CN112935845A - 龙门式多轴加工中心的复合材料框架结构及加工中心 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种龙门式多轴加工中心的复合材料框架结构及加工中心,包括支撑柱组件、横梁部件、滑鞍部件以及滑枕部件，所述支撑柱组件上设置有沿X向的第一导引组件，所述横梁部件可移动的安装在第一导引组件上，所述横梁部件上设置有沿Y向的第二导引组件，所述滑鞍部件可移动的安装在第二导引组件上，所述滑枕部件上设置有沿Z向的第三导引组件，所述滑枕部件安装在滑鞍部件上并能够通过第三导引组件沿Z向移动，本发明中横梁部件、滑鞍部件、滑枕部件都采用复合材料框架结构，相比同等刚性的钢结构质量减少了60％，从而降低了机床对厂房地基的要求，使机床进给速度增加了1.5倍，提升了加工效率，降低了机床能耗及安装维护费用。

Description

龙门式多轴加工中心的复合材料框架结构及加工中心

技术领域

本发明涉及龙门加工中心领域，具体地，涉及一种龙门式多轴加工中心的复合材料框架结构及加工中心，更为具体地，涉及用于汽车工业、船舶工业、风电、模具、艺术品等行业的模具加工中心框架结构。

背景技术

高速龙门加工中心属于数控机床中的一种，其优点在于可以灵活地从各个方向加工完成体积较大的工件，这一类加工中心至少有三个平动轴，为了更灵活的进行加工，还会增加一个或两个旋转轴。而三个平动轴的移动速度快慢会对加工效率起到决定性的作用。

已知的龙门加工中心一般采用钢结构来制作整体移动部件，这往往导致移动部件质量过大，为了承载移动部件，龙门加工中心的床身立柱也会做的比较粗壮，使整体设备质量很难得到控制。同时，过大的移动部件质量大大限制了此类加工中心的加工速度，要达到足够高的加工速度就要使用驱动力更大的电机进行驱动，一般此类加工中心平动轴可以达到的最高加工速度在60m/min左右，难以进一步提升。

为了进一步提升加工中心的加工速度，市场上出现了采用各种轻质材料制作的移动部件，例如铝合金材料及各种复合材料。结构形式也有各种各样，例如碳纤维制作的杆状结构，铝合金制作的方框结构。但在使用过程中发现，此类结构刚性往往难以保证，受力容易变形甚至损坏，仅仅适用于低加工力或者无加工力的场合，例如激光切割加工中心、3D打印加工中心或者非金属材料加工中心上，无法应用于金属切削等高加工力的场合。

综上所述，目前高速桥式龙门加工中心为保证结构刚性，就难以提升加工速度；提高加工速度便会牺牲结构刚性。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种龙门式多轴加工中心的复合材料框架结构及加工中心。

根据本发明提供的一种龙门式多轴加工中心的复合材料框架结构,其特征在于，包括支撑柱组件、横梁部件、滑鞍部件以及滑枕部件；

所述支撑柱组件上设置有沿X向的第一导引组件，所述横梁部件可移动的安装在第一导引组件上，所述横梁部件上设置有沿Y向的第二导引组件，所述滑鞍部件可移动的安装在第二导引组件上，所述滑枕部件上设置有沿Z向的第三导引组件，所述滑枕部件安装在滑鞍部件上并能够通过第三导引组件能够沿Z向移动，其中，所述横梁部件、滑鞍部件以及滑枕部件都采用复合材料框架结构。

