五軸聯(lián)動(dòng)立式車銑復(fù)合加工中心的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種五軸聯(lián)動(dòng)立式車銑復(fù)合加工中心。
【背景技術(shù)】
[0002]目前的加工中心主要有T型結(jié)構(gòu)、反T型結(jié)構(gòu)、“箱中箱”結(jié)構(gòu)和頂梁運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)幾種形式。“箱中箱”結(jié)構(gòu)在高速精密五軸聯(lián)動(dòng)車銑復(fù)合加工中心的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中已經(jīng)得到了應(yīng)用，該結(jié)構(gòu)既能確保機(jī)床最佳的剛性和精度的穩(wěn)定性，同時(shí)通過減少活動(dòng)部件的重量，獲得更高的動(dòng)態(tài)性能和較少的能耗需求。
[0003]另外，減小機(jī)床在移動(dòng)和加工中的振動(dòng)一直是機(jī)床設(shè)計(jì)人員努力解決的技術(shù)難題，設(shè)計(jì)者總是考慮在機(jī)床結(jié)構(gòu)上有較大的突破。日本的森精機(jī)制作所的設(shè)計(jì)師和工程師從一開始就具有預(yù)見性地提出，在金屬加工系統(tǒng)中，使其產(chǎn)生劇烈振動(dòng)的振動(dòng)源均是主要來自機(jī)床本身基本結(jié)構(gòu)配置上的不合理。這是在他們著重研宄和分析了各直線運(yùn)動(dòng)軸之間的相互關(guān)系和切削力是如何快速分別作用與傳遞于高速運(yùn)動(dòng)著的大重量高剛度的機(jī)床運(yùn)動(dòng)構(gòu)件上之后得出的結(jié)論。他們認(rèn)為，在加工過程中驅(qū)動(dòng)力都不是非常準(zhǔn)確地作用在運(yùn)動(dòng)件的重心，因而在高切削速度尤其在較大進(jìn)給速度條件下，有產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的趨勢，這不可避免的扭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和由于運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的慣性作用，都會(huì)引起機(jī)床的振動(dòng)和使機(jī)床構(gòu)件例如機(jī)床底座或立柱等鑄件發(fā)生彎曲和變形。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]本實(shí)用新型所解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種將“箱中箱”結(jié)構(gòu)與重心驅(qū)動(dòng)理論相結(jié)合，把Z軸和X軸的運(yùn)動(dòng)組件配置在Y軸兩根絲杠之間，形成一個(gè)理想的卻是虛擬的重心，產(chǎn)生與實(shí)際的驅(qū)動(dòng)力通過重心完全相同的效果的五軸聯(lián)動(dòng)立式車銑復(fù)合加工中心。
[0005]本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是:五軸聯(lián)動(dòng)立式車銑復(fù)合加工中心，立柱對稱安裝在底座上，每個(gè)立柱上各固定安裝有Y軸絲杠和Y軸導(dǎo)軌，每個(gè)Y軸絲杠各由一個(gè)Y軸伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，Y軸伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)Y軸絲杠帶動(dòng)Y軸滑板沿著Y軸導(dǎo)軌作Y軸方向移動(dòng)，X軸導(dǎo)軌安裝在Y軸滑板內(nèi)，X軸伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)X軸絲杠帶動(dòng)X軸滑板沿著X軸導(dǎo)軌作X軸移動(dòng)，Z軸導(dǎo)軌安裝在X軸滑板內(nèi)，Z軸伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)Z軸絲杠帶動(dòng)Z軸滑枕沿著Z軸導(dǎo)軌作Z軸移動(dòng)。
