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本文所述的移動式數控龍門銑床是指龍門框架作縱向移動的龍門銑床。移動式龍門銑床的最大優點是：（1）機床占地面積小。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）機床的動態響應好。移動式龍門銑床采用的是固定工作臺，一般與床身整體鑄出，龍門框架縱向運動的驅動力矩等值不變，不會因工件的承載重量的改變而變化，從而保證了加工精度和機床的響應性能。

筆者獨立設計的移動式數控龍門銑床（圖1），現已作為專機投入生產應用，能滿足大型鑄件、鋼件的鏜、銑、鉆等多工序加工；配上直角銑頭，還可對工件的4個側面進行加工。由于設計思想正確，配套零部件質量過關，該機床各項指標均已達到數控龍門銑床相關國家標準的要求。該龍門銑床的主要設計參數如下：工作臺面積為1800mm×4000mm，X軸行程為4000mm，Y軸行程為2000mm，Z軸行程為750mm，主軸功率18.5kW，各軸快速進給為10m/min。

一、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控伺服部分。現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。床身的截面形狀為Π形（圖2）。床身的上平面即工作臺面設計有9 條T 形槽，為方便床身工作臺面和# 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。筆者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。床身的基本壁厚由以下公式初定。

式中：L、B、H分別為床身的長、寬、高尺寸，單位為m。

根據當量尺寸C，查閱相關表格（略），取基本壁厚為38mm

主軸箱采300mm×300mm截面設計，其抗扭抗彎能力更強。主軸變速箱采用兩檔滑移齒輪變速機構，可適應粗精加工需求。主軸單元采用4支承結構，前面三組角接觸球軸承用來承受切削力，主軸尾部一個深溝球軸承用來卸荷，使主軸不受到滑移齒輪產生的附加力矩的影響。

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，有效地減輕了滑臺的重量。

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，X軸與Y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調，各軸的進給速度和進給力得到了最佳匹配。

由于機床的縱向運動X軸是龍門框架移動，而龍門框架重達10t，所以導軌必須選用直線滾動導軌。因為滾動導軌副的摩擦系數小，非常適合龍門框架移動的動靜剛度要求。導軌的滑塊選用加長加寬型，每個滑塊的動載荷可達到10t。考慮到安全系數，每根導軌安裝3個滑塊。龍門框架的驅動源為雙邊齒輪齒條副（見圖3），進給運動由軸2 輸入，通過兩對斜齒輪將運動傳給軸1和軸3，然后由兩個直齒輪4和5去傳動齒條，從而帶動龍門框架移動。軸2上兩個斜齒輪的螺旋線的方向相反。通過彈簧在軸2上作用一個軸向力F，使斜齒輪產生微量的軸向移動，這時軸1和軸3便以相反的方向轉過微小的角度，使齒輪4和5分別與齒條的兩齒面貼緊，消除了間隙。

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。筆者在設計中特別注意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，防止滾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方式。筆者選用的聯軸器帶有過載保護裝置，在過載時聯軸器會自動脫開。

二、數控系統選型

數控系統采用的是西門子840D，因為此系統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）實現無機械偏差的位移。運動的實際值可進行連續比較，即使最小的偏差也可以得到糾正，因此提高了X軸的運動精度。

三、結語

筆者最后要說明的是，根據專業機床零部件廠商提供的設計樣本進行設計會達到事半功倍的效果。在此次設計過程中，筆者對數控系統、主軸單元、變速箱、齒輪齒條副和絲杠導軌等都按照樣本上的經驗公式得出，不僅大大縮短了設計時間，同時使設計的可靠性更高。同時在設計機床中要注重適時應用三維軟件，如在部件草圖確立后就應立即進行三維模型裝配，通過進行裝配干涉檢查，避免機床在裝配時出現的碰撞干涉返工現象。