CN102179706A - 一种超重型机床的工件支持系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于超重型机床的工件支持系统，包括床身，所述床身上面右侧设置有底部液压支架，床身上面左侧设置有支活塞架；所述底部液压支架和支活塞架上分别设置有阻尼器的滚动支架，在阻尼器的滚动支架上固定安装有管型支柱，管型支柱的顶端设置有支持滚子；所述工件放置于支持滚子上面，在工件和床身之间设置有梯形隔离板；所述梯形隔离板下面设置有驱动装置，该驱动装置上连接有驱动轴，驱动轴穿过设置在梯形隔离板中间的孔与工件相接触。该系统即利用阻尼吸振器原理来增大机构阻尼，同时支持超重型工件在其上平滑滚动，实现增强整个切削加工工艺系统的刚性和抗振性。本发明主要适用于重型机械、风力发电机、核能发电机、船舶制造业、电力设备制造业等多种大型机械加工制造领域。

Description

一种超重型机床的工件支持系统

技术领域

本发明专利涉及机械加工技术领域，作为一种超重型机床的重要附件，特指一种实现振动衰减的超重型机床用的工件支持系统，主要适用于重型机械、风力发电机、核能发电机、船舶制造业、电力设备制造业等多种大型机械转子的加工制造领域。

背景技术

当前的超重型机床(加工直径大于5米、长度超过20米、承载超过500吨，并具有车、钻、镗等多种复合加工功能)在加工过程中，工件主要由主轴箱卡盘及顶尖和尾座顶尖两端夹持，另外也有专用中心架作为辅助支撑。由于其加工零件尺寸大，切削速度高，切削强度高，因此，整个工艺系统的刚度变化较大，极易产生各种变形，这些变形将影响机床的切削稳定性、可靠性以及精度保持性，并影响了加工工艺的合理安排，从而影响机床的使用寿命以及大型件的加工质量。

同时，现有的诸多专利技术的中心架或跟刀架主要是对细长轴类零件起到辅助支撑作用，大多数中心架对被加工零件的支撑是一种刚性支撑，中心架或跟刀架与被加工零件在支撑点直接接触，存在工作时或者需要对支撑点不断的加注油润滑，或者容易破坏被加工零件的已加工表面质量，或者支撑刚度不足等问题。也有采用气体动压或液体静压的中心架解决以上问题的，如专利号：200810233925和专利号：200810233922，也主要是针对细长轴类零件的加工。而专利号：200810112587，公开了一种自稳态中心支撑装置，能够满足管材生产线的螺纹加工过程中对支撑机械的要求，主要由四块支撑板依次铰接形成的M形支撑结构。专利号：200810049266，公开了一种自对中心的机床中心托架装置，主要依靠螺母旋紧对中作用，主要适用于对准较细长轴类零件和套筒零件中心。其他类似专利也大多应用于普通车床加工，均不适用于重型机床特殊的重载高强度切削工况使用。

其他公知的中心架如，专利号：200920096415公开了一种重型卧车中心架调整装置，采用了Y型支撑驾及底座，所占空间较大，结构复杂，并不能有效提高超重型加工工艺系统的动态特性。

为了解决上述机床刚性中心架或支撑装置存在的不足之处，和开发适合于超重型机床超大型工件及特殊的重载高强度切削工况使用，就必须考虑采用相关机构或改进机床本身结构来增大整个工艺系统的刚度，增强工件夹持的可靠性，同时增强其抗振性能，以实现超重型机床理想的加工质量和使用寿命。机械结构的抗振性能依赖于刚度、阻尼和质量，阻尼对于机构的影响程度与刚度同样重要，因此结构阻尼的设计是非常重要的。

为了将阻尼衰减机制引入到结构中，考虑通常情况下阻尼可以通过相对运动之间的摩擦而得到，因而可以通过在移动方向相反的表面之间的相对摩擦运动来获得最大程度的阻尼，为了对摩擦所产生的能量进行有效的耗散，需要采用粘性或者粘弹性材料，以增大其摩擦力。

本发明专利是一种基于阻尼吸振器原理的超重型机床的工件支持系统，是解决超重型机床加工过程工艺系统刚度不足，抗振性能差的一个积极尝试。

发明内容

本发明是提供一种实现振动衰减的超重型机床用的工件支持系统，即利用阻尼吸振器原理来增大机构的阻尼性能，同时支持超重型工件在其上平滑滚动，实现增大整个切削加工工艺系统的刚性，提高其抗振性和稳定性。

本发明提供一种用于超重型机床的工件支持系统，包括床身，所述床身上面右侧设置有底部液压支架，床身上面左侧设置有支活塞架；所述底部液压支架和支活塞架上分别设置有阻尼器的滚动支架，在阻尼器的滚动支架上固定安装有管型支柱，管型支柱的顶端设置有支持滚子；所述工件放置于支持滚子上面，在工件和床身之间设置有梯形隔离板；所述梯形隔离板下面设置有驱动装置，该驱动装置上连接有驱动轴，驱动轴穿过设置在梯形隔离板中间的孔与工件相接触。

