CN101670522A - 高速卧式加工中心整机结构及制造方法 - Google Patents

高速卧式加工中心整机结构及制造方法 Download PDF

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高速卧式加工中心整机结构及制造方法，包括床身、床身导轨、全套排屑，其特征在于床身采用三点支撑，X向床身导轨呈前低后高阶梯状分布，全套排屑包括加工区正下方设链板排屑器、前侧设对称螺旋排屑器、防护间顶部高设喷淋装置；在机床一点支撑部分上部设两套工作台及双油缸回转机构，X、Y、Z三向进给坐标采用交流伺服电机带动滚珠丝杠无级传动。本发明采用三点支撑方式，安装方便，确保精度稳定性。X向床身导轨呈前低后高阶梯状分布，能在保证Z轴强度的情况下，极大减轻移动部件立柱的重量，从而获得更高的加速度性能。采用中间排屑方式，可以把在高速加工中产生的大量切屑快速可靠的输送走，同时前侧还有两个螺旋排屑器并配合防护间顶部喷淋装置冲刷，避免切屑堆积，减少机床热变性，提高机床精度稳定性。双油缸驱动的工作台交换装置，确保工作台交换的平稳性，保证交换精度。该机床三向快速进给速度达到40m/min，工作台交换时间12秒，刀具交换时间3.5秒，缩短了非切削时间，极大提高了生产效率。

