CN102773715A - 立式加工机床的改进型结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种立式加工机床的改进型结构，旨在提供一种相对重量体积小、加工空间大、制造工艺简单、可自主拆解换位组装且成本较低的改进型结构。它包括基座、机身、工作台、加工单元，由至少四个导轨组成互锁框架式机身垂直固接在基座上，上部设有稳固架，把X向运动副、Y向运动副和加工单元设置在机身上部，并把工作台设置在机身上做Z向运动，X、Y、Z三向导轨行程得到最大化扩展，从而获得较大加工空间，采有合理结构和轻量化圆柱面导轨副能很好地保证机床加工强度和精度要求，可适用于钻床、钻铣床、铣床、镗铣床、多功能机床和立式加工中心在内的多种普通型及数控型金属切削机床。适合大量推广，对节省资源起到很大作用。

Description

立式加工机床的改进型结构

技术领域

本发明涉及一种金属切削机床，特别涉及一种立式加工机床的改进型结构。

背景技术

目前，在金属切削机床的技术领域里，立式铣床、钻铣床、立式镗铣床、立式加工中心等应用最为广泛的立式加工机床，其结构通常是：在基座上固接一个竖直的刚性立柱作为机身，在机身上联接加工单元并利用可进行X向运动和Y向运动的十字工作台来实现对工件的切削加工；但随着世界机床产业更高层次的发展和工业产品日渐大型化的趋势，这种传统结构的立式加工机床已经满足不了所需要的加工工艺和要求，加之当今世界不可再生资源告急的必然面对问题，现有的立式加工机床具有如下不足之处：

1.机床重量和体积较大且刚性着力点薄弱：因采用仅靠底面固接在基座上的刚性立柱、加工单元又单面联接在刚性立柱上前伸着力的主体结构，在切削加工时刀具和工件相互运动会产生向上和水平各方向的冲击力和抵抗力，这些强大的作用力一部分会被十字工作台等部件缓冲和消除，其余大部分会通过加工单元以杠杆原理放大并作用到刚性立柱上，所以结构决定了刚性立柱需要有足够大的刚性和稳定性才足以应对这些强大的作用力来保证机床的加工精度要求，现有立式加工机床通常都是靠加大刚性立柱的截面面积和重量来实现的，这就必然导致了机床重量和体积的大幅增加；但是结构决定了刚性立柱只靠一个底面与基座固接、加工单元前伸着力的不利因素，无论怎么加大其结构的刚性和体积，杠杆原理依然存在并时刻作用着，所以这种结构在浪费资源的同时，其刚性着力点薄弱是主要劣势之一。

2.机床空间大但加工空间小：刚性强大的各部件致使机床整体空间较大，这种结构还决定了一个弊端，也就是主轴中心线至立柱导轨面距离的这一结构原因导致普遍存在的致命性限制，其直接决定了机床Y向有效加工行程限制在这一狭小范围内，现有立式加工机床的Y向有效加工行程大多不足机床整体宽度的四分之一甚至更小，致使其对机床空间的利用率较低，对加工工艺要求宽度尺寸大的工件无法加工。

3.加工工艺困难且制造成本高：由于各部件重量和体积较大，各运动副又通常采用厚重的燕尾形导轨面、矩形导轨面的棱柱面导轨副且部件繁多，容易出现累积误差大的后果，需要对其进行精加工和劳动强度较大的刮研操作来达到各项精度要求，致使各部件加工工艺困难，其费时费力费材料的制造，导致材料和资源的浪费以至于制造成本高的劣势。

