立式车铣复合数控机床关键部件的结构设计*

付川川

（齐齐哈尔工程学院，黑龙江 齐齐哈尔 161000）

现阶段，制造业是我国经济发展的支柱产业，其中数控机床是现代制造业的核心装备，该设备的功能与先进性直接影响制造业的可持续发展。我国数控机床在产业规模、质量以及系列规格方面均获得了显著的提升，但高档数控机床过度依赖进口的现象并未得到有效解决。对此，我国应加强对数控机床研发设计的研究，尤其是关键部件的结构设计，进一步满足当前数控机床的加工与操作要求。

1 我国立式车铣复合数控机床的发展应用

近年来，我国一直以西门子、法拉克等国际高档数控系统为参照，增加国产数控系统关键部件的功能，且已经达到国际先进标准，如作为高档数控机床关键功能部件的双摆头铣头，其转速可达到24 000r/min 和1 600r/min。但在技术服务能力方面，我国数控机床企业相较于国外知名企业仍旧存在一定的差距，后者已经能够针对不同用户的加工对象以及工艺需求提供特定的技术服务，如机床设计、工艺方案制定、切削参数设置等。很多生产制造企业在采购高档数控机床时一般对标实际零件的加工需求，因此国外企业这种能够基于产品加工需求提供全套解决方案的技术服务模式无疑更具市场竞争力，这是未来一段时间内我国机床企业需要完善的重点内容。

1.1 车铣复合加工技术

车铣复合加工技术最大的优势在于能利用同一台机床设备实现多样化的加工目标，即在一台数控机床上整合多种加工工艺和技术，满足现今生产制造业越来越个性化的生产加工需求。此外，这项功能还可以缩小车间的占地面积，促进企业经营效益的提升。车铣复合加工设备虽然价格较昂贵，会消耗大量的前提投入，但在实际生产的过程中，多种加工制造功能的融合可以有效减少企业在设备方面的整体投资，同时加工工艺的优化还可以简化生产过程中的产品转换步骤，实现流动成本、人力成本以及管理成品的降低。如此一来，企业的整体经济效益必然能够得到提升。

1.2 立式车铣复合数控机床

随着科学技术的持续发展，现代机械制造领域发生了巨大的变化。机械产品结构的复杂化以及对性能、精度不断提高的要求，推动着生产设备性能的持续优化。诞生于20 世纪50 年代的数控机床正好满足了高精密产品的生产要求。经过半个多世纪的发展之后，数控机床的类型变得越来越多样化，其功能也更加丰富强大，比如对复杂形状工件的加工，数控程序可灵活编程调整，操作者和机床可以在时间和空间上进行分离，机床结构模块化，可实现刀具和工件的自动变化，等等。

目前，立式车铣复合数控机床是生产制造领域常用的一种数控机床类型，与传统机床相比，立式车铣复合数控机床拥有更加强大的性能和丰富的功能，可对工件进行多道加工工序的处理，只需一次装夹就可以完成所有加工工序，有效避免了多次装夹定位所带来的加工误差。此外，装夹工序的简化使零件加工的整体效率得到显著提升，加工成本也随之降低。具体来讲，立式车铣复合数控机床加工的优势主要表现在以下几个方面：

首先，传统机床在车削加工的过程中，其曲轴颈与其他偏心凸轮零部件所具有的偏心质量有可能导致不平衡问题，影响零件加工的精确度。采用立式车铣复合数控机床进行加工时，则可以对加工速度进行灵活的控制调整，避免负面影响的出现。

其次，立式车铣复合数控机床提高转速的同时，其切削加工的质量也要优于传统机床，原因在于其提高了薄壁杆件以及细长杆件的精确度，可以更加精准地控制切削力，提高工件成型的加工质量。

再次，立式车铣复合数控机床在生产加工的过程中，可以将切削速度分解为工件旋转和工具回转的相关速度，机床先进技术可以加快刀具回转速度，同时避免旋转速度存在的问题，确保加工生产的顺利完成。此外，在加工一些大型锻件的毛坯时，立式车铣复合数控机床可以在保持极高加工速度的同时，预防工件偏心所诱发的不良震动以及径向切削力波动问题，保障工件切削的稳定性，最大限度地避免误差。

再次，立式车铣复合数控机床在生产加工中可以对工件的离心力进行有效控制，避免工件变形，提高生产加工的精确度。

最后，立式车铣复合数控机床的应用可以减少工件装夹操作的次数，其拥有的在线检测功能可以动态分析工件的精确度，提高整个加工作业的精准度。立式车铣复合数控机床应用于制造业生产加工的一个关键要点就是，关键部件的结构设计应基于科学发展的原则，采用正确的结构设计方法进行处理，实现机床功能的优化改进，更好地满足现今工作的需求，获得理想的工作的效果，实现各方面设计工作质量的全方位提升。

