雙柱立式車(chē)床屬于大型機(jī)械設(shè)備，用于加工徑向尺寸大而軸向尺寸相對(duì)較小，形狀復(fù)雜的大型和重型工件。如各種盤(pán)、輪和套類(lèi)工件的圓柱面、端面、圓錐面、圓柱孔和圓錐孔等，亦可借助附加裝置進(jìn)行車(chē)螺紋、車(chē)球面、仿形、銑削和磨削等加工。與臥式車(chē)床相比，臥式車(chē)床的主軸軸線是水平的，由于工件的自重，裝夾后容易引起卡盤(pán)和工件變形，對(duì)較長(zhǎng)工件影響更嚴(yán)重，從而影響機(jī)床的后續(xù)使用精度和工件的加工精度，而立式車(chē)床主軸軸線為垂直布局，工作臺(tái)臺(tái)面處于水平平面內(nèi)，工件的夾裝與找正比較方便。這種布局減輕了主軸及軸承的荷載，因此立式車(chē)床能夠較長(zhǎng)期地保持工作精度。但傳統(tǒng)立式車(chē)床結(jié)構(gòu)復(fù)雜、立柱和橫梁笨重，給加工和運(yùn)輸帶來(lái)不小的麻煩，而且回轉(zhuǎn)工作臺(tái)采用推力滑動(dòng)軸承承受軸向切削力，從而使得主軸的轉(zhuǎn)速無(wú)法進(jìn)一步提高。針對(duì)以上問(wèn)題設(shè)計(jì)一種能滿足相同使用性能的新型雙柱立式車(chē)床，該車(chē)床機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)輸方便且性能穩(wěn)定，具有較好的應(yīng)用前景。
   
1 新型雙柱立式車(chē)床設(shè)計(jì)
   
1.1 整體外形結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
   
現(xiàn)在我國(guó)使用的普通雙柱立式車(chē)床沿用了前蘇聯(lián)的技術(shù)，設(shè)計(jì)時(shí)比較保守，整體質(zhì)量較大，大多數(shù)企業(yè)生產(chǎn)的雙柱立式車(chē)床總體結(jié)構(gòu)變化不大，如圖1所示，其結(jié)構(gòu)主要由底座、立柱、橫梁、頂梁、控制面板、控制柜、刀架和工作臺(tái)等組成。傳統(tǒng)雙柱立式車(chē)床的結(jié)構(gòu)復(fù)雜笨重，立柱、底座和橫梁等大型零件需要鑄造來(lái)完成毛坯生產(chǎn)，從而使得加工和運(yùn)輸都不方便。

針對(duì)現(xiàn)有傳統(tǒng)技術(shù)設(shè)計(jì)一種新型的雙柱立式車(chē)床，其整體外觀如圖2所示，主要包括底座、圓立柱、橫梁、行走架、頂梁、同步傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、刀架、方立柱和工作臺(tái)等部分。
   
雙刀架通過(guò)刀架滑座安裝在橫梁上，安裝刀具實(shí)現(xiàn)切削加工；橫梁由圓柱橫梁和T 型橫梁組合而成，通過(guò)兩端的立柱滑座安裝在圓立柱上，分別主要承受由于切削加工作用在刀架上的切削力和扭矩；立柱滑座的前端連接有行走架，便于相關(guān)人員在上面行走進(jìn)行零件的安裝找正或機(jī)床維修；機(jī)床左右兩側(cè)龍門(mén)式安裝圓立柱在底座和頂梁之間，作為橫梁上下移動(dòng)的軌道，為了增加圓立柱的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，由一空心方立柱輔助支撐；橫梁的上下移動(dòng)由同步傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來(lái)完成；為了減少同步傳動(dòng)的傳動(dòng)功率，橫梁設(shè)有平衡重，平衡重塊安放在方立柱空腔內(nèi)；工作臺(tái)在底座上、刀架下，實(shí)現(xiàn)工件裝夾和工件的旋轉(zhuǎn)。以上各零部件間通過(guò)高強(qiáng)度螺栓進(jìn)行聯(lián)接，該機(jī)構(gòu)形式有利于運(yùn)輸、加工和裝配工藝。新型雙柱立式車(chē)床的主要性能指標(biāo)和技術(shù)參數(shù)如表1所示。

