第 1 章 緒論 

1.1 課題的研究背景 
近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，世界各國在電子信息，航空航天，軍事等領(lǐng)域的競爭日益激烈，這直接促使了制造工業(yè)的快速發(fā)展，制造工業(yè)水平的高低，能直接決定國家的科技實力。而機床行業(yè)作為制造工業(yè)發(fā)展的基石，其設(shè)計和制造水平的高低，對于制造工業(yè)的發(fā)展起著至關(guān)重要的作用[1,2]。隨著國家對機床行業(yè)的大力支持，尤其對“極大”與“極小”制造的高度關(guān)注，使我國的機床行業(yè)得到了快速的發(fā)展。2005 年 9 月 28 日，國務(wù)院通過了關(guān)于《加快振興中國裝備制造業(yè)的若干意見》，在報告中，將數(shù)控機床作為重點發(fā)展對象；在國家發(fā)改委、科技部制定的關(guān)于《2020年國家中長期發(fā)展規(guī)劃》報告中，數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)也被列為重要發(fā)展行業(yè)[3,4]。 目前，數(shù)控機床正朝著高精度、高效率、高性能、高柔性、高自動化、模塊化、綠色化和智能化方向發(fā)展，機床的切削速度、自動化程度、機械性能和智能化程度也越來越高[5,6]。而大型龍門銑床作為一種重要的大型零部件加工設(shè)備，也得到了長足的發(fā)展，許多重要的行業(yè)對大型龍門銑床和大型龍門加工中心的需求量愈來愈大，市場競爭也越來越激烈。目前大多數(shù)機床生產(chǎn)廠商都把精力放在大型、超大型、高精度、高自動化的龍門銑床的生產(chǎn)與研發(fā)上[7,8]。 而大型移動式龍門銑床作為龍門銑床的一個重要分枝，在各行業(yè)中的應(yīng)用也越來越廣泛，，需求也越來越大，有需求有市場，就有生產(chǎn)，這是市場規(guī)律。因此，國內(nèi)許多從未涉及龍門銑床的廠家，也紛紛投入到龍門銑床的研制工作中，通過自助創(chuàng)新、引進技術(shù)、合作生產(chǎn)等方式，研制出各種數(shù)控龍門鏜銑床，以滿足各種行各業(yè)的需求[9,10]。 大型移動式龍門銑床具有占地面積小、動態(tài)響應(yīng)好等優(yōu)點，但由于其本身尺寸比較大，兩條床身分開裝配，并且在裝配過程中必須使用大量的儀器進行檢測，安裝調(diào)試比較困難，所以容易產(chǎn)生較大的安裝誤差，而這些誤差將直接影響機床的加工精度，所以研究一套精度高、操作方便、測量成本低的精度檢測方法具有很重要的實用價值。 
.........

1.2 課題的研究意義 
對企業(yè)來說，尤其是對于中小型企業(yè)，購買數(shù)控機床尤其是大型數(shù)控機床是一筆相當(dāng)大的投資。并且 90%以上的大型數(shù)控機床都是解體之后將各部件發(fā)給用戶，然后在用戶現(xiàn)場進行組裝調(diào)試，直至符合相關(guān)技術(shù)要求[13,14]。所以，新機床在驗收時，必須進行嚴格的檢驗，使其在安裝后能夠達到相應(yīng)的技術(shù)要求。 并且，機床在使用一段時間之后，大部分都處于超性能的工作狀態(tài)，各部件磨損嚴重，各項性能指標(biāo)都會急劇下降，嚴重影響機床的加工精度。所以，機床在使用一段時間之后就需要再次進行檢驗，以后定期進行檢驗。這對提高機床的加工精度，改善零件的加工質(zhì)量，合理進行生產(chǎn)調(diào)度，提高機床加工效率等方面都具有很重要的意義[15,16]。 本文以“龍門銑床精度檢測方法與技術(shù)研究”為課題，對龍門銑床精度檢驗方法進行研究，并利用自準(zhǔn)直儀對其導(dǎo)軌直線度和平行度誤差進行測量，并以導(dǎo)軌直線度誤差為研究對象，針對導(dǎo)軌直線度誤差測量中存在的問題，采用理論分析、計算機模擬和實驗檢驗的方法對移動式龍門銑床床身導(dǎo)軌的直線度誤差進行綜合研究。 
.........

