CN102649231A - 桥式龙门有色金属及复合材料加工中心 - Google Patents

Abstract

桥式龙门有色金属及复合材料加工中心,包括工作台、位于工作台上方的龙门架，安装于龙门架上的直线电机传动机构以及机头，所述龙门架包括两分别固定于工作台两侧相平行的立柱组、两分别固定于两立柱组顶部的X轴基座、设置于两立柱组之间的横梁、固定于所述横梁两端且可沿所述X轴基座滑动的X轴滑座以及设置于横梁上可沿横梁滑动的Y轴滑座，所述X轴基座、所述横梁和所述机头上分别设有X轴线轨、Y轴线轨和Z轴线轨，所述机头活动地设置于所述Y轴滑座上，机头上还设有分别可绕A轴和C轴转动的主轴。本发明是一种面向有色及复合材料切削加工的高精度五轴联动数控加工中心，具有操作方便、加工体积大、加工成本低、加工效率和加工精度较高等特点。

Description

桥式龙门有色金属及复合材料加工中心

技术领域

本发明涉及有色金属及复合加工加工中心领域，尤其涉及一种大型桥式龙门有色金属机复合材料加工中心。

背景技术

众所周知，未来的飞机结构所采用的钛合金和复合材料的比例将大幅度提升，铝合金的需求会有所下降，钛合金和复合材料的加工机床会逐渐受青睐。在航天领域，大型运载火箭的壳体有很大部分采用铝合金制造，以往的工艺采用腐蚀的加工工艺方法，该方法虽然能够满足航天要求，但对于壳体的品质控制存在不足。

目前该类材料制品尚无满足上述加工要求的加工设备，已知的现有切削加工方式有3种：

1.激光雕刻：目前国内的激光雕铣机仅能完成平面作用，无法完成复杂的三维立体加工，而进口具有三维立体加工功能的激光雕铣机价格十分昂贵，不适合低成本制品的加工要求；

2.利用金属切屑机床切削、雕铣：能完成复杂三维立体切削一般都要五轴联动机床，而五轴联动金属切削机床结构复杂、价格昂贵，致使有色金属制品的切削、雕铣成本过高；

3.利用桥式龙门切削机床：安装五轴联动主轴头，能实现非金属的切削需求，但大部分采用齿排或螺杆传动，由于传动中机械零件的磨耗以及配合间隙，具有较大的转动惯量、弹性变形、反向间隙、运动滞后、摩擦、振动、噪声及磨损，不利于长久性的高精度加工因此只能满足加工精度不高的制品（参照图1、图2、图3）。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术的上述缺点，提出一种操作方便、加工体积大、加工成本低、加工效率高、加工精度较高、加工范围广，能够满足大型有色金属及复合材料多面体加工的高精度五轴联动桥式龙门有色金属及复合材料加工中心。

本发明采用如下技术方案：

桥式龙门有色金属及复合材料加工中心,包括工作台、设置于工作台上方的龙门架，安装于龙门架上的直线电机传动机构以及机头，其特征在于：所述龙门架包括两分别固定于工作台两侧互相平行的立柱组、两分别固定于两立柱组顶部的X轴基座、设置于两组立柱组之间的横梁、固定于所述横梁两端且可沿所述X轴基座滑动的X轴滑座以及设置于横梁上可沿横梁滑动的Y轴滑座，所述X轴基座、所述横梁和所述机头上分别设有X轴线轨、Y轴线轨和Z轴线轨，所述机头活动地设置于所述Y轴滑座上，机头上还设有分别可绕A轴和C轴转动的主轴。

进一步地，所述直线电机传动机构包括分别设置于所述X轴线轨两侧、所述Y轴线轨两侧和所述Y轴滑座上的磁板，若干分别固定于所述X轴滑座、所述Y轴滑座和所述机头上与磁板相对应的感应线圈。

进一步地，所述横梁包括L形支承板、设置于该L形支承板上的斜板以及分别位于L形支承板顶部和底部一侧的第一Y轴线轨；所述Y轴滑座包括倒L形基板、设置于该倒L形基板上的连接板，以及分别位于该倒L形基板顶部下端面和底部一侧且可分别沿所述第一Y轴线轨、第二Y轴线轨滑动的上、下滑块，该倒L形基板与所述L形支承板关于所述斜板对称设置。