优选地，所述支撑柱组件包括相互间隔布置的第一立柱、第二立柱；

所述第一导引组件包括相互平行布置的第一X向导轨、第二X向导轨，所述第一X向导轨、第二X向导轨分别安装在所述第一立柱、第二立柱上；

所述第二导引组件包括相互平行且间隔布置的第一Y向导轨、第二Y向导轨，所述第三导引组件包括相互平行且间隔布置的第一Z向导轨、第二Z向导轨。

优选地，还包括第一驱动部件以及第二驱动部件，所述第一驱动部件、第二驱动部件分别设置在横梁部件的两端且能够同步驱使横梁部件的两端在第一导引组件上运动。

优选地，所述横梁部件包括第一金属框组件以及安装在第一金属框组件上的第一碳纤维夹芯复合板；

所述滑鞍部件包括第二金属框组件以及安装在第二金属框组件上的第二碳纤维夹芯复合板；

所述滑枕部件包括第三金属框组件以及安装在第三金属框组件上的第三碳纤维夹芯复合板。

优选地，所述第一碳纤维夹芯复合板粘接在第一金属框组件上；

所述第二碳纤维夹芯复合板粘接在第二金属框组件上；

所述第三碳纤维夹芯复合板粘接在第三金属框组件上。

优选地，所述第一金属框组件、第二金属框组件、第三金属框组件上都设置有注胶孔以及胶槽，粘接所用的胶能够通过注胶孔进入胶槽中。

优选地，所述第二导引组件安装在第一金属框组件上，所述第三导引组件安装在第三金属框组件上。

优选地，所述横梁部件上设置有第三驱动部件，所述第三驱动部件能够驱使滑鞍部件沿第二导引组件运动。

优选地，还包括第四驱动部件，所述第四驱动部件能够驱使滑枕部件沿第三导引组件导引的方向运动。

根据本发明提供的一种加工中心，采用所述的龙门式多轴加工中心的复合材料框架结构。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明采用复合材料框架结构与同等刚性的钢结构相比，复合材料框架结构质量减少了60％，从而降低了机床对厂房地基的要求，使机床进给速度增加了1.5倍，提升了加工效率，降低了机床的能耗及安装维护费用，解决了现有加工中心移动部件质量过大、机床地基承载要求高、进给速度及加工效率无法提升、机床能耗大的问题。

2、本发明中的金属框架中设置专门的注胶孔以及胶槽并相互连接，能够根据具体需求选择粘接部位开胶槽，大大提高了粘接的灵活性，能够根据实际需求提高粘接质量，提高部件的整体强度，实用性强。

3、本发明中的加工中心，能够实现物料的加工任务，还可以完成其他的需要移动的任务，既可以通过远程配合摄像头控制，又可以现场通过操作器控制实现，操控灵活，应用范围广泛。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的横梁部件结构示意图；

图3为本发明的滑鞍部件结构示意图；

图4为本发明的滑枕部件结构示意图；

图5为本发明的注胶孔、胶槽的示意图。

图中示出：

地面1 滑鞍部件4

第一立柱21 第一驱动件401

第二立柱22 第三驱动件402

第一X向导轨201 第四驱动件412

第二X向导轨211 第二碳纤维夹芯复合板403

第一横梁驱动部件202 第三金属框架404

第二横梁驱动部件212 第四金属框架414

横梁部件3 滑枕部件5

第一Y向导轨301 第一Z向导轨501

第二Y向导轨311 第二Z向导轨511

第三横梁驱动部件302 滑枕驱动部件502

第二驱动件303 第三碳纤维夹芯复合板503

第四横梁驱动部件312 第二辅助碳纤维夹芯复合板513

第一碳纤维夹芯复合板304 第五金属框架504

第一金属框架305 第六金属框架514

第一辅助碳纤维夹芯复合板314 注胶孔6

第二金属框架315 胶槽7

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

本发明提供了一种龙门式多轴加工中心的复合材料框架结构,如图1所示，包括支撑柱组件、横梁部件3、滑鞍部件4以及滑枕部件5，所述支撑柱组件上设置有沿X向的第一导引组件，所述横梁部件3可移动的安装在第一导引组件上，所述横梁部件3上设置有沿Y向的第二导引组件，所述滑鞍部件4可移动的安装在第二导引组件上，所述滑枕部件5上设置有沿Z向的第三导引组件，所述滑枕部件5安装在滑鞍部件4上并能够通过第三导引组件沿Z向移动，其中，所述横梁部件3、滑鞍部件4以及滑枕部件5都采用复合材料框架结构。

具体地，如图1所示，所述支撑柱组件包括相互间隔布置的第一立柱21、第二立柱22,所述第一立柱21、第二立柱22分别固定在地面1上，所述第一导引组件包括相互平行布置的第一X向导轨201、第二X向导轨211，所述第一X向导轨201、第二X向导轨211分别安装在所述第一立柱21、第二立柱22上，在一个优选例中，第一X向导轨201的数量为两个且分别间隔布置在第一立柱21的顶部，第二X向导轨211的数量为两个且分别间隔布置在第二立柱22的顶部，第一X向导轨201、第二X向导轨211的数量都设置为两个，使横梁部件3运动过程中更加平稳，增加了装置运动过程中的稳定性。

具体地，所述第二导引组件包括相互平行且间隔布置的第一Y向导轨301、第二Y向导轨311，如图1所示，第一Y向导轨301、第二Y向导轨311分别布置在横梁部件3沿高度方向的两端，所述第三导引组件包括相互平行且间隔布置的第一Z向导轨501、第二Z向导轨511，所述第一Z向导轨501、第二Z向导轨511分别布置在滑枕部件5的两端，所述滑枕部件5能够沿第一Z向导轨501、第二Z向导轨511长度的方向竖直向上或向下运动，实现滑枕部件5整体的升降。

具体地，如图1所示，本发明中还包括第一驱动部件以及第二驱动部件，所述第一驱动部件、第二驱动部件分别设置在横梁部件3的两端且能够同步驱使横梁部件3的两端在第一导引组件上运动，从而实现滑枕部件5沿X方向的运动，本发明中还设置有控制装置，通过控制装置能够实现第一驱动部件以及第二驱动部件同步驱动，进而实现横梁部件3两侧运动的同步性，使装置的运动更加平稳。

