CN101633132B - 立式五轴加工中心z向垂直导轨卸荷装置及制造方法 - Google Patents
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Abstract
立式五轴加工中心Z向垂直导轨卸荷装置及制造方法，作为载重的立柱一侧立面设左导轨和右导轨，A、B轴双摆角铣头通过移动部件在Z向导轨正面垂直方向作上下运动，其特征在于在正面左导轨和右导轨上各设一套A卸荷装置，分别安装在滑板下面；另有两套B卸荷装置分别安装在左导轨和右导轨背面的左上压板和右上压板上；卸荷装置内滚动轴承支架和滚动轴承之间通过销轴连接，靠紧定螺钉锁紧；A、B轴双摆头上的一部分载荷由支承在导轨面上的滚动轴承承受，卸荷力的大小通过调整螺母带动滚动轴承支架调整蝶形弹簧力的大小，从而将卸掉一部分载荷。采用轴承增加卸荷导轨装置，可以分担导轨的一部分载荷(重力和切削力)，减轻支承导轨的负荷，降低导轨的静摩擦系数，从而减少摩擦力，提高导轨的耐磨性和低速运动的平稳性，减少或防止爬行。
Description
技术领域
本发明涉及机械制造设备机床中的带A、B轴双摆角铣头立式五轴加工中心上Z向垂直导轨卸荷装置及制造方法。
技术背景
五轴联动数控机床是数控机床技术中难度最大、应用范围最广的技术。它集计算机控制、高性能伺服驱动和精密加工技术于一体，应用于复杂曲面的高效、精密、自动化加工。国际上把五轴联动数控技术作为一个国家工业化水平的标志。
目前，立式五轴加工中心在我国市场需求量大，国内尤其带有A、B轴双摆角铣头的立式五轴加工中心还没有厂家开发研制，此类机床是国内市场的缺门产品。目前国内需求完全依靠进口，而且西方国家对我国的军事用途严格控制。
这类机床是能源、航空航天、船舶、机车车辆、军工、汽车、工程机械、重型机械、机床等行业不可缺少的重要工艺加工设备，可实现五轴联动、五面加工，完成各种复杂平面、曲面零件的高效率、高质量加工，能一次装夹完成全部加工，提高空间自由曲面的加工精度、质量和效率。但国产带A、B轴双摆角铣头的立式五轴加工中心机床装配后，检工作精度时，Z向精度不合格，检查压板发现导轨贴塑面严重磨损。分析原因：由于A、B摆头部悬伸大，重心前倾造成的。为此，需要设计一套卸荷装置。
发明内容
本发明的目的是提供一种立式五轴加工中心Z向垂直导轨卸荷装置及制造方法，它能够消除因A、B轴双摆角铣头重心前倾引起的Z向运动工作精度低的缺陷。
立式五轴加工中心Z向垂直导轨卸荷装置，作为载重的立柱一侧立面设左\右导轨，A、B轴双摆角铣头通过移动部件在Z向导轨正面垂直方向作上下运动，其特征在于在正面左\右导轨上各设一套卸荷装置，分别安装在滑板下面；另有两套卸荷装置分别安装在左\右导轨背面的左、右上压板上；卸荷装置内滚动轴承支架和滚动轴承之间通过销轴连接，靠紧定螺钉锁紧；A、B轴双摆头上的一部分载荷由支承在导轨面上的滚动轴承承受，卸荷力的大小通过调整螺母带动滚动轴承支架调整蝶形弹簧力的大小，从而将卸掉一部分载荷；制造方法：制造时卸荷系数的确定：
导轨卸荷量的大小用卸荷系数表示
α卸＝F卸/F载
式中F载-导轨上一个支座承受的载荷(N)
F卸-导轨上一个支座的卸荷力(N)；
根据这台机床的载荷和卸荷点的数目，取
α卸＝0.6来保证机床的加工精度。
导轨所承受的载荷，包括移动部件的重力和切削力。卸荷力的大小取决于卸荷系数的选择。α卸如取得太小，则卸荷装置起的作用太小，静摩擦系数降低很少，对低速运动平稳性的提高不大，对导轨耐磨性提高也不大：如取得太大，则当载荷较小时，又会使移动部件产生飘浮现象。根据这台机床的载荷和卸荷点的数目，取
α卸＝0.6来保证机床的加工精度。
本发明设计中采用轴承增加卸荷导轨装置，可以分担导轨的一部分载荷(重力和切削力)，减轻支承导轨的负荷，降低导轨的静摩擦系数，从而减少摩擦力，提高导轨的耐磨性和低速运动的平稳性，减少或防止爬行。
由于在立柱一侧安装的A、B轴双摆角铣头悬伸长，重心前倾，使导轨受载不均匀，切削力较大产生倾覆力矩，使导轨面的压强增大。本发明为了减少导轨的本体变形，在左右每根导轨正面上分别增加一套卸荷装置，并且在导轨背面移动部件上部的上压板上，各安装一套卸荷装置。卸荷装置解决了A、B摆头部位倾覆力矩对立柱移动平稳的影响，提高立柱移动坐标的定位精度和动态特性。这套装置也适用立式单立柱挂悬伸长的主轴箱体。
附图说明
附图1是带A、B轴双摆角铣头立式五轴加工中心正面示意图；
附图2是图1的侧视图；
附图3是两导轨正面安装A卸荷装置的示意图；
附图4是A卸荷装置的放大示意图；
附图5是两导轨背面安装B卸荷装置的示意图；
附图6是B卸荷装置的放大示意图。
具体实施方式
结合附图说明本装置的联接关系：
