CN1328006C - 双龙门卧式混联原理车铣复合数控机床 - Google Patents

Abstract

本发明专利公开了一种具有两个主轴头、两个刀架、两个龙门架、串联与并联相结合的卧式混联车铣复合数控机床，它有车削主轴头、铣削主轴头、车削刀架、铣削刀架、小龙门架、大龙门架、床身、床鞍、两个横滑板、小龙门架的纵滑板、尾座等部件组成。车削刀架为转塔刀架，铣削刀架采用3-PRS三轴并联机构，车削主轴头为伺服轴，该机床串联与并联结合最多可实现六轴联动控制。该机床加工范围广，可进行车削加工、铣削加工、钻扩铰加工、镗削加工和新型原理的车铣加工；可以进行轴类、盘类、角形及箱形类零件加工，减少工序安装定位误差，有利于保证形位加工精度，双龙门架结构使整机形成了高刚度的闭环回路结构形式。

Description

双龙门卧式混联原理车铣复合数控机床

技术领域

本发明涉及一种数控切削加工机床，特别涉及一种串联与并联二者并用的双龙门卧式混联原理车铣复合数控机床。

背景技术

传统的机床是完全串联原理，其优点是作业空间大、机床运动算法简单；缺点是各轴的运动误差累加，悬臂结构刚度弱，运动质量大，速度不能太高。近年来美国首先推出了六轴完全并联原理机床，又称虚拟轴机床或六足并联机床，其优点是运动件质量小，速度快，比刚度高，运动误差不累加，精度高，缺点是作业空间小，运动算法复杂。目前各国所开发的完全并联机床除实现了速度快这一优点外，其刚度、精度还远没有达到理论上应有的那么高的水平，且其并联原理数控机床大多为镗铣类机床，如美国、俄罗斯、中国等都推出了一些六轴并联镗铣数控机床，但并联原理的车床较少。德国推出了一种三轴并联原理立式数控车床，车削主轴头装在并联机构的动平台上，工件安装在主轴前端三爪卡盘上，动平台沿三个坐标轴方向移动，刀架不动，故只能用于小型盘类零件加工。

由于完全串联原理和完全并联原理的数控机床的优缺点恰恰相反，因此将串联和并联原理结合起来兼具二者优点的混联原理机床是非常具有价值的新型数控机床；应用德国Z₃头专利由美国开发的五轴卧式数控机床就是有三个并联轴和二个串联轴组成的混联原理镗铣数控机床。

发明内容

本发明的目的是提供一种串联与并联二者并用的双龙门卧式混联原理车铣复合数控机床，即一种可进行卧式车削加工和立、卧式镗铣加工的混联原理车铣复合数控机床。本发明有二个主轴头、二个刀架和二个龙门架；二个主轴头中一个是该机床的车削主轴头，一个是铣削主轴头；二个刀架中一个是车削刀架，一个是铣削刀架；铣削刀架采用三轴并联原理，其余为串联原理。这种机床的特点是：加工范围广，可以进行车削加工、铣削加工、钻扩铰加工、镗削加工和新型原理的车铣加工；可以进行轴类、盘类、角形及箱形类零件加工，减少工序安装定位误差，尤其是有利于保证形位加工精度；并联结构的应用提高了加工速度，有利于实现车铣原理的高速切削加工，整机闭环回路结构形式刚度高。

本发明采用以下技术方案：本发明主要包括有车削主轴头、床身、床鞍、车削刀架、横滑板、尾座和刀库、其中车削主轴头安装在床身上，床鞍与床身通过其导轨副连接，并沿其导轨纵向移动，车削刀架通过其横滑板与床鞍用导轨副连接，并沿其导轨横向移动，尾座与床身用导轨副连接并可沿其导轨纵向移动；该数控机床的特点还在于设置有铣削主轴头，并联原理的铣削刀架，小龙门架，大龙门架；其中：铣削主轴头安装在铣削刀架上，铣削刀架通过其横滑板与小龙门架用导轨副连接，并沿其导轨横向移动；小龙门架安装在床鞍上，通过安装在其顶部两边的纵滑板与大龙门架两边的导轨连接，并沿床身作纵向移动；大龙门架纵向安装在床身的两边。

