双横梁龙门车床改进方案

王毅哲

（陕西工业职业技术学院，陕西咸阳712000）

装备运行管理

双横梁龙门车床改进方案

王毅哲

（陕西工业职业技术学院，陕西咸阳712000）

对于立式、龙门式结构车床进行改进设计，在横梁方面，由原来的单横梁改为了双横梁，加强了结构的刚度；床身上，改为带导轨的床身；在滑枕方面，将滑枕装配在双横梁上，另外在滑枕上设有导轨，而刀架与滑枕通过导轨相连接，这样就基本上不存在悬臂的现象，使得结构本身更加紧凑，且大大降低了加工的误差，具有一定的推广价值。

立式车床；车床结构；双横梁

在现有的龙门结构、立式结构的机床设计中，一般为这样布局：一台水平床身，导轨放置于床身上，工作台放置在导轨上并且能够在导轨方向进行移动，立柱被放置在床身的左右两侧，其前面设置导轨，横梁可以带动其上安装的加工主轴或者刀架沿着立柱导轨上下移动[1]。问题在于机床各个部分质量分布不均匀，结构不对称，而且机床各个热源位置所发出的热量不一样大，这样就会造成机床横梁、立柱、工作台等组成部分的温升不平等，热胀冷缩量不相同，从而最终导致形变不相同，引起工件和刀具之间的相对不正确位移，即相对位置不正确，造成车床加工精度的降低。

文章对大型立式车床各个部分进行结构重新设计优化和部分结构改进，优化后，采用双横梁结构，通过合理布筋，提高横梁的承载能力，提高抗弯曲和抗扭转的能力。对称的热平衡结构被应用于横梁和立柱的优化中，能够大大减弱由于切削热传导不均，热膨胀不相同所引起的机床结构形变。

1 分析问题

对于目前现有的车床结构进行分析后，发现以下几个问题：

（1）横梁外侧偏置刀架，横梁结构前后不对称，刀具位置不合理，导致切削力传导不合理，及容易造成横梁的前后面受力不均，引起形变不同，对加工精度造成不良影响。立柱前面的单一导轨[2]，驱动电机等热源散发的热量辐射不均匀，会造成热传导过程中的温升不同，立柱的热变形量前后不一致，引起加工精度的降低。

（2）传统立式、龙门式车床由单根丝杠带动与床身相配合的工作台，这样可能由于零件夹紧的位置的偏差，在切削时造成工作台受力不平衡加大丝杠的局部载荷导致丝杠寿命的缩短和工作台只能往复移动或者转动，加工品种单一。

2 改进方案

针对上述问题，探索一种立式车床结构改进的设计方案，介绍如下：

图1所示为改进后的立式车床机构总体模型图，主要对现有立柱与横梁结构改进。床身水平布置，能够使机床加工定位精度提高，尽量减少床身自身重量对于切削加工的影响。工作台放置于床身上安装的四条平行导轨上，并且可以沿着四条导轨进行移动[3]。采用轻量化设计床身结构，双直型滚动导轨，有效减轻工作台的受力不均匀，延长丝杠寿命。采用一套蜗轮蜗杆机构传动的回转型工作台，配合床身可以实现工作台的往复移动和转动，从而达到多种加工方式的实现。利用虚拟样机技术建立改进后车床整机的三维模型，力求整机满足强度、刚度和稳定性要求；兼顾安装调整方便，受力合理和造型美观[4]。

图1 机床整体结构

图2 和图3所示，水平床身两侧安放两根立柱，并且将双横梁安放在立柱的空腔之中，双横梁的中间设置切削主轴或者切削刀架。这样能够保证机床工作时切削受力更加合理，减少加工形变，从而使加工精度提高。

图2 立柱与横梁截面结构

图3 刀架与横梁结构

3 结束语

通过对于大型立式车床进行结构改进，建立了大型立式车床三维模型，提高了车床各个部分的结构强度，采用热平衡结构，对称式设计，有效降低了机床在切削加工中的受力，提高加工精度。通过轻量化床身设计，有效降低了整机重量，节约材料。后续工作还应进一步通过有限元分析，可以看出机床各主要结构在不同载荷下的变形形状和最大变形区域，通过分析可得到该大型立式车床结构的薄弱环节，为车床结构进一步的结构设计优化提供一定的理论支持和依据。

[1]焦建华，李立强.数控单柱移动立式车床的横梁平衡补偿装置设计[J].民营科技，2013（5）：11-12.

[2]梁榕辉，魏群.卧式车床模块化设计及可编程控制器的应用[J].机床与液压，1999（4）：53-54.

[3]K H Chang，P S Tang;Integration of design and manufactur ing for structural shape optimization[M].Advances in Engi neering Software，2001.

[4]王瑛.经济型数控车床CAK6150加工精度的改进[J].轴承，2008（8）：17-18.

Improved Scheme of Double Beam Longmen Lathe

WANG Yi-zhe
（Shaanxi Industrial Vocational College，Xianyang Shaanxi 712000，China）

For Longmen，the vertical structure of lathe was improved，the beam，the single beam changed to double beam，strengthening the stiffness of the structure；the bed to bed with a rail；in the ram,the ram assembly in a double beam，another guide rail on the sliding pillow.But，head and RAM are connected by rail，so basically there is no cantilever phenomenon，the structure itself is more compact,and the machining error is greatly reduced，have a certain value.

vertical lathe；lathe structure；double beam

TG515

A

1672-545X（2016）11-0188-02

2016-08-08

王毅哲（1980-），男，河南人，讲师，工程硕士，研究方向：机械设计。