CN111372719A - 机床 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种机床，其包括：基座，其在安装空间的两侧处具有彼此面对的一对第一轴滑动件；鞍座，其联接到所述基座的第一轴滑动件以在第一轴方向上滑动，所述鞍座具有一对第二轴滑动件，所述一对第二轴滑动件彼此面对；横档，其联接到所述鞍座的第二轴滑动件以在第二轴方向上滑动，所述横档具有一对第三轴滑动件，所述一对第三轴滑动件彼此面对；竖直推杆，其联接到所述横档的所述第三轴滑动件以在垂直方向上滑动；工作台，其设置在基座的安装空间中，以能够相对于基座旋转。

Description

机床
技术领域
本发明涉及一种机床，更具体地，涉及一种具有简单结构的机床，因为它是底座和柱集成在一起的单块型，并且能够通过最小化振动和热位移来执行高精度/高速加工。
背景技术
通常，机床是指相对于主轴通过在三个轴方向上移动来切割工件的设备。近来，虽然工件所需的形状变得更加复杂，但是通过最小化用于加工的时间来提高生产率以能够在短时间内生产复杂形状的需求增加了。因此，除了进行三轴机加工之外，对于可以倾斜和旋转工作台的五轴机加工刀具的需求迅速增加。
一种五轴机床，其通常包括：三个线性轴X、Y和Z，它们垂直地布置在加工中心点(TCP)处，该加工中心点是所谓的刀具中心点，在该刀具中心点处，刀具和工件围绕驱动单元相遇；旋转轴，其保持工件并且将工件旋转360度；以及倾斜轴，其旋转用于将工件支撑和固定到预定角度(+，-)的工作台。
同时，在五轴机床中，作为必需结构的柱、底座和鞍座独立地构造并且通过附加的联接器彼此连接，并且工作台也可分离地与底座结合。如上所述，由于必需的结构不是一体的并且通过附加的联接器彼此联接，由主轴产生的振动或热位移不能被充分地去除并且影响整个结构，这导致加工精度降低的问题。
特别地，在Z-Y平面中在Y轴方向上产生的位移叠加，并且这种Y轴位移通常显示出大于“0”的值。这种叠加位移通常由复杂的原因产生，包括加工过程中的振动和热影响。当产生叠加位移时，其极大地影响安装在主轴上的刀具的前端和工作台上的工件的加工中心之间的定位精度，这是使工件质量变差的主要因素。
此外，随着加工速度和切削量的增加，这种叠加位移大并且更不规则地产生，并且在仅使用附加装置去除叠加位移方面存在限制。因此，这意味着机床本身的结构应该被设计成能够最小化叠加位移，以便提高五轴加工中的加工质量和生产率。
上述作为本申请的相关技术的说明仅用于帮助理解本发明的背景技术，不应被理解为包括在本领域技术人员已知的现有技术中。
相关技术文献可参考KR10-2016-0120512(A)。
发明内容
技术问题
本发明致力于解决这些问题，本发明的一个目的是提供一种机床，该机床能够提高工件的质量，并且能够提高生产率，因为其结构被设计成能够最小化叠加位移，以提高五轴加工中的加工质量和生产率。
技术方案
为了实现这些目的，根据本发明的机床包括：基座，其内部具有安装空间，工件安装在该安装空间内，该基座具有穿过彼此面对的壁的轴孔，并且在安装空间的两侧处具有彼此面对的一对第一轴滑动件；鞍座，其联接到基座的第一轴滑动件以在第一轴方向上滑动，并且具有一对第二轴滑动件，该一对第二轴滑动件在与第一轴方向相交的方向上设置并且彼此面对；横档，其联接到鞍座的第二轴滑动件以在第二轴方向上滑动，并且具有一对第三轴滑动件，该一对第三轴滑动件垂直于由第一轴和第二轴形成的平面设置并且彼此面对；竖直推杆，其联接到横档的第三轴滑动件以在垂直于由第一轴和第二轴形成的平面的方向上滑动，并且保持刀具安装在竖直推杆的端部以加工工件；以及工作台，其设置在基座的安装空间中，以能够通过基座的轴孔相对于基座旋转。
所述基座的彼此面对的壁可以设置成一对，所述第一轴滑动件可以分别形成在所述壁的上端，中间壁可以从一个壁延伸到另一个壁，并且所述安装空间可以由一对彼此面对的壁和所述中间壁限定。
所述中间壁的顶表面可以是具有朝向所述安装空间向下的斜坡的倾斜表面，从而可以收集在加工工件时产生的切屑。
