五轴联动龙门机床主要结构

五轴联动龙门机床 X 向横梁由 Y 向机床床 身支撑，并可以在其导轨上沿 Y 方向移动。Z 轴 梁安装在 X 向横梁上并可以在其导轨上沿 X 轴 移动，A/C 轴旋转摆头安装在 Z 轴梁上沿 Z 轴的 上下移动。超高压水刀头安装在 A/C 轴旋转摆 头上组成五轴水刀头，刀头绕 C 轴旋转，绕 A 轴 摆动，实现空间姿态调整。X，Y，Z 轴移动与 C 轴 旋转、A 轴摆动构成五轴联动。 五轴联动龙门机床的床身以铝合金材料为 主，具有外形美观、强度好等特点；传动轴由伺服 电机驱动，带动滚珠丝杠实现无冲击、平稳运动。 根据传动轴负载及滑动面摩擦程度，对伺服电机 的驱动功率和扭矩进行校核，伺服电机的转速与 传动带轮及丝杠导程匹配，精准控制龙门机床的 传动速度。图 5 为五轴联动龙门机床 X 轴传动 结构示意。五轴联动龙门机床的 Y 轴滑板、X 轴 横梁等部件是机床的主要承载结构，前者是 Y 轴 驱动结构与 Y 轴载荷的过渡零件，后者是承载加工刀头及加工射流反冲力的关键部件，它们的强 度与刚度直接影响了机床稳定性与精度。

图 6 示出 Y 轴滑板有限元模型及受力分析 结果，其主要受 Y 轴导轨滑块连接螺栓和 Y 轴负 载重力的剪切作用，通过分析可知，Y 轴滑板选用 铝合金材料，结合单边的承载载荷，Y 轴滑板屈服 力为 55.1 MPa，极限受力为 39.2 MPa，强度安全 系数达到 1.41，满足设计要求。

图 7 是机床 X 轴横梁有限元模型及受力分 析结果，其受力包括 Z 轴梁与 A/C 轴摆头及水 刀头重力、横梁自重和射流反冲力，可以简化2视 为桥式结构受力模型，通过分析可知，X 轴横梁 选用铝合金型材，结合总承载，X 横梁屈服力为 145 MPa，极限受力为12 MPa，极限受力变形量为 0.072 mm，强度安全系数达 12.1，满足设计要求。