CN114161206A - 一种柔性系列化结构配置的加工中心 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种柔性系列化结构配置的加工中心,用于柔性自动化组线,配置模块化的并联加工单元,配置模块化前部床身单元,根据加工零件的自身特性灵活采用卧式转台或立式转台实现大型工件的装夹及旋转,并根据线体节拍需求确定卧式转台或立式转台的数量以灵活匹配大中小不同的产能需求,配置模块化主体床身单元,根据线体节拍需求确定并联加工单元的数量以灵活匹配大中小不同的产能需求,所述模块化前部床身单元和模块化主体床身单元选用自动滑台增加直线轴的行程实现大尺寸工件的加工;并将配置的模块化前部床身单元和配置的模块化主体床身单元按照加工工件的特性需求和产线节拍需求进行功能拼接组合成组合体配置,从而完成加工中心的整体配置。
Description
技术领域
本发明涉及一种机械加工中心,尤其是一种柔性系列化结构配置的加工中心。
背景技术
随着汽车市场的持续电气化,汽车的轻量化趋势加快,越来越多的新型大中型铝制结构件应用在汽车设计中,例如汽车前、后底盘件和电池壳等。这对选用合适大中型铝制结构件的机加工设备来组建大规模生产线提出了挑战。另外,随着国家经济的持续快速发展,劳动用人成本在快速上涨,企业招工困难;并且,我国正从劳动密集型制造业向智能制造业的方向转型升级。传统汽车生产线正面临着深入的自动化转型和升级。
现有技术中,没有针对上述新零件专门设计的最优机床,以满足全部工艺需求。现有的机型中,专机和大型龙门镗铣床可以满足机加工的功能需求,但存在着投资高,柔性不足,占地面积大的缺陷;龙门型材加工机虽然投资成本低,但因精度低的原因不能完全满足工艺需求,并且同样具有占地面积大的缺陷。
发明内容
本发明的目的是提供一种柔性系列化结构配置的加工中心,专门针对大中型铝制工件机加工的5轴柔性加工中心设计灵活的标准模块及系列配置,可根据零件的加工形状和尺寸以及产线的节拍需求选择不同结构模块灵活配置不同的机床结构,并具有高速、高效、高精度、高柔性,防工件污染的干式加工和微量润滑加工,以及防毛刺产生及防工件变形的高速轻加工,机床结构紧凑、占地面积小,便于安装调试,维修简单,运行成本低。
为了达到上述目的,本发明的技术方案是:一种柔性系列化结构配置的加工中心,用于柔性自动化组线,配置模块化的并联加工单元,配置模块化前部床身单元,根据加工零件的自身特性灵活采用卧式转台或立式转台实现大型工件的装夹及旋转,并根据线体节拍需求确定卧式转台或立式转台的数量以灵活匹配大中小不同的产能需求,配置模块化主体床身单元,根据线体节拍需求确定并联加工单元的数量以灵活匹配大中小不同的产能需求,所述模块化前部床身单元和模块化主体床身单元选用自动滑台增加直线轴的行程实现大尺寸工件的加工;并将配置的模块化前部床身单元和配置的模块化主体床身单元按照加工工件的特性需求和产线节拍需求进行功能拼接组合成组合体配置,从而完成加工中心的整体配置。
进一步,所述模块化的并联加工单元为五轴并联加工单元,并配有适合高速加工的电主轴。
进一步,所述模块化的并联加工单元,依据节拍需求,灵活配置单模组单主轴、双模组双主轴或多模组多主轴,以缩短加工时间,提高单台加工中心的加工效率。
进一步,所述前床身单元具有:单固定卧式转台、双固定卧式转台、单固定立式转台、单卧式转台带滑台、双卧式转台带滑台。
进一步,所述主体床身单元具有单固定并联加工单元、单并联加工单元带纵向滑台、单并联加工单元带横向滑台、单并联加工单元带十字滑台、单并联加工单元带滑台和转台、双并联加工单元带滑台。
