CN101279422A - 混联原理铣车复合数控机床 - Google Patents

Abstract

本发明专利公开了一种混联原理铣车复合数控机床，包括床身，床身的上面分别设置有立柱和分度转台，立柱的一侧壁上沿Y轴方向水平设置有三轴混联铣削主轴头，立柱靠近分度转台的侧壁上设置有可沿Z方向移动的W轴组件，W轴组件上设置有车削刀架，分度转台的上面设置有偏心布置的X轴组件，X轴组件的上面通过导轨副与C轴回转工作台相连接。本发明复合数控机床可实现五轴联动的铣削加工、四轴联动进行复杂回转型面的高速铣车加工、三轴联动车削加工功能；以小行程加工大工件、扩大加工尺寸范围的功能。

Description

混联原理铣车复合数控机床

技术领域

本发明涉及一种数控切削加工机床，具体涉及一种串联与并联相结合的混联原理铣车复合数控机床。

背景技术

传统的机床是完全串联原理，其优点是作业空间大；机床运动算法简单。缺点是各轴的运动误差累加；悬臂结构刚度弱；运动质量大，进给速度不能太高。近年来美国首先推出了六轴完全并联原理机床(又称虚拟轴机床或六足并联机床)，其优点是运动件质量小，速度快；比刚度高；运动误差不累加，精度高。缺点是作业空间小；运动算法复杂。由于完全串联原理和完全并联原理的数控机床的优缺点恰恰相反，故将串联和并联原理结合起来兼具二者优点的混联原理机床是非常具有实用价值的新型数控机床，因此各国竟相进行研究和开发。例如美国开发的五轴混联原理数控机床(三轴并联和二轴串联)，德国阿亨工业大学开发的三轴加工中心(二轴并联，一轴串联)，清华大学开发的四轴混联原理数控机床(二轴并联，二轴串联)，西安理工大学开发的六轴混联原理数控机床6PM2(三轴并联和三轴串联)等各种类型的混联原理数控机床。

复合加工机床具有多种加工功能，故可将工件多道加工工序甚至全部工序集中到一台机床上，使加工过程集约化。可减小工件的安装定位次数，从而可减小其安装定位误差；可减小工序的工装夹具件数，从而可减小工装的准备时间及成本；可减小因工序转换所需的等待、上下料及装夹等辅助时间，提高了生产率；使物流系统缩短，从而可以大大减少加工系统的占地面积。由于多功能复合加工机床的上述优点，国内外竞相研究开发，例如日本的森精机制作所开发的5LC型数控复合车床(以车削功能为主，兼有铣削功能)，意大利Mandelli公司开发的Mandelli 800U型卧式加工中心，除铣削功能外，还具有车削功能，是一台以铣削为基础的铣车复合加工机床。

一般的车铣或铣车复合加工机床，必须按加工的工件群所需最大、最小尺寸确定最大行程，例如加工回转类零件，最小尺寸是半径为零(刀具需运动到回转中心)，最大尺寸半径为R_max(刀具需运动到最大半径为R_max处)，则径向行程必须大于R_max。机床的行程大，不仅需要的进给元件尺寸大，而且还往往带来机床重量增加、刚性减弱等缺点。但一般只有小尺寸的实心零件才需要进行从零到外缘的连续加工；对大尺寸回转类零件而言，一般都是环形体，虽然零件尺寸大，但并不需要0～R_max的连续加工。非回转类零件也有类似的问题。因此如何以尽可能小的行程满足从小尺寸到大尺寸零件的加工是一项非常有应用价值的关键技术。

发明内容

本发明的目的是提供一种混联原理铣车复合数控机床，该复合数控机床以铣削为主兼具车削功能。

本发明所采用的技术方案是，一种混联原理铣车复合数控机床，包括床身，床身的上面分别设置有立柱和分度转台，立柱的一侧壁上沿Y轴方向水平设置有三轴混联铣削主轴头，分度台的上面设置有X轴组件，X轴组件的上面通过导轨副与C轴回转工作台相连接。立柱靠近分度转台)的侧壁上设置有可沿Z方向移动的W轴组件，W轴组件上设置有车削刀架。

本发明的特征还在于，

三轴混联铣削主轴头由一个两轴并联机构和一个回转轴机构串联组成，两轴并联机构包括水平设置的移动副A和移动副B，移动副A分别通过回转副A和回转副B与连杆A和连杆B的一端相连接，移动副C通过回转副C与连杆C的一端相连接，连杆A的另一端通过回转副A与动平台连接，连杆B和连杆C的另一端通过复合回转副与动平台)连接，并联机构的Y₁、Y₂移动，产生Y、Z轴方向的虚拟轴移动，动平台上安装有绕A轴回转的回转轴A轴组件，回转轴A轴组件上安装有铣削电主轴。

