【文章內容簡介】 全國 機床制造 業(yè) 利潤 增長不到 15%，與上個年度相比 下降了 %，這說明了目前我國機床行業(yè)的發(fā)展速度已 開始明顯 放緩 。 就目前來看 ，我國 機械制造業(yè) 的資金 固投 中，有半數以上是被歐美 高端設備所占據 ， 而機床 正是這些 從 外購進的主要設備之一 。 這正需要我國 機床需求量的增速回落 ， 但這 同時也使得 我國 的機床企業(yè)發(fā)展 更加 艱難 ，形勢更加復雜 。 當前，我國 機床企業(yè)需求的 重心 應該轉向高尖端的設備 ， 由于國外 的 機械制造業(yè) 的機床需求量一直處于疲軟狀態(tài)，而我國的機床又遠達不到國外企業(yè)的技術要求，這也使得我國國內的中低端機床市場得不到更好的發(fā)展 。我們 需要做的 就是 爭取 加快企業(yè) 核心競爭力 的轉型，由 中低端 轉向中高端 。 盡管各方面 仍有諸多的不足之處 ， 但 是 目前我國在 機床制造業(yè) 上取得的成績也是不容小覷的。 未來的 發(fā)展模式也必然是更加優(yōu)化， 高端 的路線 ?？梢哉f， 一直以戰(zhàn)略 地位 為主的基礎性行業(yè)的我國機床制造業(yè)正在 逐步走向了經濟性與戰(zhàn)略性 并重 的 國家經濟 主體的支柱 行業(yè) 。 同樣 ， 作為世界上 的第一大機床消耗和出口國 ， 我國 在市場需求方面，隨著國內 以 重工業(yè)為基礎 的汽車、機械、冶金、模鑄、電器、化工等行業(yè)發(fā)展勢頭 強勁迅 而 帶動了 對精度 ，可靠性，效率要求甚高 的 精密儀器行業(yè) ，機 床 制造業(yè)也開始 步入 了高 速發(fā)展 階段 。 根據全球機床制造業(yè)市場經濟 前景 分析報告所述的內容可以了解到 ， 目前 我國的機床制造業(yè) 差異性 加大， 我國 的機床 制造企業(yè) 已經達到了五萬多家 ， 主要集中于長三角，珠三角， 兩湖 ， 廣東一帶 ， 完全有可能 聽到一家實力強勁卻不了解的企業(yè)的名字 ， 制造業(yè)的 不斷 增加 ， 極大 的 促進 了我國機床行業(yè)的發(fā)展 ， 諸如三一重工 ，北方重工之類的大型機械企業(yè)的有關領導也開始嘗試在自己的 企業(yè) 內增加機床制造單位 。 從進口方面來講， 去年我國從德國，美國，日本進口的機床設備占 引進設備總額 的 60%， 從機器 總來上來看 ， 高效， 高可靠性，高精度是這些 進口設備 的主要特點 ， 這說明我國機床制造業(yè) 在企業(yè)核心競爭力 上 的轉型應該朝著 高精度 ，高可靠性，高效率的方向發(fā)展，以扭轉現在的尷尬局面 。 我國有關領導已經將 發(fā)展機床制造業(yè)提高到了戰(zhàn)略角度 。 這 可以 從近些年來國家 的幫扶政策， 發(fā)展 資金 流 流入方向上充分 體現出來 。 雖然近幾年 來，我國機床行業(yè)的發(fā)展一直不景氣，但是隨著國家 幫扶政策 力度的加大，機床制造業(yè)一定可以走出困境 。 本課題的提出 龍門鏜銑床及鏜銑加工中心簡介 龍門鏜銑床是 集 機， 電，液 為 一體的 先進 的 機床設備 ，適用于航空、重機、機車、造船、發(fā)電、機床、汽車、印刷、模 具等行業(yè)半精加工和精加工，也可以用于粗加工。龍門鏜銑床總體結構由一個龍門架組成，龍門架由雙立柱、活動橫梁、連接梁、橫向溜板及銑頭滑枕組成剛性框架，橫梁沿立柱導軌上下運動（ W軸），橫梁上配置一臺立式大功率多功能滑枕式鏜銑頭，鏜銑頭溜板沿橫梁導軌左右運動（ Y軸）及其上下運動（ Z 軸），龍門框架沿床身縱向運動（ X軸）。 目前加工中心 中鏜銑加工中心是應用最多，范圍最廣的加工中心設備 ， 所以平常人們常 提到的加工中心 實際上就是指 鏜銑加工中心 。 