[0006]X軸滑板在運(yùn)動(dòng)框體Y軸滑板內(nèi)沿X軸左右運(yùn)動(dòng)，Y軸滑板帶動(dòng)X軸滑板在立柱表面沿Y向前后運(yùn)動(dòng)，Z軸滑枕安置在X軸滑板中做上下運(yùn)動(dòng)。該布局采用固定立柱和滑板結(jié)合的方式，固定立柱與底座連接起主要的支撐作用，在固定立柱表面以滑板的形式實(shí)現(xiàn)各軸的移動(dòng)，既保證支撐的足夠剛性，同時(shí)盡量減少運(yùn)動(dòng)件的重量和慣性力，所需電動(dòng)機(jī)功率和傳動(dòng)件的尺寸也越小，同時(shí)確保軸向快速移動(dòng)。
[0007]相對于Y軸滑板，x、z軸滑板質(zhì)量較小且驅(qū)動(dòng)力作用在接近中心的位置，因此運(yùn)動(dòng)較平穩(wěn)；而在運(yùn)動(dòng)過程中Y軸需承載X、Z軸的重量，故其重心隨X、Z軸的運(yùn)動(dòng)而不斷地變化；若Y軸為單電機(jī)驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)，在驅(qū)動(dòng)力的作用下將會(huì)產(chǎn)生俯仰力矩和偏轉(zhuǎn)力矩，在這兩個(gè)力矩作用下，主軸刀具的運(yùn)動(dòng)軌跡將會(huì)出現(xiàn)不可預(yù)知的變形和振動(dòng)。為了減小這種不確定的振動(dòng)對加工的影響，基于重心驅(qū)動(dòng)理論，提出了雙邊電機(jī)驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)。雙邊電機(jī)驅(qū)動(dòng)的特點(diǎn)是在Y軸滑板的兩側(cè)對稱施加驅(qū)動(dòng)力，以便盡可能的減少驅(qū)動(dòng)力臂產(chǎn)生的影響。因此，重心驅(qū)動(dòng)可以大幅度降低進(jìn)給傳動(dòng)過程中各軸的振動(dòng)，相應(yīng)地將使加工表面振紋減少，加工精度明顯提高，并且由于運(yùn)動(dòng)加速度的提高，也縮短了非加工時(shí)間。
[0008]目前Z軸滑枕的導(dǎo)軌面多采用兩條直線導(dǎo)軌或滑動(dòng)導(dǎo)軌，導(dǎo)軌安裝在滑枕的左右兩側(cè)或后側(cè)，其缺點(diǎn)是由于滑枕自重及加工時(shí)受切削力影響，容易產(chǎn)生偏載力矩和變形。本發(fā)明采用四條直線導(dǎo)軌的布局則可克服這些缺點(diǎn)，從而保持加工精度的穩(wěn)定性。
[0009]Z軸滑枕全長1200_，為避免切削時(shí)懸臂過長產(chǎn)生振動(dòng)，X軸滑板設(shè)計(jì)長度取其一半600mm ;Z軸滑枕的四條導(dǎo)軌上每條導(dǎo)軌有兩個(gè)滑塊，為了能夠便于安裝，將滑塊先安裝在一個(gè)小的連接板上，然后將連接板連同滑塊把合在X軸滑板的相應(yīng)位置，將上下兩個(gè)連接板位置調(diào)整合適后，再將裝有導(dǎo)軌的Z軸滑枕沿滑塊滑入X軸滑板。
[0010]Y軸滑板采用了腔體加筋板的結(jié)構(gòu)形式，還增加了拱形的底部和加高側(cè)板的設(shè)計(jì)，既滿足了零件高剛性的要求并且最大限度地減輕了部件的重量。
[0011]本實(shí)用新型的有益效果是極好的抑制了各軸驅(qū)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)和彎曲，即使運(yùn)動(dòng)組件在進(jìn)行高速運(yùn)動(dòng)時(shí)，重心也不會(huì)變化，從而實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定的驅(qū)動(dòng)。同時(shí)采用框體式結(jié)構(gòu)并且經(jīng)過有限元分析重量優(yōu)化的滑板設(shè)計(jì)出了定位精度達(dá)到0.007_，重復(fù)定位精度達(dá)到0.005mm，XYZ軸的快速移動(dòng)速度為60m/min，加速度為0.5g的高速精密五軸聯(lián)動(dòng)車銑復(fù)合加工中心機(jī)床。
【附圖說明】
[0012]圖1為本實(shí)用新型的五軸聯(lián)動(dòng)立式車銑復(fù)合加工中心的三維視圖；
[0013]圖2為本實(shí)用新型的五軸聯(lián)動(dòng)立式車銑復(fù)合加工中心的主視圖；
[0014]圖3為本實(shí)用新型的五軸聯(lián)動(dòng)立式車銑復(fù)合加工中心的俯視圖；
[0015]圖4為本實(shí)用新型的五軸聯(lián)動(dòng)立式車銑復(fù)合加工中心Y軸滑板的三維視圖；
[0016]圖5為本實(shí)用新型的五軸聯(lián)動(dòng)立式車銑復(fù)合加工中心X軸滑板的三維視圖；
