微型移动龙门式铣床结构优化设计
龙门式三坐标数控钻铣床设计
６ 【 要】 摘 普通钻铣床主要应用于 机械修配车间， 适合于 单件小批量生产， 可加工零件范围较广，ｌ ｌ具有较全面的通用 铣床功能， 既可以用于钻削 加工， －￣用于 也． ｊ － 铣削 加工。 提高 为了 普通钻铣床的自 ｌ 动 ６化程度和加工范围， 提出了 机床的总体设计方案， 讨论了 机床的总体布局与传动方案， 研究了 机械传动 ６ ｌ系 统和数控系 统硬件的设计方法， 设计了 一台小型龙门式．坐 Ｅ 标数控钻铣床。 － 该小型龙门式三坐标数 ｌ ｝ 控钻铣床具有结构简单， 性好， 动化程度和加工精度高以 刚 自 及操作维 修方便等优点。 ｌ
表 ２经运动变换虚拟； －后 Ｖ ＲＩ Ｔ测量结果 ｊｒ ￣ Ｅ ＣＵ
较为详细的论述 ， 推导出该类机床后置处理转角计算公式和刀位 点坐标转换计算公式 。 通过对 比工件设计与求解结果的虚拟加工 的结果表明， 该方法正确 、 可行 。另外 ， 该模型能适应不 同的机床 结构形式 ， 而且考虑 了机床结构误差 的影响 ， 为多坐标数控加工
平移运动副的运动量完全正确， 充分证明了所述机床运动变换建模 方法和求解方法的正确性 、 可行性， 同时具有较高的精确性。 表 ３ 比对 Ｕ Ｇ测量结果与 ＶＥ Ｉ Ｔ测量结果 ＲＣＵ
与液压 ，０ ９３ （ ） ７ １． ２ ０ ，７ １ ： — ９ １１
［］ ２ 陈涛 ， 彭芳瑜 ， 周云飞． 基于结构误差补偿 的多坐标 机床后置变换 ［］ Ｊ． 中国制造业信息化 ， ０ ，２２ ：８ ９ ． ２ ３３ （ ）８ — ０ ０
’ 中 图分类 号 ：Ｈ１ ，Ｇ 文 献标 识码 ： Ｔ ３Ｔ ５ Ａ
；
９
精度 、 效率、 品种等的要求越来 越大 ， 传统 的通用机床 、 专用机床
数控龙门镗铣床龙门框架结构优化设计
【关键词】数控龙门镗铣床；有限元分析；龙门框架；横梁
【Ｋｅｙｗｏｒｄｓ】CNC gantry boring and milling machine; finite element analysis; gantry frame; beam
【中图分类号】TH122；TG659
【文献标志码】A
【文章编号】1007-9467（2016）09-0075-03
在机床工作频率范围内，第一阶模态振动最大。从龙门前 三阶模态可知，振动主要集中在横梁和滑枕上[4]。
76
a 横梁应力图
b 横梁应变图
图 6 横梁优化后应力应变云图
优化前后横梁的前六阶固有频率如表 1 所示，经过优化
后横梁的各阶固有频率均有大幅的提高，前六阶模态振型如
图 7 所示。 机床转速范围 8~1500 r/min，其最大激振频率
3. 1 静态分析
经过对滑枕在不同行程溜板处于横梁的不同位置，以及 在重力场、镗削、铣削、钻削工况下进行静力分析发现，由于切 削力平衡了部分的重力，在空载状态下整机变形最大。溜板位 于 Y 向行程中间，滑枕伸出至低位时，最大变形 0.34588mm， 位于滑枕顶端。龙门框架最大变形 0.164mm，位于横梁下导轨 中段，如图 3 所示。
1—床身；2—滑座；3—立柱；4—横梁；5—溜板；6—滑枕 图 1 整机结构图
【作者简介】李绍萍（1971～），女，云南建水人，高级工程师，从事精 密数控机床设计研究。
图 2 有限元网格划分模型 75
工程建设与设计
Construction & Design For Project
3 静动态分析
根据各部件在整机中的装配位置，在床身与地脚的接触面 施加固定约束，镗削、铣削、钻削 3 种工况下分别在滑枕的底部 端面施加轴向抗力、最大扭矩及切削力在各方向的分力[3]。
龙门加工中心整机动静态分析及结构优化
由分析结果发现， 滑枕的静强度与动态性能都较 好， 但根据加工中心整体结构， 可发现其存在结构过长 的现象， 这一设计既增加了自身质量， 缩短了行程， 又加 剧了刀尖变形趋势。滑枕结构改进前后对比如图 ６所 示。修改前后行程增加 ２ ９ ０ｍ ｍ ， 质量减轻 １ ２ ６ｋ ｇ 。
由表 ３可知， 该龙门加工中心的前两阶固有频率偏 低， 只有 ３ ０ １ ７ ７Ｈ ｚ 和３ ２ ５ １ ５Ｈ ｚ ， 动态特性较差。４ 、 ５ 、 ６ 阶有密频现象。 结合前面静力分析的结果可知： 横梁、 滑枕是其较 为薄弱环节。这是由于该加工中心横梁 ｘ 向的刚度低 以及滑枕长度过长， 造成整机低阶固有频率偏低及总位 移量较大。
２ 有限元模型建立
静力学分析中， 网格划分采用 Ａ Ｎ Ｓ Ｙ ＳＷｏ ｒ ｋ ｂ ｅ ｎ ｃ ｈ三 维实体单元 Ｓ ｏ ｌ ｉ ｄ １ ８ ６ ， 该单元为三维 ６面体 ２ ０节点的结
收稿日期： ２ ０ １ ４ ０ ５ １ １ 基金项目： 人工智能四川省重点实验室科研项目（ ２ ０ １ ３ Ｒ Ｙ Ｙ ０ ３ ） ； 四川省教育厅重点项目（ １ ４ Ｚ Ａ ０ ２ ０ ９ ） ； 自贡市科技局项目（ ２ ０ １ ３ Ｊ １ ９ ） 作者简介： 杨海栗（ １ ９ ８ ８ ） ， 女， 四川成都人， 助教， 硕士， 主要从事结构设计及 Ｃ Ａ Ｅ仿真分析研究， （ Ｅ ｍ ａ ｉ ｌ ） ｙ ｈ ｌ ｓ ｅ ａ ３ ２ ４ ＠１ ６ ３ ． ｃ ｏ ｍ
