CN101434038A - 卧式涡旋加工中心 - Google Patents

Abstract

本发明卧式涡旋加工中心涉及一种用于涡旋压缩机关键部件加工的高档数控机床产品，它是由床身，立柱，精密铣削电主轴，加工中心主轴，加工中心刀库，工件力矩电机主轴，Z向导轨，Z向滑块，Y向导轨，Y向滑块，X向导轨，X向滑块等组成，在床身上设有X向导轨，在X向滑块上设置精密铣削电主轴，在床身上设有Z向导轨，立柱设置在Z向滑块上，在立柱上设有Y向导轨，工件力矩电机主轴安装在Y向滑块上，加工中心主轴设在X向滑块上，工件力矩电机主轴为C回转轴，卧式设置在Y向滑块上。本发明保证工件的精度要求，易于排屑，避免了因为铁屑堆积而对加工件的表面质量产生影响。

Description

卧式涡旋加工中心

技术领域

本发明卧式涡旋加工中心涉及一种用于涡旋压缩机关键部件加工的高档数控机床产品，尤其是涉及一种基于极坐标插补的卧式涡旋加工中心。

背景技术

涡旋压缩机是第三代压缩机，是一种全新的变截面涡旋结构型式的压缩机，是压缩机技术的一种飞跃，涡旋压缩机的核心部件转子上有一个由渐开线和圆弧曲线连接而成的曲面，轮廓度要求0.008mm，对加工设备的要求特别高。现有的加工设备是采用三轴联动的高速立式加工中心，机床有X，Y，Z三个直线轴，为直角坐标系，主轴采用电主轴，这种传统的X、Y、Z直角坐标系的立式加工中心加工涡轮，是靠X、Y轴插补实现工件渐开线和圆弧运动，最终实现对零件轮廓的渐开线和圆弧加工，在加工过程中，X、Y坐标系中，要不断的过象限，才能做出一圈一圈的渐开线和圆弧。坐标系的过象限，就意味着坐标轴的换向，任何机械传动都会有间隙，弹性，所以加工每到有坐标轴需要换向时，都会有加工误差。在直角坐标系中，XY联动渐开线插补，X轴电机和Y轴电机的速度不停的变化，电机的动态性能和跟随误差就会影响加工精度和表面质量。对一般加工精度，这种误差可以忽略不计，但是对于涡旋加工这种轮廓度要求这么高的加工来说，这种误差是致命的，不允许的，因此采用这种基于直线坐标插补原理的机床不能满足现有的涡旋压缩机的涡轮加工；另外现有的加工设备是采用立式加工中心，机床排屑困难，铁屑容易影响加工件的表面光洁度；还有现有的加工设备加工零部件时采用主轴换刀的方式，粗铣和精铣都是采用同一个主轴，主轴换刀时必定会产生间隙与误差，因此精铣时的精度难以保证。

发明内容

本发明的目的是在于提供一种加工精度高的卧式涡旋加工中心。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：它是由床身，立柱，X向滑板，精密铣削电主轴，加工中心主轴，加工中心刀库，工件力矩电机主轴，Z向导轨，Z向滑块，Y向导轨，Y向滑块，X向导轨，X向滑块等组成，在床身上设有X向导轨，X向滑块与X向导轨配合，在X向滑块上设置精密铣削电主轴，X向伺服驱动单元安装在床身上，X向伺服驱动单元驱动X向滑块，在X向导轨上移动，带动在X向滑块上设置的精密铣削电主轴在X向移动，在床身上设有Z向导轨，Z向滑块与Z向导轨配合，立柱设置在Z向滑块上，Z向伺服驱动单元安装在床身上，Z向伺服驱动单元驱动Z向滑块在Z向导轨上移动，带动立柱在Z向移动，在立柱上设有Y向导轨，Y向滑块与Y向导轨配合，在Y向滑块上安装工件力矩电机主轴。Y向伺服驱动单元驱动Y向滑块在Y向导轨上移动，带动工件力矩电机主轴在Y向移动，X向滑块的滑移方向与立柱滑移方向垂直，X向与Z向垂直，加工中心主轴设在X向滑块上，工件力矩电机主轴设在Y向滑块上，做上下Y向运动，在X向滑块上靠近加工中心主轴一侧的外侧设有加工中心刀库，工件力矩电机主轴采用力矩电机主轴，工件力矩主轴采用力矩电机传动，工件力矩电机主轴可以旋转，工件力矩电机主轴为C回转轴，卧式设置在Y向滑块上。