进一步地，所述斜板的上下两端分别与所述L形支承板的上下两端相连，且所述第一Y轴线轨和第二Y轴线轨分别位于所述斜板和所述L形支承板的相接处。

进一步地，还包括设置于所述X轴滑座和所述Y轴滑座上的刹车装置，该刹车装置包括分别跨设于所述X轴线轨、所述Y轴线轨和所述Z轴线轨上的门形壳体和分别设置于壳体内且对称地位于线轨两侧的刹车机构。

进一步地，所述刹车机构包括制动块，可相对壳体在钳制线轨的位置和释放线轨的位置之间移动；活塞机构，设置于壳体内且可在第一位置和第二位置之间移动，当活塞机构在第一位置，制动块由活塞机构驱动处于钳制线轨的位置，当活塞机构在第二位置，制动块由活塞机构驱动处于释放线轨的位置；弹性机构，与活塞机构相连，驱动活塞机构向第一位置移动并保持该位置；气动机构，控制活塞机构在第一位置和第二位置之间移动。

进一步地，所述气动机构包括形成于所述壳体内的第一腔室、固定于第一腔室内的导向块以及与第一腔室连通驱动活塞机构沿平行线轨方向运动的气压装置；所述弹性机构包括弹簧，所述壳体配设有容纳该弹簧的第二腔室；所述活塞机构包括设置于所述第一腔室和所述第二腔室之间的挡板和与该挡板连接的变径活塞杆，所述制动块和所述导向块分别位于该活塞杆两侧且配合活塞杆形状设置成楔形。

进一步地，所述立柱组包括四个间隔设置的立柱。

进一步地，所述X轴基座、所述横梁和所述机头上设有分别位于所述X轴线轨、所述Y轴线轨和所述Z轴线轨一侧的光学尺。

进一步地，所述Y轴滑座上还设有配重机构。

由上述对本发明的描述可知，与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：本发明基于工业机器人的运动原理与控制原理，采用直线电机驱动式桥式龙门机床结构，无机械接触、结构简单、零间隙、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；横梁截面和Y轴滑座截面大致为三角形结构，可使受力点往两侧分离，有效提高了横梁本体的受力分布，增强了钢性，从而使机床达到最佳的运动精度及超强的切削稳定性；刹车装置利用气压装置推动活塞机构，达到驱动制动块移动的作用。当断开气压源时，弹簧利用弹力推动活塞往第一位置移动，利用楔形制动块的斜边效果产生强大的保持力，实现机床断电保护的刹车作用，有效提高了直线电机高速运行下的稳定性以及定位、固定、防止振动等高效的箝制机能。本发明是一种面向钛合金、铝合金、复合材料、塑料、代木、玻璃纤维等有色及复合材料切削加工的高精度五轴联动数控加工中心，适用于塑料、泡沫、代木、玻璃纤维等制品及铝等软金属制品的复杂切削、磨削加工，具有操作方便、加工体积大、加工成本低、加工效率高、加工精度较高等特点。

