CN104384939B - 一种带有w形筋板的卧式加工中心立柱 - Google Patents
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Abstract
本发明属于数控机床结构设计及制造领域，涉及一种带有W形筋板的卧式加工中心立柱。带有W形筋板的卧式加工中心立柱为一体成型的双柱体框架式结构，包含左右两个支撑柱，两个支撑柱之间设有上横梁和下横梁；两个支撑柱包含外壁板、内壁板与前壁板；上横梁和下横梁包含上壁板、前壁板与下壁板；两个支撑柱、上横梁和下横梁内部均设置有若干W形筋板；支撑柱、上横梁、下横梁和W形筋板一次铸造成型。本发明的支撑柱内部的W形筋板与外壁板、内壁板之间形成了抗弯、抗扭刚度极佳的三角形框架，这使得立柱整体结构紧凑、抗振性好、刚性更强；双柱体结构使得立柱安装稳固、承重均匀、布局合理。
Description
技术领域
本发明属于数控机床结构设计及制造领域，涉及一种带有W形筋板的卧式加工中心立柱。
背景技术
随着我国汽车、模具、航空航天、电力电子、塑料、合金工业等领域的快速发展，现代加工制造业对数控机床的加工精度、稳定性、可靠性等要求越来越高，低端普通数控机床已经不能满足国防工业、航空航天工业以及高科技产业的要求，数控机床的发展正向着高速、大功率、高精度、高度集成以及高可靠性的方向发展。虽然我国数控机床行业发展迅速，产量已经位居世界第一，但是技术水平相对落后因此，其中关键技术、配套设备仍依赖于进口。因此，加速开发具有我国自主知识产权的高端国产数控机床是国内各专业制造商的当务之急和重点发展方向。
国外的数控机床制造强国主要有瑞士、德国、日本等。瑞士机床主要以中小型为主，机床以精密、技术含量高而闻名著称于世界，但普及不高，同时机床的价格昂贵。德国作为老牌的工业强国，机床种类齐全，基本每一种数控装备都代表了世界最先进水平的产品，但价格也较高。日本机床主要在伺服驱动及控制等方面技术较高，机床主要以中高端产品为主，机床性价比高。同国外相比，国内生产的大多数卧式加工中心都是以大、中规格的产品为主，其机床整体的结构粗放、笨重，材料冗余大，制造成本较高。虽然我国对数控机床产业的物力、财力投入较多，但成效并不大，最重要的原因在于缺乏系统的深入的研究，对国外产品进行长期的仿制，没有进行统筹周密的发展规划，盲目的追求数量上的优势，忽略了质量保证以及技术价值，对零部件、控制系统以及整台机床的质量水平缺乏系统的研究与知识储备。加上国外在数控机床关键技术上对中国保密，导致我国的数控机床在效率、精度、可靠性等方面与国外相比还有很大差距。因此提高数控机床设计制造的研究水平，打破国外厂商的技术垄断成为当前亟需解决的问题，这对于我国数控装备产业的发展具有重大意义。
立柱是卧式加工中心的重要零件之一，主要作用在于连接主轴、滑鞍等零部件与床身，并承受加工时产生的切削力。主轴作X方向的移动主要依靠滑鞍等零部件整体在立柱矩形导轨上作X方向的移动，整台机床刚度的好坏在一定程度上取决于立柱的刚度。过去的立柱结构多为组合形式，柱体与横梁采用螺栓连接而成，并且结构整体多数采用单层筋板加筋条的形式，这种结构的缺陷在于当滑鞍及主轴等零部件在一侧时，立柱局部受力过大，结构承重不均匀，并且组合形式的立柱结构固定方式本身也不稳定。目前的立柱内部结构多数采用纵横交错的“井”字形筋板结构，虽然这种结构能够承受一定的弯曲载荷，抗弯刚度较好，但其扭转刚度较差。而W形筋板结构与立柱壁板形成了稳定的三角形框架，抗弯、抗扭刚度均较好，这种结构能有效抵抗机床加工时的振动，提高机床的加工精度。
