CN102059390A - 一种双立柱龙门数控铣床装置 - Google Patents

一种双立柱龙门数控铣床装置 Download PDF

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王延忠
沈华红
刘强
孙红梅
吕晓宇
高琦
谷立恒
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一种双立柱龙门数控铣床结构,包括:机床床身、数控工作台、左右立柱、滑动箱、主轴箱、主轴、传动机构,直线电机;床身通过地脚螺栓与地面相连。立柱与床身采用螺栓连接;滑动箱在与立柱连接的导轨上滑动,主轴箱在滑动箱内部的导轨上上下滑动,主轴与主轴箱采用螺栓连接。数控工作台沿X方向移动,滑动箱沿Y方向移动,主轴箱沿Z方向移动,主轴通过一体的电机驱动绕轴线高速旋转。工作时,工件固定在数控工作台上,由X轴直线电机驱动使数控工作台带着工件实现X轴的进给运动。滑动箱带着主轴箱沿Y方向移动,实现主轴在Y,Z两个方向的进给运动,主轴自身高速旋转实现主切削运动。通过这样一个运动过程,就可以实现X、Y、Z三坐标切削运动。

Description

一种双立柱龙门数控铣床装置
技术领域
[0001] 本发明涉及一种新型双立柱龙门数控铣床装置,适用于任何曲面的数控加工。 背景技术
[0002] 目前,从国内外的技术资料显示,曲面加工可以采用车削中心、铣削加工中心和数 控磨床。由于目前大多数机床采用单立柱结构形式,在进行大余量切削时由于机床的刚性 发生变化而使加工精度降低,加工效率不高。
发明内容
[0003] 本发明的目的在于:克服技术的单立柱机床高速切削时产生的刚度问题不足,提 供一种双立柱龙门数控铣床装置,加强了机床的整体刚度,保证加工精度要求,提高加工效率。
[0004] 本发明的技术方案是:一种双立柱龙门数控铣床装置包括:床身、数控工作台、左 立柱、右立柱、床身导轨、右立柱导轨、左立柱导轨、滑动箱正面导轨、滑动箱内部侧面导轨、 X轴直线电机、Y轴直线电机、Z轴直线电机、滑动箱、主轴箱和主轴;床身导轨安装在床身 上,并与床身固定连接;X轴直线电机的初极安装在数控工作台的底面,X轴直线电机的次 级安装在床身上,以实现X轴直线电机驱动数控工作台在床身导轨上沿X方向往复运动;左 立柱和右立柱分别与床身固定连接,在左立柱上安装有左立柱导轨,在右立柱上装有右立 柱导轨,Y轴直线电机的初极安装在滑动箱的底面,Y轴直线电机的次级分别安装在右立柱 导轨和左立柱导轨上,以实现Y轴直线电机驱动滑动箱同时在右立柱导轨和左立柱导轨上 沿Y方向往复运动;主轴箱位于滑动箱内部,主轴与主轴箱固定连接,主轴箱带着主轴在滑 动箱内部正面导轨、滑动箱内部侧面导轨上沿Z轴方向往复运动;主轴通过一体的电机驱 动绕轴线高速旋转;工作时,工件固定在数控工作台上,由X轴直线电机驱动使数控工作台 带着工件实现X轴的进给运动;由Y轴直线电机驱动滑动箱带着主轴箱沿Y方向移动,由 Z轴直线电机驱动主轴箱沿Z轴在滑动箱内部正面导轨、滑动箱内部侧面导轨上运动,实现 主轴在Y、Z两个方向的进给运动;主轴自身高速旋转实现主切削运动,通过这样一个运动 过程,就可以实现X、Y、Z三坐标切削运动。
[0005] 本发明与现有技术相比的有益效果是:
[0006] (1)目前,现有技术单立柱数控加工中心在针对大余量工件的切削时,为了避免加 工时产生大的切削力,往往采用小的进给量的方法,增加了切削的走刀次数,使得加工效率 降低。本发明针对这种现象,设计的双立柱龙门数控铣床加强了机床的整体刚度,保证加工 精度要求,提高了加工效率,可以实现高速切削,满足工件质量要求。本发明的数控工作台 进给速度达到60m/min,主轴转速可达18000r/min。
[0007] (2)本发明的X、Y、Z三坐标运动均采用直线电机驱动,直线电机不同于普通的转 子电机,传统的传动链从电动机到工作部件要通过齿轮、蜗轮副,皮带、丝杠副、联轴器、离 合器等中间传动环节,而采用直线电机传动不再需要上述的中间传递环节,电机直接驱动运动部件,采用直线电机使得数控铣床具有以下优点:进给速度范围宽;加速度大,直线电 机最大加速度可达30g,目前加工中心的进给加速度已达3. Mg,而传统机床进给加速度在 Ig以下;定位精度高,可实现纳米级控制;结构简单、运动平稳、噪声小,运动部件摩擦小、 磨损小、使用寿命长、安全可靠;由于直线电机自身的结构特点,使得机床行程不受限制。采 用直线电机驱动,定子可无限加长,且制造工艺简单。
附图说明
[0008] 图1为本发明的双立柱龙门数控铣床装置结构示意图;
[0009] 图2为本发明机床主轴,其中图加为电主轴示意图,图2b为主轴与主轴箱安装面 图;
[0010] 图3数控工作台与床身导轨连接;
[0011] 图4为本发明的滑动箱与立柱的连接方式;
