[发明专利]一种新型高精度移动龙门式机床中主轴结构及其制造方法

说明书

本发明涉及一种新型高精度移动龙门式机床中主轴结构及其制造方法，具体步骤如下：步骤一、构建有限元分析模型；步骤二、进行机床主轴系统中热源和边界条件进行计算；步骤三、利用有限元仿真软件Ansysworkbench和Solidworks进行热量‑结构耦合分析计算和验校，得到主轴温度场分布和热变形量；步骤四、根据仿真计算得到的结果，再利用Solidworks和AutoCAD进行主轴结构及其冷却结构设计。本发明的一种新型高精度移动龙门式机床中主轴结构及其制造方法，能够缩小主轴研发设计周期和减少设计投入成本；提高制造材料使用率，从而优化机械结构；能够杜绝主轴运行过程中出现的不良共振效应；减少工件报废率。

技术领域

本发明涉及装备加工设备的领域，尤其是一种新型高精度移动龙门式机床中主轴结构及其制造方法。

背景技术

大型数控车床是每个国家工业化发展进程中重要的支柱，在国防、航空航天、化工、能源等国家重要行业里不可或缺，提高数控车床加工精度、加强刚性、提高运行可靠性、拓展加工范围是国内各个机床公司的发展方向，从而满足国内对该数控车床的需求量，并降低国内机械制造行业对进口数控车床的依赖。根据中商产业研究院大数据库数据统计，2017年1月份到9月份中国金属加工车床进口量总合约为6.7万台，金额约为65.1亿美元，与去年同期相比增长量分别约为24.3％和10.8％；其中，2017年9月中国金属加工车床进口量约为8.7万台，金额约为9.5亿美元，同比增长量分别约为24.4％和40.8％。

移动式龙门车床的开发及研究，将具有良好的国内外市场需求前景，主要应用于铁路、航空、航天、桥梁、汽车、军工制造等行业。我国数控机床主要以中低端产品为主，高性能数控机床在精度和加工速度上跟国际范围内的前沿技术有较大差距。虽然近几年重大专项的实施推动了该行业技术进步，但相比主机技术的快速发展，高档数控系统和配套件的研发和生产还处于一个相对落后的境况。此外，还有众多科研成果仍停留在高校和研究院所。

数控车床的加工精度受到材料、制造、安装、检测、控制、环境等诸多因素影响。数控车床加工过程中每一个因素都可能成为影响车床最终加工误差的主要原因，如果不进行综合分析与控制，任何一项误差源都可能影响到零件的加工精度。由于机床在正常工作条件下，产生的热量(如驱动系统设备部件中旋转轴承、电机)传递至机床核心部件，导致该部件出现较大的温升变化和热变形。由于零件中各个部分结构、形状等均不同，将产生弯曲、扭曲、拉伸等变形即热位移，从而造成加工误差。其中，机床主轴等重要零部件热变形误差是引起机床变形误差的重要因素，因此需要减少主轴系统的发热量和增强其散热能力，降低温升。本发明着重结合主轴系统的产生热量和散热结构，提出一种新型高精度移动龙门式机床中主轴结构设计，以提高加工精度、加工故障率。

高性能数控车床作为一种先进的装备加工设备，在工业制造领域中已得到广泛的应用。其中，移动式龙门数控车床是目前为止机械制造业的主要加工设备，也是市场上比较热门的产品，收到广大公司青睐。由于数控机床的重要性，已经发展成为现在工业领域重要部分之一，也是必须的设备之一，进行机械制造的同时，在一定程度上促进公司的生产率，提高经济效益。近年来，随着我国国防、航空、高铁、汽车和模具等重要装备制造行业的快速发展，国产的数控机床技术已不能满足日益增长的需求，并且它与国外同类型的产品相比，在高速化、复合化、精密化、多轴化等方面存在着很大的差距。因此，目前中国高档数控系统和功能部件仍然主要依靠进口。为了能够解决当前遇到的困难，有必要针对大型高性能数控机床进行深入研究和设计，形成具有独立自主知识产权的机床生产能力，以改善国内机床大量需求状况。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种新型高精度移动龙门式机床中主轴结构及其制造方法，主要应用于大中型、超大型精密数控车床中，在解决本公司加工复杂工件任务的同时，还能够提高工件的加工精度和加工效率，并能够提高工件的材料使用率，且具有维修方便、保养简易、使用寿命长等。基于以上优点，它在国防、航空、高铁、汽车和模具等重要装备制造行业有着较为广阔的应用前景，因此有必要针对这样的高精度移动龙门式机床中主轴结构进行研究和设计。