在彼此面对的壁的前面可以限定工作空间，在彼此面对的壁的后面可以设置自动换刀器，自动换刀器具有用于加工的刀具，并且彼此面对的壁的前表面可以倾斜，使得下端定位在比上端更靠后的位置，从而限定所述工作空间。
在所述基座的下端在前后方向上可以形成支撑脚，并且所述支撑脚和所述壁可以布置成形成三角形。
所述第一轴滑动件可以形成为使得后部比前部距离所述轴孔的中心更长。
所述鞍座可以具有六面体盒形状，所述鞍座在其底部的边缘处具有连接到所述第一轴滑动件的部分，并且所述第二轴滑动件可以形成在顶表面的边缘处以垂直于所述第一轴滑动件。
竖直通孔可以形成在所述竖直推杆中，并且具有曲率的边缘可以形成在所述竖直通孔的内表面上。
连接到所述横档的所述第二轴滑动件的部分和连接到所述竖直推杆的所述第三轴滑动件的部分可以形成直角。
所述滑动件可以包括所述第一轴滑动件、所述第二轴滑动件和所述第三轴滑动件，并且所述滑动件可以包括：纵向延伸的滑轨；以及滑块，所述滑块为分别联接至所述滑轨以沿所述滑轨滑动的部件，所述滑轨与所述滑块可以安装在相对的部分处。
所述工作台可以通过所述轴孔相对于所述基座旋转，并且所述工作台可以旋转360度。
有益效果
根据上述本发明的机床，可以在X轴方向、Y轴方向和Z轴方向进行加工，并且工作台可以在一个机床中倾斜和旋转，并且结构对称地形成，由于可以设置一个中央轴线，因此可以通过在两侧设置参考点来提高精度，可以减小误差，并且可以提高工件的精度。
由于一个基座具有底座和柱两者的功能，因此具有简化结构和降低制造成本的优点。此外，由于在底座和柱之间没有机械连接，因此存在可以使强度的降低最小化的优点。
此外，由于本发明的机床的结构是对称形成的，因此由结构产生的力在设计步骤中所考虑的方向上流动，而不会断开。因此，存在的优点是，当机器工作时，由振动和热影响产生的位移被最小化，从而实现了高加工精度和动态性能最大化，由此可以提高生产率。
此外，从工件产生的切屑被引导为能够自由地落到地面而不会积聚在机器中，因此具有非常容易处理切屑的优点。此外，由于柱的顶表面形成为比底表面向前更远地定位，所以工人可以容易地接近机床。此外，由于第一轴滑动件的后部形成为比前部更长，所以可以在不与其它部件干涉的情况下将重工件安装在机器中，因此具有更方便地进行工作的优点。
附图说明
图1是示出根据本发明的实施方案的机床的视图。
图2是示出图1的基座的视图。
图3是图2的前视图和侧视图。
图4是示出图1的鞍座的视图。
图5是示出图1的横档的视图。
图6是示出图1的竖直推杆的视图。
具体实施方式
下面将参照附图描述根据本发明的示例性实施方案的机床。
图1是示出根据本发明的实施方案的机床的视图，图2是示出图1的基座100的视图，图3是图2的前视图和侧视图。此外，图4是示出图1的鞍座200的视图，图5是示出图1的横档300的视图，图6是示出图1的竖直推杆400的视图。
在本说明书中，第一轴可以是Y轴，第二轴可以是X轴，第三轴可以是Z轴，但是根据设计或环境，方向可以自由改变，因此在本说明书中它们被称为第一轴、第二轴和第三轴。
如图1和图2所示，根据本发明的实施方案的机床包括：基座100，其内部具有安装空间110，工件安装在该安装空间110内，该基座100具有穿过彼此面对的壁的轴孔131，并且在安装空间的两侧处具有彼此面对的一对第一轴滑动件133；鞍座200，其联接到基座100的第一轴滑动件133以在第一轴方向上滑动，并且具有在与第一轴方向相交的方向上设置并且彼此面对的一对第二轴滑动件210；横档300，其联接到鞍座200的第二轴滑动件210以在第二轴方向上滑动，并且具有一对第三轴滑动件450，该一对第三轴滑动件450垂直于由第一轴和第二轴形成的平面设置，并且彼此面对；竖直推杆400，其联接到横档300的第三轴滑动件450以在垂直于由第一轴和第二轴形成的平面的方向上滑动，并且保持刀具800安装在竖直推杆400的端部以加工工件；以及工作台500，其设置在基座100的安装空间110中，以能够通过基座100的轴孔131相对于基座100旋转。
