CN106938395A - 一种新型的双立柱铣车复合加工中心 - Google Patents

Abstract

一种新型的双立柱铣车复合加工中心，包括底座和固定安装于底座上的r型立主轴立柱、卧主轴立柱、X轴导轨、立主轴刀库、卧主轴刀库，X轴导轨处于立主轴立柱和卧主轴立柱之间，立主轴立柱、卧主轴立柱的连线与X轴导轨交叉呈十字型，立主轴刀库和卧主轴刀库位于立主轴立柱、卧主轴立柱连线的同一侧，立主轴立柱的水平端连接有可上下滑动的带内部镂空空间的长方体骨架型滑枕，滑枕内拆卸式安装有立主轴电机，X轴导轨上设有可沿X轴导轨移动的床鞍，床鞍上设有Y/hZ轴导轨，Y/hZ轴导轨上方设有转台，转台内连接有DD马达，转台上设有工作台，本申请提供一种提高加工精度、维护方便，能够实现一次装夹完成全部加工的新型的双立柱铣车复合加工中心。

Description

一种新型的双立柱铣车复合加工中心

技术领域

本发明涉及机械加工设备技术领域，具体涉及一种新型的双立柱铣车复合加工中心。

背景技术

目前的车铣复合型数控机床主要分为以下两种：

1.卧车加装动力刀座，以卧车为主体，用动力刀座的铣削功能来配合，完成车铣复合加工；

2.立车复合铣削主轴，完成车铣复合加工。

但是其相对于有以下缺陷：

i.以卧车为主体复合了动力刀座的，还有以立车为主体复合了铣削动力头的，结构都是以车床为主的，铣削的刚性、精度和功能都很弱，只能适用于那些以车加工为主、铣加工量很少且精度要求不高的工件；

ii.以立车为主体复合了铣削主轴的，对于工件上平面的加工内容还能应付，但如果工件的周边侧面需要加工的话就有些力不从心，只能用90度侧铣头来处理，刚性、动力和精度都很差。

综上，目前的车铣复合机床基本上都是以车削加工为主，复合了一些简单的铣削加工。如果遇到需要以钻铣加工为主（尤其是多面钻铣加工）、只包含少量的车削加工内容的工件，目前的车铣复合机床就不适合了；另外现有技术中的车铣复合机床的Z轴运动机构是由一体式滑枕组成，主轴箱作为滑枕的一个组成部分，受到滑枕结构的限制，只能采用内藏式主轴（电机与主轴一体，扭力通常较小）或者主轴与电机之间需要一根很长的联轴器，影响整体刚性，而且滑枕的结构比较封闭，维修、调整很不方便。

发明内容

针对以上问题，对于以多面钻铣加工为主、结合少量车削加工的工件，本申请提供一种提高加工精度、维护方便，能够实现一次装夹完成全部加工的新型的双立柱铣车复合加工中心，其技术方案如下：

一种新型的双立柱铣车复合加工中心，包括呈十字型的底座和固定安装于底座上的r型立主轴立柱、卧主轴立柱、X轴导轨，所述立主轴立柱、卧主轴立柱上对应设有立主轴刀库、卧主轴刀库，所述X轴导轨处于立主轴立柱和卧主轴立柱之间，所述立主轴立柱、卧主轴立柱的连线与X轴导轨交叉呈十字型，所述立主轴刀库和卧主轴刀库位于立主轴立柱、卧主轴立柱连线的同一侧，所述立主轴立柱的水平端连接有可上下滑动的带内部镂空空间的长方体骨架型滑枕，所述滑枕内拆卸式安装有立主轴电机，立主轴电机下方连接有立主轴，所述X轴导轨上设有可沿X轴导轨移动的床鞍，床鞍上设有与X轴导轨垂直的Y/hZ轴导轨，所述Y/hZ轴导轨上方设有转台，转台内连接有DD马达，转台上设有可随转台转动的工作台。DD马达省却了传统的齿轮、蜗轮蜗杆等复杂的传动件，直接与转台连接，可直接驱动转台实现旋转运动，具有结构简单、噪声低、可实现高速旋转等优点。