所述底部液压支架底面设置有右侧限位块，支活塞架底面设置有左侧限位块。所述管型支柱为四根，管型支柱、梯形隔离板、底部液压支架和支活塞架形成稳定的梯形凸台结构，管型支柱的活塞和油缸之间充溢高剪切粘度的液压油；当活塞杆发生振动时，活塞杆与油缸壁之间的间隙会发生变化，粘性液压油将时而被压出时而被吸入，这将引起挤压膜阻尼。

所述梯形隔离板采用轻质高刚度的蜂窝铝合金材料制造，同时，梯形隔离板与两端管型支柱的接触部分施加阻尼层，两者在切削加工过程中的相对微小运动可增加阻尼层的剪切变形，从而增加阻尼材料的耗能作用。

所述支持滚子嵌入管型支柱的另一端凹形口中，其交接处是用0.10mm厚的聚四氟乙烯薄膜形成低摩擦系数的滑动副，并涂以润滑脂；支持滚子与管型支柱之间的能够实现微滑动，能对切削振动及切削冲击产生较大的衰减。

所述驱动装置处于梯形隔离板的几何中心位置，来驱动整个工件支持系统的高度及平衡受力情况，通过调节驱动轴来适应不同规格的大型工件。

所述底部液压支架采用液压缸及活塞原理来衰减水平方向振动。

所述底部液压支架及支活塞架一方面向下紧贴床身，一方面向上支持整个机构及工件的部分重力，另一方面它利用左右限位块卡紧床身，保证系统水平方向具有足够的刚性。

本发明主要包括：支持滚子，管型支柱，阻尼器的滚动支架，液压缸支架，限位块，床身，驱动装置，活塞支架，隔离支架，驱动轴等；管型支柱是一种由活塞和油缸组成的减振器结构。整个机构形成高稳定的梯形凸台结构，其中，活塞和油缸之间充溢高剪切粘度的液压油，当活塞杆发生振动时，其与油缸壁之间的间隙会发生变化，粘性液压油将时而被压出时而被吸入，这将引起挤压膜阻尼。与普通的滑动阻尼减振器相比，挤压膜阻尼对振动、冲击的能量耗散更大。每个支持滚子嵌入活塞杆另一端凹形口中，其交接处是用0.10mm厚的聚四氟乙烯薄膜形成低摩擦系数的滑动副，并涂以润滑脂。当切削加工时，工件与支持滚子之间有相对滚动，支持滚子与管型阻尼器之间的微滑动可对切削振动及切削冲击产生较大的衰减，而且交界处的很微小的摩擦又充分保证了管型支柱足够的刚度及使用寿命。驱动装置是为了适应不同规格的大型工件，可以通过调节驱动轴来实现。梯形梯形隔离板采用轻质高刚度的蜂窝铝合金材料铸造成型，其刚度/重量比较铸铁5倍以上。当工件产生振动时，梯形隔离板有类似于杠杆的放大作用，减小振动振幅，它与两端管型支柱分担工件的部分重力及切削力，主要起到平衡并保持稳定支持系统的作用，同时管型支柱与梯形隔离板相接触部位同样覆有润滑脂，两者之间由于切削振动影响会引起相对微小运动，同样也形成摩擦滑动副，形成阻尼层，两者相对运动可增加阻尼层的拉压变形，从而增加阻尼材料的耗能作用，它具有阻尼高，重量轻和刚度好的特性。底部液压缸及活塞支架一方面起到保持系统水平方向具有足够的刚度的作用，同时也起到衰减水平方向振动的作用。基于阻尼吸振器原理的超重型机床工件支持系统，对于整个工艺系统来说，此机构极大的增加了工艺系统的刚度和抗振性能。同时保证切削加工的人员及设备的安全性。

本发明专利基于阻尼吸振器原理的超重型机床工件支持系统，通过对该机构的运动特行分析可知，该机构能够实现空间的自动微调节，实施较容易。同时，可以实现结构振动的快速衰减和增大工艺系统的刚性，实现工艺系统的良好的抗振性能。

本发明专利的优点在于：

(1)整个机构形成稳定的梯形凸台结构，工作状态稳定。

(2)本发明可以辅助机床前后顶尖保证工件夹持的可靠性。

(3)本发明可以极大的增强整个切削加工工艺系统的刚性。

(4)本发明可以快速的衰减来自切削加工系统的振动。

(5)所述机构工作状态稳定，结构紧凑，便于自动调节以适应不同规格的加工对象。

附图说明

图1是本发明专利实施的示意图。

图2是本发明专利实施的侧视示意图。

图3是梯形隔离板(10)的示意图。

图中：1支持滚子，2管型支柱，3阻尼器的滚动支架，4支架(液压缸)，5限位块，6床身，7驱动装置，8限位块，9支架(活塞)，10梯形隔离板，11驱动轴，12大型工件，13润滑脂，14驱动轴孔，15减重孔