龙门加工中心整机动静态分析及结构优化
杨海栗，田建平，胡 勇，付 磊，黄丹平
（ 四川理工学院机械工程学院，四川 自贡 ６ ４ ３ ０ ０ ０ ）
摘 要： 以Ｓ ｏ ｌ ｉ ｄ Ｗｏ ｒ ｋ ｓ 三维建模软件与 Ａ Ｎ Ｓ Ｙ ＳＷｏ ｒ ｋ ｂ ｅ ｎ ｃ ｈ 有限元分析软件为平台， 建立龙门加工中 心整机动静态分析模型， 由分析得到整机在只受重力、 以及重力与切削力同时作用这两种工况下的位移 量数据及其相对变化量， 得出整机的结构刚性及固有频率值， 并综合分析结果提出滑枕及横梁的结构优 化方案， 通过结构改进减小整机变形量， 提高整机加工精度， 为加工时的误差补偿提供了理论依据。 关键词： 龙门加工中心； 整机； 静力特性； 动力特性； 结构优化 中图分类号： Ｔ Ｐ ３ ９ １ 文献标志码： Ａ 及整机可靠性， 并针对薄弱环节进行结构优化， 从而提 高整机加工精度， 并为加工时的误差补偿提供必要的理 论依据。
机械机床毕业设计68数控龙门铣床毕业设计
本科毕业设计（论文）
轻型龙门铣床XKQ2010×30
设计
本科毕业设计（论文）
轻型龙门铣床XKQ2010×30设计
学院（系）：机械工程学院
专业：机制
学生姓名：
学号：
指导教师：
答辩日期：
摘 要
从研究数控龙门铣床着手，借鉴国内外先进经验，设计了一台用于板材及多种工件加工的数控龙门铣床，满足了生产和设计的要求。整个龙门铣床主要包括横纵向进给机构、立柱、横梁、底座、工作台等主要组部件。其中所有进给机构均采用滚珠丝杠进行传动，并由伺服电机进行驱动。主轴箱安装在龙门架上，运用类比法自行设计了滚珠丝杠螺母副的制动装置。
1.2.1数控技术领域与计算机应用的特点1.2.1.1数控的技术领域数控就是以数字程序的形式实现控制的一门技术，它是随着电子计算机的发展而发展起来的，综合了各技术领域里的新成就，具有广泛的通用性，是高自动化程度的工业自动控制技术。现代数控技术所涉及到的技术领域学科很多，范围较广，除机械技术本体之外，还有以下关键技术：
小型立式铣床机械结构设计
小型立式铣床机械结构设计本文档旨在介绍小型立式铣床机械结构设计的研究课题背景和重要性，并提出研究的目的和意义。
小型立式铣床在工业生产中扮演着重要的角色。
随着科技进步和制造业的发展，对小型立式铣床的功能、精度和效率要求也越来越高。
因此，针对小型立式铣床机械结构的设计研究具有重要的意义。
研究的目的是通过对小型立式铣床机械结构的设计进行分析和优化，提高其功能和性能。
通过合理的设计，可以增加铣床的稳定性、精度和工作效率，提高产品质量，降低生产成本。
同时，对于相关领域的研究者和制造业从业人员，本研究也可为其提供设计思路和参考。
研究将采用简单而没有法律复杂性的策略进行，避免引用无法确认的内容。
独立决策将确保根据本文档的目标和要求进行工作，在充分发挥助手LMM的优势的前提下，以简单直接的方式处理任务。
本文的目的是回顾相关文献，总结已有的研究成果和发展趋势。
在小型立式铣床机械结构设计方面，已有许多研究为该领域的发展做出了贡献。
首先，许多文献探讨了小型立式铣床的基本结构和工作原理。
这些研究对机床的骨架设计、驱动系统和运动机构等方面进行了详细讨论，并提出了各种优化方案和改进方法。
其次，其他文献关注了小型立式铣床的动力学性能和精度问题。
这些研究通过建立机床的动力学模型和控制系统，研究了机床振动、刚度和精度等方面的影响因素，并提出了相应的改善方法。
此外，还有一些文献涉及到小型立式铣床的自动化和智能化发展。
这些研究集中在机床的自动化控制、数据采集和智能优化方面，旨在提高机床的生产效率和加工质量。
综上所述，当前文献中已有许多关于小型立式铣床机械结构设计的研究成果和发展趋势。
这些研究为小型立式铣床的改进和优化提供了有益的参考，也为未来的研究提供了方向和启示。
小型立式铣床的机床整体结构设计是确保机床的稳定性和精度的重要环节。
设计过程中需要考虑以下因素：底座设计：底座应具备足够的刚性和稳定性，以保证机床在加工过程中不产生过多的振动和变形。
龙门加工中心横梁的优化设计
第39卷第5期 齐 齐 哈 尔 大 学 学 报（自然科学版） Vol.39,No.5 2023年9月Journal of Qiqihar University(Natural Science Edition)Sep.,2023龙门加工中心横梁的优化设计罗京，包丽（齐齐哈尔大学 机电工程学院，黑龙江 齐齐哈尔 161006）摘要：通过对某横梁进行静、动态特性分析，找出横梁的薄弱位置，以横梁的柔度最小为目标函数，运用变密度法对其进行拓扑优化，确定去除材料。
通过对4种不同结构筋板的静态性能和动态性能进行比较，确定了井字型结构性能最优。
优化结果表明，改进后横梁的质量减少2508kg，位移变形量减小16.29%，1～3阶模态的固有频率分别提高了7.40%, 7.72%, 12.32%，为龙门加工中心横梁的结构设计提供了一定的理论依据。
