一种新型卧式车床结构的探索*

□ 王毅哲 □ 王益轩

1.陕西工业职业技术学院 陕西咸阳 712000 2.西安工程大学机电工程学院 西安 710048

1 现有卧式车床结构存在的问题

在普通卧式车床和数控车床中，床身上方的导轨上安装了尾座、拖板箱等，如图1所示，该结构在静态状态下，床身的刚度和精度均没有问题，但在使用过程中，却经常出现床身刚度差、加工精度低等问题，现对该结构上存在的主要问题分析如下。

（1）刀架设置在床身外侧，机床占地面积大，结构不够紧凑；因机床结构不对称，加工中热变形严重。

（2）在车削加工中，因车刀受力不合理，会造成床身的形变，影响加工精度。

（3）热膨胀是各种金属和非金属材料的固有特性，机床在加工时，有许多部件和部位会产生大量热量，如电机、滚动轴承、刀具与工件的切削部位、液压系统等，这些产生热量的部件和部位称为热源；热源产生的热量，通过传导、对流、辐射会传递到机床的各个部件，引起温升，产生热膨胀；由于热源分布的不均匀，各热源产生的热量不等以及各零部件的质量不均匀，形成机床各部位温升不一致，从而产生不均匀的温度场和不均匀的热膨胀变形，破坏了刀具与工件的正确相对位置，影响加工精度。

2 卧式车床结构改进设计方案

2.1 改进后的卧式车床总体结构布局

改进后的结构如图2所示，它是一个对称布置的床身，可以提高定位精度，减少床身自重对加工精度的影响。床身上设置两条导轨，主轴箱被安装在导轨上方，尾座设置在导轨上，其轴线与主轴箱轴线同轴，并且能沿导轨方向左右移动。在导轨上设置一个转盘，转盘上安装刀架，位于主轴下方，可以沿竖直方向上下移动，并能沿导轨左右移动，如图3所示。

2.2 采用热对称结构

新结构对热源采用对称分布设计，这样在产生热变形时，可保证工件或刀具回转中心的中心线位置不变，降低热变形对加工精度的影响。由于主轴沿主轴中心对称，主轴头架左右两部分的热膨胀量大致相等，主轴热膨胀仅发生在竖直方向。

3 效果展望

改进后的卧式车床刀架被安装在转盘上，这样可以安装多把刀具。转盘被安装在与主轴尾座平行的轴线上，可以沿X轴方向移动。刀架被安装在主轴和尾座下方，可以减小床身尺寸。

▲图1 普通卧式车床的导轨安装

▲图2 改进后卧式车床的导轨安装

▲图3 刀架移动状况

该机构中的刀架在切削工件时，切削力作用在垂直于床身表面上，可以提高床身刚度，减少切削力带来的床身变形，提高加工精度。

主轴下方设计成中空腔体，刀架可以放置在主轴下方，收缩进主轴的腔体内，可以节省前后方向的空间。刀架距离主轴更近，缩短了传动链，提高了传动精度。

此外，采用热对称布局的床身机构，可以减少热膨胀引起的床身变形，提高床身精度。

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