【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 全國(guó) 機(jī)床制造 業(yè) 利潤(rùn) 增長(zhǎng)不到 15%，與上個(gè)年度相比 下降了 %，這說(shuō)明了目前我國(guó)機(jī)床行業(yè)的發(fā)展速度已 開(kāi)始明顯 放緩 。 就目前來(lái)看 ，我國(guó) 機(jī)械制造業(yè) 的資金 固投 中，有半數(shù)以上是被歐美 高端設(shè)備所占據(jù) ， 而機(jī)床 正是這些 從 外購(gòu)進(jìn)的主要設(shè)備之一 。 這正需要我國(guó) 機(jī)床需求量的增速回落 ， 但這 同時(shí)也使得 我國(guó) 的機(jī)床企業(yè)發(fā)展 更加 艱難 ，形勢(shì)更加復(fù)雜 。 當(dāng)前，我國(guó) 機(jī)床企業(yè)需求的 重心 應(yīng)該轉(zhuǎn)向高尖端的設(shè)備 ， 由于國(guó)外 的 機(jī)械制造業(yè) 的機(jī)床需求量一直處于疲軟狀態(tài)，而我國(guó)的機(jī)床又遠(yuǎn)達(dá)不到國(guó)外企業(yè)的技術(shù)要求，這也使得我國(guó)國(guó)內(nèi)的中低端機(jī)床市場(chǎng)得不到更好的發(fā)展 。我們 需要做的 就是 爭(zhēng)取 加快企業(yè) 核心競(jìng)爭(zhēng)力 的轉(zhuǎn)型，由 中低端 轉(zhuǎn)向中高端 。 盡管各方面 仍有諸多的不足之處 ， 但 是 目前我國(guó)在 機(jī)床制造業(yè) 上取得的成績(jī)也是不容小覷的。 未來(lái)的 發(fā)展模式也必然是更加優(yōu)化， 高端 的路線 ?？梢哉f(shuō)， 一直以戰(zhàn)略 地位 為主的基礎(chǔ)性行業(yè)的我國(guó)機(jī)床制造業(yè)正在 逐步走向了經(jīng)濟(jì)性與戰(zhàn)略性 并重 的 國(guó)家經(jīng)濟(jì) 主體的支柱 行業(yè) 。 同樣 ， 作為世界上 的第一大機(jī)床消耗和出口國(guó) ， 我國(guó) 在市場(chǎng)需求方面，隨著國(guó)內(nèi) 以 重工業(yè)為基礎(chǔ) 的汽車(chē)、機(jī)械、冶金、模鑄、電器、化工等行業(yè)發(fā)展勢(shì)頭 強(qiáng)勁迅 而 帶動(dòng)了 對(duì)精度 ，可靠性，效率要求甚高 的 精密儀器行業(yè) ，機(jī) 床 制造業(yè)也開(kāi)始 步入 了高 速發(fā)展 階段 。 根據(jù)全球機(jī)床制造業(yè)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì) 前景 分析報(bào)告所述的內(nèi)容可以了解到 ， 目前 我國(guó)的機(jī)床制造業(yè) 差異性 加大， 我國(guó) 的機(jī)床 制造企業(yè) 已經(jīng)達(dá)到了五萬(wàn)多家 ， 主要集中于長(zhǎng)三角，珠三角， 兩湖 ， 廣東一帶 ， 完全有可能 聽(tīng)到一家實(shí)力強(qiáng)勁卻不了解的企業(yè)的名字 ， 制造業(yè)的 不斷 增加 ， 極大 的 促進(jìn) 了我國(guó)機(jī)床行業(yè)的發(fā)展 ， 諸如三一重工 ，北方重工之類(lèi)的大型機(jī)械企業(yè)的有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)也開(kāi)始嘗試在自己的 企業(yè) 內(nèi)增加機(jī)床制造單位 。 