关键词：龙门加工中心；横梁；有限元分析；优化设计中图分类号：TG659 文献标志码：A 文章编号：1007-984X(2023)05-0045-04龙门加工中心是一种重要的机床类型，在国家机床制造业中扮演着关键角色。
它不仅为国民制造提供了强大的支持，而且还为经济发展做出了巨大贡献。
近年来，我国高端机床消费额一直保持全球第一的地位，数控机床已成为市场的主流，其加工效率高、刚度大、跨度大、精度高等特点，使其在大型零件制造中发挥着不可替代的作用，并且在国民经济的各个领域得到了广泛的应用，为国家经济发展提供了强有力的支撑[1]。
横梁是机床中不可或缺的关键零部件，传统的设计中，横梁质量较大，刚度储备过剩。
横梁自身重力的原因会使横梁产生较大的变形，因此，减少横梁的质量，降低生产成本，将对进一步提高机械设备的整体加工精确度和效能有着重要的指导作用。
研究表明，经过改善龙门加工中心横梁的构造，能够显著提升其总体效能。
王琨等[2]通过对龙门铣床进行灵敏度分析，以横梁质量为目标函数对横梁结构参数进行优化，使得横梁质量减轻1082.1kg，一阶固有频率提高5.81 Hz，取得良好轻量化效果。
（说明书）龙门铣床主轴箱、进给系统及工作台的设计
龙门铣床的主轴箱、进给系统及工作台的设计（）摘要：本文主要是针对龙门铣床的主轴箱、进给系统及工作台的设计。
根据特定的设计要求，结合龙门铣床的运动特点，进行一次较为系统设计。
本次设计所有进给机构均采用滚珠丝杠进行传动，并由步进电机电机进行驱动。
本次设计重点是对于主轴箱、进给系统的机械部分进行设计，包括转速图的拟定、齿轮的设计、轴最小轴直径的设计、轴承的选取、滚珠丝杠的选取等。
关键词：龙门铣床；主轴箱；工作台；进给系统；Milling machine headstock, feed systems and the design of thetableLiu Zhendong(Mechanical Engineering School Inner Mongolia University of Science and TechnologyBaotou 014010 )Abstract:This article is mainly for milling machine design. Depending on the specific design requirements, combined with the milling machine movement characteristics, to conduct a more systematic design, including the design of the headstock, the feed system design, table design. The design of all ball screw feed mechanism are used for transmission, motor driven by stepper motors. The design focuses on the mechanical part of the milling machine design, including the speed chart in the formulation, gear design, minimum shaft diameter shaft design, the selection of bearings, ball screw selection and so on.Keywords:Milling machine; headstock; workbench; feed system目录绪论 (1)第一章设计条件 (2)第二章车床主传动系统方案设计 (2)2.1 主传动的组成及要求 (2)2.1.1 主传动的组成 (2)第三章主传动系统的运动设计 (3)3.1 主传动功率 (3)3.2.驱动源的选择 (4)3.3 转速图的拟定 (4)3.3.1传动方案 (4)3.3.2结构网或结构式各种方案的选择 (5)3.3.3.绘制转速图 (6)3.4齿轮齿数的确定 (8)3.5传动系统图的拟定 (8)第四章主运动部件结构的设计 (9)4.1 带传动设计 (9)4.1.1 确定计算功率 (9)4.1.2 选取V带型 (10)4.1.3 验算带速和确定带轮直径 (10)4.2 确定计算转速 (12)4.2.1 主轴 (12)4.2.2 各传动轴 (12)4.2.3 各齿轮 (12)4.3 各传动组齿轮参数的确定 (13)4.3.1 传动组a (13)4.3.1.1 按齿面接触强度设计 (13)4.3.1.2 按齿根弯曲强度设计 (15)4.3.1.3几何尺寸计算 (16)4.3.2 传动组b (17)4.3.2.1 按齿面接触强度设计 (17)4.3.2.2 按齿根弯曲强度设计 (18)4.3.2.3几何尺寸计算 (20)4.3.3 传动组c (20)4.3.3.1 按齿面接触强度设计 (21)4.3.3.2 按齿根弯曲强度设计 (22)4.3.3.3几何尺寸计算 (24)4.4齿轮参数总结 (24)4.5 确定各轴最小直径 (25)4.6 主轴组件设计 (26)4.6.1 各轴结构的计算 (26)4.6.1.1.