附图说明

图1为现有技术的复合金属加工中心的结构示意图；

图2为现有技术的复合金属加工中心的X轴传动机构正视图；

图3为现有技术的复合金属加工中心的X轴传动机构示意图；

图4本发明有色金属及复合材料加工中心结构示意图；

图5本发明有色金属及复合材料加工中心X轴传动机构正视图；

图6本发明有色金属及复合材料加工中心X轴线轨上直线电机传动机构示意图；

图7为本发明横梁和Y轴滑座的结构示意图；

图8为本发明刹车装置结构示意图。

具体实施方式

以下通过具体实施方式对本发明作进一步的描述。

参照图4、5、6，桥式龙门有色金属及复合材料加工中心,包括通过机床地基固定于地面上的工作台1、设置于工作台1上方的龙门架，安装于龙门架上的直线电机传动机构以及机头2，龙门架包括两分别固定于工作台1两侧互相平行的立柱组3、两分别固定于两立柱组3顶部的X轴基座4、设置于两组立柱组3之间的横梁5、固定于横梁5两端且可沿X轴基座4滑动的X轴滑座6以及设置于横梁5上可沿横梁5滑动的Y轴滑座7。X轴基座4、横梁5和机头2上分别设有X轴线轨8、Y轴线轨9和Z轴线轨10，机头2活动地设置于Y轴滑座7上。机头2上还设有分别可绕A轴和C轴转动的主轴11。直线电机传动机构包括分别设置于X轴线轨8两侧、Y轴线轨9两侧和Y轴滑座7上的磁板12，多个分别固定于X轴滑座6、Y轴滑座7和机头2上与磁板12相对应的感应线圈13。其中，X轴线轨上总共可布置8个最大推力4800N，最大电流90A，推力常数为70N/Arms的直线电机。Y、Z轴线轨各设置2个最大推力800N，最大电流90A，推力常数70N/Arms的直线电机。A轴伺服电机为0.4KW,C轴伺服电机为0.75KW。另外，每个立柱组包括4个间隔设置的立柱，以保证各部件的稳定运行。X轴滑座6和Y轴滑座7上设有与对应线轨配合的滑块20。

参照图4、图7横梁5包括L形支承板14、设置于该L形支承板14上的斜板15以及分别位于L形支承板14顶部和底部一侧的第一Y轴线轨、第二Y轴线轨，该第一Y轴线轨和第二Y轴线轨分别与Y轴平行；Y轴滑座7包括倒L形基板16、设置于该倒L形基板16上的连接板17，以及分别位于该倒L形基板17顶部下端面和底部一侧且可分别沿第一Y轴线轨、第二Y轴线轨滑动的上、下滑块20a、20b，该倒L形基板17与L形支承板14关于斜板15对称设置。斜板15的上下两端分别与L形支承板14的上下两端相连，且第一Y轴线轨和第二Y轴线轨分别位于斜板15和L形支承板14的相接处。

本发明还包括设置于X轴滑座6和Y轴滑座7的滑块20上的刹车装置，参照图6、图8，以X轴滑座8为例，该刹车装置包括跨设于X轴线轨8上且固定于X轴滑座滑块20一侧的门形壳体21和分别设置于壳体21内且对称地位于X轴线轨8两侧的刹车机构。每个刹车机构包括制动块22，可相对壳体21在钳制X轴线轨8的位置和释放X轴线轨8的位置之间移动；活塞机构，设置于壳体21内且可在第一位置和第二位置间移动，当活塞机构在第一位置（参照图8），制动块22由活塞机构驱动处于钳制X轴线轨8的位置，当活塞机构在第二位置，制动块22由活塞机构驱动处于释放X轴线轨8的位置；弹性机构，与活塞机构相连，驱动活塞机构向第一位置移动并保持该位置；气动机构，控制活塞机构在第一位置和第二位置之间移动。气动机构包括形成于壳体21内的第一腔室24、固定于第一腔室24内的导向块25以及与第一腔室24连通驱动活塞机构沿平行X轴线轨8方向运动的气压装置28；弹性机构包括弹簧23，壳体21配设有容纳该弹簧23的第二腔室26；活塞机构包括设置于第一腔室24和第二腔室26之间的挡板31和与该挡板31连接的变径活塞杆32，制动块22和导向块25分别位于该活塞杆32两侧且配合活塞杆32形状设置成楔形，且制动块22靠近X轴线轨8一侧设有缓冲片29，壳体21上配合制动块22设有导向槽。

本发明的X轴基座6、横梁斜板15和机头2上设有分别位于X轴线轨8、Y轴线轨和Z轴线轨10一侧的光学尺40，用于进行轴向传动距离的测量，确保定位的准确性。为了平衡Z轴线轨传动机构本体重量及重力向下的作用力，Y轴滑座上还设有配重机构50，从而降低电机的功率并增强对Z轴传动机构的控制能力，配置机构包括固定于Y滑座上的配重缸，利用蓄压器机液压控制系统提供能源，在活塞杆与机头2做上下运动时，提供平衡力。

