CN110509077B - 一种基于复合材料的机床床身及机床 - Google Patents

Abstract

本发明属于机床设备技术领域。为了解决混凝土与金属壳体发生剥离，使导轨直接失去稳定支撑而发生变形，从而影响机床的稳定性和加工精度的问题，本发明公开了一种基于复合材料的机床床身。该基于复合材料的机床床身包括箱体结构的壳体、位于壳体内部的混凝土结构以及导轨；壳体的上表面设有导轨孔，用于插装导轨；导轨由两个单轨组成，两个单轨的底部分别穿过两个导轨孔后位于壳体的内部，并且两个单轨的底部之间通过导轨连接件固定连接，单轨的底部以及导轨连接件同时与混凝土结构固定连接。本发明的机床床身由混凝土结构对导轨提供支撑固定，避免了混凝土与金属壳体发生剥离时导轨失去支撑而变形，从而影响机床的稳定性和加工精度的问题。

Description

一种基于复合材料的机床床身及机床

技术领域

本发明属于机床设备技术领域，具体涉及一种基于复合材料的机床床身及机床。

背景技术

机床床身是影响机床静态性能和动态性能的重要部件，在传统的机床床身中，大多采用的是铸铁材料制造，尽管铸铁材料具有成本低、铸造性能好、吸振、耐磨等优点，但由于其动态性能不足、热稳定性差，而导致采用铸铁材料的机床床身很难满足精密机床的高精加工要求。

为了提高机床的热稳定性和动态刚性，近年来国内外积极开展使用混凝土材料替代传统材料制造机床床身的研究。其中，在申请号为201010247851.8、名称为“一种混凝土机床床身结构及其制造方法”的中国发明专利中，公开了一种使用硅酸盐水泥钢纤维混凝土和环氧树脂混凝土作为材料制备的混凝土机床床身。相比传统铸铁机床床身，采用聚合物混凝土材料后，机床床身的动静态刚度获得提高，并且阻尼性能和吸振性也得了较大改善。

但是，由于混凝土材料的自身强度有限，导致整个机床床身无法承受较大的载荷，使整个机床的稳定性和耐久性较差。在申请号为201210563494.5、名称为“一种高缓冲性能的机床床身结构及其制备方法”的中国发明专利中，公开了一种外表为金属材料的箱体结构、内部为环氧树脂混凝土结构形式的机床床身，这样利用金属壳体与内部混凝土相结合的方式就大大提升了整个机床床身的结构强度和稳定性。然而，在机床使用中产生的振动载荷作用下，由于金属壳体与混凝土之间的自然结合能力有限，使得金属壳体与混凝土之间极易发生剥离，尤其是振动载荷较为明显的导轨区域，由于导轨通常是直接焊接固定在金属壳体的表面，这样当混凝土与金属壳体发生剥离时，就会在壳体与混凝土的接触位置出现间隙，使导轨失去稳定支撑而发生变形，从而影响机床的稳定性和加工精度。

发明内容

为了解决混凝土与金属壳体发生剥离，使导轨直接失去稳定支撑而发生变形，从而影响机床的稳定性和加工精度问题，本发明提出了一种基于复合材料的机床床身。该基于复合材料的机床床身，包括箱体结构的壳体、位于所述壳体内部的混凝土结构以及导轨；所述壳体的上表面设有导轨孔，用于插装所述导轨；所述导轨由两个单轨组成，两个单轨的底部分别穿过两个所述导轨孔后位于所述壳体的内部，并且两个单轨的底部之间通过导轨连接件固定连接，所述单轨的底部以及所述导轨连接件同时与所述混凝土结构固定连接。