本发明的基座100在图2和图3中示出。基座100(也称为基部)内部具有安装工件的安装空间110，并且具有彼此面对的壁130，其中安装空间110和壁130在两侧处对称地形成。彼此面对的壁130设置成一对，中间壁135从壁130延伸到另一个壁130，并且安装空间110由一对彼此面对的壁130和中间壁135限定。特别地，中间壁135的顶表面是具有朝向安装空间100向下的斜坡的倾斜表面，因此当加工工件时产生的切屑、冷却水等被收集到安装空间110中。
彼此面对的一对壁130可以是普通机床的柱。轴孔131穿过彼此面对的壁130中的每一个的中央形成，并且一对第一轴滑动件133形成为在安装空间110的两侧处彼此面对。第一轴滑动件133可以形成在壁130的上端处。在基座100的壁130的前面限定工作空间，并且在壁130的后面设置刀具盒900，该刀具盒900包括具有用于加工的刀具800的自动换刀器(ATC)。壁130的前表面以预定的倾斜角θ倾斜，使得下端定位在比上端更靠后的位置，因此具有这样的优点：限定了工作人员能够容易地进行工作的工作空间，工作人员能够最大程度地容易地接近工作台500，并且能够最小化机床的相对于行程的安装面积。
基座100具有安置在地面上的底座600。在底座600中形成一个用于排放机械加工的切屑或冷却水的开口610。具有刀具更换装置的刀具盒900所能够插入的空间由通过底座600、壁130和中间壁135限定在基座100后面的空间提供。支撑脚150在基座100的下端形成在前后方向上，更详细而言，在底座600的下端形成，并且支撑脚150和壁130布置成形成三角形。支撑脚150从壁130向前突出预定量，从而具有可以更稳定地支撑机床的效果，可以防止在刀具800和工件之间产生的力集中在任何一个方向上或者在加工过程中断开，该力在结构中以预定的方向性在封闭部分中流动，并且可以增加整个结构的强度。即使仅通过基座100的结构，机械上脆弱的部分被预先去除，并且使抵抗振动和热而产生的位移的稳定性最大化，因此存在使降低性能(例如热和振动)的因素影响最小化的效果，从而能够最大化加工性能和加工质量。
开口610相对于两侧的壁130对称地形成。开口610与两侧的壁130的结合处没有特定的台阶，并且具有以均匀倾斜角α向下变窄的倾斜度。因此，在加工过程中产生的切屑可以很好地掉落并排出机床，而不会积聚在内部结构中。
形成在基座100的壁130的上端的第一轴滑动件133形成为使得后部比前部距离轴孔131的中心更长。因此，安置在第一轴滑动件133上的鞍座200可以进一步在第一轴方向上向后移动。因此，存在这样的优点，即，当向后安装用于装载工件(特别是重型工件)的刀具时，可以确保足够的空间，并且在向后移动鞍座200之后，还可以容易地装载甚至是应该使用设备(例如龙门式装载器)移动的物体(因为它们是重型的)。此外，用于第一轴滑动件133的致动器设置在第一轴滑动件133的前面，并且工人在机床的前面进行工作，因为工作空间限定在基座100的前面，因此与致动器设置在后侧的相关技术相比，具有容易附接/拆卸和保持用于本发明的第一轴滑动件133的致动器的优点。
由中间壁135限定的基部100的后部空间的顶部具有向前的倾斜角β，并且在中间壁135中形成一个或多个排水孔137，因此当安装在自动换刀器(ATC)上的刀具800的剩余冷却水掉落时，冷却水可以通过开口610返回而不会在那里收集。在底座600的底部上在前后方向上形成有用于运输的叉式升降机的运送引导件630，并且运送引导件630可以形成在基座100的支撑脚150上的一个或多个位置处。尽管未详细地示出，用于制造基座100的铸造用的铸孔可以仅通过底表面和顶表面形成。因此，除了穿过基部100的侧面形成的轴孔131和开口610之外，不存在不必要的开口部分，从而能够进一步增加结构本身的强度。
本发明的鞍座200在图4中示出。鞍座200联接到基座100的第一轴滑动件133，以在第一轴方向上滑动，并且具有彼此面对并与第一轴相交的一对第二轴滑动件210。换而言之，鞍座200通过第一轴滑动件133从基座100的上方与基座100结合。如图所示，鞍座200可以具有六面体盒形状，并且在底部的边缘处具有连接到第一轴滑动件133的部分，第二轴滑动件210形成在顶表面的边缘处，以垂直于第一轴滑动件133。其上设置有第二轴滑动件210的表面形成为具有预定厚度以能够具有足够的结构强度，但是其上安装有连接到第一轴滑动件133的部分的表面可以形成为具有较小的厚度。一个或多个第一轴滑块710联接到第一轴滑动件133，使得鞍座200能够在第一轴方向上滑动，第一轴滑块710设置在鞍座200的与第一轴滑动件133连接的点处。