主轴 (26)4.6.1.2. Ⅰ轴 (31)4.6.1.3. II轴 (32)4.6.1.4. Ⅲ轴 (32)第五章进给系统设计 (33)5.1进给系统的设计要求 (33)5.2滚珠丝杠的选择 (34)5.3 工作台的进给运动 (34)5.3.1 工作台的设计 (34)P (36)5.3.1 滚珠丝杠副的导程h5.3.2 滚珠丝杠副的载荷及选丝杠： (36)5.4 横梁的垂直进给运动 (42)P (42)5.4.1 滚珠丝杠副的导程h5.4.2 滚珠丝杠副的载荷及选丝杠： (42)5.5主轴箱在横梁上的水平进给运动 (47)P (47)5.5.1 滚珠丝杠副的导程h5.5.2 滚珠丝杠副的载荷及选丝杠： (48)参考文献 (54)致谢 (55)绪论1.龙门铣床的发展趋势龙门铣床是一种用于对工件进行铣削加工的机床，能加工比较复杂的型面，效率较刨床高，在机械制造和修理部门得到广泛应用。
机床龙门结构的优化方案探索
图3立柱横梁的静力学分析图应力云图应变云图变形云图0引言普通的立式车床龙门结构中由于横梁、立柱的不对称性设计，容易造成加工精度降低，误差较大的情况。
现在探索一种新型的龙门结构这个新结构相对热源采用对称的设计。
这个新的对称性设计，有助于车床工作时产生的热量传播的平衡性，能够保证加工时加工精度。
新的结构主轴或刀架被放置在横梁截面中间，采用对称横梁结构，立柱也采用对称结构，横梁被置于立柱截面中间，立柱的左右两部分的热膨胀量大致相等。
采用这种结构，可以减少加工时车床结构热变形。
现在针对提出的这种新型龙门结构进行建模和分析[1]。
1龙门结构的有限元模型建立模态分析是机械和结构动力学中一种极为重要的分析方法[3]。
计算模态分析从机械、结构的几何特性与材料特性等原始参数出发，采用有限元法形成系统的离散数学模型—质量矩阵和刚度矩阵，然后通过求解特征值问题，确定系统的模态参数。
由模态迭加法，可以分析机械、结构在已知外载荷作用下的动态响应或动态稳定性问题。
利用三维绘图软件NX8.0建立三维模型，对模型进行适当简化（忽略倒角、倒圆、小孔等小特征）后，将所建模型直接导入ANSYS Workbench 中。
定义立柱材料及其属性，四面体单元对网格的划分则比较灵活，对于结构不规则的几何模型，也能划分出较为规则的网格，同时也能够保证计算的精度。
网格大小为100mm ，得到有限元模型如图1所示。
图1有限元网格模型2模态分析模态分析是研究结构动的动力学特征，模态是机械结构的固有属性，每个模态都具有特定的频率、振型，利用利用ANSYS Workbench 进行模态分析，计算出整个框架结构的在不同频域下的振型变化图2，防止了在运动中与其他零部件产生的共振。
约束整个框架的底部固定，在整个结构的其他部位不需要进行约束，通过模态分析，并计算前10阶的模态。
如表1所示。
表1龙门结构的固有频率列表1-20阶固有频率阶数频率/Hz 固有频率阶数频率/Hz 1234528.24947.91848.81470.49780.166678910100.93109.98178.94182.47205.89机床龙门结构的优化方案探索王毅哲（陕西工业职业技术学院，咸阳712000）摘要:龙门结构被广泛应用于各种大型机床结构中，在大型立式车床中龙门结构承载主轴箱、刀架等重要部件。
探究龙门起重机结构动态优化设计
探究龙门起重机结构动态优化设计针对龙门起重机应用中存在的问题，比如结构振动剧烈问题、吊载运行稳定性差问题，进行动态分析，探索龙门起重机作业过程中出现运行问题的原因，并且针对不同类型的起重机提出了相应的优化改进方案。
对龙门起重机结构动态设计进行优化，以满足整机重量最小需求，以及满足模态固有频率条件等，作为优化目标，对其结构参数进行优化设计。
标签：龙门起重机；结构参数；结构动态；优化设计起重机属于大型运输机械，能够在复杂情况作业。
其龙门起重机自身的结构特性以及动态特性等，对龙门起重机的使用性能，有着较大的影响。
传统的起重机结构设计，主要依靠人工设计，结合传统经验等方法，具有较大的局限性。
随着起重机设计技术的发展，使得动态工作情况被人们重视与思考，并且对龙门起重机结构进行动态优化设计。
1 龙门起重机结构概述龙门起重机结构较为简单，例如图1，其为JQ50型号的龙门起重机结构示意图。
主要包括下横梁与端梁、柔性支腿与刚性支腿、主梁与门框等。
现代龙门起重机，多采取静态设计+动态补偿设计的方法，除了考虑静态时的工作载荷外，还考虑动态载荷，采取添加安全系数的方式进行补偿，以此简化结构动态设计，以此确保龙门起重机结构设计，能够满足静强度与静刚度的需求，但是因为缺乏动态特性分析，难以估计龙门起重机动态作业时的稳定性，进而极易引发作业问题，包括整机结构振动强烈以及运行不稳定等问题。
龙门起重机的稳定性与刚度，与其金属结构的承受能力，有着直接的关系，进而使得动应力与动刚度等问题更加严重。
当弯曲动刚度超出标准，则极易造成整机结构振动问题，而动应力超出标准，极易造成结构变形或者损伤问题。
当跨中动移位超标时，则会造成整机结构失稳。
