàng)功能還可以縮小車間的占地面積，促進(jìn)企業(yè)經(jīng)營效益的提升。車銑復(fù)合加工設(shè)備雖然價(jià)格較昂貴，會(huì)消耗大量的前提投入，但在實(shí)際生產(chǎn)的過程中，多種加工制造功能的融合可以有效減少企業(yè)在設(shè)備方面的整體投資，同時(shí)加工工藝的優(yōu)化還可以簡化生產(chǎn)過程中的產(chǎn)品轉(zhuǎn)換步驟，實(shí)現(xiàn)流動(dòng)成本、人力成本以及管理成品的降低。如此一來，企業(yè)的整體經(jīng)濟(jì)效益必然能夠得到提升。

1.2 立式車銑復(fù)合數(shù)控機(jī)床

隨著科學(xué)技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，現(xiàn)代機(jī)械制造領(lǐng)域發(fā)生了巨大的變化。機(jī)械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的復(fù)雜化以及對(duì)性能、精度不斷提高的要求，推動(dòng)著生產(chǎn)設(shè)備性能的持續(xù)優(yōu)化。誕生于20 世紀(jì)50 年代的數(shù)控機(jī)床正好滿足了高精密產(chǎn)品的生產(chǎn)要求。經(jīng)過半個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展之后，數(shù)控機(jī)床的類型變得越來越多樣化，其功能也更加豐富強(qiáng)大，比如對(duì)復(fù)雜形狀工件的加工，數(shù)控程序可靈活編程調(diào)整，操作者和機(jī)床可以在時(shí)間和空間上進(jìn)行分離，機(jī)床結(jié)構(gòu)模塊化，可實(shí)現(xiàn)刀具和工件的自動(dòng)變化，等等。

目前，立式車銑復(fù)合數(shù)控機(jī)床是生產(chǎn)制造領(lǐng)域常用的一種數(shù)控機(jī)床類型，與傳統(tǒng)機(jī)床相比，立式車銑復(fù)合數(shù)控機(jī)床擁有更加強(qiáng)大的性能和豐富的功能，可對(duì)工件進(jìn)行多道加工工序的處理，只需一次裝夾就可以完成所有加工工序，有效避免了多次裝夾定位所帶來的加工誤差。此外，裝夾工序的簡化使零件加工的整體效率得到顯著提升，加工成本也隨之降低。具體來講，立式車銑復(fù)合數(shù)控機(jī)床加工的優(yōu)勢(shì)主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

首先，傳統(tǒng)機(jī)床在車削加工的過程中，其曲軸頸與其他偏心凸輪零部件所具有的偏心質(zhì)量有可能導(dǎo)致不平衡問題，影響零件加工的精確度。采用立式車銑復(fù)合數(shù)控機(jī)床進(jìn)行加工時(shí)，則可以對(duì)加工速度進(jìn)行靈活的控制調(diào)整，避免負(fù)面影響的出現(xiàn)。

其次，立式車銑復(fù)合數(shù)控機(jī)床提高轉(zhuǎn)速的同時(shí)，其切削加工的質(zhì)量也要優(yōu)于傳統(tǒng)機(jī)床，原因在于其提高了薄壁桿件以及細(xì)長桿件的精確度，可以更加精準(zhǔn)地控制切削力，提高工件成型的加工質(zhì)量。

再次，立式車銑復(fù)合數(shù)控機(jī)床在生產(chǎn)加工的過程中，可以將切削速度分解為工件旋轉(zhuǎn)和工具回轉(zhuǎn)的相關(guān)速度，機(jī)床先進(jìn)技術(shù)可以加快刀具回轉(zhuǎn)速度，同時(shí)避免旋轉(zhuǎn)速度存在的問題，確保加工生產(chǎn)的順利完成。此外，在加工一些大型鍛件的毛坯時(shí)，立式車銑復(fù)合數(shù)控機(jī)床可以在保持極高加工速度的同時(shí)，預(yù)防工件偏心所誘發(fā)的不良震動(dòng)以及徑向切削力波動(dòng)問題，保障工件切削的穩(wěn)定性，最大限度地避免誤差。

再次，立式車銑復(fù)合數(shù)控機(jī)床在生產(chǎn)加工中可以對(duì)工件的離心力進(jìn)行有效控制，避免工件變形，提高生產(chǎn)加工的精確度。