從進(jìn)口方面來(lái)講， 去年我國(guó)從德國(guó)，美國(guó)，日本進(jìn)口的機(jī)床設(shè)備占 引進(jìn)設(shè)備總額 的 60%， 從機(jī)器 總來(lái)上來(lái)看 ， 高效， 高可靠性，高精度是這些 進(jìn)口設(shè)備 的主要特點(diǎn) ， 這說(shuō)明我國(guó)機(jī)床制造業(yè) 在企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力 上 的轉(zhuǎn)型應(yīng)該朝著 高精度 ，高可靠性，高效率的方向發(fā)展，以扭轉(zhuǎn)現(xiàn)在的尷尬局面 。 我國(guó)有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)已經(jīng)將 發(fā)展機(jī)床制造業(yè)提高到了戰(zhàn)略角度 。 這 可以 從近些年來(lái)國(guó)家 的幫扶政策， 發(fā)展 資金 流 流入方向上充分 體現(xiàn)出來(lái) 。 雖然近幾年 來(lái)，我國(guó)機(jī)床行業(yè)的發(fā)展一直不景氣，但是隨著國(guó)家 幫扶政策 力度的加大，機(jī)床制造業(yè)一定可以走出困境 。 本課題的提出 龍門(mén)鏜銑床及鏜銑加工中心簡(jiǎn)介 龍門(mén)鏜銑床是 集 機(jī)， 電，液 為 一體的 先進(jìn) 的 機(jī)床設(shè)備 ，適用于航空、重機(jī)、機(jī)車(chē)、造船、發(fā)電、機(jī)床、汽車(chē)、印刷、模 具等行業(yè)半精加工和精加工，也可以用于粗加工。龍門(mén)鏜銑床總體結(jié)構(gòu)由一個(gè)龍門(mén)架組成，龍門(mén)架由雙立柱、活動(dòng)橫梁、連接梁、橫向溜板及銑頭滑枕組成剛性框架，橫梁沿立柱導(dǎo)軌上下運(yùn)動(dòng)（ W軸），橫梁上配置一臺(tái)立式大功率多功能滑枕式鏜銑頭，鏜銑頭溜板沿橫梁導(dǎo)軌左右運(yùn)動(dòng)（ Y軸）及其上下運(yùn)動(dòng)（ Z 軸），龍門(mén)框架沿床身縱向運(yùn)動(dòng)（ X軸）。 目前加工中心 中鏜銑加工中心是應(yīng)用最多，范圍最廣的加工中心設(shè)備 ， 所以平常人們常 提到的加工中心 實(shí)際上就是指 鏜銑加工中心 。 加工中心的進(jìn)給軸既 能夠 實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速，也可以 多軸聯(lián)動(dòng)作業(yè) ， 當(dāng)然， 其加工中心的主軸自身 也能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)級(jí)變速 ， 以及刀具 的自動(dòng)裝夾 ， 同時(shí)配有自動(dòng)換刀和自動(dòng)排屑 功能 。 鏜， 銑 是 其主要的加工工藝能力，通過(guò)對(duì)其結(jié)構(gòu)的改型，也可以實(shí)現(xiàn) 鉆、擴(kuò)、鉸、锪、攻螺紋等加工 功能 。其加工對(duì)象主要有：加工面與水平面的夾角為定角 (常數(shù) )的平面類(lèi)零件，如盤(pán)、套、板類(lèi)零件；加工面與水平面的夾角呈連續(xù)變化的變斜角類(lèi)零件；箱體類(lèi)零件；復(fù)雜曲面 (凸輪、整體葉輪、模具類(lèi)、球面等 )；異形件外形不規(guī)則，大都需要點(diǎn)、線、面多工位混合加工 )。 運(yùn)動(dòng)分配：如圖 ，工作臺(tái)和兩側(cè)支柱均固定不動(dòng)，所有運(yùn)動(dòng)均有橫梁系統(tǒng)完成。橫梁沿著安裝于支柱上的縱梁 作 X向運(yùn)動(dòng)。安裝于橫梁上的滑鞍帶動(dòng)其上的滑枕作 Y向運(yùn)動(dòng)?；韯t與裝置在其下端的主軸頭作 Z向運(yùn)動(dòng)。橫梁 X向運(yùn)動(dòng)通常采用雙側(cè)同步驅(qū)動(dòng)，當(dāng)龍門(mén)寬度不大時(shí)，也有采用單側(cè)驅(qū)動(dòng)的情況。 布局特點(diǎn)：如圖 ，與一般的龍門(mén)式加工中心相比較而言，動(dòng)橋式龍門(mén)加工中心的移動(dòng)全部由橫梁 滑鞍 滑枕系統(tǒng)完成，運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的質(zhì)量輕，因此適宜于高速條件。