CN109227151A - 多头高效机加工中心 - Google Patents

Abstract

一种多头高效机加工中心，机床采用龙门架构(1)，龙门架横梁(2)上设置一条横梁直线导轨(21)，横梁直线导轨(21)上至少配置3个以上X轴移动平台(3)，X轴移动平台(3)沿横梁直线导轨(21)左右移动；每个X轴移动平台(3)上分别配置一个Z轴移动平台(4)，每个Z轴移动平台(4)上分别安装用于机加工的加工主轴(6)；加工平台(7)安装在Y轴移动平台(5)上，加工平台(7)设置在龙门架的横梁下方，加工平台(7)为共用平台；X轴移动平台(3)、Z轴移动平台(4)采用直线电机驱动；Z轴移动平台(4)配备以平衡Z轴移动平台自重的平衡装置(9)。本发明简化了多头机构的分布的结构，共用横梁上的直线导轨，此方式容易实现和统一头部的结构。

Description

多头高效机加工中心

技术领域

本发明涉及金属、玻璃及陶瓷等复合材质的机加工设备。

背景技术

由于目前市面上常规的加工中心，仅单头或者再有先进者也只有两个头同时加工，由于在使用传统的伺服+丝杆这种间接转换的运动方式无法稳定的生产出合格的产品，且效率不可以提高(原因是丝杆是通过摩擦滚动方式驱动，固有的摩擦发热导致精度变化，高速的状态导致丝杆寿命急剧下降)；效率远不及目前市场给出的加工报价；再者多头的丝杆传动方式对整体的结构增加非常大的难度及稳定性，也有在同一轴上加入了多个头，但是其排布的走向相对是固定的不可以移动的，这样会对真正加工造成非常严重的工艺问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多头高效机加工中心，达到简化结构，提高生产效率的目的。

本发明的目的可以这样实现，设计一种多头高效机加工中心，机床采用龙门架构，龙门架横梁上沿横梁长度方向设置一条横梁直线导轨，横梁直线导轨上至少配置3个以上X轴移动平台，X轴移动平台沿横梁直线导轨左右移动；每个X轴移动平台上分别配置一个Z轴移动平台，每个Z轴移动平台上分别安装用于机加工的加工主轴，Z轴移动平台相对X轴移动平台上下移动；加工平台安装在Y轴移动平台上，Y轴移动平台前后移动，加工平台设置在龙门架的横梁下方，加工平台为共用平台；X轴移动平台、Z轴移动平台采用直线电机驱动；Z轴移动平台配备以平衡Z轴移动平台自重的平衡装置。

进一步地，加工平台上或加工平台的两侧安装加工主轴位置相对应的刀库，刀库的数量与加工主轴的数量相同。

更进一步地，刀库采用DD马达驱动的圆盘刀库。

进一步地，横梁上安装固定横梁直线导轨，X轴移动平台上设有第一连接板，第一连接板上面对横梁直线导轨的一面安装与横梁直线导轨配合的第一导轨滑块组，第一连接板上面对Z轴移动平台的一面设有第二导轨滑块组，第二导轨滑块组固定在第一连接板上；Z轴移动平台上设置第三连接板，第三连接板上固定第二直线导轨组，第二直线导轨组与第二导轨滑块组配合；各移动平台均设有行程反馈尺。

进一步地，平衡装置为锁紧气缸或者磁力弹簧。

进一步地，横梁平面上沿横梁直线导轨设置定子，各个X轴移动平台上设置动子，所有X轴移动平台共用同一条横梁上的定子。

进一步地，加工主轴设置在同一中心线，每个加工主轴在Y方向的绝对坐标值或相对坐标值相对一致，或每个加工主轴在Y方向的位置尺寸偏差控制在0.005mm以下。

进一步地，加工主轴为同步电机主轴。

进一步地，Z轴移动平台上安装直线电机磁铁组件，对应的线圈组件固定在X轴移动平台上。

进一步地，数控系统对于每套Z轴移动平台和加工主轴分别建立独立指令通道。

本发明采用了全直驱技术(磁悬浮)，整体采用灵活的驱动配置，整体采用龙门架构，龙门上分布有3个或更多的X轴移动平台，在每个X轴移动平台上分别加载了Z轴移动平台；Z轴移动平台采用的是动定子的方式，此方式简化整体Z轴移动平台的结构。

