龙门机床加工中心主轴系统改型设计(编辑修改稿)

龙门机床加工中心主轴系统改型设计(编辑修改稿)内容摘要：

全国 机床制造 业 利润 增长不到 15%，与上个年度相比 下降了 %，这说明了目前我国机床行业的发展速度已 开始明显 放缓。 就目前来看 ，我国 机械制造业 的资金 固投 中，有半数以上是被欧美 高端设备所占据 ， 而机床 正是这些 从 外购进的主要设备之一。 这正需要我国 机床需求量的增速回落 ， 但这 同时也使得 我国 的机床企业发展 更加 艰难 ，形势更加复杂。 当前，我国 机床企业需求的 重心 应该转向高尖端的设备 ， 由于国外 的 机械制造业 的机床需求量一直处于疲软状态，而我国的机床又远达不到国外企业的技术要求，这也使得我国国内的中低端机床市场得不到更好的发展。 我们 需要做的 就是 争取 加快企业 核心竞争力 的转型，由 中低端 转向中高端。 尽管各方面 仍有诸多的不足之处 ， 但 是 目前我国在 机床制造业 上取得的成绩也是不容小觑的。 未来的 发展模式也必然是更加优化， 高端 的路线。 可以说， 一直以战略 地位 为主的基础性行业的我国机床制造业正在 逐步走向了经济性与战略性 并重 的 国家经济 主体的支柱 行业。 同样 ， 作为世界上 的第一大机床消耗和出口国 ， 我国 在市场需求方面，随着国内 以 重工业为基础 的汽车、机械、冶金、模铸、电器、化工等行业发展势头 强劲迅 而 带动了 对精度 ，可靠性，效率要求甚高 的 精密仪器行业 ，机 床 制造业也开始 步入 了高 速发展 阶段。 根据全球机床制造业市场经济 前景 分析报告所述的内容可以了解到 ， 目前 我国的机床制造业 差异性 加大， 我国 的机床 制造企业 已经达到了五万多家 ， 主要集中于长三角，珠三角， 两湖 ， 广东一带 ， 完全有可能 听到一家实力强劲却不了解的企业的名字 ， 制造业的 不断 增加 ， 极大 的 促进 了我国机床行业的发展 ， 诸如三一重工 ，北方重工之类的大型机械企业的有关领导也开始尝试在自己的 企业 内增加机床制造单位。 从进口方面来讲， 去年我国从德国，美国，日本进口的机床设备占 引进设备总额 的 60%， 从机器 总来上来看 ， 高效， 高可靠性，高精度是这些 进口设备 的主要特点 ， 这说明我国机床制造业 在企业核心竞争力 上 的转型应该朝着 高精度 ，高可靠性，高效率的方向发展，以扭转现在的尴尬局面。 我国有关领导已经将 发展机床制造业提高到了战略角度。 这 可以 从近些年来国家 的帮扶政策， 发展 资金 流 流入方向上充分 体现出来。 虽然近几年 来，我国机床行业的发展一直不景气，但是随着国家 帮扶政策 力度的加大，机床制造业一定可以走出困境。 本课题的提出 龙门镗铣床及镗铣加工中心简介 龙门镗铣床是 集 机， 电，液 为 一体的 先进 的 机床设备 ，适用于航空、重机、机车、造船、发电、机床、汽车、印刷、模 具等行业半精加工和精加工，也可以用于粗加工。 龙门镗铣床总体结构由一个龙门架组成，龙门架由双立柱、活动横梁、连接梁、横向溜板及铣头滑枕组成刚性框架，横梁沿立柱导轨上下运动（ W轴），横梁上配置一台立式大功率多功能滑枕式镗铣头，镗铣头溜板沿横梁导轨左右运动（ Y轴）及其上下运动（ Z 轴），龙门框架沿床身纵向运动（ X轴）。 目前加工中心 中镗铣加工中心是应用最多，范围最广的加工中心设备 ， 所以平常人们常 提到的加工中心 实际上就是指 镗铣加工中心。 加工中心的进给轴既 能够 实现无级变速，也可以 多轴联动作业 ， 当然， 其加工中心的主轴自身 也能够实现无级变速 ， 以及刀具 的自动装夹 ， 同时配有自动换刀和自动排屑 功能。 