本實(shí)用新型涉及機(jī)械制造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及機(jī)床制造，尤其是五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工中心，特別是五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工中心的立柱。

背景技術(shù)：

隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展和國(guó)防建設(shè)的需要，對(duì)高檔數(shù)控機(jī)床提出了迫切的大量需求。機(jī)床是一個(gè)國(guó)家制造業(yè)水平的象征，而代表機(jī)床制造業(yè)最高水平的五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床則從某種意義上說(shuō)反映了一個(gè)國(guó)家的工業(yè)發(fā)展的整體狀況。

五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床又稱(chēng)為五軸聯(lián)動(dòng)加工中心。加工中心一般分為立式加工中心和臥式加工中心。立式加工中心的回轉(zhuǎn)軸有兩種方式，一種是工作臺(tái)回轉(zhuǎn)軸，另一種是依靠立式主軸頭的回轉(zhuǎn)。就前者而言，設(shè)置在底座上的工作臺(tái)可以環(huán)繞X軸回轉(zhuǎn)，定義為A軸，A軸一般工作范圍+30度至-120度。工作臺(tái)的中間還設(shè)有一個(gè)回轉(zhuǎn)臺(tái)，環(huán)繞Z軸回轉(zhuǎn)，定義為C軸，C軸都是360度回轉(zhuǎn)。這樣通過(guò)A軸與C軸的組合，固定在工作臺(tái)上的工件除了底面之外，其余的五個(gè)面都可以由立式主軸進(jìn)行加工。A軸和C軸最小分度值一般為0.001度，這樣又可以把工件細(xì)分成任意角度，加工出傾斜面、傾斜孔等。A軸和C軸如與XYZ三直線軸實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)，就可加工出復(fù)雜的空間曲面。這種設(shè)置方式的優(yōu)點(diǎn)是主軸的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，主軸剛性非常好，制造成本比較低。但一般工作臺(tái)不能設(shè)計(jì)太大，承重也較小，特別是當(dāng)A軸回轉(zhuǎn)大于等于90度時(shí)，工件切削時(shí)會(huì)對(duì)工作臺(tái)帶來(lái)很大的承載力矩。另一種是依靠立式主軸頭的回轉(zhuǎn)，主軸前端是一個(gè)回轉(zhuǎn)頭，能自行環(huán)繞Z軸360度，成為C軸，回轉(zhuǎn)頭上還有帶可環(huán)繞軸旋轉(zhuǎn)的A軸，一般可達(dá)±90度以上，實(shí)現(xiàn)上述同樣的功能。這種設(shè)置方式的優(yōu)點(diǎn)是主軸 加工非常靈活，工作臺(tái)也可以設(shè)計(jì)的非常大，客機(jī)龐大的機(jī)身、巨大的發(fā)動(dòng)機(jī)殼都可以在這類(lèi)加工中心上加工。

中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)200910028286公開(kāi)了一種五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工中心，包括床身，龍門(mén)架，其包含左右兩個(gè)龍門(mén)柱，以及設(shè)置于其間的龍門(mén)橫梁，龍門(mén)立柱前部安裝可使工作臺(tái)同時(shí)繞AC軸轉(zhuǎn)動(dòng)的直驅(qū)式雙軸精密轉(zhuǎn)臺(tái)。所述龍門(mén)架上設(shè)置有可X向運(yùn)動(dòng)的橫梁，前部設(shè)置有Y向運(yùn)動(dòng)的溜板，溜板前部設(shè)有Z向運(yùn)動(dòng)的主軸。床身和龍門(mén)架之間的空腔內(nèi)設(shè)有刀庫(kù)。據(jù)稱(chēng)該發(fā)明具有占地少，節(jié)約空間，運(yùn)行平穩(wěn)，性能穩(wěn)定，抗震性好，能長(zhǎng)期保持精度等效果。

中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)201310418350公開(kāi)了一種五軸聯(lián)動(dòng)加工機(jī)床，包括，其包括底座、龍門(mén)立柱、加工部、工作臺(tái)及擺動(dòng)臺(tái)，所述龍門(mén)立柱安裝在所述底座上，所述加工部可移動(dòng)地安裝在所述龍門(mén)立柱上，并位于所述底座的上方，所述底座上設(shè)置有第一導(dǎo)軌和第一驅(qū)動(dòng)裝置，所述工作臺(tái)可移動(dòng)地安裝在所述第一導(dǎo)軌上，并與所述第一驅(qū)動(dòng)裝置連接，所述擺動(dòng)臺(tái)安裝在所述工作臺(tái)上，所述擺動(dòng)臺(tái)的擺動(dòng)軸線平行于所述第一導(dǎo)軌的延伸方向。據(jù)稱(chēng)該發(fā)明由于擺動(dòng)臺(tái)的擺動(dòng)軸線平行于第一導(dǎo)軌的延伸方向，因此當(dāng)工作臺(tái)停止沿第一導(dǎo)軌移動(dòng)時(shí)，擺動(dòng)臺(tái)不會(huì)因慣性而產(chǎn)生不必要的擺動(dòng)，從而可以避免鐘擺效應(yīng)的產(chǎn)生，提高了加工精度。