发明内容
本发明的目的在于加强机床立柱的精度和可靠性，提供一种带有W形筋板的卧式加工中心立柱。
为解决上述问题，本发明的技术方案如下：带有W形筋板的卧式加工中心立柱为一体成型的双柱体框架式结构，包含左右两个支撑柱，两个支撑柱之间设有上横梁和下横梁。两个支撑柱包含外壁板、内壁板与前壁板。支撑柱的外壁板、内壁板和前壁板组成后面开口其余三面封闭的开式结构，支撑柱的内部为中空形式。这使得立柱整体制造加工容易简单，同时结构消耗的材料较少。上横梁和下横梁包含上壁板、前壁板与下壁板。下横梁的上壁板和下壁板与支撑柱之间为圆弧形连接，由于圆弧形成的预弯曲使得下横梁连接两端立柱的刚度、强度增加。上横梁和下横梁的外壁板、内壁板和前壁板组成后面开口其余三面封闭的开式结构，支撑柱的内部为中空形式。两个支撑柱、上横梁和下横梁内部均设置有若干W形筋板。支撑柱、上横梁、下横梁和W形筋板一次铸造成型。
上横梁内部布置有W形筋板，W形筋板左右对称。下横梁内部设有八块W形筋板，W形筋板上下、左右对称。两个支撑柱的内部各设置两块W形筋板，W形筋板上下对称。各W形筋板的斜筋与支撑柱的内壁板、外壁板形成了三角形框架，这种结构形式具有抗弯、抗扭刚度好的优点，能有效抵抗机床加工过程中发生的振动。
所述带有W形筋板的卧式加工中心立柱的上部后侧为斜角形式，换句话说，带有W形筋板的卧式加工中心立柱的上部在长度方向的尺寸逐渐减小。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1)结构对称，易于制造，质量较轻，成本较低；
2)采用W形式的筋板结构，承载力强、抗振性好、刚度与强度高；
3)结构整体紧凑、承重均匀、安装稳定、布局合理。
附图说明
图1：一种带有W形筋板的卧式加工中心立柱的背面的示意图；
图2：支撑柱、上横梁和下横梁的示意图；
图3：一种带有W形筋板的卧式加工中心立柱的正面的示意图；
图4：将带有W形筋板的卧式加工中心立柱应用于某高速卧式加工中心的机床的示意图；
图5：现有的高速卧式加工中心的机床的示意图；
图6：机床X方向的振幅频响曲线；
图7：机床Y方向的振幅频响曲线；
图8：机床Z方向的振幅频响曲线；
附图标号：1—上横梁，2—支撑柱，2A—外壁板，2B—内壁板，2C—前壁板，3—W形筋板，4—导轨槽，5—丝杠电机座，6—限位器的凸台，7—局部加强筋，8—减重工艺孔，9—底部螺栓孔，10—下横梁；
图6、图7和图8中的实线为现有的高速卧式加工中心的机床的振幅频响曲线，虚线为应用W形筋板的卧式加工中心立柱的高速卧式加工中心的机床的振幅频响曲线。
具体实施方式
下面将结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。
带有W形筋板的卧式加工中心立柱为一体成型的双柱体框架式结构，包含左右两个支撑柱2，两个支撑柱之间设有上横梁1和下横梁10。两个支撑柱2包含外壁板2A、内壁板2B与前壁板2C。支撑柱的外壁板、内壁板和前壁板组成后面开口其余三面封闭的开式结构，支撑柱的内部为中空形式。上横梁1和下横梁10包含上壁板、前壁板与下壁板。两个支撑柱、上横梁和下横梁内部均设置有若干W形筋板3。
下横梁10的上壁板和下壁板与支撑柱之间为圆弧形连接，由于圆弧形成的预弯曲使得下横梁连接两端柱体的刚度、强度增加。
上横梁1内部布置有两块W形筋板3，W形筋板左右对称。下横梁10内部设有八块W形筋板3，W形筋板上下、左右对称。两个支撑柱2的内部各设置两块W形筋板3，W形筋板上下对称。各W形筋板的斜筋与立柱的内、外壁板形成了三角形框架，这种结构形式具有抗弯、抗扭刚度好的优点，能有效抵抗机床加工过程中发生的振动。