进一步地，所述立主轴立柱的水平端上设有垂直的空腔，在空腔末尾处的立主轴立柱上固定有安装块和Z轴滑槽，所述安装块上设有驱动电机，所述滑枕上垂直设有两条匹配Z轴滑块的Z轴导轨，所述滑枕上还设有与Z轴导轨在同一侧的凸块，所述凸块上设有螺母座，所述驱动电机输出端连接丝杆，所述丝杆穿过所述螺母座并驱动螺母座带动滑枕上下移动。

进一步地，所述立主轴与上方的立主轴电机轴线重合，所述立主轴上设有用于立主轴与滑枕下端面对接的环状凸起，凸起上设有均匀间隔排布的螺孔，滑枕下端面上设有相应的对接螺孔的对接孔，螺栓贯穿螺孔及对接孔将立主轴与滑枕紧密贴合连接，立主轴连接滑枕后，其上端嵌入滑枕的内部镂空空间内、下端露在滑枕外。

进一步地，所述立主轴立柱的竖直端上水平安装立主轴刀库，所述立主轴刀库中刀具为竖直放置结构，所述立主轴与立主轴刀库之间水平设有用于换刀的立主轴换刀臂，所述卧主轴立柱上设有垂直的hY轴导轨，hY轴导轨上设有可上下滑动的卧主轴箱，卧主轴立柱的侧面上竖直安装卧主轴刀库，所述卧主轴箱与卧主轴刀库通过竖直方向上倾斜设置的卧主轴换刀臂进行换刀。

进一步地，所述DD马达包括马达转子和马达定子，马达转子固定连接转台芯轴成一体结构，马达定子固定连接转台外壳，转台外壳通过轴承与转台芯轴连接，转台芯轴上方连接工作台。

进一步地，所述的立主轴下端还固定有用于安装车刀座的卡座，所述的卡座上设有定位槽。

进一步地，所述的床鞍内贯穿有与X轴导轨平行的X轴丝杆，X轴丝杆上套设有固定于床鞍侧面的螺母座，X轴丝杆通过一端连接马达座、另一端连接轴承座固定在底座上。

进一步地，床鞍上方也设有用于驱动转台沿Y/hZ轴导轨滑动的滚珠丝杆，所述滚珠丝杆一端连接轴承座、另一端连接马达座，马达座上安装有伺服电机，所述伺服电机包括电机本体和与电机本体连接的编码器，电机本体连接滚珠丝杆的输出端上安装有抱匣。

依据上述技术方案，本发明的底座呈十字型（底座可以使整体铸造，也可以是组合而成），卧主轴立柱、立主轴立柱固定安装于十字型底座一条边的两端，两立柱上各有一组竖直方向的导轨，一组导轨上装有卧主轴箱，另一导轨上连接有滑枕，底座上的X轴导轨横向置于两个立柱之间，两立柱的连线与X轴导轨也同样呈十字交叉型，底座的X轴导轨上有床鞍，床鞍上有Y/hZ轴导轨，Y/hZ轴导轨上有转台，转台内安装有DD马达驱动，转台上方有工作台，工作台通过下方的转台内的DD马达驱动可以高速旋转，此时工作台即相当于立车的主轴，立主轴上设有用于安装车刀座的带定位槽的卡座，可以在立主轴上加装车刀座，定位槽与车刀座上自带的定位键相互配合，使车刀座被固定不会转动；滑枕为带内部镂空空间的长方体骨架型结构，滑枕内连接有可拆卸的立主轴电机，立主轴电机下方连接有立主轴，立主轴刀库通过立主轴换刀臂自动换刀，立主轴刀库内刀具放置都是竖直状态；立主轴刀库和卧主轴刀库都位于立、卧主轴立柱连线的同一侧，也就就Y轴的同一端，在Y轴另一端可设置工件装卸区域。