进一步,所述组合体配置具有:单工位卧式转台五轴加工中心、双工位卧式转台五轴加工中心、双工位卧式双滑台五轴加工中心、双主轴卧式转台五轴加工中心、双主轴立式转台五轴加工中心、立式转台带单滑台五轴加工中心、立式转台十字滑台五轴加工中心。
进一步,所述单工位卧式转台五轴加工中心由单固定卧式转台和单并联加工单元带纵向滑台组成;所述双工位卧式转台五轴加工中心由两个单固定卧式转台和单并联加工单元带滑台和转台组成;所述双工位卧式双滑台五轴加工中心由双卧式转台带滑台和单并联加工单元带横向滑台组成;所述双主轴卧式转台五轴加工中心由单固定卧式转台和两个单并联加工单元带纵向滑台组成;所述双主轴立式转台五轴加工中心由单固定立式转台和两个单并联加工单元带纵向滑台组成;所述立式转台带单滑台五轴加工中心由单固定立式转台和单并联加工单元带纵向滑台组成;所述立式转台十字滑台五轴加工中心由单固定立式转台和单并联加工单元带十字滑台组成。
进一步,所述柔性系列化结构配置的加工中心采用干式加工或微量润滑加工,能避免加工过程中切削液对工件的污染。
进一步,所述柔性系列化结构配置的加工中心,根据加工需求选择不同配置的单刀库或双刀库,以灵活调整刀库容纳刀具的数量。
进一步,所述柔性系列化结构配置的加工中心装有整体的机床外防护罩,并设置自动前门或自动顶门,匹配机器人上下料或门架机械手上下料的需求。
与现有技术相比,本发明的有益效果在于:
本发明结构采用模块化及配置系列化设计,可依据加工零件的自身特性以及产线的节拍需求灵活选择加工中心的结构配置,并选取相应的模块化设计。本发明结构紧凑,占用空间小,非常方便布置在产线中。同时还缩短自动上下料设施的长度和物流设施的长度,这样会大幅降低产线的投资成本,并大幅降低降低公共设施能耗;。
本发明精度调整方便,工件加工调试简便。并联加工单元、滑台和转台的精度都是独立调整。这样大大缩短了调试时间,尽快启动生产以缩短投资回收期。
本发明安装简单,调试简便,便于维修。可大幅降低装配和调试时间,以及停机后的维修时间,大幅提高产线的利用率。
本发明操作简单。可实现笛卡尔坐标下的G代码编程。其编程及操作与普通加工中心一致。
附图说明
图1为本发明和加工中心的并联加工单元结构图;
图2为本发明和加工中心的单固定卧式转台结构图;
图3为本发明和加工中心的单固定立式转台结构图;
图4为本发明和加工中心的双卧式转台带滑台结构图;
图5为本发明的加工中心的单固定并联加工单元结构图;
图6为本发明新型加工中心的单并联加工单元带十字滑台结构图;
图7为本发明新型加工中心的单并联加工单元带滑台和转台结构图;
图8为本发明新型加工中心的双并联加工单元带滑台结构图;
图9为本发明的组合体结构(双工位卧式转台五轴加工中心)图;
图10为本发明的组合体结构(双工位卧式双滑台五轴加工中心)图;
图11为本发明的组合体结构(双主轴卧式转台五轴加工中心)图;
图12为本发明的加工中心的结构的配置图。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
