CN101704190B - 一种卧式车铣复合加工中心 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种卧式车铣复合加工中心，包括底座(71)、立柱(63)、X轴导轨、Z轴导轨、Y轴导轨以及刀具部件。刀具部件包括绕Y轴方向动作的C轴摆头组件(82)和绕X轴方向动作的B轴摆头组件(81)。B轴摆头组件(81)通过快换接头组件和紧固螺钉连接于C轴摆头组件(82)的端部。B轴摆头组件(81)为下端刀具设置成90度直角铣头的B轴摆头组件，或者为下端刀具设置带车削功能90度直角刀头的B轴摆头组件。本发明旨在提供一种卧式车铣复合加工中心，具备普通车铣复合机功能，并可作为叶片专用加工设备使用，达到一机多用、降低制造成本的目的。

Description

一种卧式车铣复合加工中心

技术领域

本发明涉及机床设备领域，更具体的说，尤其涉及一种通用型卧式车铣复合加工中心。

背景技术

目前机床行业中，5轴联动高档卧式车铣复合加工中心大多采用单个摆头，无法更换摆头，而且大多采用单一工件主轴，无法在低速高扭矩的铣削主轴和高速大功率的车削主轴之间更换，使其无法适应多种复杂形状工件的加工。

由电机本身性能和其制造业所达到的水平决定了一定体积的电机很难同时具有高转速和大扭矩两种特性。在制造业漫长的发展过程中，市场上的机床电主轴逐渐的发展演变为高速高效的大功率电主轴和低速大扭矩电主轴。通常情况下，低速大扭矩主轴电机的体积比高速大功率主轴电机的体积大。

由电主轴特性不同，其所能达到的加工效果也不相同。按照这一思路，相应的划分出更适合高速加工的高效机床和更适合大扭矩加工的低速机床。随着制造业的发展对工件的工艺要求不断增加，大多机械的部件同时需要高速加工和大扭矩的加工。甚至在同一零件的不同工艺顺序上，同时出现了高速和大扭矩这样不同的加工要求。若要制造这种零件，生产者必须同时拥有高速机床和大扭矩机床。在加工过程中造成极大的不便与资源浪费。因此若能开发出一种既能满足于进行高速又可以进行大扭矩加工要求的电主轴。必将极大的提高设备利用率节约生产成本。

通过对目前常见的主轴电机结构的分析和研究发现。目前电机材料的使用限制了电主轴的发展。暂时无法从重提高电机性能上达到同时满足高速大功率和低速大扭矩的加工工艺要求。

如图1所示现有技术的主轴电机组件与其电主轴的结构图。其中，芯轴4的外侧套有主轴电机组件1，主轴电机组件1的左右两侧分别设置主轴后端轴承组合2、主轴前端轴承组合3。也就是说，出于定位与运行稳定等原因，现有技术下电主轴的主轴电机多设计在位于电主轴芯轴的中心处。这一结构存在的最大问题在于，非常不便于拆装更换。因为，与拆换主轴电机组件需要退下两侧的轴承组合，这一操作不但繁琐，更重要的对于精密的电机设备来说，轴承组合的安装精度是影响电机输出精度的重要因素。而上述拆卸轴承组合的方式，往往会损毁轴承组合，进而使得整套设备报废。因此若能改变主轴电机组件安装位置，则可以有效的进行拆装。

发明内容

本发明旨在提供一种卧式车铣复合加工中心，具备普通车铣复合机功能的同时，可以转变成叶片专用加工设备，从而扩展现有技术的卧式车铣复合加工中心的功能，降低叶片加工厂商的设备投入成本，达到一机多用的目的。尤其本发明的加工中心可以便捷地更换电机驱动电主轴，从而能够满足高速和大扭矩多规格多类型电主轴输出的工艺要求。

为了达到上述目的，本发明提供了一种卧式车铣复合加工中心，包括底座以及底座上的立柱。其中，立柱上设置水平方向的Z轴导轨，Z轴导轨设置有床鞍，床鞍上设置有竖向X轴导轨；X轴导轨上设置有滑枕和滑枕座；滑枕中间开口设置垂直于X轴、Z轴导轨沿Y轴导轨动作的刀具部件。此外，位于刀具部件前方的加工区在底座上设置有水平方向的W2轴导轨。W2轴导轨上左右两侧分别设置驱动被加工工件的主轴电机组件、输出芯轴、主轴箱及卡盘组件。本发明的重大改进在于，刀具部件包括绕Y轴方向动作的C轴摆头组件和绕X轴方向动作的B轴摆头组件；B轴摆头组件通过快换接头组件和紧固螺钉连接于C轴摆头组件的端部。而B轴摆头组件可以利用下端刀具设置成90度直角铣头的B轴摆头组件与下端刀具设置带车削功能90度直角刀头的B轴摆头组件实现互换。