综上所述，本发明具有以下效果：

1.本发明不仅具有完善了立卧复合加工中心的功能，还能够对零件进行车削加工，对于铣削加工为主，配合车削加工的零件，满足了客户一次装夹完成全部加工的要求；

2. 本发明所采用的滑枕结构，使立主轴电机与立主轴之间可以用很短的联轴器进行连接，保证了立主轴输出大扭力时的刚性；

3. 本发明所采用的滑枕结构基本是外露的（另有钣金覆盖），维修、调整都很方便；

4.立主轴立柱水平端设计成带有空腔结构，滑枕为带内部镂空空间的长方体骨架型结构，一减轻整个立主轴立柱的重量，方便安装节省材料，二带内部镂空空间的滑枕也更利于立主轴电机、立主轴的散热；

5.转台内安装DD马达，替代传统的齿轮、蜗轮蜗杆结构，具有结构简单、噪声低、可实现高速旋转等优点；

6.底座呈十字交叉型，稳定性极佳，立、卧主轴立柱都是固定型，既稳定又易于制造；

7.底座上的X轴导轨横向置于立、卧主轴立柱之间，工作台不论移动到任何位置，下面都有底座的支撑，不会因悬空导致机床不稳定；

8.卧式加工状态下的侧向力较大，尤其是钻扩孔是沿hZ轴的侧向力更大，本发明的hZ轴导轨是平行于床鞍的长度方向，因此能够难受很强的沿hZ轴方向的侧向力，同时由于本发明的床鞍的螺母座固定于床鞍内，通过X轴丝杆驱动螺母座从而带动床鞍移动，显著减小了沿床鞍水平垂直轴向（即本发明的X轴向）的侧向力对加工精度和刚性的影响；

9.立主轴采用与滑枕可拆卸式连接结构一起上下滑动，可在保持刚性的前提下减小立主轴的截面积，有利于车削加工内孔时减少干涉；

10.工件装卸区域与立、卧主轴刀库所在区域完全分开，不会相互干涉，方便操作以及方便使用吊车；

11.由于本方案的结构特点，工作台可以在不悬空、不影响机床稳定性的前提下移动到最外侧（工件装卸区域），对于自动生产线或工业机器人抓取和放置工件带来了极大的方便，有利于简化自动线的设计、降低自动线的成本。

附图说明

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的另一结构示意图；

图3为图1中的A局部的结构示意图（不包括立主轴电机）；

图4为本发明中的滑枕另一侧向结构示意图；

图5为图4的的分解示意图；

图6为图5中的B局部的结构示意图；

图7为本发明中的卡座的结构示意图；

图8为与本发明的卡座匹配的一种车刀座结构示意图；

图9为本发明中转台的部分内部结构示意图；

图10为本发明中床鞍上方伺服电机、滚珠丝杆和转台的连接示意图；

图11为图10中伺服电机的结构示意图。

其中，1、底座；2、立主轴立柱；21、水平端；22、竖直端；3、卧主轴立柱；4、X轴导轨；5、立主轴刀库；6、卧主轴刀库；7、滑枕；71、内部镂空空间；8、立主轴；81、环状凸起；82、螺孔；9、床鞍；10、Y/hZ轴导轨；11、转台；111、转台外壳； 112、转台芯轴；113、轴承；12、工作台；13、空腔；14、安装块；15、Z轴滑块；16、驱动电机；17、Z轴导轨；18、凸块；19、螺母座；20、立主轴换刀臂；23、hY轴导轨；24、卧主轴箱；25、卧主轴换刀臂；26、卡座；261、定位槽；27、X轴丝杆；28、螺母座；29、马达座；30、轴承座；31、立主轴电机；32、车刀座；321、定位键；33、DD马达；331、马达转子；332、马达定子；34、滚珠丝杆；35、轴承座；36、马达座；37、伺服电机；371、电机本体；372、编码器；373、抱匣。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。

X轴导轨4是复合加工中心的立式和卧式两种加工状态共用的X轴，Y轴导轨和Z轴导轨17是复合加工中心的立式加工状态的Y轴和Z轴，hY轴导轨23和hZ轴导轨是复合加工中心的卧式加工状态的Y轴和Z轴，其中Y轴导轨和hZ轴导轨在本发明中为同一根导轨，为方便描述写成Y/hZ轴导轨10。