如图1至图12所示,本发明提供的一种柔性系列化结构配置的加工中心,采用模块化、系列化及标准化设计方式。设备的主体结构从组成概念上分为前床身部件和主体床身部件。前床身部件从功能上设置为工件安装部件,主要由床身,工作台和滑台组成;主体床身部件从功能上设置为5轴加工单元,主要由床身,工作台和并联加工单元组成。前床身部件和主体床身部件按照加工工件的特性需求和产线节拍需求进行功能拼接,完成机床的整体配置。床身部件依据实际设计需求,可以设计为整体床身,也可以设计为分体床身进行拼接。从整体机床的功能来讲,本发明实现了系列化的多功能机床配置,从工件安装方式上由卧式工作台和立式工作台两种;从工位上来讲有单工位和双工位两种;从主轴数量上又可分为单主轴和双主轴(或多主轴)两种;从移动方式上又可分为工件移动和加工模组移动两种。
如图1所示,本发明所采用的核心机加工单元为并联加工单元,包括第一轴1-4,第二轴1-5和第三轴1-6共三个直线轴,还包括第四轴1-2(A轴)和第五轴1-3(C轴)共两个旋转轴。并联加工单元上还包括一个适用于高速加工的电主轴1-1。本并联加工单元可以5轴联动,不仅能实现3D的型面加工,而且也可实现孔位加工,包括空间孔的加工。
如图2至图4所示,床身前端采用模块化设计方式,工件的安装方式分为固定位置及移动位置两种方式。
固定位置方式安装时,床身前端采用模块化设计方式设计了卧式装台和立式装台两种工件旋转和工件装夹方式。在新增第六旋转轴(B轴)及第六旋转轴(A轴)的作用下,工件的空间定位更加便捷,这大大提高了工件的可达性,可实现一次装夹完成六面加工。
如图2所示,卧式装台采用的单固定卧式转台,包括卧式转台2-1、卧式转台适配器2-2、前床身2-3。
如图4所示,卧式装台采用的双卧式转台带滑台,包括前床身4-1、纵向滑台一4-2、卧式转台适配器一4-3、卧式转台一4-4、卧式转台二4-5、卧式转台适配器二4-6、纵向滑台二4-7。
如图3所示,立式装台采用的单固定立式转台,包括前床身3-1、立式转台适配器一3-2、立式转台一3-3—、立式转台适配器二3-4—、立式耳轴二3-5。
移动位置方式安装时,标准化设计的高精度高速数控滑台布置在工作台下面驱动工件移动。纵向布置以扩展Z轴方向的加工行程,增加对工件的可达性。这样机床可以完成对大尺寸工件的加工。另外,W轴和Z轴的叠加运动大大提高了机床在Z方向的运动速度和加速度,因此机床的加工效率大大提高。另外滑台的高精度也确保了机床可以加工高精度的零件。
基于产线的产能需求,可以根据不同的节拍需求来确定工作台的数量。当选定为双工作台时,可以选择单工位或双工位(如图9-10所示)两种工作方式,以单工位加工方式进行加工时会规避上下料时间的耗费,大大降低了辅助时间,从而提高了生产节拍;以双工位加工方式进行加工时,可以在一台机床上实现两道工序的加工。
如图5至图8所示,主体床身部件亦可采用模块化设计方式,将并联加工单元的安装方式分为固定位置及移动位置两种方式。
如图5所示,固定位置方式安装,并联加工单元采用的单固定并联加工单元,由并联加工单元适配器5-1、并联加工单元5-2组成。
移动位置方式安装时,依据工件的加工特性和加工工艺需求,标准化设计的高精度数控滑台亦可选择布置在加工单元的下面,纵向布置时可扩展Z轴方向的加工行程,横向布置时可扩展X轴方向的加工行程,增加了对工件的可达性。这样机床可以完成对大尺寸工件的加工。标准滑台可选择单一布置,或选择布成十字滑台以驱动并联加工单元移动。另外,W轴和Z轴的叠加运动大大提高了机床在Z方向的运动速度和加速度;U轴和X轴的叠加运动大大提高了机床在X方向的运动速度和加速度,因此机床的加工效率大大提高。另外滑台的高精度也确保了机床可以加工高精度的零件。
如图6所示,移动位置方式安装,并联加工单元采用的单并联加工单元带十字滑台,由纵向滑台6-1、横向滑台6-2、并联加工单元6-3组成。
