CN114367875B

CN114367875B - 一种摆头式铣车复合加工中心

Info

Publication number: CN114367875B
Application number: CN202210144507.9A
Authority: CN
Inventors: 王加祥; 国兴洋; 胡明; 王桂东
Original assignee: SHANDONG MACHINERY DESIGN INST
Current assignee: SHANDONG MACHINERY DESIGN INST
Priority date: 2022-02-17
Filing date: 2022-02-17
Publication date: 2023-04-25
Anticipated expiration: 2042-02-17
Also published as: CN114367875A

Abstract

本发明提供了一种摆头式铣车复合加工中心，包括床座、车削头、尾座、摆头、滑枕和刀库，车削头固定安装于床座的左端，尾座滑动安装于床座的右端，车削头和尾座相对设置，滑枕滑动设置在床座上，滑枕位于车削头和尾座的一侧，滑枕包括大滑板、滑枕体和小滑板，滑枕体滑动设置在大滑板上，小滑板滑动设置在滑枕体前端面上，刀库固定安装在大滑板上，刀库位于滑枕体左侧，摆头固定安装在小滑板上，摆头中设有摆轴，摆轴通过伺服液压马达和伺服力矩电机组合驱动，本发明摆头结构轻便的同时精度高、响应快、扭矩大，为开发高档数控机床奠定了坚实的基础，同时本发明为6轴结构的铣车复合加工中心，能够解决多误差实时动态综合补偿加工的难题。

Description

一种摆头式铣车复合加工中心

技术领域

本发明涉及数控加工设备领域，尤其涉及一种摆头式铣车复合加工中心。

背景技术

高档数控机床具有高速、精密、智能、复合、多轴联动和网络通信等功能特性，其发展水平是国家现代工业化的重要标志。当前，公开的铣车或车铣复合加工中心对于提升我国多轴联动加工技术起到了积极作用，但是，现有复合加工中心的结构对于实现多误差实时动态综合补偿加工非常困难，制约了高端零件的加工质量和效率。

发明内容

为解决背景技术中存在的问题，本发明提供了一种摆头式铣车复合加工中心，包括床座、车削头、尾座、摆头、滑枕和刀库，所述车削头固定安装于床座的左端，车削头具有插补和定位功能，尾座滑动安装于床座的右端，车削头和尾座相对设置，所述滑枕滑动设置在床座上，滑枕位于车削头和尾座的一侧，所述滑枕包括大滑板、滑枕体和小滑板，滑枕体滑动设置在大滑板上，滑枕体滑动方向与大滑板滑动方向垂直，尾座滑动方向与大滑板滑动方向平行，所述小滑板滑动设置在滑枕体前端面上，所述刀库固定安装在大滑板上，刀库位于滑枕体左侧，所述摆头固定安装在小滑板上；

所述摆头包括刀具、摆轴、摆头体和电主轴，摆轴活动连接在摆头体上，电主轴安装于摆轴中心，用于机床的铣削、钻削以及攻丝等加工，所述电主轴前端设有刀柄仓，刀具可拆卸安装在刀柄仓上，电主轴后端装有液压制动器和拉刀装置，拉刀装置用于刀具交换，液压制动器用于辅助电主轴与刀具定位，所述摆头体上设有液压管路、液压伺服控制器、动力油管、液压伺服马达和伺服力矩电机，所述动力油管连接液压伺服控制器，伺服液压控制器通过液压管路与液压伺服马达连接，伺服力矩电机和液压伺服马达均置于摆头体内，伺服力矩电机和液压伺服马达同轴且相对设置，所述伺服力矩电机和液压伺服马达分别位于摆轴两侧，伺服力矩电机驱动摆轴摆动，液压伺服马达辅助驱动摆轴摆动，使摆轴的动力更大、定位更准确，摆轴的摆绕轴称为A轴，液压伺服马达由液压伺服控制器通过液压管路实施控制，液压伺服控制器由数控系统控制，数控系统跟踪伺服力矩电机负载的反馈信息，当伺服力矩电机的载荷增大时，数控系统就通过液压伺服控制器控制液压伺服马达增大扭矩，当伺服力矩电机的载荷减小时，数控系统就通过液压伺服控制器控制液压伺服马达减小扭矩，闭环控制，保证伺服力矩电机的负载平衡在额定扭矩的25～75%之间，铣削加工时摆头为铣头，车削加工时摆头为刀架。