本发明的铣削刀架由刀架壳体，伺服电机，滚珠丝杠副，滚动导轨副，小滑板，转动副，定长杆，球面副及动平台组成；伺服电机和滚珠丝杠副安装在刀架壳体上，小滑板通过滚动导轨副与刀架壳体连接，可沿滚动导轨副移动，定长杆通过转动副与小滑板连接，可相对小滑板转动，动平台通过球面副与定长杆连接，可相对定长杆转动；动平台的运动由各个分支的伺服电机通过滚珠丝杠副带动小滑板沿滚动导轨副移动以驱动定长杆绕转动副转动，通过连接于定长杆上的球面副带动动平台运动，动平台在空间的位置由三个分支的共同运动决定；车削主轴头的主轴为伺服轴，可采用交流伺服电机驱动，也可采用车削用主轴和主轴电机在一起的交流伺服电主轴结构；铣削主轴头可采用交流伺服电主轴，亦可采用变频电主轴；铣削刀架与小龙门架、床鞍及主轴头组合可实现六轴联动控制，六轴联动控制是指铣削刀架的三个分支驱动轴Y，A，C2，铣削刀架通过其横滑板在小龙门架上的横向移动X2，床鞍沿床身的纵向移动Z以及车削主轴头的C轴功能控制。

该机床可以配置标准的落地式刀库，也可将刀库配置在大龙门架上。

本发明由于采用了并联与串联并用的混联原理，较好地融合了二者的优点，其突出特点是实现了串联与并联并用的卧式车削与铣削的复合，所采用的双龙门架使整台机床形成了具有高刚度的闭环回路结构形式。

附图说明

图1为本发明的主视图及坐标；

图2为本发明的俯视图；

图3为本发明的侧视图；

图4为本发明的铣削刀架并联机构原理图及坐标；

图5为本发明的铣削刀架的结构图及坐标。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作更详细的说明：

参照图1的主视图和图2的俯视图，复合数控机床的车削主轴头1安装在床身2上；床鞍3与床身2通过导轨副连接并可沿床身2纵向移动；车削刀架4安装在其横滑板5上；横滑板5与床鞍3通过导轨副连接并可沿床鞍3横向移动；尾座6与床身2通过导轨副连接并可沿床身纵向移动；铣削主轴头7安装在铣削刀架8上，铣削刀架8安装在其横滑板9上；横滑板9通过导轨副与小龙门架10连接并可沿小龙门架10横向移动；小龙门架10安装在床鞍3上，并通过安装在其顶部两边的纵滑板11与大龙门架12顶部两边的导轨连接，小龙门架10与床鞍一起沿床身2作纵向移动；大龙门架12纵向安装在床身2的两边。

参照图3的侧视图和图5的铣削刀架的结构图，该机床配置了标准的落地式刀库，也可将刀库配置在大龙门架上。铣削刀架(8)由刀架壳体(8-1)，伺服电机(8-2)，滚珠丝杠副(8-3)，滚动导轨副(8-4)，小滑板(8-5)，转动副(8-6)，定长杆(8-7)，球面副(8-8)及动平台(8-9)组成；伺服电机(8-2)和滚珠丝杠副(8-3)安装在刀架壳体(8-1)上，小滑板(8-5)通过滚动导轨副(8-4)与刀架壳体(8-1)连接，可沿滚动导轨副(8-4)移动；定长杆(8-7)通过转动副(8-6)与小滑板(8-5)连接，可相对小滑板转动；动平台(8-9)通过球面副(8-8)与定长杆(8-7)连接，可相对定长杆转动；铣削主轴头7安装在铣削刀架8的动平台8-9上并由动平台8-9带动其作垂直移动或转动，铣削刀架8的刀架壳体8-1安装在其横滑板9上；大龙门架12纵向安装在床身2的两边，用以支撑小龙门架10沿床身2作纵向移动以及增加床身2的刚性。