[0012] 图5为本发明的主轴箱与滑动箱导轨的连接方式;
[0013] 图6为本发明的左立柱或右立柱结构示意图;
[0014] 图7为本发明的床身结构示意图;
[0015] 图8为本发明的滑动箱结构示意图;
[0016] 图9为本发明的主轴箱结构示意图。
具体实施方式
[0017] 如图1、2所示,本发明的双立柱龙门数控铣床装置包括:床身1、数控工作台4、履 带20、地脚螺栓2、右、左立柱连接螺栓5、22、左立柱3、右立柱6、床身导轨7、右立柱导轨8、 左立柱导轨17、滑动箱内部正面导轨13、滑动箱内部侧面导轨16、工作台滑块25、滑动箱导 轨滑块10、主轴箱导轨滑块12、X轴直线电机21、Y轴直线电机19、Z轴直线电机15、滑动 箱11、主轴箱14和主轴23。床身导轨7与床身1采用螺栓连接,床身1通过地脚螺栓2与 地面连接;X轴直线电机21的初极安装在数控工作台4的底面,X轴直线电机21的次级安 装在床身1上,以实现X轴直线电机21驱动数控工作台4通过滑块25在床身导轨7上沿 X方向往复运动,履带20 —端固定在导轨上,另一端固定在工作台上,这样可以限制数控工 作台4的行程;左立柱3和右立柱6分别与床身1通过左、右立柱连接螺栓22、5固定连接, 在左立柱3上安装有左立柱导轨17,在右立柱6上装有右立柱导轨8,Y轴直线电机19的 初极安装在滑动箱11的底面,Y轴直线电机19的次级分别安装在右立柱导轨8和左立柱 导轨17上,以实现Y轴直线电机19驱动滑动箱11通过滑块10同时在右立柱导轨8和左 立柱导轨17上沿Y方向往复运动;主轴箱14位于滑动箱11内部,主轴箱14带着主轴23 沿滑动箱11上的主轴箱正面导轨13、主轴箱侧面导轨16在Z方向上下移动。主轴23与主 轴箱14固定连接,主轴箱14带着主轴23在滑动箱11内部的滑动箱内部正面导轨13、滑动 内侧面导轨16上沿Z轴方向往复运动;主轴23通过螺纹孔M与主轴箱14实现固定连接。 主轴采用电主轴(电机与轴一体化)。主轴23通过一体的电机驱动绕轴线高速旋转;工作 时,工件27固定在数控工作台4上,由X轴直线电机21驱动使数控工作台4带着工件实现 X轴的进给运动;由Y轴直线电机驱动滑动箱11带着主轴箱14沿Y方向移动,由Z轴直线 电机驱动主轴箱沿Z轴在滑动箱内侧正面导轨13、滑动箱内部侧面导轨16上运动,实现主
4轴在Y、Z两个方向的进给运动;主轴自身高速旋转实现主切削运动,通过这样一个运动过 程,就可以实现X、Y、Z三坐标切削运动。
[0018] 主轴的连接方式如图加所示,主轴23与主轴箱14的连接是通过采用主轴沿圆周 分布的一组螺纹孔M(如图2(b)所示)实现的。
[0019] 如图3所示,数控工作台4与床身导轨7的装配关系图,数控工作台4与床身导轨 7的连接方式,数控工作台4上的T型槽沈用来固定工件27。滑块25与数控工作台4采 用固定连接,滑块25在床身导轨7上沿X方向移动。床身导轨7与床身1采用螺栓固定连 接。
[0020] 如图4所示,滑动箱11与右立柱导轨8和左立柱导轨17连接方式,滑动箱11在 与左立柱3和右立柱6连接的右立柱导轨8、左立柱导轨17上沿Y方向前后滑动,其中滑块 18与滑动箱11采用固定连接方式,滑块18在左立柱导轨17上自由移动。
[0021] 如图5所示,主轴箱14与滑动箱内部正面导轨13、滑动箱内部侧面导轨16连接方 式,主轴箱14与滑动箱内部正面导轨13、滑动箱内部侧面导轨16采用螺纹连接,主轴箱导 轨滑块12与滑动箱11采用螺纹连接。滑块12沿对应的滑动箱内部正面导轨13运动。
[0022] 图6-图9分别为左右立柱3、6、床身1、滑动箱11、主轴箱23的零件图。
[0023] 如图6所示,机床立柱的总体结构为U字型,立柱两侧的部分为空心结构,内部布 有加强筋,立柱的横梁部分布有立柱导轨的安装面。图7为机床的床身1。床身1总体为长 方形,中间部分为床身导轨安装面,上下边缘为地脚螺栓的安装部位。图8为机床滑动箱, 滑动箱总体为U字型,滑动箱内部布有加强筋,内侧有主轴箱导轨的安装面,左右两立柱底 面为机床立柱导轨滑块的安装面。图9为主轴箱,主轴箱内部是空心的,用来放置主轴,主 轴箱的右视图可以看到有一组螺纹孔,用来连接主轴与主轴箱。
[0024] 本发明的双立柱龙门数控铣床装置的加工方法,实现步骤如下:
[0025] A.将工件固定在数控工作台上;
[0026] B.打开主轴控制开关,使主轴旋转,提供切削速度;
[0027] C. X轴直线电机驱动数控工作台在导轨上实现X方向的进给运动;
[0028] D. Y轴直线电机驱动滑动箱在导轨上实现Y方向的进给运动;
[0029] Ε. Z轴直线电机驱动主轴箱在导轨上实现Z方向的进给运动;
[0030] X、Y、Z三个方向的滑动连接方式均通过滑块在导轨上实现直线运动。完成以上步 骤,就可以实现工件表面要求的切削运动。
[0031] 本发明未详细阐述部分属于本领域公知技术。