优选的，所述动力油管与外界液压站连接，液压站置于机床体外，易于控制温升和减小震动，液压伺服控制器与数控系统连接。

优选的，所述摆头体为分体式结构，摆头体包括 “丨”形壳体和“𠃍”形壳体，两壳体通过两个键定位并由多个螺钉固定连接，两壳体构成倒U形摆头体，摆头体的精度、刚度有保证，加工、装配、调整方便。

优选的，所述摆头体上方设有容腔结构，所述液压伺服控制器置于容腔内，便于对液压伺服控制器进行调试。

优选的，所述滑枕体为三角形结构，滑枕体前端面为斜面，使摆头在滑枕体上运行时呈倾斜状态，以类似于数控车床的斜床身结构，受力状态优良，排屑方便。

优选的，所述床座上固定设置有导轨副一和导轨副二，所述尾座滑动安装在导轨副一上，大滑板滑动安装在导轨副二上，所述大滑板上固定设置有导轨副四，滑枕体滑动安装在导轨副四上，所述滑枕体前端面固定设置有导轨副三，小滑板滑动安装在导轨副三上。

优选的，所述床座左侧安装有主轴电机和伺服电机一，所述主轴电机驱动车削头工作，称为C轴，伺服电机一驱动大滑板滑动，大滑板沿导轨副二运行，称为Z轴，所述床座右侧安装有伺服电机二，伺服电机二驱动尾座滑动，尾座沿导轨副一运行，称为W轴，所述大滑板一侧安装有伺服电机四，伺服电机四驱动滑枕体滑动，滑枕体沿导轨副四运行，称为X轴，所述滑枕体上安装有伺服电机三，伺服电机三驱动小滑板滑动，小滑板沿导轨副三运行，称为Y轴。

优选的，所述刀库包括刀库座、刀库盘、伺服电机五、歇刀座、换刀机械手、待换刀具和传刀机械手，所述刀库座固定安装在大滑板上，所述刀库盘转动安装在刀库座上，伺服电机五驱动刀库盘转动，所述歇刀座固定安装在刀库座上，换刀机械手转动安装在刀库座上，换刀机械手工作时作±180°正反转动，传刀机械手通过直线导轨活动安装在刀库座上，传刀机械手位于刀库盘和换刀机械手之间，由动力装置驱动作直线往复运动，进行刀具的传递，所述待换刀具可拆卸置于刀库盘上，通过设置歇刀座和传刀机械手，使刀库盘后退了一定的距离，为刀库的扩大腾出了空间，同时，换刀机械手在歇刀座上直接抓拿刀具，缩短了换刀时间。

本发明具有以下有益效果：本发明通过伺服力矩电机与液压伺服马达的组合，对摆轴进行驱动工作，利用两者各自的特性，解决了仅用伺服力矩电机，电机体积会过大，导致摆头结构受限等问题，也解决了仅用液压伺服马达，液压伺服马达的精度和响应达不到数控机床精度要求的问题，两者组合使摆轴的动力更大、定位更准确，使摆头结构轻便的同时精度高、响应快、扭矩大，为开发高档数控机床奠定了坚实的基础；同时本发明通过摆头形成的A轴与上述X轴、Y轴、Z轴、C轴和W轴实现了6轴铣车复合加工中心的总体结构，解决了多误差实时动态综合补偿加工的难题。