2 立式车铣复合数控机床关键部件的结构设计

立式车铣复合数控机床在现代制造业中的应用有效解决了复杂平面加工、曲面加工等方面的问题，极大地强化了机械设备的加工能力。在对其关键部件进行结构设计的过程中，应该遵循正确的结构设计观念，以科学化的方式提升设计工作水平，促进机床加工性能的提高。

2.1 工作台主轴部件的结构设计

立式车铣复合数控机床工作台结构设计的要点在于主轴（C 轴）设计，直接影响着加工的精度。在实际运行中，主轴主要负责承载和带动工件的回转运动，以保证分度定位的精确。从目前来看，工作台的主轴设计方式主要有三种，一是双列圆柱滚子类型和高精确度推力滚柱类型的轴承组合形式，其优点是能够同时强化径向和轴向的刚度以及荷载承受力，但这种设计方式也存在一定的不足，即主轴转速以及精度会受到明显的限制。二是单列圆锥呈现出相互交叉态势的滚子轴承设计形式。在这种形式下，轴承拥有更加强大的抗翻倾扭矩性能，同时还具有噪声低、发热少、润滑油材料用量少等优点[1]。但实际安装的难度过高，对加工工作和装配工作的工艺技术也有着很高的要求，需要投入更多的成本。三是静压轴承类型的设计形式，其优点是运转功能良好，且具有较强的表面加工性能，工作台轴承的磨损问题也会得到显著改善，加工精准度以及机床的使用寿命将获得大幅度提升。例如在误差控制方面，可以有效降低制造期间因一些不准确因素而造成的负面影响。由于轴承各个轴面的温度分布具有均匀性，因此基本上不会出现热膨胀的问题。

基于上述三种不同设计方式的优劣，机床企业在进行立式车铣复合数控机床工作台主轴设计的过程中，要根据实际需求选择最合适的设计方式，并遵循因地制宜的原则，实现轴承关键部件性能的有效改善。

2.2 镗铣滑枕关键部件结构设计

滑枕是立式车铣复合数控机床的关键部件之一，其设计质量会对机床的整体使用性能产生明显影响，因此必须采用高精度的设计方式。在结构设计的过程中，应在其顶端设置动力电机系统和减速机系统，通过传动轴的零部件实现功能优化，并为滑枕下方的附件提供一定的支撑，为附件头提供更加强大的动力，并增加润滑通道。此外，电机设备外部设计还可以达到提高功率和扭矩的效果，因此立式车铣复合数控机床结构设计中多采用此类滑枕设计方式[2]。需要注意的是，在设计工作中，应尽可能采用科学合理的方式提高关键部件的精确度，以此提高生产线中工件加工的精确性，促进其工作模式的优化。

2.3 工作台恒流静压结构设计

立式车铣复合数控机床工作台恒流静压结构设计多采用恒流静压导轨技术，设置12 头等量类型的齿轮分流器设备。在具体设计中需要特别注意一点，即保证单泵单腔可以向工作台的导轨腔提供均匀的恒流供油，这样可以有效减少压力损失以及溢流损失。由于这种设计方式的发热量很低，因此基本上不会出现工作台面变形的现象，可以最大限度地确保工件切削的精度[3]。具体设计方式如下：

首先，明确统计与导轨尺寸相关的数据，为后续设计工作的开展提供支撑。数控机床工作台底座导轨的尺寸应经过反复的设计验算之后才能最终确定，以保障设计方案的科学合理。

其次，确定工作台导轨油膜的间隙。以科学化原则为指导，综合考虑加工特点、工作台台面耐磨材质以及刮研工艺技术等多方面因素，将最大限度地提高工作精确度作为目标。一般情况下，油膜间隙处于0.07mm ～0.11mm 时，更有利于整体设计工作精确度的提高[4]。

最后，做好相关受力特点和实际情况的估算处理。简单来讲，就是通过精准计算及时发现设计工作中存在的组织结构运行问题，进而针对性地采取措施予以解决。例如，在相关主电机传动齿轮方面，考虑到其对于齿圈发挥着一定的作用力，应通过特定的工作进行计算对照。再如，通过创建坐标轴系统的方式对切削力进行分离和计算。

除此之外，所有参与立式车铣复合数控机床关键部件结构设计的人员在工作中必须具有与时俱进的设计意识和因地制宜的设计原则，根据数控机床关键部件的特点以及实际情况，最大限度地保障其整体结构设计的科学性，避免其在实际生产加工作业的过程中出现问题[5]。

3 结束语

综上所述，立式车铣复合数控机床是现阶段我国现在制造业零部件加工的关键设备，为了保障其加工精度，需要对其中的关键部件进行高精度设计，尤其是主轴系统、镗铣滑枕系统以及恒流静压系统，在结构设计的过程中都需要严格遵循科学化的原则，合理选择设计方式，提升其生产过程中的运行性能，提高加工的准确度，从而促进我国现代制造业水平的不断提升。