一个或多个第二轴滑动件210设置在第二轴滑动件210所设置的表面的下部，而不是顶表面的边缘，因此当在第二轴方向上滑动时，它们可以被更牢固地支撑。用于在第二轴方向上传递运动的支撑构件230可以设置在第二轴滑动件210的下方。
图5中示出了横档300。横档300联接到鞍座200的第二轴滑动件210，以在第二轴方向上滑动。横档300具有一对第三轴滑动件450，该一对第三轴滑动件450形成为在垂直于由第一轴和第二轴形成的平面的方向上在两侧彼此面对。特别地，横档300插入鞍座200中。横档300可以整体形成为块状。在横档300的上部处形成有具有屋顶形状的封闭部分330，并且在封闭部分330的下方形成有在第一轴方向上在两侧处延伸并具有预定厚度的突出部350。在横档300中限定有内部空间370，竖直推杆400插入该内部空间中并且能够竖直地移动。横档300具有引导槽390，该引导槽390是连接到第三轴滑动件450的部分。在封闭部分330处形成窗口380，其在第二轴方向上敞开，因此在第三轴滑动件450上滑动的第三轴滑动块750通过窗口380插入，彼此最大限度地间隔开，然后附接到引导槽390。
一个或多个第二轴滑动块730在第一轴方向上设置在两个侧壁360的外表面上，或者设置在突出部350上。彼此间隔开的两个第二轴滑动块可以在每个部件的端部处形成为一组。因此，由横档300的操作产生的力均匀地沿着封闭部分330流动，而不会断开，从而使结构强度最大化。特别地，封闭部分330位于高于第二轴滑块730的位置，从而由第二轴滑块730和第三轴滑块750产生的力在第一轴平面和第二轴平面中不叠加。此外，第三轴滑块750可以以足够的竖直间隙彼此间隔开，从而改善了由第三轴滑块750传送的物体的动态强度。
图6中示出了竖直推杆400。竖直推杆400连接到横档300的第三轴滑动件450上，以便在垂直于由第一轴和第二轴形成的平面的方向上滑动，并且用于加工工件的刀具800安装在竖直推杆400的端部处。竖直推杆400的端部位于基座100的安装空间110中，并且工作台500设置在刀具800下方。竖直通孔410形成在竖直推杆400中。其上安装有刀具800的主轴430可以插入竖直通孔410中，刀具800可以安装在主轴430的端部处。在竖直通孔410的内表面上形成有具有曲率的边缘，因此力在没有断开的情况下均匀地流动，并且不会产生应力集中，从而可以增加结构强度。
如图1所示，工作台500设置在基座100的安装空间110中，并且可以通过基座100的轴孔131相对于基座100旋转。工作台500可以通过轴孔131相对于基座100旋转而倾斜，并且可以通过旋转轴510旋转360度，因此它被安装成能够倾斜和旋转。
分别包括第一轴滑动件133、第二轴滑动件210和第三轴滑动件450的滑动件133、210和450包括：纵向延伸的滑轨720、740和760；以及滑块710、730和750，滑块710、730和750是分别联接到滑轨720、740和760以沿着滑轨720、740和760滑动的部件。特别地，滑轨720、740和760以及滑块710，730和750可以交替地安装在相对的位置。
因此，根据上述本发明的机床，可以在X轴方向、Y轴方向和Z轴方向上进行加工，并且工作台可以在一个机床中倾斜和旋转，并且结构对称地形成，由于可以设置一个中央轴线，因此可以通过在两侧设置参考点来提高精度，可以减小误差，并且可以提高工件的精度。
由于一个基座具有底座和柱两者的功能，因此具有简化结构和降低制造成本的优点。此外，由于在底座和柱之间没有机械连接，因此存在可以使强度的降低最小化的优点。
此外，由于本发明的机床的结构是对称形成的，因此由结构产生的力在设计步骤中所考虑的方向上流动，而不会断开。因此，存在的优点是，当机器工作时，由振动和热影响产生的位移被最小化，从而实现了高加工精度和动态性能最大化，由此可以提高生产率。