通过分度转台的转位，改变X轴组件的方向和位置，具有以小行程加工大工件、扩大加工尺寸范围的的功能。

回转轴A轴组件的A轴回转及两轴并联机构的Y、Z轴移动与C轴回转工作台组件的C轴回转及X轴组件的X轴移动串联组成X、Y、Z、A、C五轴联动铣削加工功能及Y、Z、A、C四轴联动进行复杂回转型面的高速铣车加工，回转工作台组件的C轴回转及组件的X轴移动与W轴组件的Z向移动组成X、Z、C三轴联动车削加工功能。

两轴并联机构的移动副A和移动副B的Y₁、Y₂移动，X轴组件的X向移动及W轴的Z向移动，可以采用直线电机直接驱动，亦可采用伺服电机通过减速装置或滚珠丝杠副驱动。

该复合数控机床可配置标准落地式刀库，也可将刀库配置于立柱上。

本发明的突出特点是：采用了并联与串联并用的混联原理，合理地集成了二者的优点，既可实现X、Y、Z、A、C五轴联动的铣削加工，又可实现Y、Z、A、C四轴联动进行复杂回转型面的高速铣车加工，且其移动副水平布置，无须Z向平衡装置，可提高Z向运动特性；设置了分度转台，用以改变安装在其上面的移动组件的位置及方向，具有以小行程加工大工件、扩大铣削加工和车削加工尺寸范围的功能。

附图说明

图1为本发明混联原理铣车复合数控机床的总体结构简图；

图2为本发明复合数控机床的三轴混联铣削主轴头的结构简图；

图3为本发明复合数控机床分度转台转位示例图。

图中，1.三轴混联铣削主轴头，2.床身，3.分度转台，4.X轴组件，5.C轴回转工作台组件，6.车削刀架，7.W轴组件，8.立柱。

其中，7-1.连杆A，7-2.连杆B，7-3.移动副A，7-4.回转副A，7-5.连杆C，7-6.回转轴A轴组件，7-7.铣削电主轴，7-8.动平台，7-9.复合回转副，7-10.移动副B，7-11.回转副B，7-12.回转副C，7-13.回转副D。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明混联原理铣车复合数控机床的总体结构，如图1所示。包括床身2，床身2的上面分别设置有立柱8和分度转台3，立柱8与邻近分度转台3的侧壁相垂直的侧壁上设置有三轴混联铣削主轴头1，立柱8邻近分度转台3的侧壁上设置有W轴组件7，W轴组件7上安装有车削刀架6。分度转台3的上面设置有与分度转台3回转中心偏心布置的X轴组件4，X轴组件4的滑台上设置有可沿该导轨移动的C轴回转工作台组件5。

本发明复合数控机床的三轴混联铣削主轴头的结构，如图2所示。三轴混联铣削主轴头1由一个两轴并联机构和一个回转轴机构串联组成：两轴并联机构由连杆A7-1、连杆B7-2、连杆C7-5、移动副A7-3、移动副B7-10、回转副A7-4、回转副B7-11、回转副C7-12、回转副D7-13、复合回转副7-9及动平台7-8构成。移动副A7-3和移动副B7-10水平布置，连杆A7-1、连杆B7-2和连杆C7-5的右端分别通过回转副B7-11、回转副C7-12和回转副D7-13与移动副A7-3和移动副B7-10的滑台连接，连杆A7-1的左端通过回转副A7-4与动平台7-8连接，连杆B7-2和连杆C7-5的左端通过复合回转副7-9与动平台7-8连接；动平台7-8上安装有回转轴A轴组件7-6，回转轴A轴组件7-6上安装有铣削电主轴7-7。

本发明复合机床可配置标准的落地式刀库，亦可将刀库配置在立柱上。

两轴并联机构移动副A7-3和移动副B7-10的Y向移动，X轴组件4的X向移动及W轴的Z向移动，可以采用直线电机直接驱动，亦可采用伺服电机通过减速装置、滚珠丝杠副驱动。

本发明混联铣车复合数控机床，各组件的转动、移动方向，以X、Y、Z直角坐标系为参考坐标系。

e为回转工作台组件5的回转中心与分度转台3的回转中心的偏置距离，α为X轴组件4移动方向与机床基准坐标系Y轴方向的夹角，C为回转工作台组件5的C轴回转运动，C_1-为分度转台3的分度运动。

本发明的技术原理：

本发明复合数控机床，三轴混联铣削主轴头1中两轴并联机构的连杆分别通过回转副与移动副的滑台相连接，滑台分别沿移动副的导轨作Y₁、Y₂移动，并联机构的Y₁、Y₂水平移动，产生Y、Z轴方向的虚拟轴移动。

本发明复合数控机床的三轴混联铣削主轴头1的A轴回转及Y、Z轴向移动与C轴回转工作台组件5的C轴回转及X轴组件4的X轴移动串联组成X、Y、Z、A、C五轴联动铣削加工功能及Y、Z、A、C四轴联动进行复杂回转型面的高速铣车加工功能；回转工作台组件5的C轴回转及X轴组件4的X轴移动与W轴组件7的Z向移动组成X、Z、C三轴联动车削加工功能。

