本發(fā)明屬于金屬切削機床制造領域，尤其是涉及一種立式車主軸單元在龍門動粱式框架上的車銑復合加工中心。

背景技術：

目前現(xiàn)有的數(shù)控立式車銑復合機床，采用橫梁固定方式，只有X、Z軸，加工調整不便。且X軸運動方向包括主軸總成和車刀滑板總成兩個部分，來實現(xiàn)車銑復合功能，成本高。

計算機數(shù)控(Computerized numerical control，簡稱CNC)系統(tǒng)是用計算機控制加工功能，實現(xiàn)數(shù)字控制的系統(tǒng)。CNC系統(tǒng)根據計算機存儲器中存儲的控制程序，執(zhí)行部分或全部數(shù)字控制功能，并配有接口電路和伺服驅動裝置，用于控制自動化加工設備的專用計算機系統(tǒng)。

當今機床行業(yè)的數(shù)控系統(tǒng)品牌有很多，主流的西門子、FANUC、三菱、海德漢等等，國產的也有很多種，例如：華中、廣數(shù)、KND、大森等等。我國數(shù)控系統(tǒng)雖取得了較大發(fā)展，但是我國高檔數(shù)控機床配套的數(shù)控系統(tǒng)90％以上的都是國外產品，特別是對于國防工業(yè)急需的高檔數(shù)控機床，高檔數(shù)控系統(tǒng)是決定機床裝備的性能、功能、可靠性和成本的關鍵因素，而國外對我國至今仍進行封鎖限制，成為制約我國高檔數(shù)控機床發(fā)展的瓶頸。

目前沈陽機床股份有限公司也有機床采用i5控制系統(tǒng)，i5是指(Industry、Information、Internet、Integrate、Intelligent)，工業(yè)化、信息化、網絡化、集成化、智能化的有效集成。計算機數(shù)控(Computerized numerical control，簡稱CNC)系統(tǒng)是用計算機控制加工功能，實現(xiàn)數(shù)字控制的系統(tǒng)。CNC系統(tǒng)根據計算機存儲器中存儲的控制程序，執(zhí)行部分或全部數(shù)字控制功能，并配有接口電路和伺服驅動裝置，用于控制自動化加工設備的專用計算機系統(tǒng)。i5采用PC平臺，全軟件式結構，而非嵌入式系統(tǒng)，把數(shù)控控制核心部分全部寫在CPU上，用軟件實現(xiàn)，這種結構最大的優(yōu)點在于使數(shù)控系統(tǒng)相當于一個透明的智能終端，能夠與互聯(lián)網天然連接。i5的操作系統(tǒng)選擇Linux，不同于其他基于PC系統(tǒng)使用的 Windows系統(tǒng)，Linux是一個開源系統(tǒng)，源代碼開放且免費。PC平臺和開放架構使得數(shù)控機床和電腦之間的界限變得模糊(相當于數(shù)控機床內嵌高性能的計算機)。由于計算機天然能聯(lián)網，所以采用“i5”數(shù)控系統(tǒng)的機床就可以聯(lián)網。其他傳統(tǒng)的系統(tǒng)也可以實現(xiàn)聯(lián)網，但需要增加網卡模塊，由于框架的原因，用過網絡傳輸?shù)臄?shù)據內容和速度都會有局限，嵌入式芯片有限的處理能力無法支撐高級的網絡應用。

傳統(tǒng)工業(yè)機床大部分采用現(xiàn)場總線的總線類型，例如：Profibus，i5智能系統(tǒng)的總線類型采用EtherCAT總線，代替了傳統(tǒng)的現(xiàn)場總線。開放性的總線更符合互聯(lián)網思維：由于設備之間的通訊協(xié)議是標準的、開放的，所以數(shù)控系統(tǒng)相當于一個開放的平臺，可以接入不同廠商的設備，可以根據需求的變化增加接入的設備，系統(tǒng)的延展性更好，更新?lián)Q代速度更快，i5系統(tǒng)就成了一個用戶可以參與開發(fā)的平臺。