如图7所示,移动位置方式安装,并联加工单元采用的单并联加工单元带滑动和转台,由纵向滑台7-1、滑座及转台适配器7-2、卧式转台并联加工单元基座7-3、并联加工单元基座7-4、并联加工单元7-5组成。
如图8所示,移动位置方式安装,并联加工单元采用的双并联加工单元带滑动,由主体床身8-1、纵向滑台一8-2、并联加工单元基座一8-3、并联加工单元一8-4、并联加工单元二8-5、并联加工单元基座二8-6、纵向滑台二8-7组成。
另外如图9所示,移动位置方式安装时,本发明在并联加工单元下亦可布置水平转台组成双工位卧式转台五轴加工中心,包括床身9-1、卧式转台适配器一9-2、卧式转台一9-3、纵向滑台9-4、卧式转台适配器9-5、卧式转台9-6、并联加工单元基座9-7、并联加工单元9-8、卧式转台适配器二9-9、卧式转台二9-10。
两个带滑台的转台分布在模组两侧,模组下的转台实现一个模组的面向工件转向,这样就可实现单工位加工方式。这样在一个工位加工的同时,另一个工位可以完成工件的上下料,大大提高了机床的利用率;以双工位加工方式进行加工时,可以在一台机床上实现两道工序的加工。
另外如图10所示,移动位置方式安装时,本发明在并联加工单元下亦可布置水平转台带滑台组成双工位卧式双滑台五轴加工中心,包括纵向滑台一10-1、卧式转台适配器一10-2、卧式转台一10-3、床身10-4、横向滑台10-5、并联加工单元10-6、卧式转台二10-7、卧式转台适配器二10-8、纵向滑台二10-9。
另外如图11所示基于产线的产能需求,可以根据不同的节拍需求来确定并联加工单元的数量。当选定为双模组(或多模组时),加工时间成倍减少,从而提高了生产节拍。其中,双模组并联加工单元采用的双主轴卧式转台五轴加工中心,包括床身11-1、并联加工单元基座一11-2、并联加工单元一11-3、纵向滑台一11-4、卧式转台适配器11-5、卧式转台11-6、纵向滑台二11-7、并联加工单元基座二11-8、并联加工单元二11-9—。
如图12所示,本发明的一种柔性系列化结构配置的加工中心,采用模块化、系列化及标准化配置,包括前部床身配置、主体床身配置、组合体配置。
如图12中的F1~F5所示,前部床身配置具有:单固定卧式转台F1、双固定卧式转台F2、单固定立式转台F3、单卧式转台带滑台F4、双卧式转台带滑台F5。如图12中的M1~M6所示,主体床身配置具有:单固定并联加工单元M1、单并联加工单元带纵向滑台M2、单并联加工单元带横向滑台M3、单并联加工单元带十字滑台M4、单并联加工单元带滑台和转台M5、双并联加工单元带滑台M6。如图12中的A1~A7所示,组合体配置具有:单工位卧式转台五轴加工中心A1、双工位卧式转台五轴加工中心A2、双工位卧式双滑台五轴加工中心A3、双主轴卧式转台五轴加工中心A4、双主轴立式转台五轴加工中心A5、立式转台带单滑台五轴加工中心A6、立式转台十字滑台五轴加工中心A7。其中:
单工位卧式转台五轴加工中心A1由单固定卧式转台F1和单并联加工单元带纵向滑台M2组成。
双工位卧式转台五轴加工中心A2由两个单固定卧式转台F1和单并联加工单元带滑台和转台M5组成。
双工位卧式双滑台五轴加工中心A3由双卧式转台带滑台F5和单并联加工单元带横向滑台M3组成。
双主轴卧式转台五轴加工中心A4由单固定卧式转台F1和两个单并联加工单元带纵向滑台M2组成。
双主轴立式转台五轴加工中心A5由单固定立式转台F3和两个单并联加工单元带纵向滑台M2组成。
立式转台带单滑台五轴加工中心A6由单固定立式转台F3和单并联加工单元带纵向滑台M2组成。
