立式车铣中心横梁导轨的仿形设计和制造方法

本资料包含pdf文件1个，下载需要1积分

Copying Design and Manufacturing Approach of Crossrail Guideway forVertical Turning and Milling CenterLIu Xingzhuo.YU Peng.SU Wentao(Shenyang Machine Tools Co.，Ltd.，Shenyang Liaoning 1 10041，China)Abstract：The copying device for crossrail linear guideway of Turning and Miling Machine Tool including crossrail body，linearrolling guideway and external member of slide，which was characterized in that the contact surface of two paralel guideways of crossrailbody and positioning surface of guideway were machined to be copying curved surface.The working accuracy was improved and the de-signing structure of the machine tool was simplifed.As well as the machining difficulties of the crossrail is reduced and the manufactur-ing cycle of the machine tool is shorten。

Keywords：Crossrail；Linear guideway；Copying device；Copying curved surface；Working accuracy横梁是立式车铣中心的重要移动进给部件，它的结构性能的好坏直接影响机床对工件的加工精度，通过对横梁工况的受力分析，对横梁的导轨面进行特殊的加工处理，已达到对横梁部件的优化，大大提高了加工精度。

1 横梁部件在机床中的应用对立式车铣中心的横梁变形补偿现阶段主要采用以下3种结构。第-种是采用加大横梁截面刚性减少横梁导轨变形；第二种是采用卸荷梁结构抵消横梁主导轨的变形；第三种是滑动导轨采用横梁反重力变形结构以抵消由于重力带来的横梁导轨变形。

现今3种结构各有利弊。第-种由于采用加大横梁截面刚性结构，虽然增加了横梁截面的刚性，但同时也增加了横梁的外形尺寸及重力，因此此类结构比较适用于横梁固定形式的机床，而对于横梁垂直运动的机床是不适用的；第二种采用卸荷梁结构，通过采用卸荷梁可以抵消由滑板套件重力引起的横梁主导轨的变形，但无法补偿横梁本身的重力变形，因此-方面要增加卸荷梁的结构，另-方面仍需适当加大横梁截面的刚性；第三种采用滑动导轨横梁反重力变形结构，就是在加工横梁主导轨面之前，通过分析软件进行有限元分析，按照分析出的数据要求，设计出横梁导轨载荷形变后的仿形曲线，将横梁导轨面按照预先设计出的仿形曲线反方向地加工出仿形曲面，该曲线弧度与横梁受力变形后的弧度相同、方向相反，以抵消横梁自重及滑板套件重力导致的横梁主导轨面的变形，此种结构不仅从结构上简化了横梁的设计复杂度，同时还不需要为重力变形增加横梁的刚性，但此种结构在加工时需要仿形加工，由于滑动导轨对导轨表面光洁度要求较高，-般必须通过磨削加工才能达到，而国内现阶段导轨磨床无法实现数控仿形加工的功能，只能依靠龙门铣床精铣来实现以铣带磨的功能，因此在实际生产中只有少量静压导轨横梁使用此种技术，实用性较差。

2 直线导轨横梁仿形装置的设计与制造2.1 直线导轨横梁仿形装置的设计特点车铣横梁直线导轨仿形装置，包括横梁主体、直线滚动导轨、滑板套件。机床横梁 轴最大速度为20 000 mm/min，其特征在于横梁主体导轨面为载荷受力形变后的曲面，滚动直线导轨的立面通过本身固收稿日期：2012-06-05作者简介：刘兴卓 (1978-)，男，学士，工程师，从事数控立式车铣中心的研发与设计。E-mail：liuxingzhuo###sina.COB。

第 l4期 刘兴卓 等：立式车铣中心横梁导轨的仿形设计和制造方法 ·15·定螺钉和在横梁主体导轨面上的压紧块紧固而与横梁主体导轨面贴合紧密；滑板套件由螺钉连接在滚动直线导轨的滑动块上，滚动直线导轨与滑动块间有阻尼块。

图 1 车铣横梁直线导轨仿形装置截面示意图2.2 直线导轨横梁仿形装置的制造特点其特征在于对装配滑枕套件的横梁进行受力分析，根据滑板套件和与之接触的导轨结合面和定位面的尺寸及重心位置，计算出导轨结合面和定位面所承受的力矩，通过计算横梁导轨面受力方向及大小确定后，对横梁进行有限元分析，将横梁三维模型导入ANSYS软件，并对横梁每隔 200 mm测量-次变形量，实测变形量得出两个导轨各自结合面和定位面的变形数值。指导数控龙门铣床加工，将铸件横梁主体的直线导轨结合面制成仿形曲面。直线导轨采用进口滚动直线导轨，按照横梁导轨基面的仿形曲线将导轨连接到横梁上。