优选的，所述壳体的下表面设有混凝土孔，用于将所述壳体内部的混凝土结构引出并形成混凝土支腿。

进一步优选的，所述壳体上设有多个均布的地脚螺栓孔，用于安装地脚螺栓。

优选的，两个单轨与导轨连接件采用一体式铸件结构。

优选的，两个单轨之间设有多个导轨连接件，并且多个导轨连接件依次沿所述单轨的长度方向分布。

优选的，所述壳体内部设有多根结构加强件，并且固定在所述壳体的内表面之间。

优选的，所述壳体的内表面设有T形栓钉。

优选的，该机床床身还设有排屑槽，所述排屑槽位于所述导轨两侧。

优选的，所述混凝土结构选用硅酸盐混凝土、轻骨料混凝土、树脂混凝土以及掺有增强纤维混凝土中任何一种或者几种的混合物。

一种基于复合材料的机床，采用上述任意一项所述的机床床身。

与现有结构形式的机床床身相比较，本发明基于复合材料的机床床身具有以下有益效果：

1、在本发明的机床床身中，通过将导轨的底部延伸至壳体内部并且与壳体内部的混凝土结构进行直接固定连接，从而由混凝土结构对导轨直接提供有效支撑固定。这样，当机床长时间运行产生振动载荷导致金属壳体与内部混凝土结构之间出现剥离并引起金属壳体错位甚至失去混凝土结构支撑时，就可以借助混凝土结构对导轨的直接支撑，避免由于导轨单纯与金属壳体固定连接而，在壳体与混凝土之间出现间隙使导轨失去有效支撑而发生的偏移以及变形问题，从而保证金属壳体与内部混凝土结构之间出现剥离时还可以维持导轨的正常使用，进而避免导轨瞬间失去支撑或变形而造成整个机床设备和被加工产品的直接损坏问题，提高整个机床设备使用过程的稳定性和加工精度。

2、在本发明中，通过借助多个导轨连接件将两个单轨固定连接为一个导轨整体，并且将所有导轨连接件同时固定在混凝土结构中。这样，就可以大大增加导轨与混凝土结构的接触面积，提高导轨与混凝土结构之间的连接牢固性。

3、在本发明中，通过在壳体内部设置栓钉和结构加强件并将其全部固定在混凝土结构中，从而提高壳体与混凝土结构之间的连接牢固性，提高整个机床床身抵抗混凝土与金属壳体发生剥离的能力，保证机床床身的结构稳定性。

4、在本发明中，通过在壳体底部设置混凝土孔，从而将壳体内部的混凝土结构引出至壳体外部形成混凝土支腿，此时整个机床床身就可以同时由混凝土支腿和壳体共同提供支撑。这样，在金属壳体与混凝土结构之间发生剥离而产生相对移动时，借助混凝土支腿与地面的直接接触就可以降低甚至消除混凝土结构的位移幅度，从而对导轨提供持续稳定的支撑固定，进一步提高该机床设备使用过程的安全可靠性和加工精度。

附图说明

图1为本实施例中基于复合材料的机床床身的截面示意图；

图2为本实施例中壳体的外形结构示意图；

图3为图1所示截面示意图的正视图；

图4为本实施例中工作台导轨与导轨连接件连接的外形结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案进行详细介绍。

结合图1至图4所示，本实施例基于复合材料的机床床身，包括金属箱体结构的壳体1、位于壳体1内部的混凝土结构2以及工作台导轨31和立柱导轨32。

壳体1的上表面分别设有用于插装工作台导轨31的工作台导轨孔12和用于插装立柱导轨32的立柱导轨孔13，同时，工作台导轨31由两个平行设置的工作台单轨311组成，立柱导轨32由两个平行设置的立柱单轨321组成。

两个工作台单轨311的底部穿过两个工作台导轨孔12后伸入至壳体1的内部，并且两个工作台单轨311的底部之间通过导轨连接件33固定连接，两个工作台单轨311的底部和导轨连接件33同时与混凝土结构2固定连接。

两个立柱单轨321的底部穿过两个立柱导轨孔13后伸入至壳体1的内部，并且两个立柱单轨321的底部之间通过导轨连接件33固定连接，两个立柱单轨321的底部和导轨连接件33同时与混凝土结构2固定连接。

