CN112025329B - 一种自校直机床横梁 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种自校直机床横梁，包括横梁体、若干拉筋、拉力装置、传感器、垫片和螺母，其中，横梁体为两端封闭的桶状结构，其横截面为矩形或梯形，横梁体腹腔内水平方向设有纵肋；横梁体的腹腔内沿水平方向设置若干拉筋，拉筋贯穿横梁体两端端面，且分布在纵肋的上侧和下侧；拉力装置固定设置在横梁体一端的外端面上用于给拉筋施加拉力，拉筋的另一端装有螺母，螺母的后面贴装有垫片，垫片的另一面贴装在横梁体另一端的外端面上；传感器设置在拉筋上，实时检测机床横梁的变形情况，并将变形情况反馈给数控系统。该机床横梁通过实时调节拉筋的拉力而被校直，其刚性和稳定性得到进一步提高，而制造难度却没有增加，且应用广泛。

Description

一种自校直机床横梁
技术领域
本发明涉及机床领域，尤其涉及一种自校直机床横梁。
背景技术
机床是制造机器的机器，亦称工作母机，由于机器或机械零件的品类繁多、形状各异，制造工艺千差万别，所以根据制造工艺而产生的机床也是各式各样，通常分类为金属切削机床、锻压机床和木工机床等等。在机械制造中获取机械零件的方法很多，除切削加工外，还有铸造、锻造、焊接、冲压、挤压和3D打印等，但是，要求精度高和要求表面粗糙度精细的零件，当前主要还是通过在机床上用切削的方法进行最终加工，因此，金属切削机床是保证高精度零件、或制造高品质机器的关键设备。
目前，随着数控和信息化技术的快速发展，数控金属切削机床已经在制造行业普遍应用，高档数控机床在特殊行业和特殊工序中也成为必配设备。高档数控金切机床之所以受到青睐，是因为它具有高速度、高精度、高效率、高可靠性和高柔性化等特点，这些特点是由高性能数控系统、高品质主轴头、高灵敏度传感器和高刚度机架等关键系统和零部件决定的，其中机架的刚度是机床高速度、高精度、高效率和高可靠性的基础保证。
如图1所示，是龙门数控机床机架示意图，机架主要由床身1、立柱2、滑板滑枕主轴头组件3、横梁4和工作台5等部件构成，不同结构形式的机床其机架、或部件也略有不同，在这些部件中，影响刚度最关键的部件是横梁，如图2、图3所示，图3中是横梁受力示意图，横梁受滑板滑枕主轴头组件3的压力而变形。在实际中，横梁的变形不仅是受滑板滑枕主轴头组件3的压力，而且还受瞬时切削抗力、摩擦力、振动和温度等诸多因素的影响，机床横梁变形、刚性差，不但会影响机床机架的整体刚度，而且横梁的变形会直接导致机床加工精度降低，因此，在不断要求提高高档数控机床精度、稳定性的研究中，如何提高机床横梁的刚性和稳定性是机床行业目前研究的重点课题，也就是说，机床横梁的刚性和稳定性提高了，高档数控机床的精度和稳定性也就可以提高了。
发明内容
为了提高机床横梁的刚性和稳定性，进而提高数控机床的精度和稳定性，本发明提供一种自校直机床横梁，包括横梁体、若干拉筋、拉力装置、传感器、垫片和螺母，其中，
所述横梁体为两端封闭的桶状结构，其横截面为矩形或梯形，横梁体腹腔内水平方向设有纵肋，纵肋置于横梁体的中间部位、且与横梁体两端端面固定连接；
横梁体的腹腔内沿水平方向设置若干拉筋，拉筋贯穿横梁体两端端面，且分布在纵肋的上侧和下侧；
所述拉力装置固定设置在横梁体一端的外端面上，其数量与拉筋的数量相同，所述拉力装置与所述拉筋的一端固定连接，用于给拉筋施加拉力，拉筋的另一端装有螺母，螺母的后面贴装有垫片，垫片的另一面贴装在横梁体另一端的外端面上；
传感器的一端设置在拉筋上、另一端与横梁体内侧相连，用于实时检测机床横梁的变形情况，并将变形情况反馈给数控系统，方便数控系统调节拉力装置施加给拉筋的拉力。
优选地，拉筋至少有4根，其中至少2根装在纵肋的下侧、至少2根装在纵肋的上侧。
优选地，横梁体腹腔内竖直方向设有至少两片横肋，横肋均匀分布，横肋上设有用于拉筋贯穿的圆孔。
