超重型数控龙门移动镗铣床设计探讨

熊天学

（云南红河技师学院，云南 开远 661600）

近年来，我国科技工业得到了不断发展，关于航空航天工业、船舶工业、机械工业及核能利用等研究也更为深入，所以也逐渐提高了对机床设备的设计要求。为满足工业发展需要，减轻重型机床生产压力，设计生产出超重型数控龙门移动镗铣床迫在眉睫。本文基于国内外关于超重型数控龙门移动镗铣床的研究现状，分析与探讨了超重型数控龙门移动镗铣床的总体及各部件的研发设计。

1 超重型数控龙门移动镗铣床发展趋势及现状

1.1 国外技术发展趋势及现状

国外生产数控龙门镗铣床厂家包括德国瓦德里希科堡公司、德国西斯公司、美国英格索尔公司等。其中最具代表性的是德国瓦德里希科堡公司，其功率与规格最大的镗铣床加工中心为Pwoer Tec 系列，设计的镗铣床移动龙门立柱之间的最大距离是10m，升高衡量高度最大为10m，是全球数控龙门镗铣床生产最好的一家机床制造企业。德国西斯公司的生产主业务为超大型数控机床的设计与制造，其数控机床产品主要有三类：大型数控落地镗铣床、大型数控立车以及大型数控龙门镗铣床，该企业设计制造过回转直径最大值超过12m 的大型数控机床30 多台。目前，美国英格索尔公司所生产的具有最大规格的数控镗铣床是V10 系列，采用单龙门定梁结构，龙门轴最大行程值是30m，横梁体最大长度12m，龙门立柱之间的最大距离是10m，该类镗铣床具有较大的型号规格与较高的稳定性，然而，价格却比较高。

1.2 国内技术发展趋势及现状

我国具有代表性的数控机床生产企业有北京第一机床厂、湖北武汉重型机床公司，这是最早设计制造数控镗铣床的两家企业，随着近年来的不断升级、发展与进步，数控机床企业积累了更多加工、生产以及制造经验，具备了超重型、重型数控龙门移动镗铣床设计研发实力。但是，北京第一机床厂、武汉机床厂两家企业的机床设计生产途径却有所不同，其中北京第一机床厂是以国际先进技术为依托，设计研发出超重型龙门镗铣床，然而，其横梁、主轴等重要零部件却主要依赖E1 产品。湖北武汉机床公司坚持引进先进技术和自主研发相结合发展模式，和世界著名机床企业展开针对性技术交流与合作，积极吸收借鉴西方先进生产技术工艺，并借助院校技术研发优势，实现关键技术的联合攻关，重点是走出了一条产学研用密切结合的科研道路，实现了数控镗铣床自主设计研发的目标。

2 超重型数控龙门移动镗铣床总体设计

2.1 超重型数控龙门移动镗铣床总体布局

整体布局设计超重型数控龙门移动镗铣床过程中，必须严格遵循国家规定布局设计要求。镗铣床总体布局为在地基中固定彼此平行的两条床身，两台超重型数控龙门移动镗铣床的床身是一个，也就是说，两台镗铣床在两条床身中处于相对移动状态。床身中间设有固定工作平台。两台镗铣床分别是超重型数控定梁龙门移动镗铣床和超重型数控动梁龙门移动镗铣床。

超重型数控龙门移动镗铣床内部横梁能够自由移动于龙门框架立柱，而定梁龙门镗铣床的横梁在龙门立柱中固定，不可移动。动梁龙门横梁中配有一个调速镗铣头，且功率比较大，而定梁龙门横梁中配有对称放置的两个调速镗铣头，功率也较大。调速镗铣头通过溜板中连接横梁。

数控定梁镗铣头中包含进给坐标轴五个，而动梁镗铣头中包含进给坐标轴四个。将可移动悬挂操作室设计在动梁龙门前端，操作室中设有操作面板，操作室能够在悬挂装置轨道中任意移动龙门框架，为便于操作，配备了电子手轮。横梁导轨与立柱导轨中均设有机床导轨防护罩，以有效保护导轨。

2.2 动梁龙门移动镗铣床设计和定梁龙门移动镗铣床设计

动梁龙门镗铣床的基础件包括横梁、床身、工作台以及立柱等，这些基础件的制造材料为树脂砂强度较高的优质铸铁，在时效处理之后，应用于镗铣床中，从而形成刚度较强的龙门框架结构，如图1 所示。对动梁龙门镗铣床滑枕式镗铣头进行设计过程中，为提升主轴的刚度性能，有必要相应缩短主轴旋转轴的长度，从而使主轴传动形势得到有效改变，提升结构的精密性，一方面有助于节约空间，另一方面，还有助于降低主轴温度，降低镗铣头变形率。为对滑枕式镗铣头进行有效保护，提升镗铣头应用寿命，应该将温度反馈装置安装在主轴中，以实时监控主轴轴承温度，同时设置轴承冷却装置，如果轴承运转过程中温度比较高，那么需要冷却轴承，以对主轴轴承安全性能进行有效保护。