如图1、图2、图3、图4所示，一种新型的双立柱铣车复合加工中心，包括呈十字型的底座1和固定安装于底座1上的r型立主轴立柱2、卧主轴立柱3、X轴导轨4，所述立主轴立柱2、卧主轴立柱3上对应设有立主轴刀库5、卧主轴刀库6，所述X轴导轨4处于立主轴立柱2和卧主轴立柱3之间，所述立主轴立柱2、卧主轴立柱3的连线与X轴导轨4交叉呈十字型，所述立主轴刀库5和卧主轴刀库6位于立主轴立柱2、卧主轴立柱3连线的同一侧，所述立主轴立柱2的水平端21连接有可上下滑动的带内部镂空空间71的长方体骨架型滑枕7，所述滑枕7内拆卸式安装有立主轴电机31，立主轴电机31下方连接有立主轴8，所述X轴导轨4上设有可沿X轴导轨4移动的床鞍9，床鞍9上设有与X轴导轨4垂直的Y/hZ轴导轨10，所述Y/hZ轴导轨10上方设有转台11，转台11内连接有DD马达33，转台11上设有可随转台11转动的工作台12。

如图2、图3所示，进一步地，所述立主轴立柱2的水平端21上设有垂直的空腔13，在空腔13末尾处的立主轴立柱2上固定有安装块14和Z轴滑块15，所述安装块14上设有驱动电机16，所述滑枕7上垂直设有两条匹配Z轴滑块15的Z轴导轨17，所述滑枕7上还设有与Z轴导轨17在同一侧的凸块18，所述凸块18上设有螺母座19，所述驱动电机16输出端连接丝杆（图中未示），所述丝杆穿过所述螺母座19并驱动螺母座19带动滑枕7上下移动。

如图4、图5、图6所示，进一步地，所述立主轴8与上方的立主轴电机32轴线重合，所述立主轴8上设有用于立主轴8与滑枕7下端面对接的环状凸起81，环状凸起81上设有均匀间隔排布的螺孔82，滑枕7下端面上设有相应的对接螺孔82的对接孔（图中未示），螺栓贯穿螺孔82及对接孔将立主轴8与滑枕7紧密贴合连接，立主轴8连接滑枕7后，其上端嵌入滑枕7的内部镂空空间71内、下端露在滑枕7外。

如图1、图2所示，进一步地，所述立主轴立柱2的竖直端22上水平安装立主轴刀库5，所述立主轴刀库5中刀具为竖直放置结构，所述立主轴8与立主轴刀库5之间水平设有用于换刀的立主轴换刀臂20，所述卧主轴立柱3上设有垂直的hY轴导轨23，hY轴导轨23上设有可上下滑动的卧主轴箱24，卧主轴立柱3的侧面上竖直安装卧主轴刀库6，所述卧主轴箱24与卧主轴刀库6通过竖直方向上倾斜设置的卧主轴换刀臂25进行换刀。

如图9所示，进一步地，所述DD马达33包括马达转子331和马达定子332，马达转子331固定连接转台芯轴112成一体结构，马达定子332固定连接转台外壳111，转台外壳111通过轴承113与转台芯轴112连接，转台芯轴112上方连接工作台12。

如图7、图8所示，进一步地，所述的立主轴8下端还固定有用于安装车刀座32的卡座26，所述的卡座26上设有定位槽261。

如图1、图2所示，进一步地，所述的床鞍9内贯穿有与X轴导轨4平行的X轴丝杆27，X轴丝杆27上套设有固定于床鞍9侧面的螺母座28，X轴丝杆27通过一端连接马达座29、另一端连接轴承座30固定在底座1上。床鞍9的螺母座28固定于床鞍9内，马达座29通过X轴丝杆27驱动螺母座28从而带动床鞍9移动，显著减小了沿床鞍9水平垂直轴向（即本发明的X轴向）的侧向力对加工精度和刚性的影响。