优选地，所述拉力装置包括液压缸，所述液压缸固装在横梁体一端的外端面上，每一个液压缸内都设有活塞，活塞与拉筋的一端固定连接。
优选地，横梁体两端端面中与垫片和液压缸的安装接触部分均为凸台面，且两凸台面平行。
优选地，纵肋的厚度为横梁体壁厚的1/2～2/3。
优选地，横肋上圆孔的数量、位置与拉筋一致，横肋上圆孔的直径D1是拉筋直径d1的1.2～1.4倍，D1＝(1.2～1.4)d1。
优选地，拉筋直径d1的大小由拉筋的长度L决定，长径比为L/d1＝(30～50)，并且d1不小于40mm。
优选地，拉筋的材料为钢45，并通过感应淬火G48热处理。
本发明的有益效果是，该机床横梁腹腔内设有拉筋，以增加内应力，提高刚度，并通过实时调节拉筋的拉力而校直横梁，使高档数控机床横梁的精度、刚性和稳定性进一步提高，而制造难度却没有增加，且应用广泛。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明实施例提供的龙门式数控机床机架示意图；
图2为本发明实施例提供的龙门式数控机床龙门架示意图；
图3为本发明实施例提供的横梁受力示意图；
图4为本发明实施例提供的一种自校直机床横梁示意图；
图5为本发明实施例提供的一种自校直机床横梁左视示意图；
图6为本发明实施例提供的一种自校直机床横梁右视示意图；
图7为本发明实施例提供的一种自校直机床横梁纵向H-H剖视示意图；
图8为本发明实施例提供的一种自校直机床横梁横向J-J剖视示意图；
图9为本发明实施例提供的一种自校直机床横梁纵向H-H剖视中A处局部放大示意图；
图10为本发明实施例提供的一种自校直机床横梁纵向H-H剖视中B处局部放大示意图；
图11为本发明实施例提供的一种自校直机床横梁纵向H-H剖视中C处局部放大示意图。
图1-11中，1.床身，2.立柱，3.滑板滑枕主轴头组件，4.横梁，5.工作台，401.横梁体，402.拉筋，403.液压缸，404.活塞，405.传感器，406.垫片，407.螺母，4011纵肋，4012横肋。
具体实施方式
本发明实施例提供的一种自校直机床横梁，如图2至图11所示，本发明实施例提供的自校直机床横梁包括横梁体401、若干拉筋402、拉力装置、传感器405、垫片406和螺母407。如图2、图7、图8所示，所述横梁体401与图2中的立柱2连接，横梁体401为两端封闭的桶状结构，其横截面(垂直于横梁长度方向的截面为横截面)为矩形或梯形，横梁体401腹腔内水平方向上设有纵肋4011，纵肋4011置于横梁体401的中间部位，纵肋4011与横梁体401两端端面固定连接。纵肋4011直接支承横梁体401的中间层，提高了横梁体401中间层的抗压刚度，在横梁体401受到纵向载荷时，能够使横梁体401中间层的压缩变形量相对减小。在一种可能的实施例中，纵肋4011的数量至少有1条，如图8所示，多条纵肋平行设置、且设置在横梁体401上下面之间的中间部位。如图7所示，在具体实施过程中，横梁体401中，纵肋4011的厚度为横梁体401壁厚的1/2～2/3。
如图7、图8所示，横梁体401的腹腔内，沿水平方向设置若干拉筋402，拉筋402贯穿横梁体401两端端面，且分布在纵肋4011的上侧和下侧。在一种可能的实施例中，拉筋402至少有4根，其中至少2根装在纵肋4011的下侧、至少2根装在纵肋4011的上侧。如图7、图10所示，拉筋402是机床横梁的关键零件，其直径d1的大小由拉筋402的长度L决定，长径比为L/d1＝(30～50)，并且d1不小于40mm；优选材料为钢45，并热处理：感应淬火G48。
在一种可能的实施例中，如图7、图8所示，横梁体401腹腔内竖直方向设有至少两片横肋4012，横肋4012均匀分布，横肋4012上设有圆孔，用于拉筋402贯穿，横肋4012上圆孔的数量、位置与拉筋402一致。横肋4012与横梁体401自身的桶形构成了多节箱形结构，这一结构能够使机床横梁的抗扭刚度大幅提高。在具体实施过程中，圆孔的直径D1是拉筋402直径d1的1.2～1.4倍，D1＝(1.2～1.4)d1。
