大型数控龙门桥式加工中心的研制

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1、大型数控龙门桥式加工中心罗红平1。刘祥发1，刘桂贤1，张永俊1，邓佑成2(1．广东工业大学机电工程学院，广州510006；2．江门市高成数控机械有限公司，江门529000)[摘要】针对船舶、航空、轨道交通、核电等行业的大型零件加工需求，研制了大型数控龙门桥式加工中心，3个移动轴行程为3m×5m×0．8m，可实现0．02mm的镗铣加工精度。通过对Iv_z-中心若干技术研究集成，使之具备以下重大特点：(1)研究伺服电机解耦控制方法及双驱动同步技术，保证横梁在两侧桥式立柱导轨上的精确同步纵向移动；(2)通过旋转螺母丝杠结构分别独立驱动双主轴头在横

2、梁上的横向移动，实现双主轴独,3-]VX-；(3)利用双回转摆动铣头附件及控制系统集成，实现大型零件的五轴数控]VX-。所研制的]VX-中心具有工作台承重大、加工效率高、使用方便、自动化程度较高等特点，已成功用于生产。关键词：大型零件；龙门桥式]VX-中心；双边同步驱动；双主轴头；旋转螺母丝杠Dol：lO．16080a．issnl671．833x．2016．06．053罗红平博士，讲师。主要从事特种加工、切削磨削加工技术及装备的研究。主持完成国家自然科学基金青年项目1项．广东省自然科学基金博士启动项目1项，获国家发明专利授权3项。t基金项目

3、：广东省省部产学研合作项目“大型数控龙门桥式五轴联动高速加工中心的研究与开发”(20138090600029o大型零件在船舶、轨道交通、重型制造装备、大型模具、电力、航空航天、汽车、能源、矿山、冶金、锅炉、印刷包装、现代国防等现代工业部门中具有广泛的应用，如大型船舶螺旋推进器、导轨机车零部件、大型航空件透明模具、钛合金和铝合金框架、航空发动机转子等11-2]其市场需求量逐年增加。信息显示，我国在未来近20年内需要生产制造2400多架新的民用飞机，价值为1970亿美元，再加上各类支线客机和民用运输机，总价值达到3500～4000亿美元[3l。

4、然而国外对我国在大型零件的加工装备和工艺等方面有所封锁，国外设备售价昂贵，限制了相关行业和产业的发展。针对船舶、轨道交通、核电等新兴行业及装备制造业对大型复杂零件加工装备的需求，自主研发了大型数控龙门桥式加工中心。该加工中心3个移动轴X／Y／Z的工作行程分别为3m×5mx0．8m，定位精度可达O．015mm，可以实现最大加工速度3m／min、加工精度为0．02mm的镗铣加工，且能通过双回转摆动铣头附件对大型复杂曲面零件进行多轴加工。通过关键机械结构总体方案布局设计及相关技术的系统集成，形成稳定的加工工艺和安装调试方案，利用研制的大型数控龙门

5、桥式加工中心，实现了一次装夹下对大型零件的高效、较高精度、较低成本的多面体加工。机床主要技术性能指标研制的大型数控龙门桥式加工中心总体尺寸及主要技术性能指标包括：外观尺寸：长5．9m，宽4．9m，高4．2m，总质量50t，总功率75kW。XY机床工作台尺寸：3．45m×4．32m；2016年第6期·航空制造技术53XIYIZ有效工作行程：X(主轴在横梁上的横向移动)：3m；Y(横梁沿桥式龙门导轨的纵向移动)：5m：z(主轴上下)：o．8m；机床定位精度O．015mm，重复定位精度O．015mm，最大加工速度3m／rain：所开发的龙门桥式数

6、控高速加工中心，可实现O．02mm的镗铣加工精度；能通过多轴联动方式加工大型复杂曲面零件。加工中心总体方案设计1机床总体结构布局针对大中型零件的加工，要求机床布局结构具有“行程大、速度高、刚度好”等特点，因此重型机床多采用龙门结构，也就是安装机床主轴的横梁由双立柱支承。而根据龙门式加工中心的y轴移动框架结构可形成若干个方案，主要包括：(1)动工作台、动横梁式；(2)动工作台、定横梁式；(3)定工作台、龙门桥式(横梁在高架桥式立柱导轨上移动)；(4)定工作台、动龙门式(龙门框在二边导轨上移动)等(见图1)。对于大型机床，为了尽可能控制机床的总

7、体尺寸，更多地采用龙门移动式方案(3)或(4)，即：工作台不动、龙门框移动或横梁在高架桥式立柱导轨上移动。相对于工作台移动的龙门机床而言，定工作台龙门机床的固定工作台可以与床身整体铸出，纵向运动的驱动力矩等值不变，不会因工件承载质量的改变而变化，从而能更有效地保证加工精度和机床的响应性能卜51。表1给出了各类不同框架结构的龙门式加工机床的性能比较。从表1的比较结果可知，对于船舶、机车、核电等行业大型零件的加工，采用龙门桥式框架结构可以更好地满足该类零件的加工要求。2机床运动部件结构设计针对大型零件“材料成本高、废品率要求严格，材料去除率大，

8、要求的加工效率高，零件表面质量及加工精度要求高”等特点，研制的机床应同时具备稳定性高、精度保持性好、功率大、扭矩大、刚性高、可实现高速加工等多种功能及特性。研制的加工中心机床选用