附图说明

图1是本发明较佳实施例的示意图；

图2是本发明较佳实施例之X轴移动平台、Z轴移动平台的示意图；

图3是本发明较佳实施例之X轴移动平台、Z轴移动平台的分解示意图。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步的描述。

如图1所示，一种多头高效机加工中心，机床采用龙门架构1，龙门架横梁2上沿横梁长度方向设置一条横梁直线导轨21，横梁直线导轨21上至少配置3个以上X轴移动平台3，X轴移动平台3沿横梁直线导轨21左右移动；每个X轴移动平台3上分别配置一个Z轴移动平台4，每个Z轴移动平台4上分别安装用于机加工的加工主轴6，Z轴移动平台4相对X轴移动平台3上下移动；加工平台7安装在Y轴移动平台5上，Y轴移动平台5前后移动，加工平台7设置在龙门架的横梁下方，加工平台7为共用平台；X轴移动平台3、Z轴移动平台4采用直线电机驱动；Z轴移动平台4配备以平衡Z轴移动平台自重的平衡装置9。

加工平台7上或加工平台7的两侧安装加工主轴位置相对应的刀库8，刀库8的数量与加工主轴6的数量相同。由于高度的限定，本实施例中，刀库8为DD马达驱动的圆盘刀库。由于在一个有限的空间下，要加入市面上通过减速机+电机配置的刀库，在空间上难以满足此发明的需求，故本发明采用DD马达直接驱动的方式，这样抛去减速机的庞大机构，且直接驱动的方式可以减少因转换的误差，速度上也得到了很大的提升。

如图1所示，本发明整体采用龙门结构，机架上安装了Y轴移动平台5，Y轴移动平台5上安装了加工平台7；横梁2布置在Y轴移动平台5上方，与Y轴移动平台5相对垂直分布。横梁2上安装固定横梁直线导轨21，在横梁2上配置了3个或以上的X轴移动平台3，X轴移动平台3与横梁上的横梁直线导轨21连接。如图2、图3所示，X轴移动平台3上设有第一连接板31，第一连接板31上面对横梁直线导轨21的一面安装与横梁直线导轨配合的第一导轨滑块组32，第一连接板31上面对Z轴移动平台4的一面设有第二导轨滑块组34，第二导轨滑块组34固定在第一连接板31上，第二导轨滑块组34是固定的；Z轴移动平台4上设置第三连接板41，第三连接板41上固定第二直线导轨组42，第二直线导轨组42与第二导轨滑块组34配合相对运动，采用动导轨的方式；各移动平台均配有行程反馈尺10，反馈尺可以采用光栅尺或磁栅尺或其他可以检测位移的器件和装置。

横梁平面上沿横梁直线导轨21设置定子，各个X轴移动平台3上设置动子，所有X轴移动平台3共用同一条横梁上的定子。X轴移动平台3固定了X向的动子，也固定了Z轴移动平台4的动子。Z轴移动平台4上安装直线电机磁铁组件，对应的线圈组件固定在X轴移动平台3上。本发明由于采用共用同一直线定子和统一的动子结构，直线电机的安装调试都相对容易，这样整体提高了运动部件的安装调试效率，相较传统丝杆的安装调试，直线电机安装调试可以大幅减少机器整体的调教时间，不同程度的提高机器装配效率，并有效降低对装配人员的技能要求。