第 2 章 龍門銑床的結(jié)構(gòu)及精度檢測方法研究 

龍門銑床是一種集機、電、液等技術(shù)于一體的機械加工設(shè)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)的半精加工和精加工，也可適用于粗加工。龍門銑床主體結(jié)構(gòu)是由一個龍門架、床身和工作臺組成，龍門架是由雙立柱、橫梁、連接梁及銑頭組成剛性框架。按龍門架是否能夠移動可分為移動式龍門銑床和固定式龍門銑床；按橫梁能否移動可分為靜梁式和動梁式龍門銑床。 本文所述龍門銑床為靜梁式動龍門銑床，與固定式龍門銑床相比，移動式龍門銑床具有占地面積小、動態(tài)響應(yīng)好等優(yōu)點，但由于其本身尺寸比較大，兩條床身分開裝配，并且在裝配過程中必須使用大量的儀器進行檢測，安裝調(diào)試比較困難，所以容易產(chǎn)生較大的安裝誤差，而這些誤差將直接影響機床的加工精度，所以研究一套精度高、操作方便、測量成本低的精度檢測方法具有很重要的實用價值。 

2.1 龍門銑床的結(jié)構(gòu)與布局 
本文所述龍門銑床整體結(jié)構(gòu)示意圖如圖 2.1 所示。該移動式龍門銑床屬于 3 軸數(shù)控機床，具有 X 軸、Y 軸、Z 軸 3 個運動坐標(biāo)軸，橫梁固定在立柱上，橫梁上配置一個立式銑頭，銑頭滑座沿橫梁導(dǎo)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）。
..........

2.2 龍門銑床各關(guān)鍵部件的精度檢測項目 
對于龍門銑床的精度檢測主要是對其在裝配過程中的裝配精度和裝配完之后各運動部件的精度進行檢測，對于龍門銑床上各運動部件的精度檢測，主要是對立柱、銑頭、主軸和工作臺的幾何精度和位置精度的檢測。本文依據(jù)相關(guān)精度標(biāo)準(zhǔn)，選定了一系列適用于該龍門銑床精度檢測的項目，如下表 2.1 所示。對于龍門銑床立柱、銑頭、橫梁、工作臺、主軸的精度檢測方法和工作精度的檢測方法，可結(jié)合國家相關(guān)精度標(biāo)準(zhǔn)進行檢測，本文主要針對龍門銑床的導(dǎo)軌的精度檢測方法進行研究。 對于移動式龍門銑床來說，其兩條床身是分開裝配的，每條床身上各安裝有兩條相互平行的導(dǎo)軌，而導(dǎo)軌作為各主要部件相對位置的基準(zhǔn)，其直線度誤差將直接影響到零件的加工精度，因此，對導(dǎo)軌直線度的檢測是龍門銑床精度檢測中的一項重要指標(biāo)。并且龍門銑床床身上總共安裝有 4 條導(dǎo)軌，必須保證每條導(dǎo)軌之間的平行度。所以對于龍門銑床導(dǎo)軌的精度檢測主要是對導(dǎo)軌的直線度和平行度進行檢測。 
........

第 3 章 導(dǎo)軌直線度誤差評定理論研究 ....... 15 
3.1 直線度誤差評定基礎(chǔ)理論 ......... 15 
3.2 直線度誤差曲線形成機理與形位特性研究 ...... 17
3.3 基于最小區(qū)域法的直線度誤差評定方法可視化設(shè)計 ...... 21 
3.3.1 兩端連線法的數(shù)學(xué)模型 ..... 21 
3.3.2 最小二乘法的數(shù)學(xué)模型 ..... 22 
3.3.3 基于最小區(qū)域法的可視化設(shè)計 ......... 22 
3.4 本章小結(jié) .... 23 
第 4 章 龍門銑床床身導(dǎo)軌精度檢測實驗研究 .... 25 
4.1 左床身導(dǎo)軌的精度檢測 .........25
4.2 右床身導(dǎo)軌的精度檢測 ........34
4.3 本章小結(jié) .......43 
第 5 章 結(jié)論與展望 ..........44 
5.1 結(jié)論 .......44 
5.2 展望 .......44   

