輕型龍門銑床的設計
附錄1
開題報告
一、 綜述本課題國內外研究動態(tài)，說明選題的依據和意義
“十五”期間，我國數(shù)控機床產品，通過引進技術、合作生產等形式，在高速、高精、多軸、復合等方面，都有較大進展。尤其是數(shù)控龍門銑床更為突出。從1999年江蘇多棱（原常州機床總廠）帶頭打破西方封鎖，研制成功具有自主知識產權的我國第一臺五軸聯(lián)動龍門銑床以來，已有濟南二機、桂林機床、北京一機等多家推出五軸聯(lián)動龍門加工中心和數(shù)控龍門鏜銑床。CCMT2006展會上，實力雄厚的沈陽機床集團，一次推出3臺大型龍門加工中心，擺在展臺的顯赫位置。其中，4臺具有五軸聯(lián)動功能，1臺具有五面加工功能，這是前幾次所沒有的，突出體現(xiàn)了我國龍門加工中心和數(shù)控龍門銑床在五軸聯(lián)動功能上，開始走向成熟。
在近幾屆國內機床展覽會上，看到我國龍門加工中心和數(shù)控龍門銑床在結構性能、技術水平、產品質量等方面，都有很大提高。但是，與發(fā)達國家同類產品相比，還有較大差距，首先是自主創(chuàng)新能力不夠，當前多以仿制為主，或引進技術合作生產，缺乏自主知識品牌的高檔產品，往往關鍵的核心技術，關鍵的功能部件，還是從國外購買。例如，在CCMT2006上海機床展會上，共展出了8臺五軸聯(lián)動龍門加工中心，采用的關鍵部件——雙擺角銑頭，除了濟南二機和桂林機床是自己開發(fā)的以外，其余6臺都是購買意大利意薩、菲迪亞等國外公司產品。其次是產品質量，尤其是整機可靠性，還有較大差距，這也是用戶最關注的問題之一。應該看到，目前除少數(shù)企業(yè)外，龍門類產品技術含量普遍較低，數(shù)控機床產業(yè)化程度不高。這些都是國內主機廠需要下大力氣認真改進、努力提高的地方。
然而中國數(shù)控龍門銑床產業(yè)發(fā)展出現(xiàn)的問題中，許多情況不容樂觀，如產業(yè)結構不合理、產業(yè)集中于勞動力密集型產品；技術密集型產品明顯落后于發(fā)達工業(yè)國家；生產要素決定性作用正在削弱；產業(yè)能源消耗大、產出率低、環(huán)境污染嚴重、對自然資源破壞力大；企業(yè)總體規(guī)模偏小、技術創(chuàng)新能力薄弱、管理水平落后等
二、研究的基本內容，擬解決的主要問題
我研究的主要內容是工作臺移動數(shù)控龍門銑床。工作臺數(shù)控龍門銑床是指工作臺作縱向移動的龍門銑床。工作臺移動龍門銑床的最大特點是：（1）造價便宜,容易制造生產。工作臺移動式龍門銑床，整機長度必須兩倍于縱向行程長度，而移動式龍門銑床的整機長度只需縱向行程加上龍門架側面寬度即可。（2）機床的動態(tài)響應好。工作臺移動式龍門銑床采用的是固定龍門架,工作臺移動可以銑刀做切削運動時更加穩(wěn)定，從而保證了加工精度和機床的響應性能。
研究所考慮的設計基本原則是：結構簡單、價格低廉、容易制造，拆卸、裝配、維修方便，配件容易得到等。
三、研究步驟、方法及措施
1、機械部分設計
整機分為床身、龍門架、滑臺、主軸箱、三軸進給驅動機構機械部分及相關數(shù)控伺服部分?，F(xiàn)把設計過程中的重點闡述如下：
床身是本次設計工作的基礎，床身的尺寸設計影響著對整機的設計，而且設計的合理性直接影響到整機的剛度。床身的上平面即工作臺面設計有 K 條T形槽，為方便床身工作臺面和T形槽的精刨加工，槽完全貫通。床身的左、右兩下腳各設計有一個狹長平面，用來安放滾動直線導軌副。我把導軌面設計在床身的兩下側，主要是考慮力的傳遞方向與卸荷問題。因床身會受到龍門框架的重力、切削力和工件的重力，這樣的設計可使龍門框架的重力直接傳入到機床的基礎上，而床身只受到工件的重力。