Description

高速卧式加工中心整机结构及制造方法
技术领域
本发明涉及机械制造设备，机床中的数控加工中心设计与制造。
技术背景
近年来，随着国内装备制造业的蓬勃发展，作为装备制造母机的机床行业为了适应各种企业的需要，大力发展了一批高精度高速型机床。经过市场的调研和分析，现在许多行业需要高精度和快速节拍的卧式加工中心。目前市场上满足这类要求的机床主要是国外产品。现在国外卧式加工中心的速度普遍达到了40-60m/min，有的甚至达到了100m/min以上，而国内厂家还都停留在24m/min的水平上。
发明内容
本发明目的是提供一种高速卧式加工中心整机结构及制造方法，该结构能使三向进给速度达到40m/min，以高性价比替代中端进口产品，以低价提升市场竞争力。
高速卧式加工中心整机结构，包括床身、床身导轨、全套排屑，其特征在于床身采用三点支撑，X向床身导轨呈前低后高阶梯状分布，全套排屑包括加工区正下方设链板排屑器、前侧设对称螺旋排屑器、防护间顶部高设喷淋装置；在机床前部一点支撑部分上部设两套工作台交换机构，X、Y、Z三向进给坐标采用交流伺服电机带动滚珠丝杠无级传动。制造方法：经三维软件建模后用ANSYS软件分析对比，按等腰三角形分布三个地脚，使床身呈倒T型结构，立柱横向移动、工作台纵向移动；X向丝杠位于前低后高的两床身导轨之间，在保证Z轴强度的前题下，极大减轻移动部件立柱重量；直线运动采用X、Y、Z高速直线导轨，主传动采用两档变速，主轴转速6000rpm，快速移动40m/min，两工作台回转交换。
本发明技术要点及相应的显著效果：
1、该机床采用三点支撑方式，确保精度稳定性，安装方便，节省时间。
2、X向床身导轨呈前低后高阶梯状分布，这种设计在保证Z轴强度的前提下，可极大减轻移动部件立柱的重量，从而获得更高的加速度性能。
3、本机床采用中间排屑方式，处于加工区域正下方的链板排屑器可以把在高速加工中产生的大量切屑快速可靠的输送走，同时在加工区域前侧还有两个螺旋排屑器可以将飞溅到前部的切屑运回中间链板排屑器，再由防护间顶部喷淋装置配合冲刷，可避免切屑堆积，减少机床热变性，提高机床精度稳定性。
4、本发明机床为高速型机床，为整机结构设计了四轴三联动(四轴联动为选项)，机床的三向快速进给速度达到40m/min，工作台630X630，交换采用回转交换，工作台交换时间12秒，刀具交换时间3.5秒，由于缩短了非切削时间，从而大大提高了生产效率。
5、X、Y、Z导轨选用直线导轨，摩擦力小，定位精度高；X、Y、Z坐标与滚珠丝杠直接连接，各座标移动均采用交流进给伺服电机拖动，导轨快速移动40m/min。
6、主轴转速6000rpm，主传动采用两档变速，变速范围大，主轴输出扭矩大，既可满足用户对大扭矩主轴的要求，又可满足用户对高转速主轴的要求，保证功率输出从低速到高速无缺口；直线运动采用高速直线导轨，实现高速直线运动，承载大，摩擦力小，吸振性好，可提高运动精度和定位精度，且低速运动时无爬行。
本发明是结构比较新颖的高速型卧式加工中心，加大了主轴转速和快速的进给速度，配有自动双交换工作台，可减少辅助时间，提高效率。广泛应用于机械、汽车、冶金，纺织，航空航天等各行业机械类零件的加工，尤其适合零件平面的铣、钻、镗、铰、锪、攻丝等多种加工工序，它不仅具有在单位时间内实现高速切削的高效率性能，而且可使被加工零件获得高精度和高表面光洁度，本机床能够提高零件的加工精度和加工效率。
附图说明
图1是高速卧式加工中心主机整体结构示意图；
图2是图1的右视图；
图3是图1的俯视图；
图4是图1有三点支撑的仰视图；
图5是本机床X向床身呈阶梯状的导轨示意图；
图6是机床排屑结构示意图；
图7是排屑结构俯视图；
图8是交换台站双油缸驱动的回转交换示意图；
图9是双油缸驱动示意图；
图10是三向坐标与丝杠连接示意图；
具体实施方式
高速卧式加工中心主机整体结构，见图1-3，主轴箱在Y轴上下移动，工作台沿Z轴前后移动，左右移动的立柱为X轴；其特征在于：
1、机床三点支撑；
机床床身采用整体式铸造，设计布局为纵、横床身呈倒T字型结构，三个地脚呈等腰三角形结构分布，机床底盘设三点支撑，如图4所示，机床安装后地脚1不需调节只作为基准起支撑作用，需调整地脚2和地脚3的高度就能保证机床水平，安装调试非常方便，而且便免了以前那种多点支撑引起的机床变形，有利于机床的精度保持。X轴立柱设置在T型的后两点支撑的中间、横向左右移动，如图3所示，工作台交换装置设在T型前部回转机构上，工作台沿Z轴纵向前后移动。
2、X向床身导轨前低后高阶梯状分布，见图1、图5：
X向床身导轨4和导轨5呈前低后高阶梯状分布，X向丝杠6在床身导轨4与导轨5中间平行导轨放置，X向丝杠6与床身导轨4在较低的同一水平面，导轨5置于高位。这种设计在保证Z轴强度的情况下，大大减轻在X向上移动部件立柱的重量，从而获得更高的加速度性能。
3、中间排屑全套结构，见图6、图7：
本机床采用中间排屑方式，链板排屑器9设置在加工区域正下方，同时在加工区域前侧还有两个左右对称的螺旋排屑器7、8可以将飞溅到前部的切屑运回中间链板排屑器9，防护间在加工区域顶部设喷淋装置，其下游设置水箱排屑器10，通过传送带将排屑提升至排屑出口，下面有集屑小车11。
4、两套工作台的双油缸回转交换机构，见图3、图8、图9：
机床回转交换机构采用双油缸驱动，两工作台13、13’中心与回转台12中心在同一线上。回转台转轴外周对称设置两油缸的活塞15、小活塞16、16’、排气孔20，两端有回油口17、进油口14、14’、节流阀18、活塞齿条19与回转台12转轴外周齿啮合。
交换时液压油从油口14进入油缸内，推动活塞15和齿条向左移动，到达行程后与小活塞16接触通过调整节流阀18，控制从油口17回流的液压油的流量来达到缓冲的作用。反向运动时，液压油从油口14’进入带动活塞齿条19向左移动，此时小活塞16’起缓冲作用。
5、三向坐标与滚珠丝杠连接，见图10：
三向坐标轴承座20与床身21一体结构，安装方便减少了安装周期。X、Y、Z进给坐标采用交流进给伺服电机22带动滚珠丝杠23无级传动。交流伺服进给电机22作为动力源，滚珠丝杠23作为传动部件。电机端采用滚珠丝杠支撑轴承24固定支撑、远离电机一端采用滚针轴承25浮动支撑，确保丝杠进给刚度和寿命。