本发明卧式车铣复合加工中心，其改进还在于，上述主轴箱中包括辅助芯轴转动的后端轴承组合和前端轴承组合。主轴电机组件固定于后端轴承组合的后侧。而主轴电机组件包括定子、定子内径处套接的转子，以及转子内径处套接的转子衬套。转子衬套内圈设置有凹形槽，使得转子衬套与中心套接的芯轴之间形成环形间隙；转子衬套上开设有连通至间隙的注油孔。

优选方式下，注油孔开设于转子衬套的端面处。此外，主轴电机组件通过连接法兰依靠螺栓固定于后端轴承组合后端面处的机壳端面上。上述主轴电机组件可以通过低速大扭矩电机或高速大功率电机等多款不同功率不同扭矩电机的互换使用，实现电主轴不同功率不同扭矩的输出。具体使用方法，包括如下步骤：

1、拆卸方法

拆开主轴电机组件与机壳端面的固定端，以及主轴电机组件的后侧端盖组件，拆下定子，露出转子衬套上的注油孔；通过注油孔注入高压液压油，使得转子衬套与芯轴之间产生装配间隙，实现主轴电机组件的更换。

2、安装方法

主轴电机组件欲安装到电主轴上，本发明主要以热装方式将主轴电机组件中的转子和转子衬套安装于芯轴上，而后装入定子，并固定端面的螺栓，实现安装。

本发明卧式车铣复合加工中心采用两种90度直角头可互换的结构，当采用带车削功能的90度直角头时，既可车削又可铣削工件，功能强大，均衡的完成高精度复杂工件的加工。90度直角铣头主要铣削叶片等曲面工件的加工，由于90度直角铣头的刀尖点相对与C轴电机中心的位置更近，所以B轴所受扭矩小，刚性好，5轴插补的处理速度要更快，而且震动更小，使叶片等曲面工件的表面的粗糙度更好，精度更高。

此外，本发明加工中心的工件主轴分为前端轴承组合，后端轴承组合，芯轴，转子衬套，转子，定子，主轴电机(两种主轴电机)，通过更换电机来实现低速高扭矩的铣削主轴和高速大功率的车削主轴之间更换，低速高扭矩的电主轴采用低速高扭矩电机，高速大功率的电主轴采用高速大功率电机。可以根据加工工艺的需要，方便的更换主轴电机组件。若机床采用这种电主轴结构，则可以在不更换机床甚至不重新装夹工件的条件下在一台机床上完成高速大功率工艺要求零件的加工和低速大扭矩工艺要求零件的加工。从而达到一机多用的目的。极大的提高了单一设备的工作范围。很大程度上的节约了生产的投资成本。

综上，本发明卧式车铣复合加工中心通过摆头和工件主轴的更换，使其适应多种复杂形状工件的加工。

附图说明

图1是现有技术下电主轴与主轴电机组件的设置结构示意图；

图2是本发明卧式车铣复合加工中心的电主轴与主轴电机组件设置结构示意图；

图3是图2所示结构更换拆装状态的分解结构示意图；

图4是图3中主轴电机组件左侧投影结构示意图；

图5是图2中B处放大结构示意图；

图6是本发明卧式车铣复合加工中心的整体结构立体示意图；

图7是90度直角铣头结构示意图；

图8是带车削功能的90度直角头的结构示意图。

具体实施方式

如图6所示，本发明的卧式车铣复合加工中心64包括底座71和立柱63。其中，立柱63上设置水平方向的Z轴导轨66，Z轴导轨66设置有床鞍62，床鞍62上设置有竖向X轴导轨65；X轴导轨65上设置有滑枕67和滑枕座61；滑枕67中间开口设置垂直于X轴、Z轴导轨沿Y轴导轨72动作的刀具部件。此外，位于刀具组件前方的加工区在底座71上设置有水平方向W2轴导轨73，W2轴导轨73上左右两侧分别设置驱动被加工工件的主轴电机组件1、输出芯轴4、主轴箱69和74，以及卡盘组件70。