[0017]圖6為本實(shí)用新型的五軸聯(lián)動(dòng)立式車銑復(fù)合加工中心Z軸滑枕的三維視圖。
[0018]圖中標(biāo)記為:1-立柱，2-底座，3-Y軸絲杠，4-Y軸導(dǎo)軌，5-Y軸伺服電機(jī)，6_Y軸滑板，7-Χ軸導(dǎo)軌，8-Χ軸伺服電機(jī)，9-Χ軸絲杠，1-X軸滑板，Il-Z軸導(dǎo)軌，12-Ζ軸伺服電機(jī)，13-Ζ軸絲杠，14-Ζ軸滑枕
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。如圖1，圖2和圖3所示，五軸聯(lián)動(dòng)立式車銑復(fù)合加工中心，立柱I對稱安裝在底座2上，每個(gè)立柱I上各固定安裝有Y軸絲杠3和Y軸導(dǎo)軌4，每個(gè)Y軸絲杠3各由一個(gè)Y軸伺服電機(jī)5驅(qū)動(dòng)，Y軸伺服電機(jī)5驅(qū)動(dòng)Y軸絲杠3帶動(dòng)Y軸滑板6沿著Y軸導(dǎo)軌4作Y軸方向移動(dòng)，X軸導(dǎo)軌7安裝在Y軸滑板6內(nèi)，X軸伺服電機(jī)8驅(qū)動(dòng)X軸絲杠9帶動(dòng)X軸滑板10沿著X軸導(dǎo)軌7作X軸移動(dòng)，Z軸導(dǎo)軌11安裝在X軸滑板10內(nèi)，Z軸伺服電機(jī)12驅(qū)動(dòng)Z軸絲杠13帶動(dòng)Z軸滑枕14沿著Z軸導(dǎo)軌11作Z軸移動(dòng)。
[0020]X軸滑板在運(yùn)動(dòng)框體Y軸滑板內(nèi)沿X軸左右運(yùn)動(dòng)，Y軸滑板帶動(dòng)X軸滑板在立柱表面沿Y向前后運(yùn)動(dòng)，Z軸滑枕安置在X軸滑板中做上下運(yùn)動(dòng)。該布局采用固定立柱和滑板結(jié)合的方式，固定立柱與底座連接起主要的支撐作用，在固定立柱表面以滑板的形式實(shí)現(xiàn)各軸的移動(dòng)，既保證支撐的足夠剛性，同時(shí)盡量減少運(yùn)動(dòng)件的重量和慣性力，所需電動(dòng)機(jī)功率和傳動(dòng)件的尺寸也越小，同時(shí)確保軸向快速移動(dòng)。
[0021]相對于Y軸滑板，X、Z軸滑板質(zhì)量較小且驅(qū)動(dòng)力作用在接近中心的位置，因此運(yùn)動(dòng)較平穩(wěn)；而在運(yùn)動(dòng)過程中Y軸需承載X、Z軸的重量，故其重心隨X、Z軸的運(yùn)動(dòng)而不斷地變化；若Y軸為單電機(jī)驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)，在驅(qū)動(dòng)力的作用下將會(huì)產(chǎn)生俯仰力矩和偏轉(zhuǎn)力矩，在這兩個(gè)力矩作用下，主軸刀具的運(yùn)動(dòng)軌跡將會(huì)出現(xiàn)不可預(yù)知的變形和振動(dòng)。為了減小這種不確定的振動(dòng)對加工的影響，基于重心驅(qū)動(dòng)理論，提出了雙邊電機(jī)驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)。雙邊電機(jī)驅(qū)動(dòng)的特點(diǎn)是在Y軸滑板的兩側(cè)對稱施加驅(qū)動(dòng)力，以便盡可能的減少驅(qū)動(dòng)力臂產(chǎn)生的影響。因此，重心驅(qū)動(dòng)可以大幅度降低進(jìn)給傳動(dòng)過程中各軸的振動(dòng)，相應(yīng)地將使加工表面振紋減少，加工精度明顯提高，并且由于運(yùn)動(dòng)加速度的提高，也縮短了非加工時(shí)間。
[0022]目前Z軸滑枕的導(dǎo)軌面多采用兩條直線導(dǎo)軌或滑動(dòng)導(dǎo)軌，導(dǎo)軌安裝在滑枕的左右兩側(cè)或后側(cè)，其缺點(diǎn)是由于滑枕自重及加工時(shí)受切削力影響，容易產(chǎn)生偏載力矩和變形。本發(fā)明采用四條直線導(dǎo)軌的布局則可克服這些缺點(diǎn)，從而保持加工精度的穩(wěn)定性。
[0023]如圖6所示，Z軸滑枕全長1200_，為避免切削時(shí)懸臂過長產(chǎn)生振動(dòng)，X軸滑板設(shè)計(jì)長度取其一半600mm ;Z軸滑枕的四條導(dǎo)軌上每條導(dǎo)軌有兩個(gè)滑塊，為了能夠便于安裝，將滑塊先安裝在一個(gè)小的連接板上，然后將連接板連同滑塊把合在X軸滑板的相應(yīng)位置，將上下兩個(gè)連接板位置調(diào)整合適后，再將裝有導(dǎo)軌的Z軸滑枕沿滑塊滑入X軸滑板。
[0024]如圖4所示，Y軸滑板采用了腔體加筋板的結(jié)構(gòu)形式，還增加了拱形的底部和加高側(cè)板的設(shè)計(jì)，既滿足了零件高剛性的要求并且最大限度地減輕了部件的重量。
