關(guān)鍵詞：加工中心；剛性；龍門結(jié)構(gòu)；立柱；弧形龍門

摘  要：弧形或圓形龍門是將“門”形龍門結(jié)構(gòu)的橫梁、立柱設(shè)計(jì)成一體的弧形或圓形，產(chǎn)生一種新的龍門機(jī)床結(jié)構(gòu)，橫梁就是立柱，立柱就是橫梁。將“門”形龍門結(jié)構(gòu)3個(gè)部件（橫梁、2個(gè)立柱）設(shè)計(jì)為1個(gè)部件，在制造、裝配工藝上容易控制和保證精度；從而實(shí)現(xiàn)了加工中心加工曲面或工件側(cè)面時(shí)，數(shù)控系統(tǒng)不需要實(shí)時(shí)對(duì)刀具進(jìn)行半徑補(bǔ)償，有效的提高了加工速度。

1、傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)加工中心機(jī)床現(xiàn)狀

目前數(shù)控機(jī)床行業(yè)共知的加工中心機(jī)床主體結(jié)構(gòu)有2種：C型結(jié)構(gòu)和龍門結(jié)構(gòu)。C型結(jié)構(gòu)是主軸在立柱上做上下運(yùn)動(dòng)，Y軸的加工范圍大小與主軸在立柱上的懸臂長(zhǎng)度有關(guān)，而懸臂長(zhǎng)度影響機(jī)床加工剛度，所以在加工要求下，Y軸的加工范圍都小；龍門結(jié)構(gòu)都是方方正正的一個(gè)橫梁二個(gè)立柱“門”形結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)應(yīng)用在機(jī)床上比C型（一個(gè)立柱）剛性好，Y軸加工范圍基本只受絲杠傳動(dòng)的限制。上述2種結(jié)構(gòu)機(jī)床因C型結(jié)構(gòu)只有一個(gè)立柱，制造、裝配、檢驗(yàn)相當(dāng)龍門結(jié)構(gòu)（2個(gè)立柱1個(gè)橫梁共3個(gè)部件）簡(jiǎn)單，所以C型結(jié)構(gòu)加工中心國內(nèi)加工中心生產(chǎn)中應(yīng)用zui多，產(chǎn)量zui大。上述2種結(jié)構(gòu)機(jī)床幾十年基本沒有變化，也沒有中國的知識(shí)產(chǎn)權(quán)。在國家發(fā)展大飛機(jī)戰(zhàn)略、為國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供保證的前提下，有必要研制開發(fā)我國自己的*結(jié)構(gòu)數(shù)控機(jī)床。，所以本文提出一種新的機(jī)床結(jié)構(gòu)——弧形龍門結(jié)構(gòu)。

2、弧形基本結(jié)構(gòu)和工作原理

弧形或圓形龍門是將“門”形龍門結(jié)構(gòu)的橫梁、立柱設(shè)計(jì)成一體的弧形或圓形，產(chǎn)生一種新的龍門機(jī)床結(jié)構(gòu)，如圖一所示。

圖1 弧形龍門基本結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

它zui大特點(diǎn)：橫梁就是立柱，立柱就是橫梁。將“門”形龍門結(jié)構(gòu)3個(gè)部件（橫梁、2個(gè)立柱）設(shè)計(jì)為1個(gè)部件，在制造、裝配工藝上容易控制和保證精度；主軸滑枕軌道設(shè)計(jì)在弧形龍門上，使主軸在橫梁上直線運(yùn)動(dòng)變成弧線運(yùn)動(dòng)，減小了主軸在加工工件時(shí)與立柱的長(zhǎng)度，提高了機(jī)床及加工剛性。

3、弧形龍門基本結(jié)構(gòu)的優(yōu)、缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：加工中與C型結(jié)構(gòu)、門型龍門結(jié)構(gòu)相比，在加工工件側(cè)面時(shí)，始終將主軸受力方向垂直于主軸，切削的反向力矩直接作用在弧形龍門機(jī)構(gòu)上，同時(shí)，加工至工件安裝面時(shí)滑枕懸臂短，能實(shí)現(xiàn)高剛性重切削加工運(yùn)動(dòng)，而C型結(jié)構(gòu)、門型龍門結(jié)構(gòu)三軸機(jī)床在加工工件側(cè)面及接近工件安裝面時(shí)，主軸力矩與切削力矩成方向不重合，影響加工速度及精度，圖3圖4所示；在曲面加工時(shí)，三軸聯(lián)動(dòng)就能任何方向始終將刀具頂點(diǎn)垂直與工件表面，減少數(shù)控系統(tǒng)對(duì)刀具半徑補(bǔ)償?shù)倪\(yùn)算，剛性也相應(yīng)提高，如圖2所示。而C型結(jié)構(gòu)、門型龍門結(jié)構(gòu)三軸機(jī)床在曲面加工時(shí)，刀具頂點(diǎn)不能在任何方向垂直于工件表面，數(shù)控系統(tǒng)不實(shí)時(shí)對(duì)刀具進(jìn)行半徑補(bǔ)償，就不能解決加工過切問題，加工出的工件將是報(bào)廢。主軸相對(duì)滑枕作B向回轉(zhuǎn)運(yùn)功，不需要多角銑頭或角度銑頭就可實(shí)現(xiàn)多個(gè)面加工。

圖2加工曲面示意圖

圖3 側(cè)向示意圖

圖4普通三軸機(jī)床加工側(cè)向示意圖

圖5  普通三軸機(jī)床加工曲面示意圖

制造、裝配工藝與C型結(jié)構(gòu)、門型龍門結(jié)構(gòu)相比，弧形龍門結(jié)構(gòu)只有一個(gè)部件（除機(jī)床底座、工作臺(tái)），與C型結(jié)構(gòu)一樣具有方便的加工、裝配工藝性；比門型龍門結(jié)構(gòu)少了2個(gè)部件，加工工作量減少2/3，加工精度更能保證，裝配工作量也減少2/3，極大提高機(jī)床生產(chǎn)速度、裝配精度。

缺點(diǎn)：弧形龍門結(jié)構(gòu)機(jī)床必須是4軸聯(lián)動(dòng)才能加工方形及異形曲面。傳動(dòng)必須有別與現(xiàn)有的絲杠傳動(dòng)方式，因?yàn)榛⌒谓z杠難加工，采用直線電機(jī)能解決傳動(dòng)問題。數(shù)控系統(tǒng)也必須弧形運(yùn)動(dòng)進(jìn)行實(shí)時(shí)弧形運(yùn)算控制。

4、結(jié)語

弧形龍門結(jié)構(gòu)是一種全新的機(jī)床結(jié)構(gòu)，它兼顧門型龍門結(jié)構(gòu)的高剛性、C型結(jié)構(gòu)的制造安裝調(diào)試的方便性。但要實(shí)際應(yīng)用需要數(shù)控系統(tǒng)、傳動(dòng)等多個(gè)功能部件技術(shù)的配合，也需要加工工藝的創(chuàng)新來實(shí)現(xiàn)。研制、開發(fā)這種結(jié)構(gòu)將使機(jī)床行業(yè)發(fā)生新的、革命性變化，能將中國的機(jī)床制造技術(shù)推向行業(yè)制高點(diǎn)。

  周剛（1976年2月）工程師，從事數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)、銷售工作

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