在X向滑块上安装有X向滑板，在X向滑板上设置精密铣削电主轴，在X向滑板上设置加工中心主轴，在Y向滑块上安装主轴箱，工件力矩电机主轴卧式安装在主轴箱上。

本发明有X、Y、Z、C四个坐标轴，其中X、Y、Z三个为直线轴，C为回转轴。X轴和C轴坐标插补实现工件渐开线和圆弧运动，最终实现对零件轮廓的渐开线和圆弧加工。在加工过程中，X、C坐标系中，X和C坐标都一直向一个方向运动，没有制假坐标系的过象限问题，也就意味着没有坐标轴的换向问题，消除了因为坐标轴换向产生的加工误差。在极坐标系中，X、C联动插补渐开线，X轴和C轴电机的速度是恒定不变的，就不存在由于电机动态性能造成的跟随误差，而且进刀方向和切削速度也恒定不变。这种切削机理决定了极坐标插补是加工渐开线和圆弧的最佳方法。

本发明X向滑块是X向移动、立柱是Z向移动，均由伺服电机驱动，滚珠丝杆传动，电机与丝杆之间由弹性联轴器连接，精密铣削电主轴、加工中心主轴设置在X向滑块上，加工中心刀库设置在X向滑块靠近加工中心主轴一侧的外侧，这个刀库用于对加工中心主轴的换刀；立柱上设有卧式安装的工件力矩电机主轴，工件力矩电机主轴通过伺服电机、Y向滚珠丝杆直联的驱动，沿立柱做上下运动形成Y轴直线运动；工件力矩电机主轴可以绕Z轴随意分度插补旋转形成C轴，工件力矩主轴采用力矩电机传动，可以适应各种大小涡旋零部件的加工。在上述的4个坐标中，X、Y、Z三个轴为直线轴，做直线运动，C轴为旋转轴，绕Z轴做旋转运动。

本发明在床身上设置有排屑器；X向滑块上设置一个精密铣削电主轴和一个加工中心主轴的目的是加工中心主轴用来铣端面、沟槽及粗加工涡旋曲线，精密铣削电主轴用来精加工涡旋曲线，达到既保证精度又节省成本及简化结构的目的，另外各个坐标均安装有光栅尺，实行闭环控制，有效保证各个坐标的位置控制精度，从而保证加工部件的精度。

本发明由于采用上述结构，使本发明的卧式涡旋加工中心具有以下特点：

1、卧式涡旋加工中心X向滑板上布置了一个精密铣削电主轴和一个加工中心主轴及旁边布置了一个加工中心刀库，既能一次性装夹完成工件的全部工序的加工，精密铣削电主轴的精密加工又能保证工件的精度要求。

2、卧式涡旋加工中心进行涡旋铣削，由于采用极坐标插补原理，在加工过程中，X、C坐标系中，X和C坐标都一直向一个方向运动，没有制假坐标系的过象限问题，也就意味着没有坐标轴的换向问题，消除了因为坐标轴换向产生的加工误差，可有效保证零部件的加工精度。

3、卧式涡旋加工中心进行涡旋铣削，由于采用极坐标插补原理，在极坐标系中，X、C联动插补渐开线，X轴和C轴电机的速度是恒定不变的，就不存在由于电机动态性能造成的跟随误差，而且进刀方向和切削速度也恒定不变。

