關鍵詞：加工中心；剛性；龍門結構；立柱；弧形龍門

摘  要：弧形或圓形龍門是將“門”形龍門結構的橫梁、立柱設計成一體的弧形或圓形，產生一種新的龍門機床結構，橫梁就是立柱，立柱就是橫梁。將“門”形龍門結構3個部件（橫梁、2個立柱）設計為1個部件，在制造、裝配工藝上容易控制和保證精度；從而實現了加工中心加工曲面或工件側面時，數控系統不需要實時對刀具進行半徑補償，有效的提高了加工速度。

1、傳統結構加工中心機床現狀

目前數控機床行業共知的加工中心機床主體結構有2種：C型結構和龍門結構。C型結構是主軸在立柱上做上下運動，Y軸的加工范圍大小與主軸在立柱上的懸臂長度有關，而懸臂長度影響機床加工剛度，所以在加工要求下，Y軸的加工范圍都小；龍門結構都是方方正正的一個橫梁二個立柱“門”形結構，這種結構應用在機床上比C型（一個立柱）剛性好，Y軸加工范圍基本只受絲杠傳動的限制。上述2種結構機床因C型結構只有一個立柱，制造、裝配、檢驗相當龍門結構（2個立柱1個橫梁共3個部件）簡單，所以C型結構加工中心國內加工中心生產中應用zui多，產量zui大。上述2種結構機床幾十年基本沒有變化，也沒有中國的知識產權。在國家發展大飛機戰略、為國民經濟發展提供保證的前提下，有必要研制開發我國自己的*結構數控機床。，所以本文提出一種新的機床結構——弧形龍門結構。

2、弧形基本結構和工作原理

弧形或圓形龍門是將“門”形龍門結構的橫梁、立柱設計成一體的弧形或圓形，產生一種新的龍門機床結構，如圖一所示。

圖1 弧形龍門基本結構簡圖

它zui大特點：橫梁就是立柱，立柱就是橫梁。將“門”形龍門結構3個部件（橫梁、2個立柱）設計為1個部件，在制造、裝配工藝上容易控制和保證精度；主軸滑枕軌道設計在弧形龍門上，使主軸在橫梁上直線運動變成弧線運動，減小了主軸在加工工件時與立柱的長度，提高了機床及加工剛性。

3、弧形龍門基本結構的優、缺點

優點：加工中與C型結構、門型龍門結構相比，在加工工件側面時，始終將主軸受力方向垂直于主軸，切削的反向力矩直接作用在弧形龍門機構上，同時，加工至工件安裝面時滑枕懸臂短，能實現高剛性重切削加工運動，而C型結構、門型龍門結構三軸機床在加工工件側面及接近工件安裝面時，主軸力矩與切削力矩成方向不重合，影響加工速度及精度，圖3圖4所示；在曲面加工時，三軸聯動就能任何方向始終將刀具頂點垂直與工件表面，減少數控系統對刀具半徑補償的運算，剛性也相應提高，如圖2所示。而C型結構、門型龍門結構三軸機床在曲面加工時，刀具頂點不能在任何方向垂直于工件表面，數控系統不實時對刀具進行半徑補償，就不能解決加工過切問題，加工出的工件將是報廢。主軸相對滑枕作B向回轉運功，不需要多角銑頭或角度銑頭就可實現多個面加工。

圖2加工曲面示意圖

圖3 側向示意圖

圖4普通三軸機床加工側向示意圖

圖5  普通三軸機床加工曲面示意圖

制造、裝配工藝與C型結構、門型龍門結構相比，弧形龍門結構只有一個部件（除機床底座、工作臺），與C型結構一樣具有方便的加工、裝配工藝性；比門型龍門結構少了2個部件，加工工作量減少2/3，加工精度更能保證，裝配工作量也減少2/3，極大提高機床生產速度、裝配精度。

缺點：弧形龍門結構機床必須是4軸聯動才能加工方形及異形曲面。傳動必須有別與現有的絲杠傳動方式，因為弧形絲杠難加工，采用直線電機能解決傳動問題。數控系統也必須弧形運動進行實時弧形運算控制。

4、結語

弧形龍門結構是一種全新的機床結構，它兼顧門型龍門結構的高剛性、C型結構的制造安裝調試的方便性。但要實際應用需要數控系統、傳動等多個功能部件技術的配合，也需要加工工藝的創新來實現。研制、開發這種結構將使機床行業發生新的、革命性變化，能將中國的機床制造技術推向行業制高點。

  周剛（1976年2月）工程師，從事數控機床設計、銷售工作

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