上述仅为本发明的一个具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。

Claims (10)

1.桥式龙门有色金属及复合材料加工中心,包括工作台、设置于工作台上方的龙门架，安装于龙门架上的直线电机传动机构以及机头，其特征在于：所述龙门架包括两分别固定于工作台两侧互相平行的立柱组、两分别固定于两立柱组顶部的X轴基座、设置于两组立柱组之间的横梁、固定于所述横梁两端且可沿所述X轴基座滑动的X轴滑座以及设置于横梁上可沿横梁滑动的Y轴滑座，所述X轴基座、所述横梁和所述机头上分别设有X轴线轨、Y轴线轨和Z轴线轨，所述机头活动地设置于所述Y轴滑座上，机头上还设有分别可绕A轴和C轴转动的主轴。

2.如权利要求1所述的桥式龙门有色金属及复合材料加工中心，其特征在于：所述直线电机传动机构包括分别设置于所述X轴线轨两侧、所述Y轴线轨两侧和所述Y轴滑座上的磁板，若干分别固定于所述X轴滑座、所述Y轴滑座和所述机头上与磁板相对应的感应线圈。

3.如权利要求1或2所述的桥式龙门有色金属及复合材料加工中心，其特征在于：所述横梁包括L形支承板、设置于该L形支承板上的斜板以及分别位于L形支承板顶部和底部一侧的第一Y轴线轨、第二Y轴线轨；所述Y轴滑座包括倒L形基板、设置于该倒L形基板上的连接板，以及分别位于该倒L形基板顶部下端面和底部一侧且可分别沿所述第一Y轴线轨、第二Y轴线轨滑动的上、下滑块，该倒L形基板与所述L形支承板关于所述斜板对称设置。

4.如权利要求3所述的桥式龙门有色金属及复合材料加工中心，其特征在于：所述斜板的上下两端分别与所述L形支承板的上下两端相连，且所述第一Y轴线轨和第二Y轴线轨分别位于所述斜板和所述L形支承板的相接处。

5.如权利要求1或4所述的桥式龙门有色金属及复合材料加工中心，其特征在于：还包括设置于所述X轴滑座和所述Y轴滑座上的刹车装置，该刹车装置包括分别跨设于所述X轴线轨、所述Y轴线轨和所述Z轴线轨上的门形壳体和分别设置于壳体内且对称地位于线轨两侧的刹车机构。

6.如权利要求5所述的桥式龙门有色金属及复合材料加工中心，其特征在于：所述刹车机构包括制动块，可相对壳体在钳制线轨的位置和释放线轨的位置之间移动；活塞机构，设置于壳体内且可在第一位置和第二位置之间移动，当活塞机构在第一位置，制动块由活塞机构驱动处于钳制线轨的位置，当活塞机构在第二位置，制动块由活塞机构驱动处于释放线轨的位置；弹性机构，与活塞机构相连，驱动活塞机构向第一位置移动并保持该位置；气动机构，控制活塞机构在第一位置和第二位置之间移动。

7.如权利要求6所述的桥式龙门有色金属及复合材料加工中心，其特征在于：所述气动机构包括形成于所述壳体内的第一腔室、固定于第一腔室内的导向块以及与第一腔室连通驱动活塞机构沿平行线轨方向运动的气压装置；所述弹性机构包括弹簧，所述壳体配设有容纳该弹簧的第二腔室；所述活塞机构包括设置于所述第一腔室和所述第二腔室之间的挡板和与该挡板连接的变径活塞杆，所述制动块和所述导向块分别位于该活塞杆两侧且配合活塞杆形状设置成楔形。

8.如权利要求1或2或4或7所述的桥式龙门有色金属及复合材料加工中心，其特征在于：所述立柱组包括四个间隔设置的立柱。

9.如权利要求8所述的桥式龙门有色金属及复合材料加工中心，其特征在于：所述X轴基座、所述横梁和所述机头上设有分别位于所述X轴线轨、所述Y轴线轨和所述Z轴线轨一侧的光学尺。

10.如权利要求8所述的桥式龙门有色金属及复合材料加工中心，其特征在于：所述Y轴滑座上还设有配重机构。

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