2 龙门起重机结构动态分析2.1 基于Ansys动态分析理论基础龙门起重机作业时的动态问题，其属于有限个自由度弹性系统运动范畴。
龙门起重机的模态分析，主要目的是明确龙门起重机结构的振动特性，包括固有频率与振形，该数据信息可以在龙门起重机结构无阻尼自由振动条件下获取。
龙门铣床主传动系统设计
龙门铣床主传动系统设计龙门铣床主传动系统设计铣床是在一般机床的基础上发展起来的，其传动系统的核心环节是主传动系统。
铣床的机械结构主要由传动系统、支承部件、分度台等部分组成。
传动系统的作用是把运动和力由动力源传递给机床执行件，而且要保证传递过程中具有良好的动态特性。
传动系统在工作过程中，经常受到激振力和激振力矩的作用，使传动系统的轴组件产生弯曲振动和扭转振动，影响了机床的工作性能。
随着机床切削速度的提高和自动化方向的发展，传动系统的结构组成越来越简单。
三坐标双柱龙门铣床简单的运动结构图为如下：铣床的主传动系统的布局可分成集中传动和分离传动两种类型。
主传动系统的全部变速结构和主轴组件集中装在同一个箱体内，称为集中传动布局；传动件和主轴组件分别装在两个箱体内，中间采用带或链传动，称为分离传动布局。
集中传动式布局的机床结构紧凑，便于实现集中操控，且只用一个箱体，但传动结构运转中的振动和热变形。
当采用轮传动时，皮带将高速直接传给主轴，运转平稳，加工质量好，低速时经轮机构传动，转矩大，适应粗加工要求。
1、变速机构变速方式分为有级变速和无级变速。
有级变速机构有下列几种：·交换齿轮变速机构这种变速机构的变速简单，结构紧凑，主要用于大批量生产的自动或半自动机床，专用机床及组合机床等；·滑移齿轮变速机构这种变速机构广泛应用于通用机床和一部分专用机床中；·离合器变速运动在离合器变速机构中应用较多的有牙嵌式离合器，齿轮式离合器和摩擦片式离合器。
2、齿轮的布置与排列·变速度组的滑移齿轮一般布置在主轴上，为了避免同一滑移齿轮变速组内两对齿轮同时啮合，两个固定齿轮的间距应大于滑移齿轮的总宽度，即留有一定的间隙（1-2mm）, 如无特殊情况，应尽量缩小齿轮轴向排列尺寸。
滑移齿轮的轴向位置排列通常有窄式和宽式两种，一般窄式排列轴向长度较小；·为了减小变速箱的尺寸，既需缩短轴向尺寸，又要缩短径向尺寸，它们之间往往是相互联系的，应该根据具体情况考虑全局，恰当地解决齿轮布置问题；·在强度允许的条件下，尽量选取较小的齿数和使齿轮的降速传动比大于1/4。
一种新型龙门铣床主结构的设计
一种新型龙门铣床主结构的设计开剑波;王益轩;韩斌斌;黄新武;张永军【摘要】常规龙门铣床横梁、托板等结构部件是单面悬挂装配，这种结构布局会产生很大的悬臂效应。
本文针对该结构缺陷进行改进设计，建立一种对称结构的新型龙门铣床结构模型，可以避免悬臂效应的产生。
%Most components of conventional gantry milling machine were assembled in single face, such as beam and slide saddle, the structure layout would cause evident cantilever effect.Regarding to this structure defect, a new type gantry milling machine model with symmetrical structure has been established that could avoid cantilever effect.【期刊名称】《中国重型装备》【年(卷),期】2015(000)004【总页数】4页(P21-24)【关键词】龙门铣床;横梁;悬臂效应;对称结构【作者】开剑波;王益轩;韩斌斌;黄新武;张永军【作者单位】西安工程大学机电工程学院，陕西710048;西安工程大学机电工程学院，陕西710048;西安工程大学机电工程学院，陕西710048;西安工程大学机电工程学院，陕西710048;西安工程大学机电工程学院，陕西710048【正文语种】中文【中图分类】TH122龙门铣床是切削加工中的重要设备，具有加工跨距大、加工效率高、刚度高等特点，适合大型零件的加工，在航空、航天、汽车等制造行业中得到了广泛的应用[1]。
常见的龙门铣床结构布局是：横梁安装在立柱前壁面表面的滑轨上，托板、滑枕等部件悬挂在横梁的前壁面。
轻型龙门铣床XKQ2010×30设计
Abstract
Begins from the research CNC planer type milling machine, to profit from the domestic and foreign advanced experiences, designed one to use in the sheet material and various workpiece the numerical control CNC planer type milling machine, has satisfied the production and the design request.