镗， 铣 是 其主要的加工工艺能力，通过对其结构的改型，也可以实现 钻、扩、铰、锪、攻螺纹等加工 功能。 其加工对象主要有：加工面与水平面的夹角为定角 (常数 )的平面类零件，如盘、套、板类零件；加工面与水平面的夹角呈连续变化的变斜角类零件；箱体类零件；复杂曲面 (凸轮、整体叶轮、模具类、球面等 )；异形件外形不规则，大都需要点、线、面多工位混合加工 )。 运动分配：如图 ，工作台和两侧支柱均固定不动，所有运动均有横梁系统完成。 横梁沿着安装于支柱上的纵梁 作 X向运动。 安装于横梁上的滑鞍带动其上的滑枕作 Y向运动。 滑枕则与装置在其下端的主轴头作 Z向运动。 横梁 X向运动通常采用双侧同步驱动，当龙门宽度不大时，也有采用单侧驱动的情况。 布局特点：如图 ，与一般的龙门式加工中心相比较而言，动桥式龙门加工中心的移动全部由横梁 滑鞍 滑枕系统完成，运动系统的质量轻，因此适宜于高速条件。 孤儿通常在其主轴头上装有 C轴和 A/B轴，构成五轴联动以加工复杂型面需要不 断改变进给速度的场合，如模具，涡轮盘以及航天航空器的轮廓加工等。 滑枕 滑鞍除了有与定梁或者升降梁龙门加工中心相同的 置于横梁的前方以外，还有置于衡量中间构成对称的箱套箱结构，它具有更好的动态性能，但设计时要求注意操作的可接进行，可靠性和安全性。 图 动桥式龙门镗铣床结构件图 本课题提出的意义 作为我国的支柱行业， 机械制造业在其他行业发展迅猛 的情况下 ，机械制造业的技术 转型 也变得更加 紧迫。 机床产业作为装备制造业的主要支柱， 对提高整个装备制造业技术水平上起到了 举足轻重的 作用。 近年来， 随着我国数控机床的 产量 的 逐步提高，在国内外的市场需求量 也在 逐步增加，这也让我 国 机床行业在国际舞台上 逐渐 站稳了脚跟。 我国数控机床 产业所掌握的五轴联动技术较为成熟， 并已经具备了较为完善的商品进入了国际市场。 我国数控机床的尖端产品的生产商具有一定的进步，目前我国已经具有可以提供网络化，柔性化，集成化的数控机床。 同时，我国也进入世界高速数控机床生产国和的行列。 我国数控机床行业近年来推广应用 CAD 等信息技术，多数企业开始计划并已实施应用了 ERP,MRP 和电子商务。 但和发达国家比较，我国在该行业依旧处于落后地位，深层原因是长期采用粗放型增长模式，创新机制薄弱，在国际强 手面前缺乏竞争能力。 以上提到，我国机床工具工业的广大企业，经过十年奋斗 取得了巨大进步。 这些进步都是实实在在的。 但与此同时，我们又必须面对这样一个严峻的现实：国内制造业急需的现代高效加工技术和装备大部分依赖进口，国产机床工具只占很少份额。 在高端技术领域，更是进口技术的一统天下。 这两种看似矛盾的情况同时存在，原因究竞何在。 我认为：我国机床工具行业尽管在一系列具体领域取得了明显进步，但就总体而言，仍然在传统产业的轨道上运行，没有产生质的变化，更没有达到当年发达国家转轨变型时那种“脱胎换骨”的程度。 行业整体竞争力没有明显提高，这就是落后的原因所在。 从下面一组数据中可以非常清楚地看到这 一点。 2020年，我国生产机床 45万台，其中数控机床 ，都达到创记录的高水平。 但是，我们不能忽略一个数字，那就是普通机床年产量达到 万台，仍然占据绝对主导地位，产值数控化率不到 35%(日、美等国都在 80%以上 )。 此外，在国产数控机床中，有 70%还是经济型的低端产品，整体层次还很低。 为改变这种现状，我们必须深刻理解和认真落实“科学技术是第一生产力”的伟大论断，大力加强数控领域的科技创新，努力研究具有中国特色的实用的先进数控技术，逐步建立自己独立的、先进的技术体系。 