一种用铝型材做结构件的机床设计

赵金宇，樊 刚

（沈阳优尼斯智能装备有限公司 辽宁 沈阳 110142）

众所周知，工业铝型材具有质量轻、成型优、强度高、耐腐蚀、寿命长、可再生、少污染、维护费低等多种优点，在众多材料中脱颖而出，已经成为了现阶段诸多机械、建筑等行业的最爱；同时，在机床行业，由于铝型材自身成批量出产的特点，对于机床实现量产化提供了有利保障，成为了未来机床行业发展的趋势。

铝型材机床的缺点是，由于质量轻，因此对于机床搭建上的结构要求非常严格，如若安排不合理，极易在机床加工工件时产生共振现象，对机床精度及加工出工件的精度产生极大影响。

这种用铝型材搭建框架而研发的一种框架式智能高速钻攻中心机床，降低了机床整体重量，提高了机床稳定性及机床装配效率；安装机床防护时更加便捷、高效，同时解决了机床加工工件时产生共振现象及机床精度等问题。

搭建技术方案：框架式智能高速钻攻中心机床，包括床身、床身底座、滑座、框架、主轴箱、三角压板，床身与床身底座通过螺钉连接，滑座与床身通过床身上滑块用螺钉连接，其特征在于：框架是铝型材由垂直方向高度一致的立柱及立柱上方水平放置的小柱搭建而成，小柱与立柱通过中间过渡板连接，用三角压板固定前后左右四个方向，立柱底部固定在床身底座上，通过压板及螺钉固定，主轴箱与铝型材框架通过渡板、T型螺母与螺钉连接。所述立柱其槽内放置足够数量的T型螺母便于后续安装固定。图中所述立柱为6根型材组成，在初期研发阶段尝试用4根型材搭建，但搭建后稳定性差，切削实验过程中，共振现在非常严重，同时对上方主轴箱支撑不够，主轴方向精度很不理想，因此对方案进行重新改进，改用6根型材搭建，搭建后稳定性明显升高（图2），切削实验中，共振现象基本没有，非常稳定。同时，此次研发期间也尝试用8根等不同数量的型材进行搭建，但搭建后效果都不是很理想，因此选用6根。选择这种形式的框架，相对于悬臂式等稳定性更好，我们可以从应力的计算公式σ=Ws/A得出：在Ws两者相同的情况下，框架式的截面积A更大，因此其应力更小，稳定性相对于悬臂式的更好。

图1

空间位置关系如图1中坐标所示。滑座移动方向为X向（左右）、床身移动方向为Y向（前后）、主轴箱移动为Z向（上下）。

适用范围及工作原理，该机床适用于加工板类、盘类、模具及小型壳体类复杂零件，能完成铣削、镗削、钻削、攻螺纹和加工切削螺纹等工序。该款铝型材机床搭载沈阳机床集团自主研发的i5数控系统，数控系统通过对输入的数字和字符等信息进行一系列处理后，再通过伺服系统及可编程序控制器向机床主轴及进给等执行机构发出指令，机床主体则按照这些指令，并在检测反馈装置的配合下，对工件加工所需的各种动作，如刀具相对于工件的运动轨迹、位移量和进给速度等项要求实现自动控制，从而完成工件的加工。

铝型材机床的优点及有益技术效果：采用铝型材机床，可以大大降低机床的整体重量，由于机床上部的整体重量变轻，使得机床的整体重心下移，可以大大提升机床的稳定性能；在机床装配过程中，改变了原有的装配工艺，铝型材搭建后通过整体精度调整找平后，机床整体再经过机床加工重新找平，可以大大提高机床的装配精度，而不会因装配导致误差积累；由于改为整体框架结构，因此而重新进行了防护间设计，改为整体防护，不容易出现共振现象，同时防护间的安装只需与铝型材框架结合即可，便捷效率大大提升；由于铝型材的生产工艺性，使得铝型材的出产率很高，因此在机床上的使用，可以使机床实现量产化。

附图说明：

图1是铝型材搭建整体结构示意图。

图2是图1中Ⅰ的局部放大图，它描述了一种连接方式。

图3是图1中Ⅱ的局部放大图，它描述了铝型材的一种搭建方式。

图4是图1中Ⅲ的局部放大图，它描述了上部型材与下部型材的结合方式。

图中1是床身、2是滑座、3是中间过渡板、4是小柱、5是立柱、6是主轴箱、7是三角压板。

具体实施方式：

为了使技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，进行进一步详细说明。

实施例1，如图1所示，床身1与床身底座通过4个M18的螺钉连接；滑座2与床身1通过床身上滑块用M8螺钉连接；立柱5放置前，在其槽内放置足够数量的T型螺母便于后续安装固定，六根小柱4与垂直向六根立柱5通过中间过渡板3连接，再利用三角压板7固定前后左右四个方向，同时利用立柱5槽内的T型螺母使其与三角压板7间利用螺钉固定，主轴箱4与铝型材框架的连接通过过渡板、T型螺母与螺钉连接而成。

空间位置关系如图1中坐标所示，滑座移动方向为X向（左右）、床身移动方向为Y向（前后）、主轴箱移动为Z向（上下）。

机床切削过程中，X向由滑座带动工作台实现，Y向由床身带动滑座实现，Z向由主轴伸缩实现深度切削。铝型材框架相当于立柱的作用，但不同于以往的是铝型材框架更轻便；结构稳定性更高；在精度调整上，由于改变了床身与立柱的垂直结构，因此避免了床身与立柱垂直度不合等精度问题。本次采用框架结构一是其材料特性，轻便、耐腐蚀、安装及拆卸、携带、搬移极为方便；二是其稳定性、精度高；此外后续防护、刀库、电器柜的安装非常方便。