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步说明。

具体实施如图1所示，4根管型支柱，梯形隔离板及底部液压支架形成高稳定的梯形凸台结构。管型支柱的活塞和油缸之间充溢高剪切粘度的液压油，当活塞杆发生振动时，其与油缸壁之间的间隙会发生变化，粘性液压油将时而被压出时而被吸入，这将引起挤压膜阻尼。每个支持滚子嵌入管型支柱另一端凹形口中，其交接处是用0.10mm厚的聚四氟乙烯薄膜形成低摩擦系数的滑动副，并涂以润滑脂。当切削加工时，工件与支持滚子之间有相对滚动，支持滚子与管型支柱之间的微滑动可对切削振动及切削冲击产生较大的衰减，而且交界处的很微小的摩擦又充分保证了管型支柱足够的刚度及使用寿命。驱动装置处于几何中心位置，来驱动整个系统的高度及平衡受力情况，可以通过调节驱动轴来适应不同规格的大型工件。梯形隔离板采用轻质高刚度的蜂窝铝合金材料制作，当工件产生振动时，梯形隔离板有类似于杠杆的放大作用，减小振动幅值，它支持两端管型支柱并分担工件的部分重力及切削力，主要起到平衡并保持稳定支持系统的作用；同时，与两管型支柱接触部分施加阻尼层，两者在切削加工过程中的相对微小运动可增加阻尼层的剪切变形，从而增加阻尼材料的耗能作用，梯形隔离板具有阻尼高，重量轻和刚度好的特性。底部液压缸支架及活塞支架，一方面向下紧贴床身，利用左侧限位块和右侧限位块卡紧床身，一方面向上支持整个机构，另一方面它还起到保持系统水平方向具有足够的刚度的作用，同时也起到衰减水平方向振动的作用。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。

Claims (8)

1.一种用于超重型机床的工件支持系统，包括床身，其特征在于：所述床身上面右侧设置有底部液压支架，床身上面左侧设置有支活塞架；所述底部液压支架和支活塞架上分别设置有阻尼器的滚动支架，在阻尼器的滚动支架上固定安装有管型支柱，管型支柱的顶端设置有支持滚子；所述工件放置于支持滚子上面，在工件和床身之间设置有梯形隔离板；所述梯形隔离板下面设置有驱动装置，该驱动装置上连接有驱动轴，驱动轴穿过设置在梯形隔离板中间的孔与工件相接触。

2.如权利要求1所述一种用于超重型机床的工件支持系统，其特征在于：所述底部液压支架底面设置有右侧限位块，支活塞架底面设置有左侧限位块。

3.如权利要求1所述一种用于超重型机床的工件支持系统，其特征在于：所述管型支柱为四根，管型支柱、梯形隔离板、底部液压支架和支活塞架形成稳定的梯形凸台结构，管型支柱的活塞和油缸之间充溢高剪切粘度的液压油；当活塞杆发生振动时，活塞杆与油缸壁之间的间隙会发生变化，粘性液压油将时而被压出时而被吸入，这将引起挤压膜阻尼。

4.如权利要求1所述一种用于超重型机床的工件支持系统，其特征在于：所述梯形隔离板采用轻质高刚度的蜂窝铝合金材料制造，同时，梯形隔离板与两端管型支柱的接触部分施加阻尼层，两者在切削加工过程中的相对微小运动可增加阻尼层的剪切变形，从而增加阻尼材料的耗能作用。

5.如权利要求1所述一种用于超重型机床的工件支持系统，其特征在于：所述支持滚子嵌入管型支柱的另一端凹形口中，其交接处是用0.10mm厚的聚四氟乙烯薄膜形成低摩擦系数的滑动副，并涂以润滑脂；支持滚子与管型支柱之间的能够实现微滑动，能对切削振动及切削冲击产生较大的衰减。

6.如权利要求1所述一种用于超重型机床的工件支持系统，其特征在于：所述驱动装置处于梯形隔离板的几何中心位置，来驱动整个工件支持系统的高度及平衡受力情况，通过调节驱动轴来适应不同规格的大型工件。

7.如权利要求1所述一种用于超重型机床的工件支持系统，其特征在于：所述底部液压支架采用液压缸及活塞原理来衰减水平方向振动。

8.如权利要求1所述一种用于超重型机床的工件支持系统，其特征在于：所述底部液压支架及支活塞架一方面向下紧贴床身，一方面向上支持整个机构及工件的部分重力，另一方面它利用左右限位块卡紧床身，保证系统水平方向具有足够的刚性。

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