拉力装置固定设置在横梁体401一端的外端面上，其数量与拉筋402的数量相同，所述拉力装置与所述拉筋402的一端固定连接，用于给拉筋402施加拉力，拉筋402的另一端装有螺母407，螺母407的后面贴装有垫片406，垫片406的另一面贴装在横梁体401另一端的外端面上。在一种可能的实施例中，拉力装置可以为液压缸403，如图7、图8、图9、图10所示，所述液压缸403固装在横梁体401一端的外端面上，其数量与拉筋402的数量相同，每一个液压缸403内都设有活塞404，活塞404与拉筋402的一端固装，拉筋402的另一端装有螺母407，螺母407的后面贴装有垫片406，垫片406的另一面贴装在横梁体401另一端的外端面上。进一步的，如图7、图9、图10所示，垫片406和液压缸403在横梁体401两端的安装接触面为凸台面，且两凸台面平行，以提高接触刚度，避免偏载。
当机床工作时，液压缸403中通入压力油，液压缸403中的活塞404动作，在活塞404的作用下，拉筋402受拉，同时横梁体401的两端受压，由此，横梁体401通过液压缸403、活塞404、拉筋402、螺母407和垫片406构成拉-压力闭环结构，相当于对横梁体401施加了预应力，因此，提高了机床横梁的刚度；如图3、图8所示，当机床横梁在受载状态下会弯曲变形，根据力学理论，物体的刚度越高则变形越小，而且对于横梁来说，在变形时其外层受拉、内层受压、中间层不变，鉴于横梁体401特殊的截面形状、特殊的拉筋结构，多根拉筋402在横梁体401的腹腔内所产生的拉力就是内力，也就是抵抗横梁体401变形的力，并且，拉筋402在横梁体401腹腔内的位置不同、拉力不同，对机床横梁所产生的抵抗变形的能力也不同，比如：设在纵肋4011下侧的拉筋402的作用是抵抗机床横梁向下凹弯变形，设在纵肋4011上侧的拉筋402的作用是抵抗机床横梁向上凸弯变形。
传感器405的一端设置在拉筋402上、另一端与横梁体401的内侧相连，用于实时检测机床横梁的变形情况，并将变形情况反馈给数控系统，方便数控系统调节拉力装置施加给拉筋402的拉力。如图7、图11所示，所述传感器405是位移传感器，传感器405装在最下侧的拉筋402上，传感器405的另一端与横梁体401下部的内侧相连，传感器405用于实时检测机床横梁的变形情况，传感器405通过导线、或无线与机床的数控系统连接，并将信息传出。在具体实施过程中，传感器405的数量有多个，以更全面的检测横梁变形信息，并发给数控系统。在数控机床工作时，每一个液压缸403中通入压力油的压力是能够控制的，也就是说，每一个拉筋402对横梁体401的拉力是能够控制的。
综上所述，本发明所述的自校直机床横梁，就是利用这一理论和结构实现的自校直功能，其运行程序、或步骤主要有以下几步：1.多个传感器405实时检测横梁体401的变形、并把信息传输给数控系统；2.数控系统运算、向液压系统发出指令；3.液压系统按指令瞬时调整供给各液压缸403的液压压力；4.不同位置的液压缸403和拉筋402对横梁体401实施不同的拉力，对机床横梁校直；实际上，在机床运行过程中，机床横梁所受外部作用力的大小和方向都是变化的，所以，以上运行程序也是瞬时循环变化的，是一种动态的平衡状态，因此，具有良好的自动校直效果。