其中，刀具部件包括绕Y轴方向动作的C轴摆头组件82，和绕X轴方向动作的B轴摆头组件81。B轴摆头组件81通过快换接头组件和紧固螺钉连接于C轴摆头组件82的端部。快换接头组件的结构可参考本申请人于2007年01月24日申请的中国专利“一种简易快换方法以及所用快换结构”，专利号CN200710010144.5。该专利通过引用，全文结合于本文，并适用于本发明的结构。

此外，本发明的重大改进在于，B轴摆头组件可以利用下端刀具设置成90度直角铣头的B轴摆头组件与下端刀具设置带车削功能90度直角刀头的B轴摆头组件实现互换。工作原理为：摆头的更换是通过更换摆头B轴来实现的，使用快换接头连接，达到快速，无泄漏的更换，使其能加工多种复杂形状的工件。具体工作过程为：1)松开B轴和C轴的螺钉，用辅助工具支撑B轴。2)缓慢拆卸B轴，B轴和C轴之间用快换接头连接，使用快换接头连接采用对接方式，速度快，保证无泄漏。3)换上另一种摆头B轴，完成更换。

而上述下端刀具设置成90度直角铣头的B轴摆头组件，以及下端刀具设置带车削功能90度直角刀头的B轴摆头组件，在现有技术下分别用在两类不同的加工中心或机床设备中。其互换的实现需要将快换接头组件的结构设计到上述两类摆头组件中，主要依靠同类接口(如相同尺寸、相同连接位置、相同线路等)实现二者的互换使用，从而扩展现有加工中心成为叶片专用加工设备和普通车铣复合中心的结合，达到一机多用的目的。

本发明卧式车铣复合加工中心，工件电主轴的基本结构包括：可换低速大扭矩电机及其组件/可换换高速大功率电机及其组件1，主轴后端轴承组合2，主轴前端轴承组合组件3和主轴芯轴4四大部分组成(如图2和3所示)。

如图6，结合图2和3说明，第一主轴箱69和第二主轴箱74中设置有辅助芯轴4转动的后端轴承组合2和前端轴承组合3。主轴电机组件1(图6未示出)固定于后端轴承组合2的后侧，使得后端轴承组合2和前端轴承组合3位于同侧辅助芯轴4转动。

如图3所示，左侧主轴电机组件1的结构包括定子11、定子11内径处套接的转子12，以及转子12内径处套接的转子衬套13。此外，如图放大图5所示，转子衬套13内圈设置有凹形槽，使得转子衬套13与所述芯轴4之间形成环形间隙32；而且转子衬套13上开设有连通至间隙32的注油孔31。优选方式下，如图所示，注油孔31开设于转子衬套13的端面处。

此外，如图2和4所述，主轴电机组件1通过连接法兰依靠螺栓在螺栓孔5处或依靠销轴利用销孔6固定于后端轴承组合2后端面处的机壳端面上。

本发明的结构，当加工条件改变时，可按照加工需要通过更换可换低速大扭矩电机及其组件/可换换高速大功率电机及其组件来满足加工要求。出于实际工作需要考虑，以拆卸低速大扭矩电机及其组件更换为高速大功率电机及其组件为例：

一、拆卸低速大扭矩电机

(1)拆卸低速大扭矩电机定子部分

当出于加工需要拆卸低速大扭矩电机时，先拆下主轴电机组件中法兰盘上紧固的内六角螺栓，既可直接拔出定位销拆下低速大扭矩电机定子部分。整个过程简单方便。

(2)拆卸低速大扭矩电机转子子部分

本电主轴结构方案的电机转子及其转子衬套采用红装的方法安装在主轴芯轴上。在转子衬套中部留有1.5mm间隙。转子衬套端面与转子衬套与芯轴间隙间留有注油孔。在拆卸时为避免损坏芯轴，预先通过注油孔在转子衬套与芯轴间隙里注入高压液压油。此时转子衬套连同转子在高压液压油的作用下由内向外膨胀。产生较大装配间隙。此时便可轻松的拆下低速大扭矩电机的转子部分。

至此整个低速大扭矩电机拆卸过程结束。

此种装配使用膨胀方法，在其整个操作过程中无需借助类似胶皮锤，拉拔器等工具。在拆装过程中可以有效的保护电主轴芯轴不会因外力作用而变形磨损失去其原有精度。

二、安装高速大功率电机

(1)安装高速大功率电机转子部分

本电主轴结构方案的电机转子及其转子衬套采用热装的方法安装在主轴芯轴上。电机转子嵌入式安装在转子衬套上。安装前需将转子衬套预先加热至一定温度，然后便可将高速大功率电机转子部分推入主轴芯轴进行装配。确保装配后转子衬套与主轴芯轴紧密配合传动扭矩。