此外，从工件产生的切屑被引导为能够自由地落到地面而不会积聚在机器中，因此具有非常容易处理切屑的优点。此外，由于柱的顶表面形成为比底表面向前更远地定位，所以工人可以容易地接近机床。此外，由于第一轴滑动件的后部形成为比前部更长，所以可以在不与其它部件干涉的情况下将重工件安装在机器中，因此具有更方便地进行工作的优点。
尽管以上相对于附图中所示的具体实施方案提供了本发明，但是对于本领域技术人员显而易见的是，在不脱离本发明的范围的情况下，可以以各种方式对本发明进行改变和修改，本发明的范围在以下权利要求中描述。
<附图标记说明>
100：基座 110：安装空间
130：壁 131：轴孔
133：第一轴滑动件 135：中间壁
137：排水孔 150：支撑脚
200：鞍座 210：第二轴滑动件
230：支撑构件 300：横档
330：封闭部分 350：突出部
360：外表面 370：内部空间
380：窗口 390：引导槽
400：竖直推杆 410：竖直通孔
430：主轴 450：第三轴滑动件
500：工作台 510：旋转轴
600：底座 610：开口
630：运送引导件 710：第一轴滑块
720：第一轴滑轨 730：第二轴滑块
740：第二轴滑轨 750：第三轴滑块
760：第三轴滑轨 800：刀具
900：刀具盒。

Claims (11)

1.一种机床，其包括：
基部，其内部具有安装空间，工件安装在所述安装空间中，所述基部具有穿过彼此面对的壁的轴孔，所述基部在安装空间的两侧具有彼此面对的一对第一轴滑动件；
鞍座，其联接到所述基座的第一轴滑动件以在第一轴方向上滑动，所述鞍座具有一对第二轴滑动件，所述一对第二轴滑动件设置在与所述第一轴方向相交的方向上，所述一对第二轴滑动件彼此面对；
横档，其联接到所述鞍座的第二轴滑动件以在第二轴方向上滑动，所述横档具有一对第三轴滑动件，所述一对第三轴滑动件垂直于由第一轴和第二轴形成的平面设置，所述一对第三轴滑动件彼此面对；
竖直推杆，其联接到横档的第三轴滑动件以在垂直于由第一轴和第二轴形成的平面的方向上滑动，并且保持刀具安装在竖直推杆的端部以加工工件；以及
工作台，其设置在基座的安装空间中，以能够通过基座的轴孔相对于基座旋转。
2.根据权利要求1所述的机床，其中，所述基座的彼此面对的壁设置成一对，所述第一轴滑动件分别形成在所述壁的上端，中间壁从一个壁延伸到另一个壁，并且所述安装空间由一对彼此面对的壁和所述中间壁限定。
3.根据权利要求2所述的机床，其中，所述中间壁的顶表面是具有朝向所述安装空间向下的斜坡的倾斜表面，从而收集在加工工件时产生的切屑。
4.根据权利要求2所述的机床，其中，在所述彼此面对的壁的前面限定工作空间，在所述彼此面对的壁的后面设置自动换刀器，所述自动换刀器具有用于加工的刀具，并且所述彼此面对的壁的前表面倾斜，使得下端定位在比上端更靠后的位置，从而限定所述工作空间。
5.根据权利要求1所述的机床，其中，在所述基座的下端沿前后方向形成支撑脚，并且所述支撑脚和所述壁布置成形成三角形。
6.根据权利要求1所述的机床，其中，所述第一轴滑动件形成为使得后部比前部距离所述轴孔的中心更长。
7.根据权利要求1所述的机床，其中，所述鞍座具有六面体盒形状，所述鞍座在其底部的边缘处具有连接到所述第一轴滑动件的部分，并且所述第二轴滑动件形成在顶表面的边缘处以垂直于所述第一轴滑动件。
8.根据权利要求1所述的机床，其中，竖直通孔形成在所述竖直推杆中，并且具有曲率的边缘形成在所述竖直通孔的内表面上。
9.根据权利要求1所述的机床，其中，连接到所述横档的所述第二轴滑动件的部分和连接到所述竖直推杆的所述第三轴滑动件的部分形成直角。
10.根据权利要求1所述的机床，其中，所述滑动件包括所述第一轴滑动件、所述第二轴滑动件和所述第三轴滑动件，并且所述滑动件包括：纵向延伸的滑轨；以及滑块，所述滑块为分别联接至所述滑轨以沿所述滑轨滑动的部件，所述滑轨与所述滑块能够安装在相对的部分处。
11.根据权利要求1所述的机床，其中，所述工作台能够通过所述轴孔相对于所述基座旋转，并且所述工作台能够旋转360度。
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