在此基础上大力发展符合中国 国情的数控产品，从而形成从数控系统、数控功能部件到种类齐全的数控机床整机的完整的产业体系。 这样，才不会被国外牵着鼻子，永远受别人的制约，才有可能用先进、实用的数控产品去收复国内市场，打开国际市场，使中国的数控技术和数控产业在 21 世纪走在世界的前列，于是便有了该课题提出的意义。 本课题研究的主要任务 机床主轴是机床在加工时直接带动刀具或工件进行切削和表面形成运动的旋转轴 , 其设计内容包括主轴及与其直接有关的轴承、转动件和其他相关件等。 主轴是数控机床的关键 部件 , 对加工质量的影响极其明显 , 因此 , 对 它的要求很高。 这些要求是 : 1) 精度高。 主轴的径向跳动和轴向跳动小 , 轴心线的回转精度高。 2）刚度高。 主轴的静刚度和动刚度高 , 在切削力作用下变形小。 3）振动小。 由主轴电机、齿轮和轴承等高速旋转的不平衡引起的振动小。 4）热变形小。 主轴由电机、齿轮传动、轴承、离合器和压力油等引起的温升和热位移小。 5）噪声小。 由电机、齿轮传动和轴承等引起的噪声小。 以上 5 点要求是为了保证零件加工的高精度、高表面粗糙度、高效率和好的操作环境所 需要的 GMD200 动桥式龙门数控铣钻床采用模块化设计，主轴箱可 以选择 1到两个，本设计选用一个，工作台长度可以根据要求达到 200m，主要用于航空航天，汽车，纺织机械等通用机械产业的大型零件的加工处理。 可以完成铣平面，钻孔，扩孔，绞孔等工序加工。 该机床可以实现三坐标联动，改变了工作模式，提高了生产效率和产品质量，是未来市场中的一批黑马。 本课题的任务主要是通过对主轴系统的改型设计，提高加工精度，提高加工刀具的刚，减小加工时的震动，提高使用寿命，减小变形量，降低噪音等。 可行性分析 数控铣床机械结构的主要特点： 1） 高刚度和高抗震性，铣床刚度反映了铣床结构抵抗变形的 能力。 为满足数控铣床高速度、高精度、 高生产率、高可靠性和高自动化的要求，与普通机床相比，数控铣床应有更高的静、动刚度，更好的抗震性。 2） 减少铣床热变形的影响，铣床热变形是影响铣床加工精度的主要影响因素之一。 由于数控铣床主轴转速、进给速度远高于普通铣床，在切削过程中产生大量的热，从而发生热变形，严重影响了加工精度。 3） 传动系统机械结构简化，数控铣床的主轴和进给驱动系统主要是用交流、直流电动机和伺服电机驱动，因为他们调速范围大，并可无极调速，这样使传统大为简化，箱体结构简单。 4） 高传动效率和无间隙 传动装置，数控铣床在高进给速度下，工作要求平稳，有高定位精度。 因此，对进给系统中的机械传动装置和元件要有高寿明、高刚度、无间隙、高灵敏度和低摩擦阻力的特点。 5）低摩擦因数的导轨，要求导轨在高速进给时不振动，低速时不爬行，具有很高的灵敏度，耐磨性要高，精度保持性要好。 数控铣床主要机械部件包括底座、滑鞍、工作台、立柱、主轴箱箱体等 ,它们的刚度等影响着数控机床的几何精度和加工精度 ,所以对数控铣床工作台，滑鞍设计对我认识机床有重要的意义。 本次设计的参考对象为 GMD200 动桥式龙门数控铣钻床。 GMD200 铣钻床最 大的特点是布局合理、结构特别紧凑，很多的机 构设计有新意。 我本次对加工中心主轴箱的改型设计是将由以前的钻，铣两种功能提升到镗，铣，钻三种功能。 不仅能完成平面，而且能一次性完成孔的各种加工工艺，大大增加了加工范围。 对于加工能力而言，将主轴输出的扭矩提高，可以在一定程度上提高加工能力。 第二章 主轴系统的设计 设计参数 使 用年限： 10年 ； 每天工作时间： 16 小时 载荷性质： 重载 转速范围 N： 80~6000 r/mi。