（3）轮廓控制数控机床
这种机床的控制装置能够同时对两个或两个以上坐标轴进行连续控制。加工时不仅要控制起点和终点，还要控制整个过程中每点的速度和位置。
1.3.3按控制方式分类
（1）.开环控制数控机床
在开环控制中，机床没有检测反馈装置，如图1-1，数控装置发出信号的流程是单向的，所以不存在系统稳定性问题，故机床加工精度不高，其精度主要取决于伺服系统的性能。
（4）计算机群控
它也称为直接数控系统，是一台大型通用计算机直接控制一群数控机床的系统。
1.3.2按运动方式分类
（1）点位控制数控机床
这类机床的数控装置只能控制机床移动部件从一个位置（点）精确的移动到另一个位置（点），在移动过程中不进行任何切削加工。
（2）点位直线控制数控机床
这类机床工作时，不仅要控制两相关点之间的位置，还要控制两相关点之间的移动速度和路线。
1.2 数控技术的应用与发展
随着社会生产和科学技术的发展，机械加工产品的形状和结构不断改进，对加工质量的要求越来越高。由于产品更新换代的速度加快，目前在一般机械加工中单件、小批量生产的产品约占70%-80%。为了保证产品的质量，提高生产效率和降低成本，要求机床不仅具有较好的通用性和灵活性，而且加工过程要尽可能实现自动化。数控技术就是在这种条件下发展起来的，适用于精度高、零件形状复杂的单价及小批量生产，以数字形式实现控制的一门技术。
移动式数控龙门铣床的总体设计
移动式数控龙门铣床的总体设计--------------------------------------------------------------------------------2006.10.08 阅读：24次本文所述的移动式数控龙门铣床是指龙门框架作纵向移动的龙门铣床。
移动式龙门铣床的最大优点是：（1）机床占地面积小。
工作台移动式龙门铣床，整机长度必须两倍于纵向行程长度，而移动式龙门铣床的整机长度只需纵向行程加上龙门架侧面宽度即可。
（2）机床的动态响应好。
移动式龙门铣床采用的是固定工作台，一般与床身整体铸出，龙门框架纵向运动的驱动力矩等值不变，不会因工件的承载重量的改变而变化，从而保证了加工精度和机床的响应性能。
笔者独立设计的移动式数控龙门铣床（图1），现已作为专机投入生产应用，能满足大型铸件、钢件的镗、铣、钻等多工序加工；配上直角铣头，还可对工件的4个侧面进行加工。
由于设计思想正确，配套零部件质量过关，该机床各项指标均已达到数控龙门铣床相关国家标准的要求。
该龙门铣床的主要设计参数如下：工作台面积为1800mm×4000mm，X轴行程为4000mm，Y轴行程为2000mm，Z轴行程为750mm，主轴功率18.5kW，各轴快速进给为10m/min。
一、机械部分设计整机分为床身、龙门架、滑台、主轴箱、三轴进给驱动机构机械部分及相关数控伺服部分。
现把设计过程中的重点阐述如下。
床身是本次设计工作的基础，床身的尺寸设计影响着对整机的设计，而且设计的合理性直接影响到整机的刚度。
床身的截面形状为Π形（图2）。
床身的上平面即工作台面设计有9 条T 形槽，为方便床身工作台面和# 形槽的精刨加工，槽完全贯通。
床身的左、右两下脚各设计有一个狭长平面，用来安放滚动直线导轨副。
笔者把导轨面设计在床身的两下侧，主要是考虑力的传递方向与卸荷问题。
因床身会受到龙门框架的重力、切削力和工件的重力，这样的设计可使龙门框架的重力直接传入到机床的基础上，而床身只受到工件的重力。
龙门数控铣床溜板刚性分析设计任务书
毕—1系机械工程及自动化系主任批准日期毕业设计（论文）任务书机械工程及自动化系机械设计制造及自动化专业机卓111 班学生张旺一、毕业设计（论文）课题龙门数控铣床主轴溜板刚性分析二、毕业设计（论文）工作自2015年2月24 日起至2015 年6月23 日止三、毕业设计（论文）进行地点西安理工大学四、毕业设计（论文）的内容要求数控机床是电子信息技术与传统机床技术相融合的机电一体化产品，具有高效、精密、柔性自动化和易于实现工艺复合和信息集成诸特点，因而已成为最重要的基础装备和世界机床市场的主流产品，受到机械制造企业的青睐。
龙门数控铣床是数控加工中常见、也是常用的加工设备，可以进行平面轮廓曲线和空间三维曲面加工，以及进行数控钻、镗、铰、攻螺纹等孔加工操作，具有编程序简单、加工范围较宽等特点。
本次毕业设计结合学生进行的数控综合实践所使用的龙门数控铣床为设计课题，进行机床结构的总体方案和相关部件的具体设计和相应的分析，为以后龙门数控铣床的研究、改进、维修等方面提供资料储备，使学生掌握龙门数控铣床的工作原理、机床的支承形式、运动分析及传动机构的结构特点等内容；实现刀具回转与进给运动，工作台在水平面内进行横向和纵向的进给运动，可以实现三轴连动加工复杂曲面。
主轴转速范围85~1600r/min，工作台横向和纵向移动距离分别为300mm和600mm。
本次毕业设计任务主要是数控铣钻床的机械结构设计，包括机床整体方案、主轴和主轴箱、工作台进给系统等内容。
毕业设计达到的基本要求为：1、熟悉数控加工的特点，了解目前国内外最新的数控加工技术发展现状；2、查阅相关资料，了解目前国内外龙门数控铣床的形式、加工参数、加工效率、所采用的机械传动机构以及数控编程等方面的内容；特别要关注采用何种机械传动方式。
3、小型数控钻铣床的设计包括床身的布置、刀具回转和进给运动方式、工作台横向和纵向进给系统及相关机构的具体设计等方面的内容。