(2)安装高速大功率电机定子部分

在安装安装高速大功率电机定子部分时，首先先将高速大功率电机定子部分推入，使法兰盘上的定位销与其对应销孔对齐。然后拧紧内六角螺栓既可。

至此整个高速大功率电机安装过程结束

另外：在更换电机的过程中，由于所换电机为统一接口。其所对应的芯轴不需要另外更换。结构简单。更换过程方便快捷且精度便于保证。便于制作其标准方案进行系统化生产。

综上本发明加工中心工件主轴的更换是通过更换电机来实现的，主轴其余部分和主轴箱部分不需要拆卸即可更换电机。工件主轴的更换步骤为：1)通过拆卸电机端螺钉，拆下电机。2)换上另一种类型的电机，来完成低速高扭矩的铣削主轴和高速大功率的车削主轴之间的更换。3)拧紧螺钉，固定电机，完成更换。高速大功率卧式车铣复合加工中心用电主轴，适用于车削加工。低速高扭矩卧式车铣复合加工中心用电主轴，适用于铣削加工。根据不同工件的加工要求，选择不同性能的电主轴，使其满足不同的加工需要，完成高精度工具的加工。同时，本发明卧式车铣复合加工中心可以更换两种摆头，90度直角铣头和带有车削功能的90度直角头，使用带车削功能的90度直角头可以车削和铣削工件，均衡的完成高精度复杂工件的加工，90度直角铣头主要铣削叶片等曲面加工。90度直角头分为B轴和C轴，更换时只需拆卸B轴与C轴的螺钉，C轴不动，拆下B轴即可更换摆头，直角头之间通过快换接头连接，能快速，无泄漏的更换。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种卧式车铣复合加工中心，包括底座(71)，以及所述底座(71)上的立柱(63)；其中，所述立柱(63)上设置水平方向的Z轴导轨(66)，所述Z轴导轨(66)设置有床鞍(62)，所述床鞍(62)上设置有竖向X轴导轨(65)；X轴导轨(65)上设置有滑枕(67)和滑枕座(61)；所述滑枕(67)中间开口设置垂直于所述X轴、Z轴导轨沿Y轴导轨(72)动作的刀具部件；

此外，位于所述刀具部件前方的加工区在所述底座(71)上设置有水平方向W2轴导轨(73)，所述W2轴导轨(73)上左右两侧分别设置驱动被加工工件的主轴电机组件(1)、输出芯轴(4)、主轴箱(69、74)及卡盘组件；

其特征在于，

所述刀具部件包括绕Y轴方向动作的C轴摆头组件(82)和绕X轴方向动作的B轴摆头组件(81)；所述B轴摆头组件(81)通过快换接头组件和紧固螺钉连接于所述C轴摆头组件(82)的端部；

所述B轴摆头组件(81)为下端刀具设置成90度直角铣头的B轴摆头组件，或者下端刀具设置带车削功能90度直角刀头的B轴摆头组件；

所述主轴箱(69、74)中包括辅助所述芯轴(4)转动的后端轴承组合(2)和前端轴承组合(3)；

所述主轴电机组件(1)固定于所述后端轴承组合(2)的后侧；

其中，所述主轴电机组件(1)包括定子(11)、所述定子(11)内径处套接的转子(12)，以及所述转子(12)内径处套接的转子衬套(13)；所述转子衬套(13)内圈设置有凹形槽，使得所述转子衬套(13)与所述芯轴(4)之间形成环形间隙(32)；所述转子衬套(13)上开设有连通至所述间隙(32)的注油孔(31)。

2.根据权利要求1所述卧式车铣复合加工中心，其特征在于，所述注油孔(31)开设于所述转子衬套(13)的端面处。

3.根据权利要求2所述卧式车铣复合加工中心，其特征在于，所述主轴电机组件(1)通过连接法兰依靠螺栓固定于所述后端轴承组合(2)后端面处的机壳端面上。

4.根据权利要求2-3任一所述卧式车铣复合加工中心，其特征在于，所述主轴电机组件(1)为低速大扭矩电机及其组件，或高速大功率电机及其组件。

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