重型立式加工中心龙门架设计

马伟良 姜 辉 李立强 石志民 郝峻崧

（齐重数控装备股份有限公司，黑龙江齐齐哈尔 161005）

目前，我国重型立式加工中心龙门架的立柱导轨一般采用一字型导轨结构，即立柱的两个前导轨在同一平面内，横梁与立柱前导轨结合部位为一平板状结构，横梁扭转刚度低。并且，横梁升降丝杠的中心位置一般在立柱前导轨的后部，由于一字型立柱导轨结构的限制，横梁升降丝杠的中心在横梁整体重心偏后的位置上，从而使立柱导轨承受横梁没有被平衡的倾覆力矩;在垂直刀架进行重载荷切削时，在切削力引起的倾覆力矩作用下，平板状结构的横梁扭转变形严重，大大影响机床的加工精度。另一方面，目前重型立式加工中心龙门架横梁平衡装置一般采用机械重锤平衡结构，横梁两侧的重锤平衡力不能随着垂直刀架的移动而相应调整;在机床加工过程中，随着垂直刀架的移动，横梁整体重心在X轴方向是动态变化的，左、右重锤通过钢丝绳施加给横梁两侧固定不变的拉力，严重干扰了机床垂直刀架移动X轴和横梁升降W轴的数控精度。

为了解决上述问题，我们对重型立式加工中心龙门架结构进行技术改进。首先，将立柱一字型导轨结构改进为阶梯导轨结构，并将横梁升降丝杠的中心位置和横梁平衡装置的平衡支点前移，使横梁升降丝杠中心和横梁的重心重合，使横梁处于最佳受力状态;并通过阶梯导轨结构提高横梁的扭转刚度，使立柱和横梁导轨的受力状态和总体布局结构更加合理，使立柱承受的整体扭转力矩降至最小，从而大大提高龙门架的整体刚度。其次，将横梁机械重锤平衡结构改进为双油缸平衡结构，在垂直刀架移动过程中，双油缸平衡力的大小可通过液压伺服阀精确控制;改进后的双油缸横梁平衡结构具有随动精确平衡横梁载荷的特点，尤其是在垂直刀架移动过程中，数控系统可精确控制横梁两侧平衡力的大小，从而精确控制固定在垂直刀架滑枕上刀尖的位置，因此大大提高重型立式加工中心垂直刀架X轴和横梁升降W轴的数控精度。

双油缸横梁平衡装置的工作原理是:在机床工作时，液压油通过左、右油缸进油管进入左、右油缸体的内部，左、右油缸平衡横梁的重力分别通过左、右活塞作用到左、右立柱的根部，再通过立柱的地脚垫铁传导给地基，左、右油缸体内液压油的压力分别通过左、右油缸压力传感器反馈给数控系统，数控系统控制左、右油缸的合力始终平衡横梁70%以上的重量;垂直刀架在横梁上的实际位置通过安装在横梁上的光栅尺反馈给数控系统，数控系统根据光栅尺反馈刀尖的实际位置，通过液压伺服阀精确控制左、右油缸液压油的压力，将垂直刀架滑枕上刀尖的位置始终控制在机床的数控精度范围内，因此大大提高了重型立式加工中心垂直刀架X轴和横梁升降W轴的数控精度。

双油缸横梁平衡装置和龙门架阶梯导轨结构已在我公司的双柱系列重型立式加工中心上投入使用，经济效果显著。该结构现已被我公司正式申请了国家实用新型专利。图1为重型立式加工中心龙门架结构。