图1 动梁龙门示意图

对定梁龙门镗铣床镗铣头进行设计过程中，应该选择行程比较短的滑枕式镗铣头，同时在设计过程中分离滑枕式镗铣头与主传动箱，方便主传动箱的定位与转动。龙门镗铣床主轴头主轴和主传动箱输出轴间采用MAYR 传动轴连接（德国制造），由于传统连接轴所选材料使用钢件，该材料具有较大惯性、质量比较大，具有较高的加工精度，而且很难解决动平衡问题。当前所用传动轴，则存在大扭矩与高刚性优势，钢片有效调节传动轴轴节间的运转，能够有效调整滑枕末端输出轴和主轴所存在的不同心问题，降低主轴震动率，使主轴精度、回转速度以及可靠性等得到不断提升。因为附件铣头在转位期间，镗铣头滑枕旋转体与铣头处于连接状态，旋转体高刚度能够为附件铣头转位不偏斜提供重要保障，同时，保证铣头有着可靠、平稳的转位。

图2 定梁龙门示意图

2.3 超重型数控龙门移动镗铣床液压控制系统设计

设计超重型数控龙门移动镗铣床的液压控制系统过程中，必须全面了解超重型数控龙门移动镗铣床导轨轴数量与具体分布位置，同时还应该考虑到镗铣床液压控制系统在W轴、X 轴、Z 轴以及Y 轴中广泛分布，所以有必要将小流量多泵头安装在液压控制系统中，从而保证在导轨为镗铣床提供静压油过程中可以实现流量稳定与均衡。

在超重型数控龙门镗铣床内，液压控制系统的多数组件均存在应用价值，所以在对其设计过程中，必须依照组件的差异性为液压控制系统提供多样化需求，确保设计方案得到灵活转变，若部分组间具有较大的液压控制系统需求量，则在对液压控制系统设计过程中，应该从控制主系统中将该部分组件分离出来，依照控制单元实际分布情况，应该在部件周围控制单元内安排液压控制系统。由此，一方面有助于降低主油箱消耗与液压损失；另一方面，还有助于分散主控制系统的运行压力，使液压控制系统运行稳定性得到不断提升，防止机械工作过程中发生延时情况，从而使超重型数控龙门移动镗铣床的安全性与可靠性得到提升。

2.4 超重型数控龙门移动镗铣床主油箱设计

通过分析超重型数控龙门移动镗铣床的综合设计发现，若超重型数控龙门移动镗铣床内部有着过长的输油管路，那么就很可能会造成零部件内部油泵出现过大的运行功率，一方面会加大超重型数控龙门移动镗铣床损耗，导致回油速度的降低，另一方面还会导致资源的严重浪费。所以，在对主油箱进行设计过程中，必须依照超重型数控龙门镗铣床的整体布局展开针对性设计。在设计超重型数控龙门移动镗铣床主油箱过程中，为降低由于回油速度慢等因素导致的主油箱缺油问题，应该将主油箱分别设置在定梁龙门与动梁龙门中，确保主油箱能够同时为两条机床补充所需油份。同时，为确保超重型数控龙门移动镗铣床能够实现安全、平稳运行，有必要将液位器安装在两大主油箱中，从而实时监测主油箱的实际油位情况，如果油箱的油位相对比较低，那么液位器就会自动发出报警信号，提示为油箱补充足够的油份。如果油箱的油位相对比较高，则必须及时暂停补油。安装液位器一方面能够避免液压部件和油箱间发生延程浪费，另一方面，还能实时监控数控龙门镗铣床的油箱情况。

3 结语

本文通过分析探讨超重型数控龙门移动镗铣床整体构造，深入探讨动梁龙门移动镗铣床与定梁龙门移动镗铣床两者的设计，以期能够实现超重型数控龙门移动镗铣床的优化与质量提升。基于当前我国工业产业的实际发展需求，研究超重型数控龙门移动镗铣床的科学研发设计工作，主要目的在于帮助有效解决国内工业生产中超大型或者大型机械零部件的加工问题，从而使我国超重型、重型数控机床设计制造水平得到不断提升，有助于数控机床设计行业能够挺进全球先进行列。