1.2 龍門(mén)架設(shè)計(jì)
   
新型雙柱立式車(chē)床的龍門(mén)架包括底座圓基礎(chǔ)、底座方基礎(chǔ)、圓立柱、頂梁、方筒和方立柱等部分，如圖2所示。底座圓基礎(chǔ)用以支撐回轉(zhuǎn)工作臺(tái)；底座方基礎(chǔ)用以支撐方筒和聯(lián)接底座圓基礎(chǔ)；方筒用以支撐圓立柱和方立柱；圓立柱和方立柱用以支撐頂梁，且圓立柱做為Z向?qū)к?，方立柱?nèi)放置配重塊；頂梁用以安放平衡重滑輪組合同步傳動(dòng)機(jī)構(gòu)裝置。它們依次首尾相聯(lián)接形成龍門(mén)，是該機(jī)床能正常工作的基本保證。

采用圓柱立柱和方形立柱組合的方式作為該機(jī)床的立柱支撐方式，與傳統(tǒng)雙柱立式車(chē)床相比，圓柱導(dǎo)向接觸面積大，單位面積承載力小，剛性好，導(dǎo)向精度高，不需要制作大型的鑄件，選用型材，采用焊接、切削加工、熱處理和鍍鉻工藝就可以方便完成加工。圓立柱和方立柱結(jié)構(gòu)如圖3所示。

1.3 刀架和刀架滑座設(shè)計(jì)
   
與傳統(tǒng)雙柱立式車(chē)床不同，新型雙柱立式車(chē)床的橫梁上有2個(gè)可以隨橫梁滑座在橫梁上移動(dòng)的刀架部件，刀架部件由刀架、刀架柱塞、刀架滑座、刀架外殼、電機(jī)、滾珠絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)總成和刀架蝸輪蝸桿總成等部分組成，如圖4所示。刀架、刀架外殼和刀架蝸輪蝸桿總成的蝸輪安裝在橫梁滑座的環(huán)形槽內(nèi)，刀架蝸輪蝸桿總成的蝸輪與安裝在橫梁滑座上的蝸桿嚙合。當(dāng)旋轉(zhuǎn)蝸桿時(shí)，可改變刀架柱塞和橫梁的夾角大小，從而使刀架部件在機(jī)床上實(shí)現(xiàn)一定的擺角，以滿足實(shí)際加工的需求。在電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下，通過(guò)絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)可以實(shí)現(xiàn)刀架柱塞相對(duì)刀架滑座做直線移動(dòng)，以滿足實(shí)際加工的需求。

1.4 橫梁和橫梁滑座設(shè)計(jì)
   
在傳統(tǒng)雙柱立式車(chē)床的基礎(chǔ)上創(chuàng)新設(shè)計(jì)了橫梁，新型雙柱立式車(chē)床的橫梁有圓柱橫梁和T型橫梁組合而成，如圖5所示，分別聯(lián)接安裝在立柱滑座上，可以隨立柱滑座在圓立柱上做直線移動(dòng)。

采用圓柱導(dǎo)軌和T型導(dǎo)軌組合方式導(dǎo)向，導(dǎo)向精度高，剛性好，橫梁滑座兩端設(shè)有密封圈和防塵圈，一次性加油可以長(zhǎng)時(shí)間使用，確保自動(dòng)潤(rùn)滑、防塵并減震，橫梁滑座兩端安裝有三軸瓦滑動(dòng)軸承，可通過(guò)其錐面調(diào)整軸承和圓柱橫梁之間的配合間隙，不需要周期性研磨導(dǎo)軌，精度保持期提高4倍以上，其結(jié)構(gòu)如圖6所示。

1.5 橫梁升降同步傳動(dòng)設(shè)計(jì)