通过对横梁主体的仿形加工来抵消横梁自重及滑板套件重力对横梁导轨造成的重力下垂现象。该曲线弧度与横梁受重力变形后的弧度相同，方向相反，以抵消横梁自重及滑板套件重力导致的横梁主导轨面的变形。

车铣横梁直线导轨仿形装置最主要的-点就是铸件横梁的仿形加工 (图2所示)。在图2中，a、b、e、d 4个面为直线导轨的定位面和结合面，此4个面需要进行仿形加工，加工时又称为加工面。

图2 铸件横梁的仿形加工面示意图2.3 横梁仿形曲线的建立首先，对横梁进行受力分析，如图3所示，滑枕套件由滑板、滑枕外壳、滑枕所组成，横梁导轨面的变形是由他们自身产生的重力引起的。

滑板重心滑枕外壳滑枕图3 滑枕套件结构示意图其中，滑板质量 m 2 100 kg，滑枕外壳质量m 2 000 kg，滑枕质量 ：2 050 kg。所以，滑枕套件的总质量为mm m m，6 150 kg。滑枕套件完成装配后，整体对横梁产生变形作用力，其所受作用力模型如图4所示。根据图中尺寸及重心位置可以计算出导轨结合面和导轨定位面的所承受的力矩。

导轨结合面 a所受力矩为M mgl×-6 150×9.8×丽429-25 855. 8 N·m，导轨结合面 b所受力矩为 M2mgl6 150×9.8× 25 855.8N·m，两个导轨定位面从c、d所受的力为P P2譬30 135 N。

横梁导轨面受力方向及大小确定后，应用有限元分析软件ANSYS对横梁进行有限元分析。

此横梁全长为6 000 mm，每隔200 ram距离测量- 组横梁导轨变形量。

· 16· 机床与液压 第 41卷重心图4 滑枕整体对横梁产生变形作用力模型图将横梁三维模型导入ANSYS软件，由于横梁是通过锁紧油缸固定在立柱上，所以锁紧油缸压紧面和滚珠丝杠支撑点均为横梁受作用力时候的固定点，即约束点。然后加载导轨结合面和导轨定位面所承受的载荷，通过软件计算会得出-组横梁变形量。通过每隔200 mm测量-次变形量，得出20组横梁导轨结合面和导轨定位面的变形数值，如表 14所示。

表 1 导轨结合面 8的变形量表2 导轨结合面 b的变形量续表2表3 导轨定位面 e的变形量表4 导轨定位面 d的变形量将此4组表格中的数据导入Matlab，生成如图5所示的曲线。

第14期 刘兴卓 等：立式车铣中心横梁导轨的仿形设计和制造方法 ·l7·2. 3鲁- 8. 13. 18xfmn)导轨结合面a的变形量 曲线xlm(b)导轨结合面b的变形量曲线xlm(c)导轨定位面c的变形量曲线xlm(d)导轨定位面d的变形置曲线图5 导轨结合面a、b及导轨定位面 C、d的变形量曲线此4条曲线即为横梁导轨面所需要加工的曲线。 和剖面线处为横梁加工时在铣床上的固定位置，箭头其中，导轨结合面 a曲面对应于图5(a)的曲线， 处需要做两个可调水平的支撑工装，待调整完毕后即导轨结合面b曲面对应于图5(b)的曲线，导轨定 可进行横梁导轨面的加工。

位面C曲面对应于图5(C)的曲线，导轨定位面 d 由于采用的是直线导轨导向和承载，所以对横梁曲面对应于图5(d)的曲线。 四个加工面光洁度的要求不是很高，因此横梁可以在2.4 横梁仿形加工及装配 数控龙门铣机床加工完成，大大降低了加工难度，同横梁将在大型龙门铣床上进行加工，加工时横梁 时提高了横梁的仿形加工精度。

水平放置，如图6所示。 在横梁仿形加工完成后，即可进行直线滚动导轨L 舡蚶龃图6 横梁加工时的位置图加工时需要把横梁导轨面调成水平，两个箭头处的安装 (图7所示)。

首先横梁主体 1已仿形加工完成，通过导轨连接螺钉5将直线导轨3安装在横梁主体1上，注意此时导轨连接螺钉5只需连接即可，无需加力紧固；然后通过压紧块螺钉7将压紧块4安装到横梁主体 1上，加力紧固压紧块螺钉7，通过压紧块4将直线滚动导轨3立面与横梁主体 1贴合紧密；接着再加力紧固导(下转第23页) 1J .j i -