[0025]本實(shí)用新型的五軸聯(lián)動(dòng)立式車銑復(fù)合加工中心極好的抑制了各軸驅(qū)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)和彎曲，即使運(yùn)動(dòng)組件在進(jìn)行高速運(yùn)動(dòng)時(shí)，重心也不會(huì)變化，從而實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定的驅(qū)動(dòng)。同時(shí)采用框體式結(jié)構(gòu)并且經(jīng)過有限元分析重量優(yōu)化的滑板設(shè)計(jì)出了定位精度達(dá)到0.007mm，重復(fù)定位精度達(dá)到0.005mm，XYZ軸的快速移動(dòng)速度為60m/min，加速度為0.5g的高速精密五軸聯(lián)動(dòng)車銑復(fù)合加工中心機(jī)床。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.五軸聯(lián)動(dòng)立式車銑復(fù)合加工中心，其特征在于:立柱(I)對稱安裝在底座(2)上，每個(gè)立柱⑴上各固定安裝有Y軸絲杠(3)和Y軸導(dǎo)軌(4)，每個(gè)Y軸絲杠(3)各由一個(gè)Y軸伺服電機(jī)(5)驅(qū)動(dòng)，Y軸伺服電機(jī)(5)驅(qū)動(dòng)Y軸絲杠(3)帶動(dòng)Y軸滑板(6)沿著Y軸導(dǎo)軌⑷作Y軸方向移動(dòng)，X軸導(dǎo)軌⑵安裝在Y軸滑板(6)內(nèi)，X軸伺服電機(jī)⑶驅(qū)動(dòng)X軸絲杠(9)帶動(dòng)X軸滑板(10)沿著X軸導(dǎo)軌(7)作X軸移動(dòng)，Z軸導(dǎo)軌(11)安裝在X軸滑板(10)內(nèi)，Z軸伺服電機(jī)(12)驅(qū)動(dòng)Z軸絲杠(13)帶動(dòng)Z軸滑枕(14)沿著Z軸導(dǎo)軌(11)作Z軸移動(dòng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的五軸聯(lián)動(dòng)立式車銑復(fù)合加工中心，其特征在于:Z軸導(dǎo)軌(11)的數(shù)量為4條。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的五軸聯(lián)動(dòng)立式車銑復(fù)合加工中心，其特征在于:X軸滑板(10)沿著Z軸方向的長度是Z軸滑枕(14)長度的一半。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的五軸聯(lián)動(dòng)立式車銑復(fù)合加工中心，其特征在于:Y軸滑板(6)采用了腔體加筋板，拱形的底部和加高側(cè)板的的結(jié)構(gòu)形式。
【專利摘要】五軸聯(lián)動(dòng)立式車銑復(fù)合加工中心,立柱（1）對稱安裝在底座（2）上,每個(gè)立柱（1）上各固定安裝有Y軸絲杠（3）和Y軸導(dǎo)軌（4），每個(gè)Y軸絲杠（3）各由一個(gè)Y軸伺服電機(jī)（5）驅(qū)動(dòng)，Y軸伺服電機(jī)（5）驅(qū)動(dòng)Y軸絲杠（3）帶動(dòng)Y軸滑板（6）沿著Y軸導(dǎo)軌（4）作Y軸方向移動(dòng),X軸導(dǎo)軌（7）安裝在Y軸滑板（6）內(nèi)，X軸伺服電機(jī)（8）驅(qū)動(dòng)X軸絲杠（9）帶動(dòng)X軸滑板（10）沿著X軸導(dǎo)軌（7）作X軸移動(dòng)，Z軸導(dǎo)軌（11）安裝在X軸滑板（10）內(nèi)，Z軸伺服電機(jī)（12）驅(qū)動(dòng)Z軸絲杠（13）帶動(dòng)Z軸滑枕（14）沿著Z軸導(dǎo)軌（11）作Z軸移動(dòng)。本實(shí)用新型的五軸聯(lián)動(dòng)立式車銑復(fù)合加工中心極好的抑制了各軸驅(qū)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)和彎曲，即使運(yùn)動(dòng)組件在進(jìn)行高速運(yùn)動(dòng)時(shí)，重心也不會(huì)變化，從而實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定的驅(qū)動(dòng)。
【IPC分類】B23P23-02
【公開號(hào)】CN204321602
【申請?zhí)枴緾N201420795021
【發(fā)明人】俞洋, 于延川, 葛陽
【申請人】大連三壘機(jī)器股份有限公司
【公開日】2015年5月13日
【申請日】2014年12月15日