本发明采用的直线电机动、定子分布形式主要优势在于：1.减少线缆运动造成不稳定的可能性，2.在短行程的状态下磁铁组件相对线圈组件的质量相对更轻巧，可以有效的提高电机的动态响应。

Z轴移动平台4的平台连接板上配置了加工主轴6，加工主轴6为同步电机主轴；同步电机主轴为现有产品，市面上可选购，在此不做描述。Z轴移动平台4由于采用直线电机驱动，为了能够在非使用状态下Z轴移动平台4处于一定到安全高度，故配置了平衡装置9。平衡装置9为锁紧气缸或者磁力弹簧或则可实现相同功能的其他装置。本实施例中，配置了相对应缸径的锁紧气缸，锁紧气缸分缸体与锁紧部分，通过气路控制，可以使得Z轴移动平台4处于安全高度位置，还起到平衡Z轴移动平台4自重的作用。对于直线电机，平衡气缸或者磁力弹簧或则可实现相同功能的其他装置是必需品，相比较，锁紧气缸成本较优。

加工主轴6设置在同一中心线，每个加工主轴6在Y方向的绝对坐标值或相对坐标值相对一致，或每个加工主轴6在Y方向的位置尺寸偏差控制在0.005mm以下。加工主轴6最终的各个几何精度及空间几何精度应保证在一定的范围，否则加工主轴6的负载会出现较大的差异，极大的影响了刀具和加工主轴6的使用寿命。本实施例中，采用机械千分表配合大理石检具测量安装各个轴向偏差，通过激光干涉仪来最终决定精度范围。由于每个X轴移动平台3都独立配置了Z轴移动平台4，Z轴移动平台4又安装加工主轴6，且X轴移动平台3是相对独立的，通过这样的配置，可以实现同步三个主轴同时对三个工件进行同时加工，由于在加工的过程中会出现各种加工偏差，由于刀具的磨耗，会出现径向和高度连个维度的偏差，此时这种结构就可以在检测出各个工件的偏差是单独做出相对的补偿，已达到最终产品的验收标准。例如：工件1的偏差值在0.02mm，工件2的偏差值在0.04mm，工件3的偏差在0.05mm等，实际客户需求精度在0.01mm，此时需要在系统中补偿相对应的偏差值，然后独立的调出相对应的加工主轴6进行修整，以解决同时加工带来的偏差；当然也会出现工件1、工件2偏差值是相同的或工件2、工件3偏差值相对…以此类推的各种现象均可以采取独立的调出相对应的加工主轴6进行修整。当出现两个相对时可以同时调用相对应的加工主轴6同时加工，再者出现单独加工时，其余的两个可以停置于安全位置，让出加工主轴6所需的加工范围，这样灵活的调度就可以大大的减少电力的损耗，进一步的复合节能减排的理念。

由于本发明是共用一个工作台(即Y轴移动平台)，故要保证每个加工主轴的Y方向的一致性，保证一致性的目的是为了可以做到其他机台或者半成品置换机台加工的需要，故要保证Y轴方向的偏差还非常小。为了实现多轴刚性攻牙，必须保证每个主轴为同步主轴，且控制系统需配备多通道处理方式。数控系统对于每套Z轴移动平台4和加工主轴6分别建立独立指令通道。由于刀具会不同程度的磨损，程序又需做多个判断，需要选择性的选择其中的头独立的做刀径补偿。

本发明简化了多头机构的分布的结构，共用横梁上的直线导轨，通过此方式可以容易实现和统一头部的结构。而传统的丝杆+伺服结构，在整体的排布上较难实现同用横梁上的直线导轨，且超过3个或以上时会对整体的结构产生较大的变化，浪费资源。

