赵进明

（太原机床厂）

数控机床作为现代装备制造业的工作母机，已经成为涉及国民经济命脉、国家安全的重要装备。龙门加工中心是航空航天、船舶、机车车辆、工程机械和纺织等行业的主要加工设备之一，随着数控机床技术的不断发展进步，对机床结构的优化设计提出了更高的要求，即在满足机床整体性能的条件下，要逐步提高机床加工、装配的工艺性、可靠性。

本文在对XHT2420龙门加工中心的主传动系统和滑枕结构分析的基础上，将新型的复合碳纤维传动轴应用到主传动系统，从而优化了主传动结构，简化了滑枕内腔结构，提高了主传动系统加工和装配的工艺性、可靠性和经济性。

机床结构

XHT2420龙门加工中心总体结构为由双立柱和固定横梁组成封闭框架、工作台移动的龙门式定梁结构，X、Y、Z三个进给轴联动，工作台移动采用伺服电动机驱动消隙双齿轮、精密齿条机构,在床身上沿直线滚动导轨做X向往复纵向运动，伺服电动机驱动滚珠丝杠副带动拖板沿横梁上的直线滚动导轨做Y向往复横向运动；由伺服电动机驱动滚珠丝杠副带动垂直滑枕上的镗铣头做Z向往复运动。

机床主轴配置了五面加工头，采用了立卧组合主轴头，同时具有立式和卧式主轴，恒温冷却，主轴自动完成5°×72mm转位, 主轴立卧换刀由电气、液压和气动共同配合完成60把链条刀库的全自动换刀。零件经一次装夹，可以对工件进行五面加工，可完成除安装面外其余各面及孔系的加工，确保被加工零件的各面、孔之间的加工精度，适用于多种板类、箱体类和机架类零件的数控加工，一次装夹可以对工件进行镗、铣、钻、铰和攻螺纹等各项操作。机床主体结构布置如图1所示。

XHT2420的主要技术参数为：主轴功率22/26kW，主轴扭矩560N·m，主轴转速200～3 500r/min，工作台尺寸2m×6m，滑枕镗铣头行程（Z向）1 000mm，三坐标Z大移动速度12m/min。

机床原滑枕主传动设计及分析

滑枕主传动部件是影响龙门五面加工中心整机切削性能、强度、刚性和热平衡的关键部件。滑枕是主传动部件的关键零件，其结构与工艺性将直接影响主传动部件的性能，其作用是把主轴电机和主轴连接起来并作Z向进给运动，在机床加工过程中，滑枕既要承担自身的质量，还要承受主电机及减速箱的质量，为了实现机床快速平稳地运动，滑枕必须保持很好的动态特性。

（1）原滑枕主传动设计及工艺性分析。如图2所示为龙门加工中心原滑枕主传动系统。主轴伺服电动机1与方滑枕镗铣头主传动ZF减速箱2组配，ZF减速箱与滑枕采用分离式设计结构，ZF减速箱置于滑枕顶端，通过两根传动轴5、9和中间花键轴套7及联轴器3、11将ZF减速箱的动力传递给立卧镗铣头主轴12，驱动刀具完成切削运动。

由图2可见，两传动轴5与9必须通过4、6、8、10共4组轴承支撑，滑枕零件传动轴孔多为深轴孔，加工精度特别是平行度、孔距和孔径较难保证，易造成传动链松垮，减弱传动刚性，增大切削噪声。此外，长轴孔不易装配，装配质量稳定性、可靠性不高，影响传动刚性。

由此可见，滑枕精密深腔孔的加工和测量是滑枕制造和加工的关键。

（2）原滑枕加工工艺性分析。如图3所示即为龙门加工中心原滑枕零件图，方滑枕尺寸为420mm×420mm×2 773mm，滑枕Z大行程Z = 1 0 0 0 m m，腔内轴向共6 个加工孔， 主轴孔φ 360H7， 各孔同轴度要求φ 0.025mm。结构特点是内腔孔比较深，各孔同轴度要求高。尤其是中部的轴承孔，无论从左端还是右端加工，距端面距离分别深达1 426mm和1 411.3mm，加工、测量均很困难。

一般滑枕深腔孔有3种主要的加工方法：悬臂镗削法、吊墙导向法和固定式双支撑法。悬臂镗削法：当滑枕深腔孔孔深不大于1 000mm时，可采用主轴单臂悬深的方法进行加工。这种方法的加工刀具方便随时进行调整，而且在操作过程中方便测量和观察，滑枕深腔孔和滑枕两端孔的同轴度主要就是依靠刀杆的刚性和机床的回转精度来保证。

吊墙导向法： 当滑枕深腔孔孔深大于1 000mm时，由于孔深较深，采用单臂悬伸方法无法达到精度要求。通常采用吊墙导向法，这种方法利用滑枕上带有的方窗，窗口朝上，在深孔窗口处安装专用工装——吊墙，在滑枕端孔安装架套，形成双导向的加工方法。用这种加工方法生产的工件同轴度好，但因吊墙（作镗杆的支撑用）是悬挂在滑枕上方，其支承刚性差，切削过程易产生振动且测量不方便。固定式双支撑法：当滑枕的深腔孔孔深大于1 500mm时，一般