Claims (7)

1、高速卧式加工中心整机结构，包括床身、床身导轨、全套排屑，其特征在于床身采用三点支撑，X向床身导轨呈前低后高阶梯状分布，全套排屑包括加工区正下方设链板排屑器、前侧设对称螺旋排屑器、防护间顶部高设喷淋装置；在机床一点支撑部分上部设两套工作台及双油缸回转机构，X、Y、Z三向进给坐标采用交流伺服电机带动滚珠丝杠无级传动。
2、根据权利要求1所述的高速卧式加工中心整机结构，其特征在于为纵、横床身呈倒T字型结构，三个地脚呈等腰三角形结构分布，机床底盘设三点支撑。
3、根据权利要求1所述的高速卧式加工中心整机结构，其特征在于中间排屑方式，链板排屑器(9)设置在加工区域正下方，同时在加工区域前侧还有两个左右对称的螺旋排屑器(7)、(8)可以将飞溅到前部的切屑运回中间链板排屑器9，防护间在加工区域顶部设喷淋装置，其下游设置水箱排屑器(10)，通过传送带将排屑提升至排屑出口，下面有集屑小车(11)。
4、根据权利要求1所述的高速卧式加工中心整机结构，其特征在于X向床身导轨(4)和导轨(5)呈前低后高阶梯状分布，X向丝杠(6)在床身导轨(4)与导轨(5)中间平行导轨放置，X向丝杠(6)与床身导轨(4)在较低的同一水平面，导轨(5)置于高位。
5、根据权利要求1所述的高速卧式加工中心整机结构，其特征在于两工作台与回转台，圆心在同一线上，两套工作台和双油缸回转交换机构：两工作台(13)、(13’)中心与回转台(12)中心在同一线上，回转台转轴外周对称设置两油缸的活塞(15)、小活塞(16)、(16’)、排气孔(20)，两端有回油口(17)、进油口(14)、(14’)、节流阀(18)、活塞齿条(19)与回转台(12)转轴外周齿啮合。
6、根据权利要求1所述的高速卧式加工中心整机结构，其特征在于三向坐标轴承座(20)与床身(21)为一体结构，采用交流伺服进给电机(22)作为动力源，滚珠丝杠(23)作为传动部件，交流进给伺服电机(22)带动滚珠丝杠(23)实现X、Y、Z进给坐标的无级传动，电机端采用滚珠丝杠支撑轴承(24)固定支撑、远离电机一端采用滚针轴承(25)浮动支撑，确保丝杠进给刚度和寿命。
7、一种高速卧式加工中心整机结构的制造方法，经三维软件建模后用ANSYS软件分析对比，其特征在于按等腰三角形分布三个地脚，使床身呈倒T型结构，X轴立柱横向移动、工作台沿Z轴纵向移动；X向丝杠位于前低后高的两床身导轨之间，在保证Z轴强度的前题下，极大减轻移动部件立柱重量；直线运动采用X、Y、Z高速直线导轨，主传动采用两档变速，主轴转速6000rpm，40m/min，两工作台回转交换设双油缸驱动；机床的三向快速进给速度达到40m/min，工作台交换时间12秒，刀具交换时间3.5秒。
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