孤兒通常在其主軸頭上裝有 C軸和 A/B軸，構(gòu)成五軸聯(lián)動(dòng)以加工復(fù)雜型面需要不 斷改變進(jìn)給速度的場(chǎng)合，如模具，渦輪盤(pán)以及航天航空器的輪廓加工等。 滑枕 滑鞍除了有與定梁或者升降梁龍門(mén)加工中心相同的 置于橫梁的前方以外，還有置于衡量中間構(gòu)成對(duì)稱(chēng)的箱套箱結(jié)構(gòu)，它具有更好的動(dòng)態(tài)性能，但設(shè)計(jì)時(shí)要求注意操作的可接進(jìn)行，可靠性和安全性。 圖 動(dòng)橋式龍門(mén)鏜銑床結(jié)構(gòu)件圖 本課題提出的意義 作為我國(guó)的支柱行業(yè)， 機(jī)械制造業(yè)在其他行業(yè)發(fā)展迅猛 的情況下 ，機(jī)械制造業(yè)的技術(shù) 轉(zhuǎn)型 也變得更加 緊迫 。機(jī)床產(chǎn)業(yè)作為裝備制造業(yè)的主要支柱， 對(duì)提高整個(gè)裝備制造業(yè)技術(shù)水平上起到了 舉足輕重的 作用 。近年來(lái)， 隨著我國(guó)數(shù)控機(jī)床的 產(chǎn)量 的 逐步提高，在國(guó)內(nèi)外的市場(chǎng)需求量 也在 逐步增加，這也讓我 國(guó) 機(jī)床行業(yè)在國(guó)際舞臺(tái)上 逐漸 站穩(wěn)了腳跟 。我國(guó)數(shù)控機(jī)床 產(chǎn)業(yè)所掌握的五軸聯(lián)動(dòng)技術(shù)較為成熟， 并已經(jīng)具備了較為完善的商品進(jìn)入了國(guó)際市場(chǎng) 。 我國(guó)數(shù)控機(jī)床的尖端產(chǎn)品的生產(chǎn)商具有一定的進(jìn)步，目前我國(guó)已經(jīng)具有可以提供網(wǎng)絡(luò)化，柔性化，集成化的數(shù)控機(jī)床。同時(shí)，我國(guó)也進(jìn)入世界高速數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)國(guó)和的行列。 我國(guó)數(shù)控機(jī)床行業(yè)近年來(lái)推廣應(yīng)用 CAD 等信息技術(shù)，多數(shù)企業(yè)開(kāi)始計(jì)劃并已實(shí)施應(yīng)用了 ERP,MRP 和電子商務(wù)。但和發(fā)達(dá)國(guó)家比較，我國(guó)在該行業(yè)依舊處于落后地位，深層原因是長(zhǎng)期采用粗放型增長(zhǎng)模式，創(chuàng)新機(jī)制薄弱，在國(guó)際強(qiáng) 手面前缺乏競(jìng)爭(zhēng)能力。以上提到，我國(guó)機(jī)床工具工業(yè)的廣大企業(yè)，經(jīng)過(guò)十年奮斗 取得了巨大進(jìn)步。這些進(jìn)步都是實(shí)實(shí)在在的。但與此同時(shí)，我們又必須面對(duì)這樣一個(gè)嚴(yán)峻的現(xiàn)實(shí)：國(guó)內(nèi)制造業(yè)急需的現(xiàn)代高效加工技術(shù)和裝備大部分依賴(lài)進(jìn)口，國(guó)產(chǎn)機(jī)床工具只占很少份額。在高端技術(shù)領(lǐng)域，更是進(jìn)口技術(shù)的一統(tǒng)天下。這兩種看似矛盾的情況同時(shí)存在，原因究競(jìng)何在？我認(rèn)為：我國(guó)機(jī)床工具行業(yè)盡管在一系列具體領(lǐng)域取得了明顯進(jìn)步，但就總體而言，仍然在傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的軌道上運(yùn)行，沒(méi)有產(chǎn)生質(zhì)的變化，更沒(méi)有達(dá)到當(dāng)年發(fā)達(dá)國(guó)家轉(zhuǎn)軌變型時(shí)那種“脫胎換骨”的程度。