在本实施例中，混凝土结构选用掺有增强纤维的混凝土形成，以提高混凝土结构的自身结构强度。同样，在其他实施例中，根据对混凝土结构和材质的性能要求，既可以选用硅酸盐混凝土、轻骨料混凝土或树脂混凝土中任何一种或几种的混合物，也可以选用其他成分的混凝土，从而满足不同工况中对混凝土结构的性能要求。

其中，在将混凝土浇筑至壳体内部之前，可以通过点焊固定的方式预先将相应的导轨固定在对应的导轨孔中，待完成混凝土浇筑并且将导轨与混凝土结构连接为一体后，再对导轨中漏出至壳体外部的部分进行精加工处理，从而在保证导轨与混凝土结构牢固连接的情况下，提高导轨的尺寸精度和位置精度。进一步，在完成导轨与混凝土结构的连接固定后，还可以对导轨与壳体之间的连接位置进行辅助焊接固定，使导轨同时与混凝土结构和壳体进行固定连接，进一步提高导轨对切削力和振动载荷的综合承载能力。

在本实施例基于复合材料的机床床身中，通过借助导轨连接件将组成导轨的两个单轨连接为一体，同时将单轨的底部以及导轨连接件同时置于壳体内部并且与混凝土结构形成直接固定连接，从而将两个单轨组成一体并同时与混凝土结构固定连接，使导轨与混凝土结构形成一体式结构，进而由混凝土结构对导轨直接提供支撑固定。此时，在利用金属壳体与内部混凝土结构相结合的方式达到提升整个机床床身结构强度和稳定的情况下，再通过将导轨延伸至壳体内部并且与混凝土结构进行直接固定连接，从而由混凝土结构对导轨提供直接地支撑固定，同时借助导轨连接件与混凝土结构的连接，进一步提升导轨与混凝土结构连接的牢固性。这样，当该机床运行过程中产生振动载荷导致金属壳体与内部混凝土结构之间发生剥离，并引起金属壳体与混凝土结构之间出现间隙而失去混凝土结构支撑时，就可以借助混凝土结构对导轨的直接支撑，避免由于导轨单纯与金属壳体固定连接而导致导轨位置发生偏移以及失去有效支撑而发生的变形问题，从而保证金属壳体与内部混凝土结构之间发生剥离时还可以维持导轨的正常使用，进而避免导轨瞬间失去支撑或变形而造成整个机床设备和被加工产品的直接损坏问题，最终提高整个机床设备使用的安全可靠性。

优选的，在本实施例中壳体1的下表面中间区域设有混凝土孔，用于将位于壳体1内部的混凝土结构2引出形成混凝土支腿21。此时，通过将壳体内部的部分混凝土结构引出至壳体的外部并形成混凝土支腿，就可以借助混凝土支腿对整个机床床身提供辅助支撑，尤其是在金属壳体与混凝土结构之间发生剥离而出现相对移动时，借助混凝土支腿与地面的直接接触就可以对工作台导轨和立柱导轨继续提供位置固定的持续支撑，从而进一步提高金属壳体与混凝土结构之间发生剥离时导轨位置的稳定性。

进一步优选的，在壳体1上还设有八个地脚螺栓孔15，用于安装地脚螺栓，实现机床床身中金属壳体部分与地面之间的直接固定连接。同时，在本实施例中，将八个地脚螺栓孔分布在混凝土支腿的周围，这样位于机床床身中间区域的混凝土支腿与地面保持接触支撑时，通过对混凝土支腿周围的地脚螺栓与地面之间连接的调节固定，可以对混凝土支腿与地面的接触进行调整和紧固，保证对整个机床床身位置固定的牢固性。