立式转台十字滑台五轴加工中心A7由单固定立式转台F3和单并联加工单元带十字滑台M4组成。
Claims (10)
1.一种柔性系列化结构配置的加工中心,用于柔性自动化组线,其特征在于:该加工中心配置模块化的并联加工单元,配置模块化前部床身单元,根据加工零件的自身特性灵活采用卧式转台或立式转台实现大型工件的装夹及旋转,并根据线体节拍需求确定卧式转台或立式转台的数量以灵活匹配大中小不同的产能需求,配置模块化主体床身单元,根据线体节拍需求确定并联加工单元的数量以灵活匹配大中小不同的产能需求,所述模块化前部床身单元和模块化主体床身单元选用自动滑台增加直线轴的行程实现大尺寸工件的加工;并将配置的模块化前部床身单元和配置的模块化主体床身单元按照加工工件的特性需求和产线节拍需求进行功能拼接组合成组合体配置,从而完成加工中心的整体配置。
2.根据权利要求1所述的柔性系列化结构配置的加工中心,其特征在于:所述模块化的并联加工单元为五轴并联加工单元,并配有适合高速加工的电主轴。
3.根据权利要求2所述的柔性系列化结构配置的加工中心,其特征在于:所述模块化的并联加工单元,依据节拍需求,灵活配置单模组单主轴、双模组双主轴或多模组多主轴,以缩短加工时间,提高单台加工中心的加工效率。
4.根据权利要求1所述的柔性系列化结构配置的加工中心,其特征在于:所述前床身单元具有:单固定卧式转台、双固定卧式转台、单固定立式转台、单卧式转台带滑台、双卧式转台带滑台。
5.根据权利要求4所述的柔性系列化结构配置的加工中心,其特征在于:所述主体床身单元具有单固定并联加工单元、单并联加工单元带纵向滑台、单并联加工单元带横向滑台、单并联加工单元带十字滑台、单并联加工单元带滑台和转台、双并联加工单元带滑台。
6.根据权利要求5所述的柔性系列化结构配置的加工中心,其特征在于:所述组合体配置具有:单工位卧式转台五轴加工中心、双工位卧式转台五轴加工中心、双工位卧式双滑台五轴加工中心、双主轴卧式转台五轴加工中心、双主轴立式转台五轴加工中心、立式转台带单滑台五轴加工中心、立式转台十字滑台五轴加工中心。
7.根据权利要求6所述的柔性系列化结构配置的加工中心,其特征在于:所述单工位卧式转台五轴加工中心由单固定卧式转台和单并联加工单元带纵向滑台组成;所述双工位卧式转台五轴加工中心由两个单固定卧式转台和单并联加工单元带滑台和转台组成;所述双工位卧式双滑台五轴加工中心由双卧式转台带滑台和单并联加工单元带横向滑台组成;所述双主轴卧式转台五轴加工中心由单固定卧式转台和两个单并联加工单元带纵向滑台组成;所述双主轴立式转台五轴加工中心由单固定立式转台和两个单并联加工单元带纵向滑台组成;所述立式转台带单滑台五轴加工中心由单固定立式转台和单并联加工单元带纵向滑台组成;所述立式转台十字滑台五轴加工中心由单固定立式转台和单并联加工单元带十字滑台组成。
8.根据权利要求1所述的柔性系列化结构配置的加工中心,其特征在于:所述柔性系列化结构配置的加工中心采用干式加工或微量润滑加工,能避免加工过程中切削液对工件的污染。
9.根据权利要求1所述的柔性系列化结构配置的加工中心,其特征在于:所述柔性系列化结构配置的加工中心,根据加工需求选择不同配置的单刀库或双刀库,以灵活调整刀库容纳刀具的数量。
10.根据权利要求1所述的柔性系列化结构配置的加工中心,其特征在于:所述柔性系列化结构配置的加工中心装有整体的机床外防护罩,并设置自动前门或自动顶门,匹配机器人上下料或门架机械手上下料的需求。
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