支撑柱的上部后侧为斜角形式。
有W形筋板的卧式加工中心立柱的顶面设有凸台，凸台上设有螺纹孔，用来与机床冷却系统的电机连接。
支撑柱的外壁板上设有凸台，凸台上设有螺纹孔，用来与机床其余的附属结构连接。
支撑柱的正面设有限位器的凸台6，限位器的凸台上设有螺纹孔，用来与限位器连接。
带有W形筋板的卧式加工中心立柱的正面的上部和下部分别设有矩形的导轨槽4，导轨槽4通过螺纹孔连接矩形导轨条。丝杠电机座5上安装驱动滚珠丝杠的电机，通过上下同步的滚珠丝杠可实现主轴箱及滑鞍等零部件在矩形导轨上的移动。导轨槽4与所述带有W形筋板的卧式加工中心立柱之间有加强筋7以提高导轨的局部刚度，防止导轨变形过大。
支撑柱的下部设有工艺孔8，工艺孔8为左右对称的通孔，用作电器控制柜的线路通道。支撑柱的底部设有螺栓孔9，通过高强度的螺栓连接机床床身，两端共有十四个螺栓孔，可实现立柱与床身的稳固连接。
将本发明提出的带有W形筋板的卧式加工中心立柱应用于某高速卧式加工中心的机床中，如图4所示。通过在机床主轴的三个方向上施加相同的简谐力，分析主轴靠近刀具的参考点振幅频响曲线，如图6、图7和图8所示。现有的高速卧式加工中心的机床如图5，该立柱结构质量较轻，同时整机振幅值得到了大幅下降，并且在高频下的振幅较小，波动平缓，这说明本发明的立柱结构改善了整机的动态精度，提高了加工效率，实现了机床高精高效及高可靠性的发展要求。
Claims (1)
1.一种带有W形筋板的卧式加工中心立柱，为一体成型的双柱体框架式结构，包含左右两个支撑柱，两个支撑柱之间设有上横梁和下横梁，其特征在于，两个支撑柱包含外壁板、内壁板与前壁板，支撑柱的外壁板、内壁板和前壁板组成后面开口其余三面封闭的开式结构，支撑柱的内部为中空形式；上横梁和下横梁包含上壁板、前壁板与下壁板，下横梁的上壁板和下壁板与支撑柱之间为圆弧形连接，上横梁和下横梁的上壁板、下壁板和前壁板组成后面开口其余三面封闭的开式结构，上横梁和下横梁的内部为中空形式；所述两个支撑柱、上横梁和下横梁内部均设置有若干W形筋板；支撑柱、上横梁、下横梁和W形筋板一次铸造成型；
所述上横梁内部设有W形筋板，W形筋板左右对称；下横梁内部设有W形筋板，W形筋板上下、左右对称；两个支撑柱的内部各设有W形筋板，W形筋板上下对称；
所述带有W形筋板的卧式加工中心立柱的上部后侧为斜角形式；
所述带有W形筋板的卧式加工中心立柱的顶面设有凸台，凸台上设有螺纹孔，用来与机床冷却系统的电机连接；
所述支撑柱的外壁板上设有凸台，凸台上设有螺纹孔，用来与机床其余的附属结构连接；
所述支撑柱的正面设有限位器的凸台(6)，限位器的凸台上设有螺纹孔，用来与限位器连接；
所述带有W形筋板的卧式加工中心立柱的正面的上部和下部分别设有矩形的导轨槽(4)，导轨槽(4)通过螺纹孔连接矩形导轨条；
丝杠电机座(5)上安装驱动滚珠丝杠的电机，通过上下同步的滚珠丝杠可实现主轴箱及滑鞍等零部件在矩形导轨上的移动；
导轨槽(4)与所述带有W形筋板的卧式加工中心立柱之间有加强筋(7)以提高导轨的局部刚度，防止导轨变形过大；
支撑柱的下部设有工艺孔(8)，工艺孔(8)为左右对称的通孔，用作电器控制柜的线路通道；
支撑柱的底部设有螺栓孔(9)，通过高强度的螺栓连接机床床身，两端共有十四个螺栓孔，可实现立柱与床身的稳固连接。
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