结合图4所示，在本实施例中，工作台导轨31与导轨连接件33的连接采用一体式铸件结构连接形式。这样，可以提高导轨与导轨连接件的连接牢固性，增强导轨的结构强度，同样立柱导轨与导轨连接件的连接也可以采用一体式铸件结构连接形式。与此同时，工作台导轨31同时与多个导轨连接件33连接固定，并且多个导轨连接件33依次沿导轨的长度方向分布。这样，可以增加与混凝土结构的接触面积，提高混凝土结构对导轨的固定牢固性。同样，在其他实施例中，根据具体的设计要求和制备要求，导轨与导轨连接件之间也可以采用其他形式进行连接，例如分体式结构并且采用焊接方式固定连接。

结合图3所示，在本实施例壳体1的内部还设有多根结构加强件16，并且多根结构加强件16交错焊接固定在壳体1中相对的内表面之间，从而形成壳体的内部骨架。此时，通过将结构加强件预埋并固定在混凝土结构内，可以提高壳体的自身结构强度以及壳体与混凝土结构之间的连接牢固性，从而加强整个机床床身对剪切载荷和振动载荷的承载能力，提高机床床身的结构稳定性。

优选的，在导轨连接件与壳体内表面之间设置多根结构加强件，利用多根结构加强件形成将导轨连接件拴固在壳体内部的效果，使导轨连接件也直接与壳体进行固定连接。这样，利用结构加强件使导轨、壳体和混凝土结构之间形成两两固定连接的结构形式，进而增强三者连接为一个整体的牢固性，达到进一步提高导轨对剪切载荷和振动载荷的承载能力。

结合图3所示，在本实施例壳体1的内表面还焊接固定了多个T形栓钉17。通过将T形栓钉的头部预埋和固定在混凝土结构内，进一步增强混凝土结构与壳体内表面之间的连接牢固性，提高壳体与混凝土结构之间的抗剥离能力，提升整个机床床身的结构稳定性。

结合图1和图2所示，本实施例的壳体1上还设有两个V型排屑槽18，并且分别位于工作台导轨31的两侧，用于及时收集通过工作台导轨31进行加工产生的废屑。同样，根据不同工况对机床床身的结构要求，也可以在立柱导轨周围设置相应的排屑槽进行废屑的收集和处理。

另外，本实施例所公开结构的机床床身既可以作为车削加工机床的床身，也可以用于磨削加工机床的床身，还可以作为复合加工机床的床身，并且根据不同加工机床对导轨设置数量和位置的不同要求，还可以对导轨的设置数量和位置进行调整改变，从而满足不同工况的使用要求。

Claims (2)

1.一种基于复合材料的机床床身，包括金属箱体结构的壳体、位于所述壳体内部的混凝土结构以及导轨；其特征在于，所述壳体的上表面设有导轨孔，用于插装所述导轨；所述导轨由两个单轨组成，两个单轨的底部分别穿过两个所述导轨孔后位于所述壳体的内部，并且两个单轨的底部之间通过导轨连接件固定连接，所述单轨的底部以及所述导轨连接件同时与所述混凝土结构固定连接，同时两个单轨分别与所述壳体固定连接；所述壳体的下表面设有混凝土孔，用于将所述壳体内部的混凝土结构引出并形成混凝土支腿；所述壳体上设有多个均布的地脚螺栓孔，用于安装地脚螺栓；两个单轨与导轨连接件采用一体式铸件结构；两个单轨之间设有多个导轨连接件，并且多个导轨连接件依次沿所述单轨的长度方向分布；所述壳体内部设有多根结构加强件，并且固定在所述壳体的内表面之间；所述壳体的内表面设有T形栓钉；该机床床身还设有排屑槽，所述排屑槽位于所述导轨两侧；所述混凝土结构选用硅酸盐混凝土、轻骨料混凝土、树脂混凝土以及掺有增强纤维混凝土中任何一种或者几种的混合物。

2.一种基于复合材料的机床，其特征在于，采用权利要求1所述的机床床身。

Images