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为摆头式铣车复合加工中心一实施例三维示意图；

图2为实施例图1摆头部分三维示意图；

图3为实施例图1铣削部分三维示意图；

图4为实施例图1车削部分三维示意图；

图5为实施例图1 X轴、Y轴部分三维示意图；

图6为实施例图1刀库部分三维示意图。

图中标号：1-床座、2-车削头、3-尾座、4-摆头、5-滑枕、6-刀库、101-导轨副一、102-导轨副二、 103-伺服电机一、201-主轴电机、301-伺服电机二、401-刀具、402-摆轴、403-摆头体、404-液压管路、405-液压伺服控制器、406-动力油管、407-螺钉、408-键、501-伺服电机三、502-导轨副三、503-小滑板、504-滑枕体、505-伺服电机四、506-导轨副四、507-大滑板、601-刀库盘、602-伺服电机五、603-歇刀座、604-刀库座、605-换刀机械手、606-待换刀具、607-传刀机械手。

具体实施方式

为了使本发明更为清楚、明白，以下结合附图说明和实施例，对本发明的技术方案作进一步的详细说明，应当了解，所给出的实施例仅仅为实现方式的一种，并不代表所有实施例。

在本文中，“左、右、前、后”等用语是基于附图所示的位置关系而确立的，根据附图的不同，相应的位置关系也有可能随之发生变化，因此，并不能将其理解为对保护范围的绝对限定。

结合图1-4，一种摆头式铣车复合加工中心，包括床座1、车削头2、尾座3、摆头4、滑枕5和刀库6，车削头2固定安装在床座1上，由主轴电机201驱动，车削头2具有插补和定位功能，称为C轴；尾座3通过导轨副一101与床座1滑动连接，由伺服电机二301驱动，尾座3能够沿导轨副一101运行，称为W轴；所述滑枕5包括小滑板503、滑枕体504和大滑板507，所述大滑板507通过导轨副二102与床座1滑动连接，由伺服电机一103驱动，大滑板507能够沿导轨副二102运行，称为Z轴，滑枕体504通过导轨副四506滑动安装于大滑板507上，由伺服电机四505驱动，滑枕体504能够沿导轨副四506运行，称为X轴，小滑板503通过导轨副三502滑动安装在滑枕体504前端面上，由伺服电机三501驱动，小滑板503能够沿导轨副三502运行，称为Y轴；

所述刀库6固定安装在大滑板507上，刀库6位于滑枕体504左侧；

所述摆头4固定安装在小滑板503上，摆头4包括刀具401、摆轴402、摆头体403和电主轴，所述摆轴402活动连接在摆头体403上，摆轴402能够摆动，摆轴402的摆绕轴称为A轴，所述电主轴安装于摆轴402中心，电主轴用于机床的铣削、钻削、攻丝等加工，电主轴前端设置有刀柄仓，电主轴后端设置有液压制动器和拉刀装置，所述刀柄仓和拉刀装置用于刀具连接与刀具交换，液压制动器用于辅助电主轴与刀具定位，所述摆轴体403上设有液压管路404、液压伺服控制器405、动力油管406、伺服液压马达和伺服力矩电机，所述动力油管406连接液压伺服控制器，伺服液压控制器405通过液压管路404与液压伺服马达连接，伺服力矩电机和液压伺服马达均置于摆头体403内，伺服力矩电机和液压伺服马达同轴且相对设置，所述伺服力矩电机和液压伺服马达分别位于摆轴402两侧，伺服力矩电机用于驱动摆轴402的摆动，伺服液压马达用于辅助驱动摆轴402的摆动，由于伺服液压马达的辅助作用，使伺服力矩电机的功率和体积大大减小，使摆轴402的动力更大、定位更准确，伺服液压马达由液压伺服控制器405通过液压管路404实施控制，液压伺服控制器405由数控系统控制，数控系统跟踪伺服力矩电机负载的反馈信息，当伺服力矩电机的载荷增大时，数控系统就通过液压伺服控制器405控制伺服液压马达增大扭矩，当伺服力矩电机的载荷减小时，数控系统就通过液压伺服控制器405控制伺服液压马达减小扭矩，闭环控制，保证伺服力矩电机的负载平衡在额定扭矩的25～75%之间，摆头4既是铣削加工时的铣头，又是车削加工时的刀架；