行業(yè)整體競(jìng)爭(zhēng)力沒(méi)有明顯提高，這就是落后的原因所在。從下面一組數(shù)據(jù)中可以非常清楚地看到這 一點(diǎn)。 2020年，我國(guó)生產(chǎn)機(jī)床 45萬(wàn)臺(tái)，其中數(shù)控機(jī)床 ，都達(dá)到創(chuàng)記錄的高水平。但是，我們不能忽略一個(gè)數(shù)字，那就是普通機(jī)床年產(chǎn)量達(dá)到 萬(wàn)臺(tái)，仍然占據(jù)絕對(duì)主導(dǎo)地位，產(chǎn)值數(shù)控化率不到 35%(日、美等國(guó)都在 80%以上 )。此外，在國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床中，有 70%還是經(jīng)濟(jì)型的低端產(chǎn)品，整體層次還很低。 為改變這種現(xiàn)狀，我們必須深刻理解和認(rèn)真落實(shí)“科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力”的偉大論斷，大力加強(qiáng)數(shù)控領(lǐng)域的科技創(chuàng)新，努力研究具有中國(guó)特色的實(shí)用的先進(jìn)數(shù)控技術(shù)，逐步建立自己獨(dú)立的、先進(jìn)的技術(shù)體系。在此基礎(chǔ)上大力發(fā)展符合中國(guó) 國(guó)情的數(shù)控產(chǎn)品，從而形成從數(shù)控系統(tǒng)、數(shù)控功能部件到種類(lèi)齊全的數(shù)控機(jī)床整機(jī)的完整的產(chǎn)業(yè)體系。這樣，才不會(huì)被國(guó)外牽著鼻子，永遠(yuǎn)受別人的制約，才有可能用先進(jìn)、實(shí)用的數(shù)控產(chǎn)品去收復(fù)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，打開(kāi)國(guó)際市場(chǎng)，使中國(guó)的數(shù)控技術(shù)和數(shù)控產(chǎn)業(yè)在 21 世紀(jì)走在世界的前列，于是便有了該課題提出的意義。 本課題研究的主要任務(wù) 機(jī)床主軸是機(jī)床在加工時(shí)直接帶動(dòng)刀具或工件進(jìn)行切削和表面形成運(yùn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)軸 , 其設(shè)計(jì)內(nèi)容包括主軸及與其直接有關(guān)的軸承、轉(zhuǎn)動(dòng)件和其他相關(guān)件等。主軸是數(shù)控機(jī)床的關(guān)鍵 部件 , 對(duì)加工質(zhì)量的影響極其明顯 , 因此 , 對(duì) 它的要求很高。這些要求是 : 1) 精度高。主軸的徑向跳動(dòng)和軸向跳動(dòng)小 , 軸心線的回轉(zhuǎn)精度高。 2）剛度高。主軸的靜剛度和動(dòng)剛度高 , 在切削力作用下變形小。 3）振動(dòng)小。由主軸電機(jī)、齒輪和軸承等高速旋轉(zhuǎn)的不平衡引起的振動(dòng)小。 4）熱變形小。主軸由電機(jī)、齒輪傳動(dòng)、軸承、離合器和壓力油等引起的溫升和熱位移小。 5）噪聲小。由電機(jī)、齒輪傳動(dòng)和軸承等引起的噪聲小。 以上 5 點(diǎn)要求是為了保證零件加工的高精度、高表面粗糙度、高效率和好的操作環(huán)境所 需要的 GMD200 動(dòng)橋式龍門(mén)數(shù)控銑鉆床采用模塊化設(shè)計(jì)，主軸箱可 以選擇 1到兩個(gè)，本設(shè)計(jì)選用一個(gè)，工作臺(tái)長(zhǎng)度可以根據(jù)要求達(dá)到 200m，主要用于航空航天，汽車(chē)，紡織機(jī)械等通用機(jī)械產(chǎn)業(yè)的大型零件的加工處理?？梢酝瓿摄娖矫妫@孔，擴(kuò)孔，絞孔等工序加工。