本发明复合数控机床的分度转台的转位位置，如图3所示。图中C表示回转工作台组件5的C轴回转运动，C₁表示分度转台3的分度运动，e表示回转工作台组件5的回转中心与分度转台3的回转中心的偏置距离，α表示X轴组件4移动方向与机床基准坐标系Y轴方向的夹角。分度转台3的转位位置I是标准位置，此时，α＝90°，机床的移动副A7-3、移动副B7-10和X轴组件4的行程按此标准位置设计。当α取不同值时，可以满足大尺寸工件加工的需要，例如，分度转台3的转位位置在III时，可以进行半径大于标准位置I时的环形体的车削加工。又如分度转台3的转位位置在II或IV时，可以扩大铣削加工尺寸范围。即利用分度转台的转位改变安装在其上面的移动组件4的位置及方向，具有以小行程加工大工件、扩大加工尺寸范围的功能。

W轴组件7的移动为沿坐标系Z轴正负方向移动。Y₁、Y₂为沿坐标系的Y轴正负方向移动。

A轴回转方向是绕X轴转动。

C轴回转是C轴回转工作台5绕Z轴顺时针或逆时针转动。

C₁是分度转台3绕Z轴顺时针或逆时针转动

实施例1

本发明复合数控机床一种实施例的总体结构，如图1所示。该机床由三轴混联铣削主轴头1、床身2、分度转台3、X轴组件4、C轴回转工作台组件5和立柱8组成。三轴混联铣削主轴头1中的两轴并联机构移动副的Y₁、Y₂移动，X轴组件4的X向移动及W轴的Z向移动，采用伺服电机通过滚珠丝杠副驱动。

实施例2

与实施例1的实施方法相似，不同的是该两轴并联机构移动副的Y₁、Y₂移动和X轴组件4的X向移动采用直线电机直接驱动，以满足高精度和高速加工的需要。此外还配置了标准的落地式刀库，以满足快速换刀的需要。

Claims (6)

1.一种混联原理铣车复合数控机床，其特征在于，包括床身(2)，床身(2)的上面分别设置有立柱(8)和分度转台(3)，立柱(8)的一侧壁上沿Y轴方向水平设置有三轴混联铣削主轴头(1)，分度台(3)的上面设置有X轴组件(4)，X轴组件(4)的上面通过导轨副与C轴回转工作台(5)相连接，立柱(8)靠近分度转台(3)的侧壁上设置有可沿Z方向移动的W轴组件(7)，W轴组件(7)上设置有车削刀架(6)。

2.根据权利要求1所述的混联原理铣车复合数控机床，其特征在于，所述三轴混联铣削主轴头(1)由一个两轴并联机构和一个回转轴机构串联组成，所述两轴并联机构包括水平设置的移动副A(7-3)和移动副B(7-10)，移动副A(7-3)分别通过回转副A(7-11)和回转副B(7-12)与连杆A(7-2)和连杆B(7-2)的一端相连接，移动副C(7-10)通过回转副C(7-13)与连杆C(7-5)的一端相连接，连杆A(7-1)的另一端通过回转副A(7-4)与动平台(7-8)连接，连杆B(7-2)和连杆C(7-5)的另一端通过复合回转副(7-9)与动平台(7-8)连接，并联机构的Y₁、Y₂移动，产生Y、Z轴方向的虚拟轴移动；所述动平台(7-8)上安装有绕A轴回转的回转轴A轴组件(7-6)，回转轴A轴组件(7-6)上安装有铣削电主轴(7-7)。

3.根据权利要求1所述的混联原理铣车复合数控机床，其特征在于，通过分度转台(3)的转位，改变X轴组件(4)的方向和位置，具有以小行程加工大工件、扩大加工尺寸范围的的功能。

4、根据权利要求1所述混联原理铣车复合数控机床，其特征在于，所述回转轴A轴组件(7-6)的A轴回转及两轴并联机构的Y、Z轴移动与C轴回转工作台组件(5)的C轴回转及X轴组件(4)的X轴移动串联组成X、Y、Z、A、C五轴联动铣削加工功能及Y、Z、A、C四轴联动进行复杂回转型面的高速铣车加工；回转工作台组件(5)的C轴回转及组件(4)的X轴移动与W轴组件(7)的Z向移动组成X、Z、C三轴联动车削加工功能。

5.根据权利要求1所述混联原理铣车复合数控机床，两轴并联机构的移动副A(7-3)和移动副B(7-10)的Y₁、Y₂移动，X轴组件(4)的X向移动及W轴的Z向移动，可以采用直线电机直接驱动，亦可采用伺服电机通过减速装置或滚珠丝杠副驱动。

6.根据权利要求1所述的混联原理铣车复合数控机床，其特征在于，所述该复合数控机床可配置标准落地式刀库，也可将刀库配置于立柱(8)上。

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