在工作状态，由于摆轴402参与插补，当切削载荷较大时，摆轴402承受的扭矩也很大，有的远超过1000Nm，如果仅靠伺服力矩电机，电机的体积将会很大，结构受限，如果采用机械减速增扭方式，结构又会复杂，而且由于齿轮间隙，精度就难以保证了，如果仅用液压伺服马达，液压伺服马达的精度和响应又达不到数控机床的精度要求；伺服力矩电机与液压伺服马达的组合，是利用伺服力矩电机的大扭矩、高精度和快响应特性，利用液压伺服马达的大扭矩、变扭矩特性，通过数控系统、伺服驱动器、伺服力矩电机、伺服液压系统和伺服液压马达闭环控制的变扭系统，解决了这些复杂问题；摆头4体积小、扭矩大、精度高、响应快，为开发高档数控机床奠定了坚实的基础，本发明通过摆头4形成的A轴与上述X轴、Y轴、Z轴、C轴和W轴实现了6轴铣车复合加工中心的总体结构，解决了多误差实时动态综合补偿加工的难题。

还需要了解的是，结合图2，所述摆头体403为分体式结构，摆头体403包括 “丨”形壳体和“𠃍”形壳体，两壳体通过两个键408定位并由多个螺钉407固定连接，两壳体构成倒U形摆头体403，摆头体403精度、刚度有保证，加工、装配、调整方便；液压站放置在机床体外，通过动力油管406与液压伺服控制器405连接，易于控制温升和减小震动；液压伺服控制器405置于摆头体403的容腔内，方便调试。

结合图1、图3、图4和图5，滑枕体504呈三角形结构，前端面为斜面，使Y轴运行呈倾斜状态，以类似于数控车床的斜床身结构，受力状态优良，排屑方便。

结合图3和图6，所述刀库6包括刀库座604、刀库盘601、伺服电机五602、歇刀座603、换刀机械手605、待换刀具606和传刀机械手607，所述刀库6固定安装在大滑板507上，所述刀库盘601转动安装在刀库座604上，伺服电机五602驱动刀库盘601转动，所述歇刀座603固定安装在刀库座604上，换刀机械手605转动安装在刀库座604上，换刀机械手605工作时作±180°正反转动，传刀机械手607通过直线导轨活动安装在刀库座604上，传刀机械手607位于刀库盘601和换刀机械手605之间，所述待换刀具606可拆卸置于刀库盘601上，通过预读程序准备换刀，换刀时，伺服电机五602驱动刀库盘601，选好待换刀具606，传刀机械手607将待换刀具606从刀库盘601上取下，在动力装置驱动下将待换刀具606传至歇刀座603上，传刀机械手607缩回，换刀机械手605取下待换刀具606，再旋转将原用刀具放置到歇刀座603上，完成换刀，此时传刀机械手607伸出将换下的刀具取下收回，放置到刀库盘601上，传刀机械手607等待下一次换刀工作，通过设置歇刀座603和传刀机械手607，使刀库盘601后退了一定的距离，为刀库扩大腾出了空间，同时，换刀机械手605在歇刀座603上直接抓拿刀具，缩短了换刀时间。

以上实施方式只是阐述了本发明的基本原理和特性，但不受上述实施方式限制，应当明白，对于本领域的普通技术人员来说，可以在不脱离本发明精神和范围的前提下，对本发明进行各种变化和改变，这些变化和改变都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims

1.一种摆头式铣车复合加工中心，其特征在于：包括床座（1）、车削头（2）、尾座（3）、摆头（4）、滑枕（5）和刀库（6），所述车削头（2）固定安装于床座（1）的左端，尾座（3）滑动安装于床座（1）的右端，所述滑枕（5）滑动设置在床座（1）上，滑枕（5）包括大滑板（507）、滑枕体（504）和小滑板（503），滑枕体（504）滑动设置在大滑板（507）上，滑枕体（504）滑动方向与大滑板（507）滑动方向垂直，尾座（3）滑动方向与大滑板（507）滑动方向平行，所述小滑板（503）滑动设置在滑枕体（504）前端面上，所述刀库（6）固定安装在大滑板（507）上，刀库（6）位于滑枕体（504）左侧，所述摆头（4）固定安装在小滑板（503）上；