對數(shù)控系統(tǒng)尋找技術突破口，沈陽機床(集團)設計研究院有限公司上海分公司已經申請了專利“一種軟PLC模塊的遠程在線數(shù)據更新系統(tǒng)及方法”申請?zhí)?CN201410461049.7，其包括：遠端EtherCAT主站、用于發(fā)送遠程升級的更新數(shù)據；EtherCAT總線，用于數(shù)據傳輸；存儲模塊，其進一步包括：工廠配置，用于備份安全配置，以及應用配置，用于實現(xiàn)應用功能；以及FPGA模塊，其進一步包括：EtherCAT IP核模塊，用于接收通過EtherCAT總線傳輸過來的更新數(shù)據，遠程更新IP模塊，用于重配置FPGA，以及NIOS II處理器，用于將通過EtherCATIP核模塊接收的更新數(shù)據寫入存儲模塊，并控制遠程更新IP模塊，發(fā)起FPGA重配置過程，用該更新數(shù)據來重新配置FPGA并執(zhí)行新的NIOS II軟件應用程序。軟PLC模塊的遠程在線數(shù)據更新方法，其包括：遠端EtherCAT主站發(fā)送遠程升級的更新數(shù)據，EtherCAT IP核模塊接收通過EtherCAT總線傳輸過來的更新數(shù)據，NIOS II處理器將該更新數(shù)據寫入存儲模塊，并控制遠程更新IP模塊，發(fā)起FPGA重配置，用該更新數(shù)據來重新配置FPGA。這可能是下一階段引領我國高檔數(shù)控機床的發(fā)展方向。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種龍門動梁式立式車銑復合加工中心，在龍門動梁式框架結構下，床身增加立式車削主軸單元，造價低、提高效率。

本發(fā)明的技術方案是：

本發(fā)明的這種龍門動梁式立式車銑復合加工中心，包括龍門動梁式機床設置及操作系統(tǒng)，龍門動梁式框架包括左右立柱固定于床身上，橫梁固定于導軌滑塊上在立柱上前后Y軸移動，與主軸箱連接的滑鞍固定于導軌滑塊上在橫梁上左右X軸移動，并且主軸箱還在豎立導軌的滑鞍上上下Z軸移動，其特征在于：基于互聯(lián)網條件下的底層運動控制系統(tǒng)i5CNC，采用EtherCAT總線協(xié)議控制PLC、電機驅動，i5CNC作為智能終端直接用互聯(lián)網與其他終端進行通訊，接受指令或發(fā)送機床信息；結構模塊化：所述的龍門動梁式框架床身前側水平面上固定立式車削主軸單元，；立式車削主軸單元結構：立車主軸豎直固定在立車支撐座內，中實卡盤同軸固定于立車主軸上，鎖緊油缸與拉桿連接在一起固定在立車主軸下端，通過控制鎖緊油缸帶動拉桿上下移動，拉桿帶動中實卡盤卡緊或松開；Y軸采用雙驅動，主軸動力單元倒置于主軸箱內，斗笠式刀庫固定于床身后側，主軸動力單元通過X、Y、Z三軸實現(xiàn)主軸取刀功能。

本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明在原有立式車銑復合加工中心基礎上，增加Y軸，且采用雙驅動，加工穩(wěn)定性強，便于調整。主軸單元可高速旋轉，也可以實現(xiàn)定位功能，集成在一個主軸單元，即可實現(xiàn)銑和車兩種功能，減少了車刀滑板總成部分，節(jié)約成本，性價比高。