然而，現(xiàn)有技術(shù)仍然存在加工中心占地面積過(guò)大，重心配重不勻，共振，穩(wěn)定性不足，工件表面光潔度不佳等等問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的一個(gè)甚至多個(gè)技術(shù)問(wèn)題。

本實(shí)用新型發(fā)明人意外發(fā)現(xiàn)，通過(guò)以下技術(shù)方案可以實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的技術(shù)目的。

一種五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工中心的立柱，其特征在于，所述立柱采用上擴(kuò)式門(mén)洞型結(jié)構(gòu)，優(yōu)選地，所述立柱采用一體式上擴(kuò)式門(mén)洞型結(jié)構(gòu)。

在一個(gè)優(yōu)選的方面，所述立柱包括橫梁(121)和兩個(gè)柱腳(122)。在一個(gè)優(yōu)選的方面，所述立柱由橫梁(121)和兩個(gè)柱腳(122)組成，并優(yōu)選為整體結(jié)構(gòu)一次成型，非采用螺絲連接結(jié)構(gòu)，一體結(jié)構(gòu)提高整體連接剛性。

在一個(gè)優(yōu)選的方面，所述橫梁的中心點(diǎn)(123)和兩個(gè)柱腳的中心點(diǎn)(124)重合或者不重合。

在一個(gè)優(yōu)選的方面，所述橫梁的端距(h1)大于兩個(gè)柱腳的端距(h2)。

在一個(gè)優(yōu)選的方面，所述橫梁上安裝自動(dòng)換刀系統(tǒng)。

在一個(gè)優(yōu)選的方面，所述橫梁相對(duì)于柱腳突出的部分和位于橫梁另一端的自動(dòng)換刀系統(tǒng)平衡配重。

在一個(gè)優(yōu)選的方面，所述橫梁的結(jié)構(gòu)主體采用交叉式互聯(lián)筋肋布局(125)。在一個(gè)優(yōu)選的方面，所述橫梁與兩個(gè)柱腳為一體式高剛性整體結(jié)構(gòu)。

在一個(gè)優(yōu)選的方面，所述加工中心的共振頻率高于所述加工中心的加工頻率。

以上優(yōu)選方面之間可以相互組合，各個(gè)方面中的技術(shù)特征亦可彼此組合。

和現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下一項(xiàng)或多項(xiàng)優(yōu)勢(shì)：

1.節(jié)省加工中心底座的占地面積，實(shí)現(xiàn)加工中心的小型化，提高加工中心使用的空間利用率；

2.保證足夠的加工行程；

3.解決加工中心的重心配重問(wèn)題；

4.保證主軸高速切削的超高剛性支撐能力；

5.提高立柱自身的共振頻率，避免加工中心的共振問(wèn)題；

6.提高加工中心的高速加工能力及零件的加工品質(zhì)和表面光潔度。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明一個(gè)具體實(shí)施方案的立柱的立體示意圖；

圖2是本發(fā)明一個(gè)具體實(shí)施方案的立柱沿YZ平面的截面圖。

具體實(shí)施方式

下面通過(guò)具體實(shí)施方案結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明。

圖1顯示了本實(shí)用新型涉及的五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工中心的立柱的一個(gè)具體實(shí)施方案。

五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工中心(以下簡(jiǎn)稱(chēng)機(jī)床)可沿XYZ三軸滑動(dòng)和AC兩軸轉(zhuǎn)動(dòng)，并可沿XYZAC五軸聯(lián)動(dòng)。五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床一般包括以下部件：

底座；固定于底座上并可沿X軸滑動(dòng)的橫向基座；固定于橫向基座上并可沿A軸和C軸轉(zhuǎn)動(dòng)的工件臺(tái)；固定于底座上的立柱；固定于立柱上并可沿Y軸滑動(dòng)的縱向基座；固定于縱向基座上并可沿Z軸滑動(dòng)的主軸；和固定于立柱上的自動(dòng)換刀系統(tǒng)。