第 4 章 龍門銑床床身導(dǎo)軌精度檢測實驗研究

4.1 左床身導(dǎo)軌的精度檢測 

由于本文需要以導(dǎo)軌 1為基準(zhǔn)對其他 3根導(dǎo)軌分別進行平行度的檢測，所以首先對導(dǎo)軌 1 進行直線度誤差的檢測。本文利用自制橋板和水平儀采用“節(jié)距法”對導(dǎo)軌在垂直面內(nèi)直線度進行檢測，測量時，（1）首先將水平儀絕對調(diào)零，此時水平儀的讀數(shù)即為導(dǎo)軌相對于水平面的真實傾斜角度，如圖 4.1 所示；（2）然后將水平儀放置在 500mm 橋板上，橋板放在導(dǎo)軌上，移動橋板，每隔 500mm 記錄一次數(shù)據(jù)，測量的數(shù)據(jù)如表 4.1 所示；（3）最后，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理，利用作圖法將測得的數(shù)據(jù)繪制成直線度誤差曲線，如圖 4.2 所示。 如圖 4.2 所示，藍色曲線代表直線度誤差曲線，本文利用“兩端連線法”求解直線度誤差，首先將誤差曲線的首尾兩端點連接（紅色實線），然后誤差曲線上各點沿縱坐標(biāo)方向距離兩端點連線最大的距離即為直線度誤差。 由圖 4.2 可以看出，由于該導(dǎo)軌還沒有進行粗調(diào)，所以此時導(dǎo)軌的直線度誤差非常大，可達 4.75mm，應(yīng)對其進行粗調(diào)，調(diào)試時只需根據(jù)直線度誤差曲線旋轉(zhuǎn)地腳螺釘即可。調(diào)試完之后，用相同方法再次對其直線度誤差進行檢測，直至將導(dǎo)軌調(diào)試到符合精度要求。調(diào)試完之后該導(dǎo)軌在垂直面內(nèi)的直線度誤差測量數(shù)據(jù)如表 4.2 所示，直線度誤差曲線如圖 4.3 所示。 

..........

結(jié)論 

本文以“龍門銑床精度檢測方法和技術(shù)研究”為課題，利用水平儀和自準(zhǔn)直儀對其導(dǎo)軌的直線度和平行度誤差進行檢測，并以導(dǎo)軌直線度誤差為研究對象，針對導(dǎo)軌直線度誤差測量中存在的問題，采用計算機模擬和實驗的手段，采用理論分析、計算機模擬和實驗分析的方法綜合的對移動式龍門銑床床身導(dǎo)軌直線度檢測技術(shù)進行研究，具體工作可總結(jié)如下： 首先對大型移動式龍門銑床的發(fā)展歷史和研究現(xiàn)狀進行了闡述，介紹了大型移動式龍門銑床先進的精度檢測技術(shù)，并闡述了對龍門銑床精度檢測方法研究的意義，最后提出了針對平面內(nèi)直線度誤差檢測的構(gòu)想并說明其研究意義；其次針對龍門銑床導(dǎo)軌直線度和平行度誤差的檢測，制定了一套切實可行的檢測措施，并進行了實驗，并對實驗數(shù)據(jù)進行了分析。實驗表明，該檢驗措施具有切實可行、操作方便、檢驗成本低和精度高等優(yōu)點；其次通過對比和優(yōu)化龍門銑床精度檢驗標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合實際情況，制定了一套關(guān)于移動式龍門銑床的幾何精度、位置精度和工作精度的相關(guān)檢驗措施和精度要求；然后針對作圖法求解平面內(nèi)直線度誤差時，只注重得出精確的誤差評定值，而缺少誤差曲線的形成機理和其形位特性參考依據(jù)的問題。利用自準(zhǔn)直儀法龍門銑床的一段導(dǎo)軌進行直線度誤差的檢測，并利用作圖法求出直線度誤差曲線，通過分析提出了一種直線度誤差曲線的繪制機理和其形位特性理論；其次針對最小區(qū)域法求解平面內(nèi)直線度誤差時存在不可視化和數(shù)學(xué)模型不完善的問題，本文應(yīng)用幾何學(xué)原理和優(yōu)化理論設(shè)計了一種基于最小區(qū)域法的可視化模型，并給出了數(shù)學(xué)證明。最后針對作圖法求解平面內(nèi)直線度誤差時存在評定理論不完善的問題，詳細闡述了基于作圖法的直線度誤差評定理論并給出數(shù)學(xué)證明。從本質(zhì)上解釋了基于作圖法的直線度誤差評定方法。 
.........
參考文獻(略)

本文編號：74372