具体地，如图1所示，所述横梁部件3包括第一金属框组件以及安装在第一金属框组件上的第一碳纤维夹芯复合板，所述滑鞍部件4包括第二金属框组件以及安装在第二金属框组件上的第二碳纤维夹芯复合板，所述滑枕部件5包括第三金属框组件以及安装在第三金属框组件上的第三碳纤维夹芯复合板，在一个优选例中，所述第一碳纤维夹芯复合板粘接在第一金属框组件上，所述第二碳纤维夹芯复合板粘接在第二金属框组件上，所述第三碳纤维夹芯复合板粘接在第三金属框组件上。

进一步地，所述第一金属框组件、第二金属框组件、第三金属框组件上都设置有注胶孔以及胶槽，粘接所用的胶能够通过注胶孔进入胶槽中，在具体地应用中，能够根据具体粘接强度的需求合理设置胶槽的具体布置位置，达到满足粘接的需求，提高装置的粘接强度，满足实际应用的需求。

具体地，如图1所示，所述横梁部件3上设置有第三驱动部件，所述第三驱动部件能够驱使滑鞍部件4沿第二导引组件运动，从而实现滑枕部件5沿Y方向的运动，本发明中还包括第四驱动部件，所述第四驱动部件能够驱使滑枕部件5沿第三导引组件导引的方向运动，从而实现滑枕部件5沿Z方向的运动。

需要说明的是，本发明中的X向是指横梁部件3运动的方向，与第一X向导轨201、第二X向导轨211长度的方向相同，本发明中的Y向与第一Y向导轨301、第二Y向导轨311长度的方向相同，本发明中的Z向与为竖直方向，与第一Z向导轨501、第二Z向导轨511长度的方向相同。

本发明还提供了一种加工中心，采用所述的龙门式多轴加工中心的复合材料框架结构，能够实现物料的加工任务，还可以完成其他的需要移动的任务，既可以通过远程配合摄像头控制，又可以现场通过操作器控制实现，操控灵活，应用范围广泛。

实施例：

如图1至图5所示，根据本发明提供的一种龙门式多轴加工中心的复合材料框架结构，包括横梁部件3、滑鞍部件4以及滑枕部件5，横梁部件3、滑鞍部件4、滑枕部件5均包括碳纤维夹芯复合板以及金属框架，所述碳纤维夹芯复合板包括两层碳纤维以及布置在两层碳纤维之间的铝蜂窝，通过金属框架上设置的注胶孔注胶后将碳纤维夹芯复合板粘接在金属框架上构成，导轨和驱动部件承力较大的部件安装于金属框架上。龙门式多轴加工中心的复合材料框架结构中包括一对相互之间间隔一定距离且与地面1位置相对固定的平行的第一X向导轨201、第二X向导轨211，横梁部件3能够在所述第一X向导轨201、第二X向导轨211上移动，所述横梁部件3上设置有一对相互之间间隔一定距离且平行的Y向导轨301、311，滑鞍部件4能够在所述第一Y向导轨301、第二Y向导轨311上移动，滑枕部件5上设置有一对相互之间间隔一定距离且平行的第一Z向导轨501、第二Z向导轨511，使得所述滑枕部件5相对于所述滑鞍部件4在所述第一Z向导轨501、第二Z向导轨511上移动。

所述第一X向导轨201、第二X向导轨211及第一横梁驱动部件202、第二横梁驱动部件212分别通过第一立柱21、第二立柱22与地面1位置相对固定的方式进行安装。

所述横梁部件3由4块第一碳纤维夹芯复合板304及若干块第一辅助碳纤维夹芯复合板314通过第一金属框架305、第二金属框架315上特定的注胶孔6注胶至胶槽7内凝固粘接在第一金属框架305、第二金属框架315上构成；所述横梁部件3两端设置有第三横梁驱动部件302、第四横梁驱动部件312与所述第一横梁驱动部件202、第二横梁驱动部件212共同作用驱动所述横梁部件3沿所述第一X向导轨201、第二X向导轨211移动，横梁驱动部件优选采用电机驱动进而带动转轮在导轨上运动的驱动方式，也可以采用其他适合的驱动方式，根据实际的应用场景合理选择；所述横梁部件3一侧竖直的第一金属框架305上设置有第一Y向导轨301、第二Y向导轨311以及第三驱动部件。