參見(jiàn)圖1-2，立柱采用倒錐形外擴(kuò)式門(mén)洞型一體高剛性結(jié)構(gòu)，區(qū)別于現(xiàn)有的上下等寬設(shè)計(jì)。從結(jié)構(gòu)上說(shuō)，立柱由橫梁121和位于兩側(cè)的兩個(gè)柱腳122形成，整體呈門(mén)洞形狀。橫梁121沿Y軸的投影寬度h1大于兩個(gè)柱腳沿Y軸的投影寬度h2。在現(xiàn)有技術(shù)上下等寬的設(shè)計(jì)中，h1大致等于h2。

在本實(shí)施方案的設(shè)計(jì)中，從圖2的截面來(lái)看，橫梁明顯向右側(cè)突出，使得橫梁的中心點(diǎn)123和兩個(gè)柱腳的中心點(diǎn)124不重合，兩者之間存在沿Y軸的投影距離。

當(dāng)然，在某些技術(shù)方案中，橫梁也可向左右側(cè)等距離突出，由此橫梁的中心點(diǎn)123和兩個(gè)柱腳的中心點(diǎn)124重合。

本實(shí)用新型的這一上擴(kuò)式門(mén)洞型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可最大限度節(jié)省機(jī)床底座的占地面積，并同時(shí)保證足夠的加工行程與機(jī)床的重心配重問(wèn)題，可保證主軸進(jìn)行高速切削時(shí)的超高剛性支撐能力。

另外，立柱內(nèi)部，尤其是橫梁的結(jié)構(gòu)主體，采用交叉式互聯(lián)筋肋布局125，如圖2所示，這一防共振加強(qiáng)設(shè)計(jì)可以大大提高立柱自身 的共振頻率，使得機(jī)床在高效率加工及高頻率切削時(shí)不會(huì)出現(xiàn)共振問(wèn)題，從而極大地提高機(jī)床的高速加工能力及零件的加工品質(zhì)和表面光潔度。

上述設(shè)計(jì)特點(diǎn)的組合優(yōu)化了機(jī)床立柱以及整個(gè)機(jī)床的共振頻率區(qū)間，使得機(jī)床的共振頻率大大高于機(jī)床加工頻率，從而在根本上避免了共振問(wèn)題的出現(xiàn)。

另一方面，使用外擴(kuò)式門(mén)洞設(shè)計(jì)可有效的縮短立柱的中空跨度,提高立柱的整體剛性，使得橫梁和柱腳成為一個(gè)整體的封閉結(jié)構(gòu)，上寬下窄，保證主軸在立柱中部進(jìn)行加工作業(yè)時(shí)不會(huì)出現(xiàn)超微量下垂的問(wèn)題。

本領(lǐng)域一直使用上下等寬的設(shè)計(jì)，避免使用上寬下窄的外擴(kuò)式結(jié)構(gòu)，以免提升立柱的重心，導(dǎo)致機(jī)床加工時(shí)重心不穩(wěn)。然而，本實(shí)用新型發(fā)明人意外發(fā)現(xiàn)，通過(guò)使立柱一側(cè)的外擴(kuò)量大于另一側(cè)的外擴(kuò)量，比如圖2所示的右側(cè)外擴(kuò)量大于左側(cè)的外擴(kuò)量，主軸在Y軸的加工行程得以增加，此外，這一不平衡外擴(kuò)更可以實(shí)現(xiàn)與左側(cè)的自動(dòng)換刀系統(tǒng)的平衡配重，使得立柱可左右承載均勻，不容易變形，還可減小立柱的安裝支撐面積，實(shí)現(xiàn)機(jī)床的小型化，提高機(jī)床使用的空間利用率。

需要說(shuō)明的是，限于篇幅，本實(shí)用新型沒(méi)有詳細(xì)描述五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床的更進(jìn)一步的細(xì)節(jié)，比如沿著X，Y和Z軸滑動(dòng)的實(shí)現(xiàn)方式，驅(qū)動(dòng)電機(jī)，伺服電機(jī)，控制系統(tǒng)，刀具系統(tǒng)，換刀系統(tǒng)等等，然而這些技術(shù)方面的細(xì)節(jié)均在本領(lǐng)域技術(shù)人員的常識(shí)和能力范圍之內(nèi)。本領(lǐng)域技術(shù)人員亦可參考本實(shí)用新型引用的現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)。本實(shí)用新型引用的文獻(xiàn)以全文引用的方式并入本文，仿佛原文引述于此。