雙柱立式車(chē)床龍門(mén)跨度大，橫梁組件和刀架組件重量較重，需要在兩端提升橫梁，因此需要同步傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)橫梁的升降，其整體結(jié)構(gòu)外觀如圖5所示，其主要包括同步傳動(dòng)錐齒輪減速電機(jī)、同步傳動(dòng)軸總成、Z軸傳動(dòng)總成和橫梁升降螺母座等部分組成。同步傳動(dòng)錐齒輪減速電機(jī)裝置如圖7所示，電動(dòng)機(jī)輸出的動(dòng)力由電機(jī)輸出軸經(jīng)聯(lián)軸器，傳給小錐齒輪軸，通過(guò)與其嚙合的大錐齒輪傳給同步傳動(dòng)的雙輸出軸，再通過(guò)同步傳動(dòng)軸總成傳給頂梁兩端的Z軸傳動(dòng)總成，Z軸傳動(dòng)總成是一對(duì)蝸輪蝸桿傳動(dòng)，實(shí)現(xiàn)輸出方向改變和自鎖作用，最后通過(guò)Z軸傳動(dòng)總成的輸出絲杠軸帶動(dòng)安裝在T型橫梁上的絲杠螺母座移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)橫梁的升降運(yùn)動(dòng)。另外，為了減小同步傳動(dòng)的傳動(dòng)功率，通過(guò)平衡重滑輪組有一安放在方立柱空腔內(nèi)的平衡重塊用鋼絲繩與橫梁相連。

1.6 回轉(zhuǎn)工作臺(tái)設(shè)計(jì)
   
新型雙柱立式車(chē)床的回轉(zhuǎn)工作臺(tái)總成如圖8所示，它由主軸總成、支撐座、推力球軸承、回轉(zhuǎn)工作臺(tái)、大齒輪和小齒輪軸總成組成。與傳統(tǒng)雙柱立式車(chē)床不同，新型雙柱立式車(chē)床采用高精度、高強(qiáng)度大型推力球軸承為工作臺(tái)滾道，其自動(dòng)定心好，在油池中工作，潤(rùn)滑好，運(yùn)動(dòng)阻力小，不會(huì)因?yàn)榘惭b了偏心、偏重工件造成工作臺(tái)偏浮。相對(duì)傳統(tǒng)雙柱立式車(chē)床節(jié)能40%以上。

2 與同規(guī)格傳統(tǒng)雙柱立式車(chē)床運(yùn)行狀態(tài)比較
   
2.1 實(shí)驗(yàn)材料和實(shí)驗(yàn)方法
   
選用C6235傳統(tǒng)雙柱立式車(chē)床作為比較對(duì)象，以外徑2000mm，內(nèi)徑1800mm的聯(lián)接套筒作為加工對(duì)象，加工零件材料牌號(hào)為45鋼，粗加工主軸轉(zhuǎn)速15r/min，進(jìn)給速度0.6mm/r，背吃刀量8mm，半精加工主軸轉(zhuǎn)速75r/min，進(jìn)給速度0.05mm/r，背吃刀量0.5mm。刀具材料采用YT15。零件軸向加工長(zhǎng)度200mm。加工被測(cè)零件的外圓、內(nèi)孔和端面。使用SRT-6200手持式粗糙度測(cè)量?jī)x測(cè)量被測(cè)零件表面粗糙度Ra值；使用LDM50直線度測(cè)量?jī)x測(cè)量外圓母線的直線度；使用磁力表座和百分表組合檢測(cè)零件圓跳動(dòng)；使用LEVALIGN Ultra激光平面度測(cè)量?jī)x測(cè)量被加工零件端面的平面度。
   
2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析
   
分別加工10件同尺寸的被加工零件，求得各項(xiàng)指標(biāo)均值的結(jié)果列于表2、3中。從表2中可以看出，粗加工時(shí)被加工零件的直線度、圓跳動(dòng)、表面粗糙度Ra 值和端面平面度，傳統(tǒng)雙柱立式車(chē)床均優(yōu)于新型雙柱立式車(chē)床，其中端面平面度差值最大，其原因是滑動(dòng)軸承比推力球軸承承受軸向載荷大，能承受切削過(guò)程中產(chǎn)生的較大的沖擊載荷，所以在粗加工時(shí)更有利于保證端面平面度。新型雙柱立式車(chē)床加工后的零件直線度、圓跳動(dòng)、端面平面度和表面粗糙度Ra值均在立式車(chē)床所能達(dá)到的范圍值內(nèi)，因此能夠適應(yīng)立式車(chē)床粗加工的要求。