本发明实施例提供的一种自校直机床横梁，包括横梁体、若干拉筋、拉力装置、传感器、垫片和螺母，其中，所述横梁体为两端封闭的桶状结构，其横截面为矩形或梯形，横梁体腹腔内水平方向设有纵肋，纵肋置于横梁体的中间部位、且与横梁体两端端面固定连接；横梁体的腹腔内沿水平方向设置若干拉筋，拉筋贯穿横梁体两端端面，且分布在纵肋的上侧和下侧；所述拉力装置固定设置在横梁体一端的外端面上，其数量与拉筋的数量相同，所述拉力装置与所述拉筋的一端固定连接，用于给拉筋施加拉力，拉筋的另一端装有螺母，螺母的后面贴装有垫片，垫片的另一面贴装在横梁体另一端的外端面上；传感器的一端设置在拉筋上、另一端与横梁体下部的内侧相连，用于实时检测机床横梁的变形情况，并将变形情况反馈给数控系统，方便数控系统调节拉力装置施加给拉筋的拉力。该机床横梁腹腔内设有拉筋，以增加内应力，加强刚度，并通过实时调节拉筋的拉力而校直横梁，使机床横梁的刚性和稳定性得到进一步提高，可广泛应用于高档数控机床，而制造难度却没有增加，且应用广泛。
本说明书中各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
以上所述仅是本发明的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种自校直机床横梁，其特征在于，包括横梁体(401)、若干拉筋(402)、拉力装置、传感器(405)、垫片(406)和螺母(407)，其中，
所述横梁体(401)为两端封闭的桶状结构，其横截面为矩形或梯形，横梁体(401)腹腔内水平方向设有纵肋(4011)，纵肋(4011)置于横梁体(401)的中间部位、且与横梁体(401)两端端面固定连接；
横梁体(401)的腹腔内沿水平方向设置若干拉筋(402)，拉筋(402)贯穿横梁体(401)两端端面，且分布在纵肋(4011)的上侧和下侧；
所述拉力装置固定设置在横梁体(401)一端的外端面上，其数量与拉筋(402)的数量相同，所述拉力装置与所述拉筋(402)的一端固定连接，用于给拉筋(402)施加拉力，拉筋(402)的另一端装有螺母(407)，螺母(407)的后面贴装有垫片(406)，垫片(406)的另一面贴装在横梁体(401)另一端的外端面上；
传感器(405)的一端设置在拉筋(402)上、另一端与横梁体(401)内侧相连，用于实时检测机床横梁的变形情况，并将变形情况反馈给数控系统，方便数控系统调节拉力装置施加给拉筋(402)的拉力，其中，所述传感器(405)是位移传感器。
2.根据权利要求1所述的自校直机床横梁，其特征在于，拉筋(402)至少有4根，其中至少2根装在纵肋(4011)的下侧、至少2根装在纵肋(4011)的上侧。
3.根据权利要求1所述的自校直机床横梁，其特征在于，横梁体(401)腹腔内竖直方向设有至少两片横肋(4012)，横肋(4012)均匀分布，横肋(4012)上设有用于拉筋(402)贯穿的圆孔。
4.根据权利要求1所述的自校直机床横梁，其特征在于，所述拉力装置包括液压缸(403)，所述液压缸(403)固装在横梁体(401)一端的外端面上，每一个液压缸(403)内都设有活塞(404)，活塞(404)与拉筋(402)的一端固定连接。
5.根据权利要求4所述的自校直机床横梁，其特征在于，横梁体(401)两端端面中与垫片(406)和液压缸(403)的安装接触部分均为凸台面，且两凸台面平行。
6.根据权利要求1所述的自校直机床横梁，其特征在于，纵肋(4011)的厚度为横梁体(401)壁厚的1/2～2/3。
7.根据权利要求3所述的自校直机床横梁，其特征在于，横肋(4012)上圆孔的数量、位置与拉筋(402)一致，横肋(4012)上圆孔的直径D1是拉筋(402)直径d1的1.2～1.4倍，D1＝(1.2～1.4)d1。
8.根据权利要求1所述的自校直机床横梁，其特征在于，拉筋(402)直径d1的大小由拉筋(402)的长度L决定，长径比为L/d1＝(30～50)，并且d1不小于40mm。
9.根据权利要求1所述的自校直机床横梁，其特征在于，拉筋(402)的材料为钢45，并通过感应淬火G48热处理。
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