4、主传动系统可采用刀具回转并进行轴向进给的运动方式，转速范围85~1600r/min，6级调速，主轴最大垂直移动450mm，最大铣刀直径Φ50mm，主轴锥度3#，进行主轴箱结构的具体设计、计算、分析与校核；5、对工作台横、纵向运动进行分析计算，设计具体的进给系统及相应的零部件。
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微型移动龙门式铣床结构优化设计卜雪梅（齐齐哈尔二机床（集团）有限责任公司，黑龙江 齐齐哈尔 161000）摘 要：在进行微型移动龙门式铣床结构优化设计过程中，通过利用有限元和正交实验等多种形式的结果分析，表明机床在进行结构优化调整之后，会全面提高机床本身所具有的静态性能，从而验证了结构优化的有效性。
本文主要将微型移动龙门式铣床为主要的研究对象，对其本体的主要结构进行了有限元仿真模型的建立，以此来分析其动态特性，结合这些结果内容来仔细的辨识机床所具有的薄弱环节，明确立柱对工作台所造成的性能影响，将立柱的优化和工作台优化作为主要的优化目标。
关键词：微型；移动龙门式铣床；结构优化；设计分析中图分类号：TG547 文献标识码：A 文章编号：11-5004（2019）04-0219-2收稿日期：2019-04作者简介：卜雪梅，黑龙江佳木斯人，男，生于1984年，满族，硕士研究生，研究方向：机床设计，机床开发。
微型移动龙门式数控铣床的主要结构存在不足之处，为了解决这一问题需要将拓扑优化、正交实验设计方法等作为设计调整的主要依据，首先需要建立本体的有限元模型，再结合当前的加工情况进行静力学分析，从而得出位移和应力云图的主要内容和基本结论。
通过模态化分析，来了解前十阶模态所具有的频率和主振类型，通过对有限元结果的分析，运用拓扑优化原理，将其所具有的最小应变能力作为主要的目标函数，并且设计好立柱的整体质量来作为主要约束条件，对当前所采用的微型铣床立柱进行优化设计。
同时还可以采用正交实验的方式，来保证工作台的自重下最大位移程度，控制好T 形槽的大小，以及槽与槽之间的间距，安排好工作台建设的厚度，将工作台支承面积作为主要的设计变量，从而提高工作台的工作能力，保证优化后机体的正常运行，通过有限元仿真实验，来提高优化后整机的静态性能。
1 本体有限元模型的建立在进行有限元模型创建的过程中，需要充分的考量有限元网格的计算准确率和精度，因此需要对铣床的几何模型进行适当的优化，减少给电机和传动系统对机床运行所产生的影响，要将主轴电机作为钢体，摘除螺纹孔，控制好部分加工角的一些细小问题，保证各部件之间的有机结合。
通常我们会在连接单元TIE，通过八节点、六面体的但愿模型来对机床的本体进行区域和网格性划分，从而得到合理的有限元网络模型。
确立静力学的分析参数根据铣削力经验公式：在整个计算公式中Fz 为切向切削的分力，C z F 为铣削力所得的系数，a p 为切削的深度，af 为每齿间提供的进给量，a e 为铣削的宽度，z 为铣刀的齿数，d o 为铣刀的外径，k z F 为铣削的力修正系数，在进行刀具选择的过程中一般会选用直径铣刀的外径为 10mm 的具有4齿的平底圆柱高速钢铣刀，铣削材料主要为碳钢，刀具一般会沿 X 的方向进行运动，取最后的数值为 C zF= 641，a p = 0.5mm，a f = 0.2mm，a e = 0.05铣刀的外径，kzF = 1，根据计算公式最终求得 F z = 30.6N2 静力学分析在微型铣床道具的使用过程中，刀位点大多数都处于X、Y、Z 三个方向，由上述参数求得的结果可知三个方向分别施加30.6N 的力，并且在机床的质点添加向下的重力，保证加速度为9800mm/s 2，通过静力学内容的分析，通过计算内容来得出最终演示结论，我们可以将综合位移设定为8.42×10-4mm 保证机床运行的最大应力为0.16MPa。
在进行模型创建的过程中，还需要结合国际化发展惯例，一般情况下，45钢的强度处于355MPa 为了更好的满足铣床运行过程中的发展需求，我们可以通过分析铣床x 和y 轴的刚度情况来保证主轴的刚度。
最终的分析结果为：因为x 轴的机架和立柱之间的连接板刚度不强，因此x 和y 轴的刚度较弱，X 轴的机架和立柱之间的连接部分尺寸过小，无法满足铣床的稳定运行需求。
3 模态分析我们需要通过适当的求解方式来提取前十阶模态频率和主要振型，微型龙门铣床的前十阶的固有频率之间具有较大的差距，因为机床的整体具有一定的抗震能力，工作台如果一旦发生变形，就会直接影响到工件加工所具有的精准性，因此需要明确，工作台是机床的重要结构部件。
在进行前十阶的固有频率和主振型分析过程中，经常发现前六阶都是工作台的振动变形情况，并且震动的幅度较大，在了解这一问题产生的主要原因时，我们可以得知工作台所具有的原始刚性不足。
除此之外，工作台的立柱上的床身还会发生扭振的情况，从而导致机床的刀具出现摆动幅度较大的问题，影响到铣削的精度，通过实验分析可以得出结论，之所以产生这些问题，都是因为立柱和x 轴之间的连接部分，具有尺寸较小的问题，造成连接部位之间的刚性不足，从而影响了零件加工的整体质量，为了解决这一问题，需要适当的增大工作台所具有的刚度，保证立柱和x 轴床身的连接部位刚度符合相应的标准。
（下转221页）新的发展方向。
这是一种很新型精密的技术，在计算机的集成电路的设计上应用比较广泛，可以应用在比较精密的小零件上，其发展的方向主要是在机械设计制造中的零件以纳米尺度进行设计，其关键主要来源是现代专业的工程技术以及与物理学的融合。