最后，立式車銑復(fù)合數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用可以減少工件裝夾操作的次數(shù)，其擁有的在線檢測(cè)功能可以動(dòng)態(tài)分析工件的精確度，提高整個(gè)加工作業(yè)的精準(zhǔn)度。立式車銑復(fù)合數(shù)控機(jī)床應(yīng)用于制造業(yè)生產(chǎn)加工的一個(gè)關(guān)鍵要點(diǎn)就是，關(guān)鍵部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)基于科學(xué)發(fā)展的原則，采用正確的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)機(jī)床功能的優(yōu)化改進(jìn)，更好地滿足現(xiàn)今工作的需求，獲得理想的工作的效果，實(shí)現(xiàn)各方面設(shè)計(jì)工作質(zhì)量的全方位提升。

2 立式車銑復(fù)合數(shù)控機(jī)床關(guān)鍵部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

立式車銑復(fù)合數(shù)控機(jī)床在現(xiàn)代制造業(yè)中的應(yīng)用有效解決了復(fù)雜平面加工、曲面加工等方面的問題，極大地強(qiáng)化了機(jī)械設(shè)備的加工能力。在對(duì)其關(guān)鍵部件進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程中，應(yīng)該遵循正確的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)觀念，以科學(xué)化的方式提升設(shè)計(jì)工作水平，促進(jìn)機(jī)床加工性能的提高。

2.1 工作臺(tái)主軸部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

立式車銑復(fù)合數(shù)控機(jī)床工作臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要點(diǎn)在于主軸（C 軸）設(shè)計(jì)，直接影響著加工的精度。在實(shí)際運(yùn)行中，主軸主要負(fù)責(zé)承載和帶動(dòng)工件的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，以保證分度定位的精確。從目前來看，工作臺(tái)的主軸設(shè)計(jì)方式主要有三種，一是雙列圓柱滾子類型和高精確度推力滾柱類型的軸承組合形式，其優(yōu)點(diǎn)是能夠同時(shí)強(qiáng)化徑向和軸向的剛度以及荷載承受力，但這種設(shè)計(jì)方式也存在一定的不足，即主軸轉(zhuǎn)速以及精度會(huì)受到明顯的限制。二是單列圓錐呈現(xiàn)出相互交叉態(tài)勢(shì)的滾子軸承設(shè)計(jì)形式。在這種形式下，軸承擁有更加強(qiáng)大的抗翻傾扭矩性能，同時(shí)還具有噪聲低、發(fā)熱少、潤滑油材料用量少等優(yōu)點(diǎn)[1]。但實(shí)際安裝的難度過高，對(duì)加工工作和裝配工作的工藝技術(shù)也有著很高的要求，需要投入更多的成本。三是靜壓軸承類型的設(shè)計(jì)形式，其優(yōu)點(diǎn)是運(yùn)轉(zhuǎn)功能良好，且具有較強(qiáng)的表面加工性能，工作臺(tái)軸承的磨損問題也會(huì)得到顯著改善，加工精準(zhǔn)度以及機(jī)床的使用壽命將獲得大幅度提升。例如在誤差控制方面，可以有效降低制造期間因一些不準(zhǔn)確因素而造成的負(fù)面影響。由于軸承各個(gè)軸面的溫度分布具有均勻性，因此基本上不會(huì)出現(xiàn)熱膨脹的問題。

基于上述三種不同設(shè)計(jì)方式的優(yōu)劣，機(jī)床企業(yè)在進(jìn)行立式車銑復(fù)合數(shù)控機(jī)床工作臺(tái)主軸設(shè)計(jì)的過程中，要根據(jù)實(shí)際需求選擇最合適的設(shè)計(jì)方式，并遵循因地制宜的原則，實(shí)現(xiàn)軸承關(guān)鍵部件性能的有效改善。

2.2 鏜銑滑枕關(guān)鍵部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

滑枕是立式車銑復(fù)合數(shù)控機(jī)床的關(guān)鍵部件之一，其設(shè)計(jì)質(zhì)量會(huì)對(duì)機(jī)床的整體使用性能產(chǎn)生明顯影響，因此必須采用高精度的設(shè)計(jì)方式。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程中，應(yīng)在其頂端設(shè)置動(dòng)力電機(jī)系統(tǒng)和減速機(jī)系統(tǒng)，通過傳動(dòng)軸的零部件實(shí)現(xiàn)功能優(yōu)化，并為滑枕下方的附件提供一定的支撐，為附件頭提供更加強(qiáng)大的動(dòng)力，并增加潤滑通道。此外，電機(jī)設(shè)備外部設(shè)計(jì)還可以達(dá)到提高功率和扭矩的效果，因此立式車銑復(fù)合數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中多采用此類滑枕設(shè)計(jì)方式[2]。需要注意的是，在設(shè)計(jì)工作中，應(yīng)盡可能采用科學(xué)合理的方式提高關(guān)鍵部件的精確度，以此提高生產(chǎn)線中工件加工的精確性，促進(jìn)其工作模式的優(yōu)化。

