大型龍門機床的優化和創新設計

2018-08-02

機床工作臺支撐墊鐵創新設計


大型機床支承工作臺的支承墊鐵,要求承載高,安裝調試方便,精度穩定性好。同時對工作臺的剛性強度影響小。公司以前設計的各種機床墊鐵中,個別墊鐵可以使用,但對工作臺的結構鋼性影響較大。

新研發的墊鐵結構如圖1所示,支承螺桿的螺紋大(M52×2mm),承載面積增大,在結構中增加一凹一凸兩個球面墊,其承載面積更大,并對安裝誤差有補償作用,提高了工作臺安裝精度和精度的穩定性。此種墊鐵優點:①承載力大,安裝、調整都簡單。②成本低,對工作臺的剛性強度影響小。

圖 1

主軸箱滑枕與銑頭聯接結構優化設計


主軸箱設計時,對滑枕-銑頭聯接結構作了如下改進:①將銑頭拉緊機構的固定方式由螺紋聯接改為如圖2所示的端面壓緊結構,通過修磨調整墊厚度保證銑頭連接板壓緊拉緊機構。②將銑頭連接板上的固定鍵槽(和銑頭上的矩形鍵配合起定向作用)改為如圖3所示的可調整結構,通過修磨定位塊的內側面保證鍵槽的高對稱度。

圖 2

1.拉釘 2.調整墊 3.銑頭連接板 4.拉緊機構 5.方滑枕

圖 3

兩者比較,改進后有以下優點:①將拉緊機構的固定方式由力鎖緊改為形狀鎖緊,大大提高了結構的可靠性,同時降低了加工和裝配難度。②這一改進的本質是通過設置調整環節,使銑頭連接板的“聯接”和“定向”兩種功能分離,從而降低了連接板的加工難度,方便直角銑頭的裝配調整,同時鍵槽損傷后只需更換定位塊,節省維修成本和時間。

基于有限元分析的橫梁創新設計


對于大跨距的龍門式機床,橫梁(見圖4)是其剛度上的薄弱環節之一。傳統計算方法是基于一維梁及點支撐假設的,對細長形梁其計算精度可以滿足工程設計的要求,但對于大截面、大支承面、截面形狀復雜的橫梁,傳統方法的計算精度無法滿足工程要求。在大型龍門的設計中,我們利用有限元分析技術對該機床的兩種橫梁進行了受力變形計算,對保證橫梁的設計質量起到了重要作用。

圖 4

通過對橫梁進行有限元分析,加深了我們對此類零件變形行為的認識,也為后續改進積累了經驗,例如,隨著橫梁跨距的增大,扭轉變形逐漸占據主導地位,彎曲變形則退居其次;編寫了用于橫梁受力變形分析的APDL程序文件,只需修改文件中的幾個參數,然后將此文件輸入分析軟件,軟件會自動完成新的分析過程,節省了大量輔助工作時間,使分析效率成倍提高,將此文件略作修改,即可用于其他產品橫梁的分析。

在大型龍門機床大件設計中應用有限元分析技術,其技術經濟價值不容忽視。利用有限元分析技術可以:①快速比較不同的設計方案,并選出最優的設計,提高了設計工作的效率。②在設計階段就能對大件的受力變形等有一個直觀的認識,還可以發現被忽視的薄弱環節并加以改進。③超重型大件成本高昂,設計、制造和運輸等任何一個環節都不容有失,利用有限元分析技術有利于減少產品開發的風險。④分析的結果還可以用于指導零件加工和裝配。

結語


綜上所述,通過對機床工作臺支撐墊鐵創新設計,主軸箱滑枕與銑頭聯接結構優化設計,基于有限元分析橫梁的創新設計,大幅降低了生產成本,縮短了生產周期,提高了機床的精度和穩定性。目前這些設計結構已使用在我公司的大型龍門機床上。


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