1、本發(fā)明機構合理，具有高精度、高可靠性、精確分度的優(yōu)點，具有更好的高低速特性和更好的動態(tài)性能，且簡化了機床的結構，降低了故障率。

2、龍門動梁式車床比傳統(tǒng)車床增加一個軸，且采用雙驅動模式，工作狀態(tài)更穩(wěn)定，可實現(xiàn)主軸自主取刀，加工移刀功能，便于復雜零件的加工。

i5是指(Industry、Information、Internet、Integrate、Intelligent)，工業(yè)化、信息化、網絡化、集成化、智能化的有效集成。本發(fā)明i5CNC系統(tǒng)是基于互聯(lián)網條件下的底層運動控制系統(tǒng)，使機床直接與互聯(lián)網連接通訊，因而提升機床智能沒有時差、不受地域限制，實現(xiàn)智能補償、智能診斷、智能控制、智能管理。這樣i5智能機床不在以一個單體的機床而存在，它將是一個智能終端，將機床的數(shù)據通過以太網傳入“云”端，經過“大數(shù)據”的處理運算，遠程指示機床作業(yè)，該系統(tǒng)誤差補償技術領先、控制精度達到納米級、使用i5系統(tǒng)的機床產品在不用光柵尺反饋的情況下其精度可通過補償優(yōu)化達到3μm?？梢宰龅街悄苎a 償、智能診斷、智能控制、智能管理。無論用戶身在何處，使用一般的智能移動設備即可對設備進行操作、管理、監(jiān)控，實時傳遞交換機床的加工信息。加以創(chuàng)造性的應用，形成一個工業(yè)制造的“物聯(lián)網”，這就是所謂的“物大云端”。

i5智能系統(tǒng)的總線類型采用EtherCAT總線，代替了傳統(tǒng)的現(xiàn)場總線。采用EtherCAT的優(yōu)勢在于：1廣泛性使用，任何計算機都可以成為EtherCAT控制系統(tǒng)。2完全符合以太網標準。3無須從屬子網。4高效率，最大化利用以太網帶寬進行用戶傳輸。5刷新周期短，可以達到小于100us的數(shù)據刷新周期，用于伺服技術中低層的閉環(huán)控制。6同步性好，各從站節(jié)點設備可以達到1us的時鐘同步。這樣可以更好的使系統(tǒng)與互聯(lián)網相連。

附圖說明

圖1為本龍門動梁式立式車銑復合加工中心示意圖；

圖2-a為本發(fā)明立式車主軸單元的示意圖；

圖2-b為本發(fā)明立式車主軸單元的前視剖視圖；

圖3為系統(tǒng)總線硬件連接示意圖；

圖4為智能機床PLC控制模塊關系框圖；

圖5為是i5智能機床通過互聯(lián)網與i平臺通訊控制框圖。

圖中，1床身；2立柱；3橫梁；4滑鞍；5主軸箱；6主軸動力單元；7斗笠式刀庫；8立式車削主軸單元；9立車支撐座；10中實卡盤；11立車主軸；12拉桿；13鎖緊油缸；14油缸擋板；15防護罩；16調整墊。

具體實施方式

本發(fā)明的一種龍門動梁式立式車銑復合加工中心，結構和實施方案如圖1-2-a、2-b所示，包括龍門動梁式機床設置，其特征在于：基于互聯(lián)網條件下的底層運動控制系統(tǒng)i5CNC，采用EtherCAT總線協(xié)議控制PLC、電機驅動，i5CNC作為智能終端直接用互聯(lián)網與其他終端進行通訊，接受指令或發(fā)送機床信息；結構模塊化：所述的龍門動梁式框架床身1前側水平面上固定立式車削主軸單元8；龍門動梁式框架設置包括床身1，左右立柱2固定于床身1上，橫梁3固定于導軌滑塊上在立柱2上前后Y軸移動，與主軸箱5連接的滑鞍4固定于導軌滑塊上在橫梁3上左右X軸移動，并且主軸箱5還在豎立導軌的滑鞍4上上下Z軸移動，主軸動力單元6倒置于主軸箱5內，斗笠式刀庫7固定于床身1后側，主軸動力單元6可通過X、Y、Z三軸實現(xiàn)主軸取刀功能。