4.运输和移动很不方便：由于体积和自重过大，运输和移动很不方便，而且在装卸移动过程中存在较大的安全隐患。

发明内容

本发明的目的是提供一种立式加工机床的改进型结构，以解决现有技术的立式加工机床重量和体积较大、刚性着力点薄弱、机床空间大但加工空间小、加工工艺困难制造成本高及运输和移动不便的问题。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种立式加工机床的改进型结构，包括基座、机身、工作台、加工单元，加工单元包括主轴电机、主轴和主轴箱；其特征是，机身由至少四个竖直的Z向导轨组成并作为机床的主体框架，各Z向导轨下端固接在基座上，其上端固接有稳固架；在所述各Z向导轨的上部设有Y向导轨副、Y向进给传动机构、X向导轨副、X向进给传动机构和加工单元，所述Y向导轨副水平设置在机身上部两侧的各相应Z向导轨上，所述Y向导轨的两端直接与各相应Z向导轨联接或间接通过多个相应的联接部件与各相应Z向导轨联接。

所述X向导轨副水平设置在上述Y向导轨副上并与Y向导轨相垂直，X向导轨的两端与Y向导轨副的滑动部件相固接或直接滑动设置在上述Y向导轨上；所述加工单元设置在X向导轨副的滑动部件上或直接滑动设置在X向导轨上，其通过X向进给传动机构和Y向进给传动机构的驱动下沿相应的导轨实现往复运动。

在所述机身的各Z向导轨上设有工作台位于上述Y向导轨副和基座之间，所述工作台与所述机身的各Z向导轨垂直，所述工作台上固接至少四个Z向滑动部件在所述机身的各相应Z向导轨上滑动联接，所述工作台底部设有Z向进给传动机构和水平同步升降装置，实现工作台沿各Z向导轨水平升降往复运动，上述各导轨副的滑动部件上均设有夹紧装置。

所述各导轨副为圆柱面导轨副。

所述工作台是与机床外形长宽尺寸相近的全尺寸工作台。

所述工作台上设有加强筋交错结构。

[0013]所述稳固架为加强筋交错结构。

所述各导轨副上滑动部件内设有可调整间隙式和可更换式的耐磨滑套或滚珠部件。

本发明设有可安装在所述机身上和所述工作台底部的刚性稳定支架和支撑部件。

本发明部分可进行自主拆解、组装和换位组装，包括可换位组装成卧式加工单元。

本发明的有益效果是：同现有立式加工机床相比，本发明比同等机床空间的机床整体自重减轻50％以上、Y向有效加工行程增加50％以上、加工空间增大50％以上，并且具有加工制造工艺简单、装配快速、可自行拆解换位组装和成本较低的优越性，其节省材料和资源是最大的优势，适合大量制造和推广，对缓解世界钢铁资源短缺的现状有着很大意义。

附图说明

附图是本发明主体构造侧视示意图。

图中序号及名称：1、机身，2、工作台，3、基座，4、加工单元，5、Y向导轨，6、联接部件，7、Y向滑动部件，8、X向导轨，9、Z向滑动部件，10、稳固架。

注：图中，为了能更清晰和更直观地了解本发明，稳固架10已沿图示虚线上移，联接部件6和Z向滑动部件9均为多个水平设置，图示标注其中之一。由于该主体结构可应用的机床、机种和类别较多，进给传动机构的部件和驱动方式各有不同亦未在附图中绘出。

具体实施方式

现结合附图对本发明做进一步描述。如附图所示，本发明把传统最占空间和重量的单个刚性机身改为由至少四个竖直的Z向导轨组成的机身1并作为机床的主体框架，各Z向导轨下端垂直固接在基座3上，其上端固接有稳固架10；其优点是只用很少很轻的材料利用互锁框架结构来组成机床主体，减轻了自重并提高了机床需要的稳定性和整体刚性。