如图10、图11所示，进一步地，床鞍9上方也设有用于驱动转台11沿Y/hZ轴导轨10滑动的滚珠丝杆34，所述滚珠丝杆34一端连接轴承座35、另一端连接马达座36，马达座36上安装有伺服电机37，所述伺服电机37包括电机本体371和与电机本体371连接的编码器372，电机本体371连接滚珠丝杆34的输出端上安装有抱匣373。

本发明的工作原理：

底座1的俯视形状呈十字型，立、卧主轴立柱（2、3）分别固定安装于十字型底座1一条边的两端，X轴导轨4位于十字型底座1的另一条边上，床鞍9位于底座1的X轴导轨4上，沿X轴导轨4移动，床鞍9上有Y/hZ轴导轨10，方向与X轴导轨4垂直,转台11在床鞍9的Y/hZ轴导轨10上，沿Y/hZ轴导轨10移动,工作台12在转台11上方，可随转台11一起转动，立、卧主轴立柱（2、3）上各有一套竖直方向的导轨，卧主轴箱24和滑枕7分别沿各自所在立柱上的垂直导轨上下移动，卧主轴箱24上下移动方向为hY轴，滑枕7上下移动方向为Z轴（同时也是立车的Z轴），立主轴8设计成与滑枕7可拆卸式连接结构一起上下滑动，便于在保持刚性的前提下减小横截面积，有利于车削内孔。

其中，滑枕7为带内部镂空空间71的长方体骨架型结构，其内部安装有立主轴电机32和立主轴8，其通过Z轴导轨17与立主轴立柱2上的Z轴滑块15匹配嵌套可实现上下滑动，工作时驱动电机16转动带动丝杆旋转，推动螺母座19移动从而带动滑枕7上下移动，与滑枕7连接的立主轴8从而实现上下运动，另外立主轴8与滑枕7通过环状凸起81与滑枕7下端面依靠螺栓连接并贴紧，在保证连接稳定性的基础上，实现了可拆卸连接方式，方便滑枕7、立主轴电机31和立主轴8的更换、维修。

配合控制系统和驱动系统，本复合加工中心具备下面三种加工模式：

1.在卧式钻铣加工状态下，工作台12沿水平方向上两个相互垂直的hZ轴导轨和X轴导轨4移动，卧主轴箱24沿hY轴导轨23上下移动，可对工件的侧面进行加工，同时转台11带动工作台12按照指令进行任意转位，这样就可以把工件一周多个侧面全部加工完毕；

2.在立式钻铣加工状态下，工作台12沿水平方向上两个相互垂直的X轴导轨4和Y轴导轨移动，立主轴8沿Z轴导轨17上下移动，可完成对工件上端面的加工；

3.当机床进入车削加工状态时，内置DD马达33的转台11带动工作台12高速运转，此时工作台12相当于成为立式车床的主轴，立主轴8下端可安装车刀座32，车刀座32上自带有的定位键321与立主轴8上固定不动的卡座26的定位槽261相互契合，使车刀座32加装在立主轴8上后能够被固定不会转动，车刀座32可以沿着Z轴方向上下移动，工作台12除了可以带着工件旋转外，还可以沿着X轴导轨4移动，此时伺服电机37输出端的抱闸373接收控制指令后刹车抱死，使得滚珠丝杆34被锁定无法转动，最终锁死了Y轴方向的移动。通过X轴和Z轴进给以及工作台12的旋转，锁定后工作台12沿X轴导轨4移动时可以使车刀过工作台12中心的位置，配合上述车刀座32的上下移动，实现车削加工。

另外，本发明也包含另一种进给组合方式：可以把X轴方向锁定，以Y轴来配合Z轴和工作台12进行车削加工，这样的话需要在设计上改变车刀的刀尖方向来配合Y轴进给。

立主轴刀库5和卧主轴刀库6都位于立、卧主轴立柱（2、3）连线的同一侧，工件装卸区域位于两立柱连线的另一边，需要装卸工件时，工作台12随床鞍9移动到工作台12的交换区域。

以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (8)