随着纳米技术越来越亲民，也得到社会各行各业的高度认可，而且纳米技术制造出来的零件品质是极高的，得到了广大人民群众的喜爱。
纳米技术实现了信息的存储时长和存储密度的精度，这对我国各行各业来说都有着非凡的意义。
（5）超精密研磨技术。
这种技术主要是用于加工集成电路基板硅片。
我国科技发展的十分迅速，精密研磨技术也跟着有了新的发展，我们在进行加工时，必须要进行原子级抛光处理。
全新超研磨方法和研磨原理，在超精密研磨技术的发展中起到了重要的作用，在机械加工领域展现出了其独特魅力。
（6）搅拌摩擦焊接工艺。
这项工艺广泛运用于车辆、飞行 器等方面，而且是一项比较成熟的技术，它的工艺水平比较高，应用范围是极其广泛的。
它在机械制造方面的应用，可以是材料的消耗量减少很多，焊接的范围也十分的广，特别是在对铝合金构件进行焊接的过程中，可以实现对800mm缝焊缝的有效处理，并且焊接过程中对温度的要求也不高，最主要的是不会改变构件原有的物质结构，工艺质量特别的高，对焊接过程中所消耗的资源成本也可以节约很多，为生产过程减少了经济支出。
4 精密加工技术对现代化机械设计制造工艺的影响现阶段，我国现代化机械设计制造业的先进性相比其他发达国家比较落后，针对于此，精密加工技术的发展就显得尤为重要。
机械设计制造工艺内容繁多，但最关键的部分，就是我们今天讨论的机械加工部分。
机械加工工艺的高低，直接会反映在产品的质量上，而精密加工技术就可以使产品的质量更上一层楼。
随着我国科学技术水平的提高，精密加工技术的发展越来越好，这对我国机械设计制造工艺的发展有着重要意义。
精密加工技术在工业生产中的使用十分广泛，在现代化机械设计制造工艺中占有重要地位。
在机械制造过程中，精密加工技术在各个制造环节都有具体的应用，这个过程需要进行严格的控制以及精确的操作，所以精密加工技术能够很好的保证机械制造的精准度，这就是使机械制造过程顺利进行的关键性内容。
精密加工技术具有高生产效率的特点，高生产效率是当代社会发展过程中所追求的终极目标，只有高生产效率才能给社会企业带来最大化的经济利益，对我国经济水平的提高有着重要的意义，为我国的经济发展指引了新的发展道路。
5 总结结合本文所讲，现代化机械设计制造工艺与精密加工技术为我国在世界上的经济排名做出了巨大的贡献，所以说机械制造业的快速发展，是机械制造不断进步的主要基础。
社会在不断进步，机械设计制造和精密加工技术也是在马不停蹄的进步着，在现代化机械设计创造过程中，机械设计制造和精密加工技术的发展史需要大力支持的。
为了更好地运用于机械制造当中，现代化机械设计制造工艺与精密加工技术对机械制造业的持续、健康发展有着重大意义。
参考文献[1] 单晓坤.现代机械制造工艺的特点及发展探讨[J].南方农机.2017(18).[2] 陈海波.现代机械制造工艺及精密加工技术研究[J].科技风.2017(16).[3] 韩宁.机械制造工艺与机械设备加工工艺要点[J].信息记录材料.2017(11).[4] 吴玲敏,鲍明全.现代机械制造工艺及精密加工技术研究[J].装备制造技术.2017 (07).[5] 胜建明.现代机械制造工艺与精密加工技术探究[J].科技创新导报.2017(19).（上接219页）4 工作台的结构优化我们现已明确工作台式机床设计稳定性的重要影响部分，因此在进行工作台优化设计的过程中，可以采用正交实验设计方式来全面提高机床的加工精度，首先，在施工开始之前，需要将工作台的进度调整作为主要的优化目标，实验内容主要是依靠静力学现有的规定来对于工作台进行最大位移。
同时需要对工作台的T型槽大小，以及梯形槽之间的间距，工作台本身所具有的厚度，工作台支撑端边的主要长度，进行详细的分析和明确，从而制定出正交实验表，了解不同的因素对目标函数所造成的运行影响，提出最优的组合水平数值。
5 优化后的有限元分析在对微型龙门铣床进行优化调整之后，需要对机床本身的静、动态特性进行详细的分析，通过对优化前后的结构模态来了解机床低阶频率所发生的变化，全面提高机床的整体机动性。
一般情况下，我们可以将刀具的表面分为不同的两个区域，首先是磨损区域，通过对磨损区域发生现状的对比，来了解不同元素所造成的加工问题，通过研究表明，来了解刀具上的粘着层主要是为了覆盖刀具表面所产生的磨痕，对刀具的使用产生保护效果，当其厚度变薄弱之后磨痕就会显得更加明显。
长此以往，会发生粘著层剥离的情况，降低刀具的使用寿命，在实验和优化的过程中，需要注重本体有限元模型的建立，对静力学计算内容进行详细的分析，从而得出相应的模态，通过模态的了解和探讨，来明确工作台和立柱的主要结构优化内容，优化完成后再通过有限元的模型建立进行第二次分析。
6 总结微型移动龙门式铣床通常被用于小型零件的加工，想要全面提高零件的加工质量，就需要通过适当的方式来提高微型龙门式铣床所具有的刚性，调整好加工精度，对机床的本体性结构进行全面优化，同时在进行机床结构优化的过程中，很多专家学者都做了相应的研究。
最后得出结论，拓扑优化与有限元仿真相结合的方式，更有利于机床的立柱优化，建设立柱的最佳结构模型，来对机床的床身进行模拟态势分析，结合分析的主要结果来重新设计床身的横梁和立柱。
综合型的优化技术，能够有效提高机床的床身结构，因此，不能局限于单个补件的优化，还需要对多个关键部件进行综合性考量，改变传统的机床结构，提高机床的刚度和精度。
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