加工中心的進給軸既 能夠 實現無級變速，也可以 多軸聯動作業(yè) ， 當然， 其加工中心的主軸自身 也能夠實現無級變速 ， 以及刀具 的自動裝夾 ， 同時配有自動換刀和自動排屑 功能 。 鏜， 銑 是 其主要的加工工藝能力，通過對其結構的改型，也可以實現 鉆、擴、鉸、锪、攻螺紋等加工 功能 。其加工對象主要有：加工面與水平面的夾角為定角 (常數 )的平面類零件，如盤、套、板類零件；加工面與水平面的夾角呈連續(xù)變化的變斜角類零件；箱體類零件；復雜曲面 (凸輪、整體葉輪、模具類、球面等 )；異形件外形不規(guī)則，大都需要點、線、面多工位混合加工 )。 運動分配：如圖 ，工作臺和兩側支柱均固定不動，所有運動均有橫梁系統(tǒng)完成。橫梁沿著安裝于支柱上的縱梁 作 X向運動。安裝于橫梁上的滑鞍帶動其上的滑枕作 Y向運動。滑枕則與裝置在其下端的主軸頭作 Z向運動。橫梁 X向運動通常采用雙側同步驅動，當龍門寬度不大時，也有采用單側驅動的情況。 布局特點：如圖 ，與一般的龍門式加工中心相比較而言，動橋式龍門加工中心的移動全部由橫梁 滑鞍 滑枕系統(tǒng)完成，運動系統(tǒng)的質量輕，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，構成五軸聯動以加工復雜型面需要不 斷改變進給速度的場合，如模具，渦輪盤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成對稱的箱套箱結構，它具有更好的動態(tài)性能，但設計時要求注意操作的可接進行，可靠性和安全性。 圖 動橋式龍門鏜銑床結構件圖 本課題提出的意義 作為我國的支柱行業(yè)， 機械制造業(yè)在其他行業(yè)發(fā)展迅猛 的情況下 ，機械制造業(yè)的技術 轉型 也變得更加 緊迫 。機床產業(yè)作為裝備制造業(yè)的主要支柱， 對提高整個裝備制造業(yè)技術水平上起到了 舉足輕重的 作用 。近年來， 隨著我國數控機床的 產量 的 逐步提高，在國內外的市場需求量 也在 逐步增加，這也讓我 國 機床行業(yè)在國際舞臺上 逐漸 站穩(wěn)了腳跟 。我國數控機床 產業(yè)所掌握的五軸聯動技術較為成熟， 并已經具備了較為完善的商品進入了國際市場 。 我國數控機床的尖端產品的生產商具有一定的進步，目前我國已經具有可以提供網絡化，柔性化，集成化的數控機床。同時，我國也進入世界高速數控機床生產國和的行列。 我國數控機床行業(yè)近年來推廣應用 CAD 等信息技術，多數企業(yè)開始計劃并已實施應用了 ERP,MRP 和電子商務。但和發(fā)達國家比較，我國在該行業(yè)依舊處于落后地位，深層原因是長期采用粗放型增長模式，創(chuàng)新機制薄弱，在國際強 手面前缺乏競爭能力。以上提到，我國機床工具工業(yè)的廣大企業(yè)，經過十年奮斗 取得了巨大進步。這些進步都是實實在在的。但與此同時，我們又必須面對這樣一個嚴峻的現實：國內制造業(yè)急需的現代高效加工技術和裝備大部分依賴進口，國產機床工具只占很少份額。在高端技術領域，更是進口技術的一統(tǒng)天下。這兩種看似矛盾的情況同時存在，原因究競何在？我認為：我國機床工具行業(yè)盡管在一系列具體領域取得了明顯進步，但就總體而言，仍然在傳統(tǒng)產業(yè)的軌道上運行，沒有產生質的變化，更沒有達到當年發(fā)達國家轉軌變型時那種“脫胎換骨”的程度。行業(yè)整體競爭力沒有明顯提高，這就是落后的原因所在。從下面一組數據中可以非常清楚地看到這 一點。 2020年，我國生產機床 45萬臺，其中數控機床 ，都達到創(chuàng)記錄的高水平。但是，我們不能忽略一個數字，那就是普通機床年產量達到 萬臺，仍然占據絕對主導地位，產值數控化率不到 35%(日、美等國都在 80%以上 )。此外，在國產數控機床中，有 70%還是經濟型的低端產品，整體層次還很低。 