浅谈高刚性重切削龙门加工中心的结构设计

秦 超

（1.枣庄科技职业学院，滕州 277599；2.滕州建哈机械化工有限公司，滕州 277599）

对于一些中大型箱体、机架类复杂零件的铣、镗、攻丝、铰孔、锪孔等复杂工序的粗、精加工，一般的加工中心设备都可实现。由于一般加工中心主轴的悬臂都比较长，造成其刚性相对不足，加工大型零件重切削时易产生振动现象，导致加工工件的精度具有一定的局限性。为解决上述问题，结合滕州市喜力机床有限责任公司生产的VWC1809高精密龙门框架式加工中心设计经验，笔者总结出高刚性重切削龙门加工中心设备的结构设计要点。

1 解决高刚性及高的切削能力问题

如图1所示，龙门加工中心机床的龙门框架一般由底座5、立柱3、横梁4通过螺钉连接而成，如何提高机床龙门框架的整体刚性是重点[1]。其中，底座与立柱的结合面、立柱与横梁的结合面是整改框架结构中的薄弱部分，通过多次分析和研究，VWC1809高精密龙门框架式加工中心如图2所示，创新性地采用立柱横梁一体式结构，大大提高了机床的结构刚性。同时采用箱型结构底座，工作台9则使用双层甲板结构，横梁1设计为箱式及阶梯式综合结构，这样就从零件上解决了机床刚性不稳定的隐患。

图1 龙门加工中心外形图

机床主轴采用高DN值的角接触球轴承与圆锥滚子轴承相结合的方案，并适时加大主轴轴径，提高主轴刚性；X方向导轨10及Y方向导轨3均采用55重载型滚柱线性双导轨，配合自动强制润滑，充分利用其载重能力高、低速运动平稳无爬行性能；Z向导轨5采用滚柱线性四导轨环抱结构全方位抑制切削振动，并增大支撑跨距，提升支撑刚性和强力加工时的稳定性；各轴的丝杠支撑均采用预拉伸结合两端固定支承方式，大大降低热变形对定位精度的影响，提高进给系统的动刚性[2]。

2 解决机床的高精度问题

X、Y轴的进给采用了高精度、低噪音型结构的滚珠丝杠，搭配精确的自动润滑和激光螺距补偿，进给电机通过联轴器直联丝杠进行传递，确保传动精度在0.005mm以内；Z轴滑枕7采用四线轨、双氮液平衡杠设计，平衡杠则可以用于平衡滑枕部件上下运动的不平衡力。这样就能有效消除中间传动误差，从而提高机床精度。

3 解决机床高可靠性问题

机床的大件毛坯底座、工作台、立柱横梁、滑枕都需要经过半年以上的自然实效，以消除铸造内应力。机床每个组成大件的加工，按照粗、精加工工艺分开的原则，保证每个零件粗加工后能留有时间释放加工应力，通过精加工进一步提高零件精度。在装配过程中，严格按照装配工艺，选用技术熟练的装配师傅，确保机床的装配精度和可靠性。

按照上述要求制造的龙门框架式加工中心，将同规格设备的主轴中心到横梁支撑导轨面的距离由900mm调整为420mm，机床的主轴悬伸量仅为同规格大型立式加工中心的一半，大大提高了主轴的加工刚性，保证了重切削的机床稳定性。

[1]王士柱.金属切削机床[M].北京：国防工业出版社，2010.

[2]李玉民，李健，宋万里，等.龙门铣床：中国，CN 2015206 56113.7[P].2015-08-28.