大型龙门机床的优化和创新设计

2018-08-02

机床工作台支撑垫铁创新设计


大型机床支承工作台的支承垫铁,要求承载高,安装调试方便,精度稳定性好。同时对工作台的刚性强度影响小。公司以前设计的各种机床垫铁中,个别垫铁可以使用,但对工作台的结构钢性影响较大。

新研发的垫铁结构如图1所示,支承螺杆的螺纹大(M52×2mm),承载面积增大,在结构中增加一凹一凸两个球面垫,其承载面积更大,并对安装误差有补偿作用,提高了工作台安装精度和精度的稳定性。此种垫铁优点:①承载力大,安装、调整都简单。②成本低,对工作台的刚性强度影响小。

图 1

主轴箱滑枕与铣头联接结构优化设计


主轴箱设计时,对滑枕-铣头联接结构作了如下改进:①将铣头拉紧机构的固定方式由螺纹联接改为如图2所示的端面压紧结构,通过修磨调整垫厚度保证铣头连接板压紧拉紧机构。②将铣头连接板上的固定键槽(和铣头上的矩形键配合起定向作用)改为如图3所示的可调整结构,通过修磨定位块的内侧面保证键槽的高对称度。

图 2

1.拉钉 2.调整垫 3.铣头连接板 4.拉紧机构 5.方滑枕

图 3

两者比较,改进后有以下优点:①将拉紧机构的固定方式由力锁紧改为形状锁紧,大大提高了结构的可靠性,同时降低了加工和装配难度。②这一改进的本质是通过设置调整环节,使铣头连接板的“联接”和“定向”两种功能分离,从而降低了连接板的加工难度,方便直角铣头的装配调整,同时键槽损伤后只需更换定位块,节省维修成本和时间。

基于有限元分析的横梁创新设计


对于大跨距的龙门式机床,横梁(见图4)是其刚度上的薄弱环节之一。传统计算方法是基于一维梁及点支撑假设的,对细长形梁其计算精度可以满足工程设计的要求,但对于大截面、大支承面、截面形状复杂的横梁,传统方法的计算精度无法满足工程要求。在大型龙门的设计中,我们利用有限元分析技术对该机床的两种横梁进行了受力变形计算,对保证横梁的设计质量起到了重要作用。

图 4

通过对横梁进行有限元分析,加深了我们对此类零件变形行为的认识,也为后续改进积累了经验,例如,随着横梁跨距的增大,扭转变形逐渐占据主导地位,弯曲变形则退居其次;编写了用于横梁受力变形分析的APDL程序文件,只需修改文件中的几个参数,然后将此文件输入分析软件,软件会自动完成新的分析过程,节省了大量辅助工作时间,使分析效率成倍提高,将此文件略作修改,即可用于其他产品横梁的分析。

在大型龙门机床大件设计中应用有限元分析技术,其技术经济价值不容忽视。利用有限元分析技术可以:①快速比较不同的设计方案,并选出最优的设计,提高了设计工作的效率。②在设计阶段就能对大件的受力变形等有一个直观的认识,还可以发现被忽视的薄弱环节并加以改进。③超重型大件成本高昂,设计、制造和运输等任何一个环节都不容有失,利用有限元分析技术有利于减少产品开发的风险。④分析的结果还可以用于指导零件加工和装配。

结语


综上所述,通过对机床工作台支撑垫铁创新设计,主轴箱滑枕与铣头联接结构优化设计,基于有限元分析横梁的创新设计,大幅降低了生产成本,缩短了生产周期,提高了机床的精度和稳定性。目前这些设计结构已使用在我公司的大型龙门机床上。


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