带A、B轴双摆角铣头立式五轴加工中心机床，立柱7一侧立面的左、右并列分布两根钢导轨1和2，如图1、图2所示，移动部件在立柱7垂直方向作上下运动，A、B轴双摆头3固定在上压板4、滑板5和下压板6组成的移动部件上，其特征在于将A卸荷装置8、9分别安装在左、右导轨1、2正面，两套A卸荷装置中的滚动轴承10分别支承在左、右导轨2、1上。
正面的A卸荷装置内有两个滚动轴承10并排置于滚动轴承支架13中心内，见图3、4：滚动轴承10径向与导轨1或者2接触，销轴12同心穿过两个滚动轴承10、销轴12端头在滚动轴承支架13上，并由紧定螺钉11将销轴12锁紧，限制其旋转。滚动轴承支架13外颈部安装蝶形弹簧14、调整垫15，滚动轴承支架13镶嵌在支撑体18上，靠调整螺母16背紧。
A、B轴双摆头上的一部分载荷由支承在导轨面上的滚动轴承10承受，卸荷力的大小通过调整螺母16带动滚动轴承支架13调整蝶形弹簧14力的大小，从而将卸掉一部分载荷。
另两套B卸荷装置安装在左、右导轨1、2背面移动部件上部的上压板4上，如图5、6所示，受机床结构限制，背面用的B卸荷装置只安装一个滚动轴承10，并在调整垫15和调整螺母16之间增加压盖17，压盖17用螺栓与滚动轴承支架13固定，碟形弹簧14和滚动轴承10所承载的力同A卸荷装置一致，原理相同。
卸荷装置的制造方法：
设计时计算示例：
在垂直方向运动的工件的载荷P＝5000N的条件下，确定卸荷点数为4点，
作用在每个卸荷点的载荷为P1＝1/4P＝1250N；
取α卸＝0.6时，作用在每个导轨上一个支座的卸荷力F卸＝0.6×P1＝0.6×1250＝750N；
根据卸荷力的大小选碟形弹簧和轴承。
为了减小滚动轴承的支承轴的中心线与支承导轨面不平行的影响，可以采用调心球轴承。
经验证，采用本发明的卸荷装置后，Z向导轨磨损程度大大降低，机床Z向定位精度有了很大提高。
为了保证卸荷装置的合理和科学性，本发明采用了三维虚拟设计技术，应用有限元分析软件对整个设计的结构进行分析，并总结出一套便于计算的简便算法，按照该算法公式进行设定，能够计算出该结构所需的卸荷力。
F卸＝α卸*F载 其中 F卸-导轨上一个支座的卸荷力(N)
F载-导轨上一个支座承受的载荷(N)
α卸-卸荷系数
F载＝F总载/n 其中 F总载-移动部件作用在导轨上的载荷(N)
n-卸荷点数
如：F总载＝1000N n＝4
F载＝F总载/n＝1000/4＝250(N)
取α卸＝0.6
F卸＝α卸*F载＝0.6*250＝150(N)
根据F卸力的大小，选碟形弹簧和轴承。根据碟形弹簧在承受F卸力时的变形量确定碟形弹簧的数量，达到卸荷目的。
Claims (5)
1.立式五轴加工中心Z向垂直导轨卸荷装置，作为载重的立柱一侧立面设左导轨和右导轨，A、B轴双摆角铣头通过移动部件在Z向导轨正面垂直方向作上下运动，其特征在于在正面左导轨和右导轨上各设一套A卸荷装置，分别安装在滑板下面；另有两套B卸荷装置分别安装在左导轨和右导轨背面的左上压板和右上压板上；卸荷装置内滚动轴承支架和滚动轴承之间通过销轴连接，靠紧定螺钉锁紧；A、B轴双摆头上的一部分载荷由支承在导轨面上的滚动轴承承受，卸荷力的大小通过调整螺母带动滚动轴承支架调整蝶形弹簧力的大小，从而将卸掉一部分载荷。
2.根据权利要求1所述的Z向垂直导轨卸荷装置，其特征在于A卸荷装置内两个滚动轴承(10)并排置于滚动轴承支架(13)中心内，滚动轴承径向与导轨接触，销轴(12)同心穿过两个滚动轴承(10)、将两件连接，并由紧定螺钉(11)将销轴(12)锁紧，限制其旋转；滚动轴承支架(13)外颈部安装蝶形弹簧(14)、调整垫(15)，镶嵌在支撑体(18)上，靠调整螺母(16)背紧。
3.根据权利要求1所述的Z向垂直导轨卸荷装置，其特征在于另两套B卸荷装置安装在背面左、右导轨(1、2)移动部件上部的上压板(4)上，受机床结构限制，只安装一个滚动轴承(10)，并在调整垫(15)和调整螺母(16)之间增加压盖(17)，压盖(17)用螺栓与滚动轴承支架(13)固定。
4.一种制造如权利要求1所述的Z向垂直导轨卸荷装置的方法，其特征在于针对有A、B轴双摆角铣头的Z向垂直导轨卸荷装置，采用增加卸荷实施轴承的导轨卸荷装置，以分担导轨的一部分重力和切削力，减轻支承导轨的负荷，降低导轨的静摩擦系数；卸荷系数的确定：
导轨卸荷量的大小用卸荷系数表示
α卸＝F卸/F载
式中F载-导轨上一个支座承受的载荷(N)
F卸-导轨上一个支座的卸荷力(N)
α卸＝0.6来保证机床的加工精度。
5.根据权利要求4所述的制造Z向垂直导轨卸荷装置的方法，其特征在于设计时在垂直方向运动的工件的载荷P＝5000N的条件下，确定卸荷点数为4点；
作用在每个卸荷点的载荷为P1＝1/4P＝1250N，
取α卸＝0.6时，作用在每个导轨上一个支座的卸荷力F卸＝0.6xP1＝0.6x1250＝750N；根据卸荷力的大小选碟形弹簧和轴承。
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