所述摆头（4）包括刀具（401）、摆轴（402）、摆头体（403）和电主轴，摆轴（402）活动连接在摆头体（403）上，电主轴安装于摆轴（402）中心，所述电主轴前端设有刀柄仓，刀具（401）可拆卸安装在刀柄仓上，电主轴后端装有液压制动器和拉刀装置，所述摆头体（403）上设有液压管路（404）、液压伺服控制器（405）、动力油管（406）、液压伺服马达和伺服力矩电机，所述动力油管（406）连接液压伺服控制器（405），液压伺服控制器（405）通过液压管路（404）与液压伺服马达连接，伺服力矩电机和液压伺服马达均置于摆头体（403）内，所述伺服力矩电机和液压伺服马达分别位于摆轴（402）两侧，伺服力矩电机对摆轴（402）进行驱动，液压伺服马达辅助驱动摆轴（402）的摆动；

所述液压伺服控制器（405）由数控系统控制，数控系统跟踪伺服力矩电机负载的反馈信息实施闭环控制，保证伺服力矩电机的负载平衡在额定扭矩的25～75%之间，摆头（4）既是铣削加工时的铣头，又是车削加工时的刀架；

所述刀库（6）包括刀库座（604）、刀库盘（601）、伺服电机五（602）、歇刀座（603）、换刀机械手（605）、待换刀具（606）和传刀机械手（607），所述刀库座（604）固定安装在大滑板（507）上，所述刀库盘（601）转动安装在刀库座（604）上，伺服电机五（602）驱动刀库盘（601）转动，所述歇刀座（603）固定安装在刀库座（604）上，换刀机械手（605）转动安装在刀库座（604）上，传刀机械手（607）通过直线导轨活动安装在刀库座（604）上，传刀机械手（607）位于刀库盘（601）和换刀机械手（605）之间，传刀机械手（607）由动力装置驱动作往复运动，待换刀具（606）可拆卸置于刀库盘（601）上。

2.根据权利要求1所述的一种摆头式铣车复合加工中心，其特征在于：所述动力油管（406）与外界液压站连接，液压伺服控制器（405）与数控系统连接。

3.根据权利要求1所述的一种摆头式铣车复合加工中心，其特征在于：所述摆头体（403）为分体式结构，摆头体（403）包括 “丨”形壳体和“𠃍”形壳体，两壳体通过两个键（408）定位并由多个螺钉（407）固定连接，两壳体构成倒U形摆头体（403）。

4.根据权利要求1所述的一种摆头式铣车复合加工中心，其特征在于：所述摆头体（403）上方设有容腔结构，所述液压伺服控制器（405）置于容腔内。

5.根据权利要求1所述的一种摆头式铣车复合加工中心，其特征在于：所述滑枕体（504）为三角形结构，滑枕体（504）前端面为斜面。

6.根据权利要求1所述的一种摆头式铣车复合加工中心，其特征在于：所述床座（1）上固定设置有导轨副一（101）和导轨副二（102），所述尾座（3）滑动安装在导轨副一（101）上，大滑板（507）滑动安装在导轨副二（102）上，所述大滑板（507）上固定设置有导轨副四（506），滑枕体（504）滑动安装在导轨副四（506）上，所述滑枕体（504）前端面固定设置有导轨副三（502），小滑板（503）滑动安装在导轨副三（502）上。

7.根据权利要求1所述的一种摆头式铣车复合加工中心，其特征在于：所述床座（1）左侧安装有主轴电机（201）和伺服电机一（103），所述主轴电机（201）驱动车削头（2）工作，伺服电机一（103）驱动大滑板（507）滑动，所述床座（1）右侧安装有伺服电机二（301），伺服电机二（301）驱动尾座（3）滑动，所述大滑板（507）一侧安装有伺服电机四（505），伺服电机四（505）驱动滑枕体（504）滑动，所述滑枕体（504）上安装有伺服电机三（501），伺服电机三（501）驱动小滑板（503）滑动。