2.3 工作臺(tái)恒流靜壓結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

立式車銑復(fù)合數(shù)控機(jī)床工作臺(tái)恒流靜壓結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)多采用恒流靜壓導(dǎo)軌技術(shù)，設(shè)置12 頭等量類型的齒輪分流器設(shè)備。在具體設(shè)計(jì)中需要特別注意一點(diǎn)，即保證單泵單腔可以向工作臺(tái)的導(dǎo)軌腔提供均勻的恒流供油，這樣可以有效減少壓力損失以及溢流損失。由于這種設(shè)計(jì)方式的發(fā)熱量很低，因此基本上不會(huì)出現(xiàn)工作臺(tái)面變形的現(xiàn)象，可以最大限度地確保工件切削的精度[3]。具體設(shè)計(jì)方式如下：

首先，明確統(tǒng)計(jì)與導(dǎo)軌尺寸相關(guān)的數(shù)據(jù)，為后續(xù)設(shè)計(jì)工作的開展提供支撐。數(shù)控機(jī)床工作臺(tái)底座導(dǎo)軌的尺寸應(yīng)經(jīng)過反復(fù)的設(shè)計(jì)驗(yàn)算之后才能最終確定，以保障設(shè)計(jì)方案的科學(xué)合理。

其次，確定工作臺(tái)導(dǎo)軌油膜的間隙。以科學(xué)化原則為指導(dǎo)，綜合考慮加工特點(diǎn)、工作臺(tái)臺(tái)面耐磨材質(zhì)以及刮研工藝技術(shù)等多方面因素，將最大限度地提高工作精確度作為目標(biāo)。一般情況下，油膜間隙處于0.07mm ～0.11mm 時(shí)，更有利于整體設(shè)計(jì)工作精確度的提高[4]。

最后，做好相關(guān)受力特點(diǎn)和實(shí)際情況的估算處理。簡單來講，就是通過精準(zhǔn)計(jì)算及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)工作中存在的組織結(jié)構(gòu)運(yùn)行問題，進(jìn)而針對(duì)性地采取措施予以解決。例如，在相關(guān)主電機(jī)傳動(dòng)齒輪方面，考慮到其對(duì)于齒圈發(fā)揮著一定的作用力，應(yīng)通過特定的工作進(jìn)行計(jì)算對(duì)照。再如，通過創(chuàng)建坐標(biāo)軸系統(tǒng)的方式對(duì)切削力進(jìn)行分離和計(jì)算。

除此之外，所有參與立式車銑復(fù)合數(shù)控機(jī)床關(guān)鍵部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的人員在工作中必須具有與時(shí)俱進(jìn)的設(shè)計(jì)意識(shí)和因地制宜的設(shè)計(jì)原則，根據(jù)數(shù)控機(jī)床關(guān)鍵部件的特點(diǎn)以及實(shí)際情況，最大限度地保障其整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的科學(xué)性，避免其在實(shí)際生產(chǎn)加工作業(yè)的過程中出現(xiàn)問題[5]。

3 結(jié)束語

綜上所述，立式車銑復(fù)合數(shù)控機(jī)床是現(xiàn)階段我國現(xiàn)在制造業(yè)零部件加工的關(guān)鍵設(shè)備，為了保障其加工精度，需要對(duì)其中的關(guān)鍵部件進(jìn)行高精度設(shè)計(jì)，尤其是主軸系統(tǒng)、鏜銑滑枕系統(tǒng)以及恒流靜壓系統(tǒng)，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程中都需要嚴(yán)格遵循科學(xué)化的原則，合理選擇設(shè)計(jì)方式，提升其生產(chǎn)過程中的運(yùn)行性能，提高加工的準(zhǔn)確度，從而促進(jìn)我國現(xiàn)代制造業(yè)水平的不斷提升。