CN103056728B - 一种重型机床再制造悬臂横梁刚度补偿装置 - Google Patents

Abstract

本发明的目的是提供一种在不改变重型机床原始结构、不明显增加重型机床原始重量的前提下，增加重型机床再制造悬臂横梁刚度的装置。即一种重型机床再制造悬臂横梁刚度补偿装置，包括安装在重型机床上的圆弧导轨和辅助立柱。所述重型机床主要包括主立柱、悬臂横梁、下支撑架和上支撑架。所述主立柱垂直于地面安装。若干所述下支撑架呈辐射状地安装在所述主立柱下端转轴的轴套周围。所述悬臂横梁安装在所述主立柱上。所述主立柱旋转时带动刀架作圆周运动。所述圆弧导轨安装在由若干所述下支撑架组成的支撑平台上，所述辅助立柱与所述主立柱相平行、即与所述悬臂横梁相垂直。所述辅助立柱的下端安装有滑块，所述滑块安装在圆弧导轨上。

Description

一种重型机床再制造悬臂横梁刚度补偿装置

技术领域

本发明涉及重型机床制造领域，特别是用于加工大型环状零件、且具有悬臂横梁结构的重型机床。

背景技术

重型机床作为加工各种大型和超大型零件的机器，在能源、交通、机械、航天航空等行业中占有重要的地位。由于现有的重型机床体积庞大、重量通常多达几十吨甚至上百吨，其结构上必然出现薄弱环节（如重量和尺寸较大的悬臂横梁本身，及其与立柱的连接处等）。

进一步，重型机床轻量化设计是本领域专家和技术人员一直追求的目标。值得强调的是，设计人员在追求重型机床轻量化的同时，重型机床本身的静刚度和动刚度问题更为突出，即必须处理好重型机床的“轻量化设计”与“高精度高刚度”这一对相互制约的矛盾体。

为了解决重型机床（或轻量化的重型机床）刚度问题，即保证重型机床在使用过程中不发生强烈振动和大的扰曲变形，保证工件的加工精度和重型机床加工质量的稳定性，现有技术主要有以下几种方法：部分重型机床采用加大结构零部件长宽高尺寸的方式；部分重型机床设计了一些诸如拉杆这样的辅助支撑件来保证重型机床较弱部位零部件的刚度；部分重型机床采用双立柱结构来保证机床自身的结构稳定性，从而达到保证机床静、动刚度的目的；部分重型机床则借助有限元分析技术，进行结构优化设计。

当然，现有技术中还有其它一些未列举的方法来加强重型机床系统刚度。总的来说，现有技术的方法要么是增加了重型机床的重量和机床结构的复杂性，要么就是对机床结构做出调整，损害了既定设计方式，都不能很好地解决重型机床的刚度问题。需要说明的是，增加材料或者使用拉杆等方法会使得重型机床重量明显增加，进而使得重型机床在工作过程中惯性变大，反倒使得刚度下降。

悬臂横梁作为重型机床的重要结构部件之一，起着支撑刀架并完成切削运动的作用。然而，重型机床中再制造悬臂横梁结构尺寸很大，跨度大，从而在加工过程中极易发生扰曲变形与振动。对于这类再制造之后安装于重型机床上的悬臂横梁，更需要解决其刚性不足的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种在不改变重型机床原始结构、不明显增加重型机床原始重量的前提下，增加重型机床再制造悬臂横梁刚度的装置。

为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种重型机床再制造悬臂横梁刚度补偿装置，包括安装在重型机床上的圆弧导轨和辅助立柱。所述重型机床主要包括主立柱、悬臂横梁、下支撑架和上支撑架。所述主立柱垂直于地面安装，其上下端均连接转轴。若干所述下支撑架呈辐射状地安装在所述主立柱下端转轴的轴套周围，从而组成支撑整个重型机床的支撑平台。若干所述上支撑架呈辐射状地安装在所述主立柱上端转轴的轴套周围起到辅助支撑的作用。所述悬臂横梁安装在所述主立柱上，所述主立柱与所述悬臂横梁相垂直。当所述主立柱旋转时，带动安装在所述悬臂横梁一端的刀架作圆周运动，所述刀架可以通过安装在悬臂横梁上的滑枕实现径向运动。所述圆弧导轨安装在由若干所述下支撑架组成的支撑平台上，所述圆弧导轨的圆心与所述主立柱的旋转轴心重合，所述辅助立柱与所述主立柱相平行、即与所述悬臂横梁相垂直。所述辅助立柱的下端安装有滑块，所述滑块安装在圆弧导轨上，所述悬臂横梁与所述辅助立柱的柱身连接。