龍門框架采用的是整體龍門架的設計概念，即把橫梁與左右立柱設計成一體，雖然使鑄造和裝配調整時的難度加大，但整體龍門框架的剛性更好，更重要的是使主軸箱、滑臺等部件有了裝配基準。
滑臺的設計是在龍門架和主軸箱的幾何尺寸確定后，按照主軸的中心盡量貼近橫梁上的導軌面為原則，并把Z軸驅動安裝位置設計在滑臺上，有效地減輕滑臺的重量。
設計進給驅動機構的構思如下：X 軸的進給驅動機構采用雙邊齒輪齒條副加重預壓滾動直線導軌副，Y 軸與 X 軸采用大直徑預壓滾珠絲杠副加硬導軌副，且導軌滑動部分貼有工程塑料，避免低速時產生爬行現(xiàn)象，而且導軌部分設計有斜鑲條可調裝置。這樣設計使機床的整體進給性能得以協(xié)調，各軸的進給速度和進給力得到了最佳匹配。
主軸箱的上下垂直運動Z軸采用滾珠絲杠副傳動。由于本機床不是高速銑床，Z軸的進給系統(tǒng)為伺服電動機通過傳動比為4的平行軸定比齒輪箱帶動滾珠絲杠旋轉。Z 軸的安全問題。首先選用帶電磁剎車的伺服電動機，其次在滾珠絲杠上裝有一雙向超越離合器，防止?jié)L珠螺母自轉引起主軸箱機械式下垂。當然，為了保護Z軸進給機構的精度，還在滑臺上裝有兩個平衡油缸。平衡力Q等于主軸箱部件質量的85﹪。
主軸箱的左右移動為Y軸，為了保證Y軸的傳動精度，并使絲杠只受水平軸向力，故采用伺服電動機與滾珠絲杠直聯(lián)方式。筆者選用的聯(lián)軸器帶有過載保護裝置，在過載時聯(lián)軸器會自動脫開。
2、數(shù)控系統(tǒng)選型
數(shù)控系統(tǒng)采用的是西門子 4-05，因為此系統(tǒng)提供了龍門軸的同步功能。使用此功能，本機床可以對龍門框架進給軸（X1，X2）實現(xiàn)無機械偏差的位移。運動的實際值可進行連續(xù)比較，即使最小的偏差也可以得到糾正，因此提高了 " 軸的運動精度。
四、研究工作進度
(一)、第一階段（1-4周）
1、開題報告（含文獻綜述、參考資料等）
2、方案論證和方案設計（含初步的設計及計算）
3、完成ppt文檔，準備第一階段考核
（二）、第二階段（5-10周）
1、完成第一張A0
2、完成第二或第三張的草圖繪制（包括主要結構）
3、準備外文翻譯資料
4、完成ppt文檔，準備第二階段考核
（三）、第三階段（11-17周）
1、繪制要求的其余設計圖紙
2、完成外文翻譯資料
3、撰寫說明書準備答辯
五、主要參考文獻
1. 林宋，田建君編.現(xiàn)代數(shù)控機床.北京：化學工業(yè)出版社，2003
2. 沙杰編.加工中心結構、調試與維護.北京：機械工業(yè)出版社，2003
3. 張堅.移動式數(shù)控龍門銑床的總體設計.數(shù)控技術.2006,(2):23-25
4. 賈麗媛.數(shù)控龍門銑床改造.機械工程師.2007，（7）：147
5. 張福生.改進SL232F120龍門銑床滑枕和橫梁平衡系統(tǒng).設備管理與維修，2007，（10）：11
6. 孫振功.數(shù)控龍門銑床的研制.水利站機電技術.2000,(1):22-24
7. 朱廣軍.X2012A龍門銑床設計改造.煤礦機械.2008,(11):13-14
8. 呂金煥. .X2010A龍門銑床控制系統(tǒng)設計.機床與液壓.2004,(10):32-35
9. 王愛玲主編.現(xiàn)代數(shù)控機床.北京：國防工業(yè)出版社，2003
六、指導老師意見：
指導教師簽字：
年 月 日
七、系級教學單位審核意見：
審查結果： □ 通過 □ 完善后通過 □ 未通過
負責人簽字：
年 月 日