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。床身的基本壁厚由以下公式初定。

式中：L、B、H分别为床身的长、宽、高尺寸，单位为m。

根据当量尺寸C，查阅相关表格（略），取基本壁厚为38mm

主轴箱采300mm×300mm截面设计，其抗扭抗弯能力更强。主轴变速箱采用两档滑移齿轮变速机构，可适应粗精加工需求。主轴单元采用4支承结构，前面三组角接触球轴承用来承受切削力，主轴尾部一个深沟球轴承用来卸荷，使主轴不受到滑移齿轮产生的附加力矩的影响。

龙门框架采用的是整体龙门架的设计概念，即把横梁与左右立柱设计成一体，虽然使铸造和装配调整时的难度加大，但整体龙门框架的刚性更好，更重要的是使主轴箱、滑台等部件有了装配基准。

滑台的设计是在龙门架和主轴箱的几何尺寸确定后，按照主轴的中心尽量贴近横梁上的导轨面为原则，并把Z轴驱动安装位置设计在滑台上，有效地减轻了滑台的重量。

设计进给驱动机构的构思如下：X轴的进给驱动机构采用双边齿轮齿条副加重预压滚动直线导轨副，X轴与Y轴采用大直径预压滚珠丝杠副加硬导轨副，且导轨滑动部分贴有工程塑料，避免低速时产生爬行现象，而且导轨部分设计有斜镶条可调装置。这样设计使机床的整体进给性能得以协调，各轴的进给速度和进给力得到了最佳匹配。

由于机床的纵向运动X轴是龙门框架移动，而龙门框架重达10t，所以导轨必须选用直线滚动导轨。因为滚动导轨副的摩擦系数小，非常适合龙门框架移动的动静刚度要求。导轨的滑块选用加长加宽型，每个滑块的动载荷可达到10t。考虑到安全系数，每根导轨安装3个滑块。龙门框架的驱动源为双边齿轮齿条副（见图3），进给运动由轴2 输入，通过两对斜齿轮将运动传给轴1和轴3，然后由两个直齿轮4和5去传动齿条，从而带动龙门框架移动。轴2上两个斜齿轮的螺旋线的方向相反。通过弹簧在轴2上作用一个轴向力F，使斜齿轮产生微量的轴向移动，这时轴1和轴3便以相反的方向转过微小的角度，使齿轮4和5分别与齿条的两齿面贴紧，消除了间隙。

主轴箱的上下垂直运动Z轴采用滚珠丝杠副传动。由于本机床不是高速铣床，Z轴的进给系统为伺服电动机通过传动比为4的平行轴定比齿轮箱带动滚珠丝杠旋转。笔者在设计中特别注意Z轴的安全问题。首先选用带电磁刹车的伺服电动机，其次在滚珠丝杠上装有一双向超越离合器，防止滚珠螺母自转引起主轴箱机械式下垂。当然，为了保护Z轴进给机构的精度，还在滑台