立式車削主軸單元8結構：立式車削主軸單元8中間的立車主軸11通過螺釘豎直固定在立車支撐座9內，中實卡盤10通過螺釘固定于立車主軸11上，鎖緊油缸13與拉桿12連接在一起固定在立車主軸11下端，通過控制鎖緊油缸13帶動拉桿12上下移動，拉桿12實現(xiàn)中實卡盤10卡緊或松開。防護罩15固定于立車支撐座9下方，用于防止冷卻液體濺入，油缸擋板14固定于防護罩15外側立車支撐座9上，防止鎖緊油缸13上的旋轉接頭在立車主軸11轉動時發(fā)生旋轉現(xiàn)象。立車主軸11與床身1、立車支撐座9底面垂直，通過調整墊16調整立車主軸11軸心位與整機的配合精度。

立車支撐座9的橫截面為直角三角形，其斜邊為上表面向內長邊傾斜，利于導水、導屑；中心有孔，垂直于底面，中心孔安裝立車主軸11。

圖3～5為控制系統(tǒng)框圖，基于互聯(lián)網條件下的底層運動控制系統(tǒng)i5CNC作為智能終端直接用互聯(lián)網與其他終端進行通訊，通過EtherCAT總線協(xié)議，把PLC控制信息電氣傳輸給本機床的執(zhí)行部件各軸電機。PLC程序控制關系通過圖4所示關系，實施等級控制：主程序的主函數(shù)：分別調用各個一級模塊，一級模塊中再分別調用二級模塊，以此類推，分別實現(xiàn)機床各功能部件的動作并實時監(jiān)控部件的狀態(tài)，觸發(fā)相關報警，對機床加以限制；I/O輸入輸出：此模塊將PLC與CNC，PLC與外部IO引腳相聯(lián)接，實時讀取與寫入CNC及外部I/O的狀態(tài)，主要起到聯(lián)接各模塊通信的作用；

1.基礎功能模塊：此模塊中包含機床常用的功能部件，如液壓站、機床照明、三色燈、排屑器、按鈕站類型、水冷等，這些常用部件的控制、類型的選擇、使能以及相關報警都在此模塊中實現(xiàn)；

2.刀庫模塊：M8機床采用基輔圓盤式刀庫，各子模塊中根據M6換刀子程序中的步驟，通過定位、數(shù)刀等接近開關以及相關接觸器對電機的開斷，實現(xiàn)自動及手動取刀、換刀、更新刀具信息等過程；

3.車床模塊：分別實現(xiàn)CAPTO主軸的松夾動作、尾臺等車床專用功能部件的相關控制。

圖5中i5智能機床通過Ethernet總線與i平臺進行互聯(lián)網通訊，接受i平臺的指令或向i平臺發(fā)送機床的數(shù)據。

本發(fā)明的工作原理是：

龍門動梁式立式車銑復合加工中心，采用龍門框架設置，坐于地腳上的床身與左右兩側立柱、立柱上有導軌、滑塊支撐垂直相交的橫梁，通過電機、絲杠形成對橫梁的Y軸雙驅動；滑鞍帶主軸箱在橫梁左右X軸移動，并且主軸箱還與豎立導軌連接，滑塊、滑鞍與主軸箱一起在電機運行狀態(tài)下，帶動絲杠，上下Z軸移動；主軸驅動單元倒置于主軸箱內，斗笠式刀庫固定于床身后側，主軸動力單元可通過X、Y、Z三軸實現(xiàn)主軸取刀功能，根據機床不同類型，實現(xiàn)銑或車的功能。

車削作業(yè)：當裝配有刀具的主軸動力單元6停止不動，試料裝卡于中實卡盤10上，與中實卡盤10同軸的立車主軸11高速旋轉，通過X、Y、Z軸移動，可實現(xiàn)車削功能。

銑削作業(yè)：當主軸動力單元6高速旋轉，立車主軸11停止不動，通過X、Y、Z軸移動，可實現(xiàn)銑削功能，所以實現(xiàn)了立式車銑復合加工中心。