本发明把传统立式加工机床通常采用的棱柱面导轨副改为圆柱面导轨副，并在各导轨副上的滑动部件内设有可调整间隙式和可更换式的耐磨滑套或滚珠部件；棱柱面导轨副占用空间大、重量大并且加工工艺复杂，需要高强度刮研操及厚重的承载体来保证导轨的精度及刚性等缺点，而圆柱面导轨副则具有加工简单、检测容易、精度较高的优点，且具有导轨面和承载体一体化的小空间、刚性强的优势；并把水平方向固定的、不可以进行X向运动和Y向运动的加工单元改为可进行所述两向水平往复运动的加工单元结构，加工单元4包括主轴电机、主轴和主轴箱；并把各向导轨副的长度增加至接近机床的整体外形尺寸，在所述机身1的各Z向导轨上部设有Y向导轨副、Y向进给传动机构、X向导轨副、X向进给传动机构和加工单元4，所述Y向导轨副水平设置在机身1上部两侧的各相应Z向导轨上，所述Y向导轨5的两端直接与各相应Z向导轨联接或间接通过多个相应的联接部件6与各相应Z向导轨联接；所述X向导轨副水平设置在上述Y向导轨副上并与Y向导轨5垂直，X向导轨8的两端与Y向滑动部件7相固接或直接滑动在上述Y向导轨5上；所述加工单元4设置在X向导轨副的滑动部件上沿X向导轨8滑动或直接滑动设置在X向导轨8上沿X向导轨8滑动，加工单元4通过X向进给传动机构和Y向进给传动机构的驱动下沿相应较长的导轨实现相应往复运动，可以实现水平各向最大范围的有效加工行程；在各导轨副上均设有夹紧装置。

本发明把传统的面积较小、对于较大工件放置或装卡不便的条状工作台改为与机床外形长宽尺寸相近的大面积全尺寸工作台，并在主轴中心线能够水平各向移动到达范围的工作台中心可加工区域内成型有实心方板，实心方板上设有数个的T型槽和工艺孔，以便于更快捷地把工件工艺加工需求的部位装卡在有效加工行程内，因全尺寸的工作台重量较大，本发明对其进行了轻量化处理，把中心可加工区域厚度降至工作台厚度的一半以下，以外围一部分为实心向内变为加强筋交错的网状结构直至填充工作台中心区域底部，大大减轻了工作台的重量并保证了工作台的稳定性。

本发明把工作台2设置在上述机身1的各Z向导轨上组成Z向运动副，具体是在上述的机身1上，位于基座3和Y向导轨5之间设有工作台2，在工作台2上设有至少四个Z向滑动部件9，所述各Z向滑动部件9滑动在各相对应Z向导轨上，在工作台2底部设有Z向进给传动机构和水平同步升降装置，水平同步升降装置包括各Z向滑动部件9内设置的各个齿轮啮合各相对应Z向导轨9上加工成型的齿条组成的至少四套无侧隙齿轮齿条副，各齿轮齿条副里的各齿轮均固接有刚性转轴，所有刚性转轴的另一端固接齿轮部件无侧隙啮合在一起，从而同步了每套齿轮齿条副的移动，也确保工作台2能够在Z向进给传动部件的驱动下水平地沿Z向导轨做水平升降往复运动，并通过各Z向滑动部件9上的夹紧装置夹紧或松开以满足加工需要。

在机身1的各Z向导轨顶端水平设有稳固架10，所述稳固架10为加强筋交错而成结构，在稳固架10上设有至少四个与各Z向导轨相对应的接固孔与各Z向导轨牢牢接固，其作用是保证机床在切削加工时各Z向导轨相对位置不变并提高整体的刚性和稳定性。

对于较大工件或切削力度较大时的加工操作时，本发明设有支撑部件和多个刚性稳定支架。所述支撑部件为可伸缩式部件，其底端垂直固定基座3中心处，其上段固定在工作台2底部，以支撑工作台2对较重工件加工时的强度稳定性。刚性稳定支架是两端可联接在任意多个Z向导轨的支架，用以稳固各Z向导轨之间的相对位置和稳定性，解决在加工高度较高的工件、工作台2处在机身1较低位置时机身1中部的刚性薄弱问题。在必要时可安装，以保证机床刚性和稳定性并达到工艺要求的精度。