該機(jī)床可以實(shí)現(xiàn)三坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)，改變了工作模式，提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，是未來(lái)市場(chǎng)中的一批黑馬。 本課題的任務(wù)主要是通過(guò)對(duì)主軸系統(tǒng)的改型設(shè)計(jì)，提高加工精度，提高加工刀具的剛，減小加工時(shí)的震動(dòng)，提高使用壽命，減小變形量，降低噪音等。 可行性分析 數(shù)控銑床機(jī)械結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)： 1） 高剛度和高抗震性，銑床剛度反映了銑床結(jié)構(gòu)抵抗變形的 能力。為滿(mǎn)足數(shù)控銑床高速度、高精度、 高生產(chǎn)率、高可靠性和高自動(dòng)化的要求，與普通機(jī)床相比，數(shù)控銑床應(yīng)有更高的靜、動(dòng)剛度，更好的抗震性。 2） 減少銑床熱變形的影響，銑床熱變形是影響銑床加工精度的主要影響因素之一。由于數(shù)控銑床主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給速度遠(yuǎn)高于普通銑床，在切削過(guò)程中產(chǎn)生大量的熱，從而發(fā)生熱變形，嚴(yán)重影響了加工精度。 3） 傳動(dòng)系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，數(shù)控銑床的主軸和進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要是用交流、直流電動(dòng)機(jī)和伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，因?yàn)樗麄冋{(diào)速范圍大，并可無(wú)極調(diào)速，這樣使傳統(tǒng)大為簡(jiǎn)化，箱體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。 4） 高傳動(dòng)效率和無(wú)間隙 傳動(dòng)裝置，數(shù)控銑床在高進(jìn)給速度下，工作要求平穩(wěn)，有高定位精度。因此，對(duì)進(jìn)給系統(tǒng)中的機(jī)械傳動(dòng)裝置和元件要有高壽明、高剛度、無(wú)間隙、高靈敏度和低摩擦阻力的特點(diǎn)。 5）低摩擦因數(shù)的導(dǎo)軌，要求導(dǎo)軌在高速進(jìn)給時(shí)不振動(dòng)，低速時(shí)不爬行，具有很高的靈敏度，耐磨性要高，精度保持性要好。 數(shù)控銑床主要機(jī)械部件包括底座、滑鞍、工作臺(tái)、立柱、主軸箱箱體等 ,它們的剛度等影響著數(shù)控機(jī)床的幾何精度和加工精度 ,所以對(duì)數(shù)控銑床工作臺(tái)，滑鞍設(shè)計(jì)對(duì)我認(rèn)識(shí)機(jī)床有重要的意義。本次設(shè)計(jì)的參考對(duì)象為 GMD200 動(dòng)橋式龍門(mén)數(shù)控銑鉆床。 GMD200 銑鉆床最 大的特點(diǎn)是布局合理、結(jié)構(gòu)特別緊湊，很多的機(jī) 構(gòu)設(shè)計(jì)有新意。 我本次對(duì)加工中心主軸箱的改型設(shè)計(jì)是將由以前的鉆，銑兩種功能提升到鏜，銑，鉆三種功能。 不僅能完成平面，而且能一次性完成孔的各種加工工藝，大大增加了加工范圍。對(duì)于加工能力而言，將主軸輸出的扭矩提高，可以在一定程度上提高加工能力。 第二章 主軸系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)參數(shù) 使 用年限： 10年 ； 每天工作時(shí)間： 16 小時(shí) 載荷性質(zhì)： 重載 轉(zhuǎn)速范圍 N： 80~6000 r/mi