Claims (2)

1. 一种双立柱龙门数控铣床装置,其特征在于包括:床身(1)、数控工作台、左立 柱(3)、右立柱(6)、床身导轨(7)、右立柱导轨(8)、左立柱导轨(17)、滑动箱内部正面导 轨(13)、滑动箱内部侧面导轨(16)、X轴直线电机01)、Y轴直线电机(19)、Z轴直线电机(15)、滑动箱(11)、主轴箱(14)和主轴(23);床身导轨(7)安装床身(1)上,并与床身(1) 固定连接;X轴直线电机的初极安装在数控工作台(4)的底面,X轴直线电机的 次级安装在床身(1)上,以实现X轴直线电机驱动数控工作台(4)在床身导轨(7)上 沿X方向往复运动;左立柱C3)和右立柱(6)分别与床身(1)固定连接,在左立柱C3)上安 装有左立柱导轨(17),在右立柱(6)上装有右立柱导轨(8),Y轴直线电机(19)的初极安装 在滑动箱(11)的底面,Y轴直线电机(19)的次级分别安装在右立柱导轨(8)和左立柱导 轨(17)上,以实现Y轴直线电机(19)驱动滑动箱(11)同时在右立柱导轨⑶和左立柱导 轨(17)上沿Y方向往复运动;主轴箱(14)位于滑动箱(11)内部,主轴与主轴箱(14) 固定连接,主轴箱(14)带着主轴在滑动箱内部正面导轨(13)、滑动箱内部侧面导轨(16)上沿Z轴方向往复运动;主轴通过一体的电机驱动绕轴线高速旋转;工作时,工 件(XT)固定在数控工作台(4)上,由X轴直线电机驱动使数控工作台(4)带着工件 实现X轴的进给运动;由Y轴直线电机驱动滑动箱(11)带着主轴箱(14)沿Y方向移动,由 Z轴直线电机驱动主轴箱沿Z轴在滑动箱内部正面导轨(13)、滑动箱内部侧面导轨(16)上 运动,实现主轴在Y、Z两个方向的进给运动;主轴自身高速旋转实现主切削运动,通过这样 一个运动过程,就可以实现X、Y、Z三坐标切削运动。
2.根据权利要求1所述的一种双立柱龙门数控铣床装置,其特征在于:所述的X、Y、Z 三坐标运动均采用直线电机驱动。
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