為改變這種現狀，我們必須深刻理解和認真落實“科學技術是第一生產力”的偉大論斷，大力加強數控領域的科技創(chuàng)新，努力研究具有中國特色的實用的先進數控技術，逐步建立自己獨立的、先進的技術體系。在此基礎上大力發(fā)展符合中國 國情的數控產品，從而形成從數控系統(tǒng)、數控功能部件到種類齊全的數控機床整機的完整的產業(yè)體系。這樣，才不會被國外牽著鼻子，永遠受別人的制約，才有可能用先進、實用的數控產品去收復國內市場，打開國際市場，使中國的數控技術和數控產業(yè)在 21 世紀走在世界的前列，于是便有了該課題提出的意義。 本課題研究的主要任務 機床主軸是機床在加工時直接帶動刀具或工件進行切削和表面形成運動的旋轉軸 , 其設計內容包括主軸及與其直接有關的軸承、轉動件和其他相關件等。主軸是數控機床的關鍵 部件 , 對加工質量的影響極其明顯 , 因此 , 對 它的要求很高。這些要求是 : 1) 精度高。主軸的徑向跳動和軸向跳動小 , 軸心線的回轉精度高。 2）剛度高。主軸的靜剛度和動剛度高 , 在切削力作用下變形小。 3）振動小。由主軸電機、齒輪和軸承等高速旋轉的不平衡引起的振動小。 4）熱變形小。主軸由電機、齒輪傳動、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、齒輪傳動和軸承等引起的噪聲小。 以上 5 點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 動橋式龍門數控銑鉆床采用模塊化設計，主軸箱可 以選擇 1到兩個，本設計選用一個，工作臺長度可以根據要求達到 200m，主要用于航空航天，汽車，紡織機械等通用機械產業(yè)的大型零件的加工處理。可以完成銑平面，鉆孔，擴孔，絞孔等工序加工。該機床可以實現三坐標聯動，改變了工作模式，提高了生產效率和產品質量，是未來市場中的一批黑馬。 本課題的任務主要是通過對主軸系統(tǒng)的改型設計，提高加工精度，提高加工刀具的剛，減小加工時的震動，提高使用壽命，減小變形量，降低噪音等。 可行性分析 數控銑床機械結構的主要特點： 1） 高剛度和高抗震性，銑床剛度反映了銑床結構抵抗變形的 能力。為滿足數控銑床高速度、高精度、 高生產率、高可靠性和高自動化的要求，與普通機床相比，數控銑床應有更高的靜、動剛度，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。由于數控銑床主軸轉速、進給速度遠高于普通銑床，在切削過程中產生大量的熱，從而發(fā)生熱變形，嚴重影響了加工精度。 3） 傳動系統(tǒng)機械結構簡化，數控銑床的主軸和進給驅動系統(tǒng)主要是用交流、直流電動機和伺服電機驅動，因為他們調速范圍大，并可無極調速，這樣使傳統(tǒng)大為簡化，箱體結構簡單。 4） 高傳動效率和無間隙 傳動裝置，數控銑床在高進給速度下，工作要求平穩(wěn)，有高定位精度。因此，對進給系統(tǒng)中的機械傳動裝置和元件要有高壽明、高剛度、無間隙、高靈敏度和低摩擦阻力的特點。 5）低摩擦因數的導軌，要求導軌在高速進給時不振動，低速時不爬行，具有很高的靈敏度，耐磨性要高，精度保持性要好。 數控銑床主要機械部件包括底座、滑鞍、工作臺、立柱、主軸箱箱體等 ,它們的剛度等影響著數控機床的幾何精度和加工精度 ,所以對數控銑床工作臺，滑鞍設計對我認識機床有重要的意義。本次設計的參考對象為 GMD200 動橋式龍門數控銑鉆床。 GMD200 銑鉆床最 大的特點是布局合理、結構特別緊湊，很多的機 構設計有新意。 我本次對加工中心主軸箱的改型設計是將由以前的鉆，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)的設計 設計參數 使 用年限： 10年 ； 每天工作時間： 16 小時 載荷性質： 重載 轉速范圍 N： 80~6000 r/mi