本发明的技术效果是毋庸置疑的：

1.本发明无需增加横梁的材料或者使用大量繁重的杆件结构支撑重型机床再制造悬臂横梁以求达到强化重型机床横梁刚度的目的，结构得到了一定的简化，机床装配工作量减少，与其它增强重型机床横梁刚度的措施相比较，大大减轻了重型机床的重量，明显降低了重型机床的生产制造及运输成本。

2.本发明显著提高了重型机床再制造悬臂横梁的刚度，加强了悬臂横梁抵抗竖直方向变形的能力，大大减小了悬臂横梁在竖直方向上的扰度，最终减小了重型机床在竖直方向上的变形量，相应地降低了重型机床系统的变形。

3.本发明由于提高了重型机床再制造悬臂横梁的刚度，从而减小了刀架的振动，使得刀具在加工过程中与工件贴合更加紧密，避免了刀具的颤抖，保证了刀具的背吃刀量，即使切削不均匀材料产生不均匀力进而危害加工质量，该发明也能减小此类不良影响，进而提高了工件的表面粗糙度，增强了重型机床的加工稳定性，改善了重型机床的加工性能，提高了重型机床的加工精度。

4.本发明可以作为一套独立存在的装置结构，选用常见的材料及结构部件组装，其加工生产、装配调试、拆卸检修、维护保养以及运输都经济、方便。

5.本发明在不削减整机性能的前提下实现了重型机床结构上的改观，将常见的双立柱结构变为一个立柱支撑，一个类似于跟刀架的装置辅助支撑，且本发明采用圆弧形导轨，结构更加新颖突出。

附图说明

本发明的装置可以通过附图给出的非限定性实施例进一步说明。

图1为本发明的立体结构示意图；

图2为图1中装置底部的结构示意图；

图3为图2中L部分的放大图。

图中： 1－圆弧导轨，2－滑块，3－导向套，4－辅助立柱，5－上支撑架，6－主驱动电机，7主立柱，8－悬臂横梁，9－刀架，10－下支撑架，11－齿条，12－齿轮，13－减速器，14－伺服电机。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明范围内。

参见附图：一种重型机床再制造悬臂横梁刚度补偿装置，包括安装在重型机床上的圆弧导轨1和辅助立柱4。

所述重型机床主要包括主立柱7、悬臂横梁8、下支撑架10和上支撑架5。所述主立柱7垂直于地面安装，其上下端均连接转轴。若干所述下支撑架10呈辐射状地安装在所述主立柱7下端转轴的轴套周围，从而组成支撑整个重型机床的支撑平台，也可以称为下支撑平台。若干所述上支撑架5呈辐射状地安装在所述主立柱7上端转轴的轴套周围，从而组成起到辅助支撑作用的支撑平台，也可以称为上支撑平台。所述悬臂横梁8安装在所述主立柱7上，所述主立柱7与所述悬臂横梁8相垂直。其中，所述悬臂横梁8通常是采用导向装置安装在主立柱7上，即悬臂横梁8的离地高度可以调整，加工时需要锁紧悬臂横梁8与主立柱7。

当主驱动电机6带动所述主立柱7旋转时，带动安装在所述悬臂横梁8一端的刀架9作圆周运动。本实施例所涉及的重型机床是用于加工回转工件的，待加工工件装夹在所述重型机床周围。根据需要在刀架9上安装各种类型的车刀，通过旋转主立柱7来带动车刀作圆周运动，同时通过进给装置控制车刀的进给量，以实现对待加工工件的车削加工。

由于悬臂横梁8的重量和尺寸都非常大，刀架9远离主立柱7的旋转中心。因此，悬臂横梁8很可能因为跨度过大而导致刚性不足从而使刀尖点扰曲变形显著增大的问题。而且，根据杠杆原理，在长期高速、高载荷运转下，悬臂横梁8与主立柱7的连接处会出现严重的磨损，会大幅降低加工精度，甚至出现事故。因此，本实施例采用与圆弧导轨1配合的辅助立柱4对悬臂横梁8进行支撑。