所述滑鞍部件4上的第二碳纤维夹芯复合板403通过第三金属框架404、第四金属框架414上特定的注胶孔6注胶至胶槽7内凝固粘接在第三金属框架404、第四金属框架414上构成；所述滑鞍部件4的第三金属框架404、第四金属框架414一侧设置有第三驱动部件，优选的第三驱动部件303由两部分配合完成相应的运动，例如第一驱动件401与第二驱动件303共同作用驱动所述滑鞍部件4沿所述第一Y向导轨301、第二Y向导轨311移动；所述滑鞍部件4的第三金属框架404、第四金属框架414另一侧设置有第三驱动件402、第四驱动件412。

所述滑枕部件5由4块第三碳纤维夹芯复合板503及若干块第二辅助碳纤维夹芯复合板513通过第五金属框架504、第六金属框架514上的注胶孔6注胶至胶槽7内凝固粘接在第五金属框架504、第六金属框架514上构成，所述滑枕部件5一侧第五金属框架504上设置有第一Z向导轨501、第二Z向导轨511以及第四驱动部件，其中第四驱动部件包括第五驱动件502、第六驱动件512配合，所述第五驱动件502、第六驱动件512与所述第三驱动件402、第四驱动件412共同作用驱动滑枕部件5沿所述第一Z向导轨501、第二Z向导轨511上下移动。

需要指出的是，本发明中的驱动设备优选采用电机驱动，同时可以配合链条传动、皮带传动、螺纹传动、齿轮传动、连杆传动等多种传动方式实现本发明。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种龙门式多轴加工中心的复合材料框架结构,其特征在于，包括支撑柱组件、横梁部件(3)、滑鞍部件(4)以及滑枕部件(5)；

所述支撑柱组件上设置有沿X向的第一导引组件，所述横梁部件(3)可移动的安装在第一导引组件上，所述横梁部件(3)上设置有沿Y向的第二导引组件，所述滑鞍部件(4)可移动的安装在第二导引组件上，所述滑枕部件(5)上设置有沿Z向的第三导引组件，所述滑枕部件(5)安装在滑鞍部件(4)上并能够通过第三导引组件能够沿Z向移动，其中，所述横梁部件(3)、滑鞍部件(4)以及滑枕部件(5)都采用复合材料框架结构。

2.根据权利要求1所述的龙门式多轴加工中心的复合材料框架结构，其特征在于，所述支撑柱组件包括相互间隔布置的第一立柱(21)、第二立柱(22)；

所述第一导引组件包括相互平行布置的第一X向导轨(201)、第二X向导轨(211)，所述第一X向导轨(201)、第二X向导轨(211)分别安装在所述第一立柱(21)、第二立柱(22)上；

所述第二导引组件包括相互平行且间隔布置的第一Y向导轨(301)、第二Y向导轨(311)，所述第三导引组件包括相互平行且间隔布置的第一Z向导轨(501)、第二Z向导轨(511)。

3.根据权利要求1所述的龙门式多轴加工中心的复合材料框架结构，其特征在于，还包括第一驱动部件以及第二驱动部件，所述第一驱动部件、第二驱动部件分别设置在横梁部件(3)的两端且能够同步驱使横梁部件(3)的两端在第一导引组件上运动。

4.根据权利要求1所述的龙门式多轴加工中心的复合材料框架结构，其特征在于，所述横梁部件(3)包括第一金属框组件以及安装在第一金属框组件上的第一碳纤维夹芯复合板；

所述滑鞍部件(4)包括第二金属框组件以及安装在第二金属框组件上的第二碳纤维夹芯复合板；

所述滑枕部件(5)包括第三金属框组件以及安装在第三金属框组件上的第三碳纤维夹芯复合板。

5.根据权利要求4所述的龙门式多轴加工中心的复合材料框架结构，其特征在于，所述第一碳纤维夹芯复合板粘接在第一金属框组件上；

所述第二碳纤维夹芯复合板粘接在第二金属框组件上；

所述第三碳纤维夹芯复合板粘接在第三金属框组件上。

6.根据权利要求5所述的龙门式多轴加工中心的复合材料框架结构，其特征在于，所述第一金属框组件、第二金属框组件、第三金属框组件上都设置有注胶孔以及胶槽，粘接所用的胶能够通过注胶孔进入胶槽中。

7.根据权利要求4所述的龙门式多轴加工中心的复合材料框架结构，其特征在于，所述第二导引组件安装在第一金属框组件上，所述第三导引组件安装在第三金属框组件上。

8.根据权利要求1所述的龙门式多轴加工中心的复合材料框架结构，其特征在于，所述横梁部件(3)上设置有第三驱动部件，所述第三驱动部件能够驱使滑鞍部件(4)沿第二导引组件运动。

9.根据权利要求1所述的龙门式多轴加工中心的复合材料框架结构，其特征在于，还包括第四驱动部件，所述第四驱动部件能够驱使滑枕部件(5)沿第三导引组件导引的方向运动。

10.一种加工中心，其特征在于，采用权利要求1至9任一项所述的龙门式多轴加工中心的复合材料框架结构。

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