4、卧式涡旋加工中心进行涡旋铣削，工件主轴采用力矩电机，可以使用各种型号大小的涡旋零部件的加工，而不会因为惯量问题而影响加工的质量。

5、卧式涡旋加工中心进行涡旋铣削，采用卧式结构，易于排屑，避免了因为铁屑堆积而对加工件的表面质量产生影响。

附图说明

附图1是本发明结构示意图。

附图2是本发明正视图。

附图3是本发明侧视图。

附图4是本发明俯视图。

附图5是本发明Z轴的剖视图

附图6是本发明X轴的剖视图

附图7是本发明Y轴的剖视图

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步说明。

图中：床身1，立柱2，X向滑板3，精密铣削电主轴4，加工中心主轴5，加工中心刀库6，工件力矩电机主轴7，涡旋零部件8，排屑器9，Z向伺服驱动单元10，Y向伺服驱动单元11，X向伺服驱动单元12，Z向导轨13，Z向滑块14，Y向导轨15，Y向滑块16，X向导轨17，X向滑块18。

如附图1、附图2、附图3、附图4所示，本发明是由床身1、立柱2、X向滑板3，精密铣削主轴4、加工中心主轴5、加工中心刀库6、工件力矩电机主轴7、排屑器9、Z向伺服驱动单元10、Y向伺服驱动单元11、X向伺服驱动单元12，Z向导轨13，Z向滑块14，Y向导轨15，Y向滑块16，X向导轨17，X向滑块18等组成，Z向导轨13和X向导轨17设在床身1上，X向滑块18设在X向导轨17上，在X向滑块上安装有X向滑板，在X向滑板上设置精密铣削电主轴，加工中心主轴5设在X向滑板上，Z向滑块14设在Z向导轨13上，立柱2设在Z向滑块14上，Y向导轨15设在立柱2上，Y向滑块16设在Y向导轨上，工件力矩电机主轴卧式安装在主轴箱上，主轴箱安装在Y向滑块上16，

X向滑块的滑移方向X向与立柱2滑移方向Z向垂直，X向滑块由X向伺服驱动单元12驱动，滚珠丝杆传动，X向伺服驱动单元电机与丝杆之间由弹性联轴器连接，带动立柱2移动的Z向滑块14由Z向伺服驱动单元10驱动，滚珠丝杆传动，Z向伺服驱动单元电机与丝杆之间由弹性联轴器连接，工件力矩电机主轴7设在立柱2上，工件力矩电机主轴7采用力矩电机驱动做旋转运动，具有旋转C轴功能，工件力矩电机7移动的主轴箱和Y向滑块由Y向伺服驱动单元11驱动，滚珠丝杆传动，Y向伺服驱动单元电机与丝杆之间由弹性联轴器连接，精密铣削电主轴4和加工中心主轴5设在X向滑板上，在X向滑板靠近加工中心主轴5一侧的外侧设有加工中心刀库6。在上述的4个坐标中，X、Y、Z三个轴为直线轴，做直线运动，C轴为旋转轴，做旋转运动。

如附图5所示，本发明在床身1上设有Z向导轨13，Z向滑块14与Z向导轨配合，立柱2设置在Z向滑块上，Z向伺服驱动单元10安装在床身上，Z向伺服驱动单元驱动Z向滑块在Z向导轨上移动，带动立柱在Z向移动，在立柱2上设有Y向导轨，工件力矩电机主轴7安装在主轴箱上，主轴箱安装在Y向滑块上，Y向伺服驱动单元驱动11Y向滑块在Y向导轨上移动，带动工件力矩电机主轴在Y向移动，立柱上设有卧式安装的工件力矩电机主轴，力矩电机主轴通过伺服电机、Y向滚珠丝杆直联的驱动，沿立柱做上下运动形成Y轴直线运动；工件力矩电机主轴可以绕Z轴随意分度插补旋转形成C轴，工件主轴采用力矩电机传动，可以适应各种大小涡旋零部件的加工。C轴为旋转轴，做旋转运动。

如附图6所示，本发明在床身1上设有X向导轨17，X向滑块18与X向导轨配合，在X向滑块上安装有X向滑板，在X向滑板上设置精密铣削电主轴4和加工中心主轴，在X向滑板靠近加工中心主轴5一侧的外侧设有加工中心刀库6。工件力矩电机主轴7安装在Y向滑动的Y向滑块和主轴箱上。