所述圆弧导轨1安装在由若干所述下支撑架10组成的支撑平台上，所述圆弧导轨1的圆心与所述主立柱7的旋转轴心重合。实施例中，所述圆弧导轨1的横截面为类矩形结构。所述辅助立柱4的下端安装有滑块2，所述滑块2安装在圆弧导轨1上，所述悬臂横梁8与所述辅助立柱4的柱身连接。本实施例中，所述辅助立柱4的柱身与悬臂横梁8的连接位置，在悬臂横梁8与刀架9的连接位置的背面。由于辅助立柱4与悬臂横梁8可靠连接，因此，悬臂横梁8的重量不仅仅依靠主立柱7支撑，而是将一部分重量传递到辅助立柱4上。进而，所述辅助立柱4的底端通过滑块压在圆弧导轨1上，圆弧导轨1又安装在若干所述下支撑架10组成的支撑平台上。即主立柱7和辅助立柱4共同将悬臂横梁8的一部分重量传递到支撑平台，保证了悬臂横梁8足够的刚度，有效防止了悬臂横梁8与主立柱7连接处的磨损。在主立柱7带动悬臂横梁8作圆周运动时，悬臂横梁8带动辅助立柱4以相同的角速度作圆周运动。而辅助立柱4底端是与圆弧导轨1相配合的滑块2，这就保证了悬臂横梁8作圆周运动时，辅助立柱4在圆弧导轨1上滑动，悬臂横梁8的一部分重量仍然能够传递到支撑平台上。

实施例中，所述悬臂横梁8上安装有导向套3，所述辅助立柱4穿过所述导向套3。当调整悬臂横梁8的离地高度，即悬臂横梁8沿主立柱7升降时，悬臂横梁8同步地在辅助立柱4上升降。

作为一种实现方式，所述辅助立柱4的柱身的一侧具有齿条11，所述导向套3内安装有与所述齿条11相啮合的齿轮12。所组成的机构在实现运动传递的同时还起到了锁紧机构的功能，锁紧机构保证导向套3与辅助立柱4在刀具的一个圆周运动加工周期内保持相对位置不变，这两类功能也可以采用丝杆螺母装置同时实现。实施例中，可以通过丝杆螺母装置将辅助立柱4与导向套3锁紧，防止其在运动中发生相对运动，伺服电机14通过减速器13来控制齿轮12。

Claims (4)

1.一种重型机床再制造悬臂横梁刚度补偿装置，其特征在于：包括安装在重型机床上的圆弧导轨（1）、滑块（2）、导向套（3）和辅助立柱（4）；

所述重型机床主要包括主立柱（7）、悬臂横梁（8）、下支撑架（10）和上支撑架（5）；所述主立柱（7）垂直于地面安装，其上下端均连接转轴；若干所述下支撑架（10）呈辐射状地安装在所述主立柱（7）下端转轴的轴套周围，从而组成支撑整个重型机床的支撑平台；若干所述上支撑架（5）呈辐射状地安装在所述主立柱（7）上端转轴的轴套周围，从而组成起到辅助支撑作用的支撑平台；所述悬臂横梁（8）安装在所述主立柱（7）上；当所述主立柱（7）旋转时，带动安装在所述悬臂横梁（8）一端的刀架（9）作圆周运动，所述刀架（9）通过安装在悬臂横梁（8）上的滑枕实现径向运动；

所述圆弧导轨（1）安装在由若干所述下支撑架（10）组成的支撑平台上，所述圆弧导轨（1）的圆心与所述主立柱（7）的旋转轴心重合；

所述辅助立柱（4）的下端安装有滑块（2），所述滑块（2）安装在圆弧导轨（1）上，所述悬臂横梁（8）与所述辅助立柱（4）的柱身连接；

悬臂横梁8作圆周运动时，辅助立柱4在圆弧导轨1上滑动，悬臂横梁8的一部分重量仍然能够传递到支撑平台上。

2.根据权利要求1所述的重型机床再制造悬臂横梁刚度补偿装置，其特征在于：所述悬臂横梁（8）上安装有导向套（3），所述辅助立柱（4）通过所述导向套（3）与悬臂横梁（8）连接。

3.根据权利要求2所述的重型机床再制造悬臂横梁刚度补偿装置，其特征在于：所述辅助立柱（4）穿过所述导向套（3）。

4.根据权利要求3所述的重型机床再制造悬臂横梁刚度补偿装置，其特征在于：所述辅助立柱（4）的柱身的一侧具有齿条（11），所述导向套（3）内安装有与所述齿条（11）相啮合的齿轮（12），所组成的机构在实现运动传递的同时还起到了锁紧机构的功能，锁紧机构保证导向套3与辅助立柱4在刀具的一个圆周运动加工周期内保持相对位置不变，通过丝杆螺母装置将辅助立柱（4）与导向套（3）所组成的机构在实现运动传递的同时还起到了锁紧作用。