本发明可进行部分自主拆解、组装和换位组装。包括由Y向导轨副、Y向进给传动机构、X向导轨副、X向进给传动机构和加工单元4组合在一起不可自行分解的十字加工整体机构，由工作台2、Z向进给传动机构和各Z向滑动部件9等零部件组成在一起不可自行分解的工作台整体机构，上述的两个整体机构、稳固架10、基座3和机身1的各Z向导轨等各机构和零部件均可在整机中自主拆解出来，而后进行可自主组装和换位组装。在相应的可拆解联接部位设有高精度定位装置，拆解再组装或换位组装不影响机床精度，在机床的各机构和零部件制造完成后可进行较小体积的散件装箱运输，也可在整机状态下拆解后装箱运输，极大得方便机床的快速装配、运输和移动并解决了移动和运输中的安全隐患；所述十字加工整体机构可换位组装在机身1侧面的两个相邻竖直Z向导轨上与上述两个Z向导轨高精度定位固接后作为卧式加工单元进行卧式切削和加工，更大地扩展了机床的使用和加工范围。

由于本发明一种立式加工机床的改进型结构可用于包括钻床、钻铣床、铣床、镗铣床、多功能机床和立式加工中心在内的多种普通型及数控型金属切削机床，其进给传动机构、加工单元、电气控制、各操作部件和附加功能等包括第四、五轴装置在内的各部分，因机床种类、大小、驱动方式和加工范围的不同而各异，恕未相应在附图中绘出或详细绘出及在本说明书中说明或详细说明。

以上已将本发明做一详细说明，凡依本申请范围所作均等变化、方位变动和增减所述各相同原理的部件，皆应属于本发明涵盖范围。

Claims (8)

1.一种立式加工机床的改进型结构，包括基座、机身、工作台、加工单元，加工单元包括电机、主轴和主轴箱；其特征是，机身由至少四个竖直的Z向导轨组成并作为机床的主体框架，各Z向导轨下端固接在基座上，其上端固接有稳固架；在所述各Z向导轨的上部设有Y向导轨副、Y向进给传动机构、X向导轨副、X向进给传动机构和加工单元，所述Y向导轨副水平设置在机身上部两侧的各相应Z向导轨上，所述Y向导轨的两端直接与各相应Z向导轨联接或间接通过多个相应的联接部件与各相应Z向导轨联接；所述X向导轨副水平设置在上述Y向导轨副上并与Y向导轨相垂直，X向导轨的两端与Y向导轨副的滑动部件相固接或直接滑动设置在上述Y向导轨上；所述加工单元设置在X向导轨副的滑动部件上或直接滑动设置在X向导轨上，其通过X向进给传动机构和Y向进给传动机构的驱动下沿相应的导轨实现往复运动；在所述机身的各Z向导轨上设有工作台位于上述Y向导轨副和基座之间，所述工作台与所述机身的各Z向导轨垂直，所述工作台上固接至少四个Z向滑动部件在所述机身的各相应Z向导轨上滑动联接，所述工作台底部设有Z向进给传动机构和水平同步升降装置，实现工作台沿各Z向导轨水平升降往复运动，上述各导轨副的滑动部件上均设有夹紧装置。

2.根据权利要求1所述的一种立式加工机床的改进型结构，其特征是，所述各导轨副为圆柱面导轨副。

3.根据权利要求1所述的一种立式加工机床的改进型结构，其特征是，所述工作台是与机床外形长宽尺寸相近的全尺寸工作台。

4.根据权利要求1所述的一种立式加工机床的改进型结构，其特征是，所述工作台上设有加强筋交错结构。

5.根据权利要求1所述的一种立式加工机床的改进型结构，其特征是，所述稳固架为加强筋交错结构。

6.根据权利要求1所述的一种立式加工机床的改进型结构，其特征是，所述各导轨副上滑动部件内设有可调整间隙式和可更换式的耐磨滑套或滚珠部件。

7.根据权利要求1所述的一种立式加工机床的改进型结构，其特征是，本发明设有可安装在所述机身上和所述工作台底部的刚性稳定支架和支撑部件。

8.根据权利要求1所述的一种立式加工机床的改进型结构，其特征是，本发明部分可进行自主拆解、组装和自主换位组装，包括可换位组装成卧式加工单元。

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