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

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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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Abstract

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
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
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
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。
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。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
(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。
(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3.24g，而传统机床进给加速度在1g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
图1为本发明的双立柱龙门数控铣床装置结构示意图；
图2为本发明机床主轴，其中图2a为电主轴示意图，图2b为主轴与主轴箱安装面图；
图3数控工作台与床身导轨连接；
图4为本发明的滑动箱与立柱的连接方式；
图5为本发明的主轴箱与滑动箱导轨的连接方式；
图6为本发明的左立柱或右立柱结构示意图；
图7为本发明的床身结构示意图；
图8为本发明的滑动箱结构示意图；
图9为本发明的主轴箱结构示意图。
具体实施方式
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20一端固定在导轨上，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24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。
主轴的连接方式如图2a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24(如图2(b)所示)实现的。
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26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。
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。
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。
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。
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。
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：
A.将工件固定在数控工作台上；
B.打开主轴控制开关，使主轴旋转，提供切削速度；
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；
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；
E.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；
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。
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(4)、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(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)安装床身(1)上，并与床身(1)固定连接；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)在床身导轨(7)上沿X方向往复运动；左立柱(3)和右立柱(6)分别与床身(1)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)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(23)与主轴箱(14)固定连接，主轴箱(14)带着主轴(23)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(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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