如附图7所示，本发明在床身上设有Z向导轨13，Z向滑块14与Z向导轨配合，立柱2设置在Z向滑块上，工件力矩电机主轴7安装在Y向滑块和主轴箱上，带动立柱2移动的Z向滑块14由Z向伺服驱动单元10驱动，滚珠丝杆传动，Z向伺服驱动单元电机与丝杆之间由弹性联轴器连接，工件力矩电机7移动的Y向滑块由Y向伺服驱动单元11驱动，滚珠丝杆传动，Y向伺服驱动单元电机与丝杆之间由弹性联轴器连接。

本发明工作过程是：机床启动，X、Y、Z、C四个方向的运动部件移至机床零点，启动预先编好的加工程序，机床各部件将按指令自动运行，对工件8进行铣削加工。机床启动，Z方向运动的立柱2、X方向运动的精密铣削电主轴4及加工中心主轴5、Y运动的力矩电机主轴7及C轴旋转方向运动的力矩电机主轴7至机床零点，启动预先编好的加工程序，机床各部件将按指令自动运行，首先加工中心主轴5对工件进行端面铣削加工，粗加工各涡旋、沟槽等部位，由于旁边安装有一个加工中心刀库6，可以安装更换16把刀，因此加工中心主轴5可以完成工件的全部除精加工的工序，然后利用X轴和C轴的插补联动，精密铣削主轴4对工件精度要求最高的涡旋进行精加工，由于精密铣削电主轴4的刀具直接安装固定在主轴上，没有换刀带来的误差，因此最大限度的保证里加工的精度要求。由于工件主轴采用力矩电机，可以适用各种型号大小的零部件，而不会产生震动，保证铣削质量非常高。加工完毕后，各轴退回到零点位置，工件电主轴和铣削电主轴停止转动，等待下一个工件的加工

Claims (8)

1、一种卧式涡旋加工中心，由床身，立柱，精密铣削电主轴，加工中心主轴，工件力矩电机主轴，Z向导轨，Z向滑块，Y向导轨，Y向滑块，X向导轨，X向滑块组成，其特征是：

在床身上设有X向导轨，X向滑块与X向导轨配合，在X向滑块上安装有精密铣削电主轴，在床身上设有Z向导轨，Z向滑块与Z向导轨配合，立柱设置在Z向滑块上，在立柱上设有Y向导轨，Y向滑块与Y向导轨配合，工件力矩电机主轴卧式设置在Y向滑块上，加工中心主轴设在X向滑块上。

2、根据权利要求1所述的卧式涡旋加工中心，其特征是：X向滑块的滑移方向与立柱滑移方向垂直。

3、根据权利要求1所述的卧式涡旋加工中心，其特征是：在床身上设置有排屑器。

4、根据权利要求1或2所述的卧式涡旋加工中心，其特征是：

X向滑块由X向伺服驱动单元驱动，滚珠丝杆传动，X向伺服驱动单元电机与丝杆之间由弹性联轴器连接，Z向滑块由Z向伺服驱动单元驱动，滚珠丝杆传动，Z向伺服驱动单元电机与丝杆之间由弹性联轴器连接，Y向滑块由Y向伺服驱动单元驱动，滚珠丝杆传动，Y向伺服驱动单元电机与丝杆之间由弹性联轴器连接。

5、根据权利要求1或2所述的卧式涡旋加工中心，其特征是：在X向滑块上安装有X向滑板，在X向滑板上设置精密铣削电主轴，在X向滑板上设置加工中心主轴。

6、根据权利要求1或2所述的卧式涡旋加工中心，其特征是：在Y向滑块上安装主轴箱，工件力矩电机主轴卧式安装在主轴箱上。

7、根据权利要求1或2所述的卧式涡旋加工中心，其特征是：工件力矩电机主轴采用力矩电机主轴，工件力矩主轴采用力矩电机传动。

8、根据权利要求1或2所述的卧式涡旋加工中心，其特征是：在X向滑块上靠近加工中心主轴一侧的外侧设有加工中心刀库。

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