1.一种新型的双立柱铣车复合加工中心，其特征在于，包括呈十字型的底座和固定安装于底座上的r型立主轴立柱、卧主轴立柱、X轴导轨，所述立主轴立柱、卧主轴立柱上对应设有立主轴刀库、卧主轴刀库，所述X轴导轨处于立主轴立柱和卧主轴立柱之间，所述立主轴立柱、卧主轴立柱的连线与X轴导轨交叉呈十字型，所述立主轴刀库和卧主轴刀库位于立主轴立柱、卧主轴立柱连线的同一侧，所述立主轴立柱的水平端连接有可上下滑动的带内部镂空空间的长方体骨架型滑枕，所述滑枕内拆卸式安装有立主轴电机，立主轴电机下方连接有立主轴，所述X轴导轨上设有可沿X轴导轨移动的床鞍，床鞍上设有与X轴导轨垂直的Y/hZ轴导轨，所述Y/hZ轴导轨上方设有转台，转台内连接有DD马达，转台上设有可随转台转动的工作台。

2.如权利要求1所述的一种新型的双立柱铣车复合加工中心，其特征在于，所述立主轴立柱的水平端上设有垂直的空腔，在空腔末尾处的立主轴立柱上固定有安装块和Z轴滑块，所述安装块上设有驱动电机，所述滑枕上垂直设有两条匹配Z轴滑块的Z轴导轨，所述滑枕上还设有与Z轴导轨在同一侧的凸块，所述凸块上设有螺母座，所述驱动电机输出端连接丝杆，所述丝杆穿过所述螺母座并驱动螺母座带动滑枕上下移动。

3.如权利要求2所述的一种新型的双立柱铣车复合加工中心，其特征在于，所述立主轴与上方的立主轴电机轴线重合，所述立主轴上设有用于立主轴与滑枕下端面对接的环状凸起，凸起上设有均匀间隔排布的螺孔，滑枕下端面上设有相应的对接螺孔的对接孔，螺栓贯穿螺孔及对接孔将立主轴与滑枕紧密贴合连接，立主轴连接滑枕后，其上端嵌入滑枕的内部镂空空间内、下端露在滑枕外。

4.如权利要求3所述的一种新型的双立柱铣车复合加工中心，其特征在于，所述立主轴立柱的竖直端上水平安装立主轴刀库，所述立主轴刀库中刀具为竖直放置结构，所述立主轴与立主轴刀库之间水平设有用于换刀的立主轴换刀臂，所述卧主轴立柱上设有垂直的hY轴导轨，hY轴导轨上设有可上下滑动的卧主轴箱，卧主轴立柱的侧面上竖直安装卧主轴刀库，所述卧主轴箱与卧主轴刀库通过竖直方向上倾斜设置的卧主轴换刀臂进行换刀。

5.如权利要求4所述的一种新型的立式复合加工中心，其特征在于，所述DD马达包括马达转子和马达定子，马达转子固定连接转台芯轴成一体结构，马达定子固定连接转台外壳，转台外壳通过轴承与转台芯轴连接，转台芯轴上方连接工作台。

6.如权利要求1至5中任一项所述的一种新型的双立柱铣车复合加工中心，其特征在于，所述的立主轴下端还固定有用于安装车刀座的卡座，所述的卡座上设有定位槽。

7.如权利要求6所述的一种新型的双立柱铣车复合加工中心，其特征在于，所述的床鞍内贯穿有与X轴导轨平行的X轴丝杆，X轴丝杆上套设有固定于床鞍侧面的螺母座，X轴丝杆通过一端连接马达座、另一端连接轴承座固定在底座上。

8.如权利要求7所述的一种新型的双立柱铣车复合加工中心，其特征在于，床鞍上方也设有用于驱动转台沿Y/hZ轴导轨滑动的滚珠丝杆，所述滚珠丝杆一端连接轴承座、另一端连接马达座，马达座上安装有伺服电机，所述伺服电机包括电机本体和与电机本体连接的编码器，电机本体连接滚珠丝杆的输出端上安装有抱匣。