本发明整体的结构布局，可以提高用户的工艺调整时间，主要归功于多个X轴移动平台，且独立匹配了Z轴移动平台，简化用户对待加工工件的定位位置，每个工件都有相对的工件坐标，统一一个Y轴移动平台坐标，独立的调整X轴移动平台坐标和Z轴移动平台坐标。而目前市面上有的双头机，因其共用一个X轴移动平台，所以从工艺角度来说无法设定每个工件的坐标，而需要工件与头部的间距相匹配，对用户来说需要对每个工件的X向坐标和Y向坐标需要做与头部的坐标相对应用户无法正常使用的。虽然可以降低一定的设备成本但是从最终用户的用法来说，可以说无法使用。

本发明可以有效的解决由于需要二次定位或者因加工所需的工序。如：加工工序量超出刀具量。举例：当一个工件需要大概30把刀具的工序才能完全加工完成，但是多数的数控机台的刀具数量只有24把刀，此时就需要调转到另外一台机台或者重新换掉原有的24把刀，才能继续完成剩余的加工工序。

Claims (10)

1.一种多头高效机加工中心，其特征在于，机床采用龙门架构(1)，龙门架横梁(2)上沿横梁长度方向设置一条横梁直线导轨(21)，横梁直线导轨(21)上至少配置3个以上X轴移动平台(3)，X轴移动平台(3)沿横梁直线导轨(21)左右移动；每个X轴移动平台(3)上分别配置一个Z轴移动平台(4)，每个Z轴移动平台(4)上分别安装用于机加工的加工主轴(6)，Z轴移动平台(4)相对X轴移动平台(3)上下移动；加工平台(7)安装在Y轴移动平台(5)上，Y轴移动平台(5)前后移动，加工平台(7)设置在龙门架的横梁下方，加工平台(7)为共用平台；X轴移动平台(3)、Z轴移动平台(4)采用直线电机驱动；Z轴移动平台(4)配备以平衡Z轴移动平台自重的平衡装置(9)。

2.根据权利要求1所述的多头高效机加工中心，其特征在于：加工平台(7)上或加工平台(7)的两侧安装加工主轴位置相对应的刀库(8)，刀库(8)的数量与加工主轴(6)的数量相同。

3.根据权利要求2所述的多头高效机加工中心，其特征在于：刀库(8)为DD马达驱动的圆盘刀库。

4.根据权利要求1所述的多头高效机加工中心，其特征在于：横梁(2)上安装固定横梁直线导轨(21)，X轴移动平台(3)上设有第一连接板(31)，第一连接板(31)上面对横梁直线导轨(21)的一面安装与横梁直线导轨配合的第一导轨滑块组(32)，第一连接板(31)上面对Z轴移动平台(4)的一面设有第二导轨滑块组(34)，第二导轨滑块组(34)固定在第一连接板(31)上；Z轴移动平台(4)上设置第三连接板(41)，第三连接板(41)上固定第二直线导轨组(42)，第二直线导轨组(42)与第二导轨滑块组(34)配合；各移动平台均设有行程反馈尺(10)。

5.根据权利要求1所述的多头高效机加工中心，其特征在于：平衡装置(9)为锁紧气缸或者磁力弹簧。

6.根据权利要求1或4所述的多头高效机加工中心，其特征在于：横梁平面上沿横梁直线导轨设置定子，各个X轴移动平台上设置动子，所有X轴移动平台共用同一条横梁上的定子。

7.根据权利要求1所述的多头高效机加工中心，其特征在于：加工主轴(6)设置在同一中心线，每个加工主轴(6)在Y方向的绝对坐标值或相对坐标值相对一致，或每个加工主轴(6)在Y方向的位置尺寸偏差控制在0.005mm以下。

8.根据权利要求1或7所述的多头高效机加工中心，其特征在于：加工主轴(6)为同步电机主轴。

9.根据权利要求1所述的多头高效机加工中心，其特征在于：Z轴移动平台(4)上安装直线电机磁铁组件，对应的线圈组件固定在X轴移动平台(3)上。

10.根据权利要求1所述的多头高效机加工中心，其特征在于：数控系统对于每套Z轴移动平台(4)和加工主轴(6)分别建立独立指令通道。