图4的并联机构原理图中，并联机构有三个分支，每个分支均由移动副P，转动副R和球面副S组成，简称为3-PRS并联机。该并联机构可实现一个Y向移动和二个转动(A、C2)运动。如：铣削刀架8的三个分支驱动轴Y，A，C2，铣削刀架8通过其横滑板(9)在小龙门架10上的横向移动X2，床鞍3沿床身2的纵向移动Z以及主轴头1的C轴功能控制。当三个伺服电机驱动时，动平台8-9可实现一个移动和二个转动。

本发明的数控机床有七个伺服轴，车削主轴头1为伺服轴，即为主运动，又是C轴；车削刀架4可实现X，Z两个伺服轴运动；铣削刀架可实现X、Y、A、C2、Z五个伺服轴运动(其中Z轴与车削共用)。因此车削加工可实现X、Z、C三轴联动；铣削可实现X2、Y、Z、A、C、C2六轴联动。铣削主轴头7的电机可为伺服电主轴，也可用变频电主轴。

实施例1

车削主轴头1的电机为交流伺服主电机，具有C轴功能，主轴头(7)采用变频电主轴，刀架4为转塔式车削刀架，铣削刀架8的并联机构为3-PRS机构，各个进给电机均采用伺服电机。该机床最多可实现六轴联动。大龙门架12安装在床身2上，小龙门10安装在床鞍3上，随床鞍3一起纵向移动，且与大龙门架12用导轨副连接，使整台机床形成闭环回路结构，刚性高。在机床的侧面配置了标准的落地式刀库。

实施例2

与实施例1不同的是铣削主轴头7采用伺服电主轴，使其增加了具有特殊的插槽加工功能，如不同方位的斜槽。

Claims (8)

1、一种双龙门卧式混联原理车铣复合数控机床，包括车削主轴头(1)，床身(2)，床鞍(3)，车削刀架(4)，横滑板(5)，尾座(6)和刀库(13)，其中车削主轴头(1)安装在床身(2)上，床鞍(3)与床身(2)通过其导轨副连接，并沿其导轨纵向移动，车削刀架(4)安装在横滑板(5)上，横滑板(5)与床鞍(3)用导轨副连接，并沿其导轨横向移动，尾座(6)与床身(2)用导轨副连接并可沿其导轨纵向移动；其特征在于：该数控机床还设置有铣削主轴头(7)，并联原理的铣削刀架(8)，小龙门架(10)，大龙门架(12)；其中：铣削主轴头(7)安装在铣削刀架(8)上，铣削刀架(8)安装在铣削用横滑板(9)上，铣削用横滑板(9)与小龙门架(10)用导轨副连接，并沿其导轨横向移动，小龙门架(10)安装在床鞍(3)上，小龙门架(10)通过安装在其顶部两边的纵滑板(11)与大龙门架(12)两边的导轨连接，并沿床身(2)作纵向移动；大龙门架(12)纵向安装在床身(2)的两边。

2、根据权利要求1所述的双龙门卧式混联原理车铣复合数控机床，其特征在于铣削刀架(8)由刀架壳体(8-1)，伺服电机(8-2)，滚珠丝杠副(8-3)，滚动导轨副(8-4)，小滑板(8-5)，转动副(8-6)，定长杆(8-7)，球面副(8-8)及动平台.(8-9)组成；伺服电机(8-2)和滚珠丝杠副(8-3)安装在刀架壳体(8-1)上，小滑板(8-5)通过滚动导轨副(8-4)与刀架壳体(8-1)连接，可沿滚动导轨副(8-4)移动；定长杆(8-7)通过转动副(8-6)与小滑板(8-5)连接，可相对小滑板转动；动平台(8-9)通过球面副(8-8)与定长杆(8-7)连接，可相对定长杆转动。

3、根据权利要求2所述的双龙门卧式混联原理车铣复合数控机床，其特征在于铣削刀架(8)的动平台(8-9)的运动是由三个分支共同运动来实现，即分别由各个分支的伺服电机通过滚珠丝杠副(8-3)带动小滑板(8-5)沿滚动导轨副(8-4)移动以驱动定长杆(8-7)绕转动副(8-6)转动，通过连接于定长杆(8-7)上的球面副(8-8)带动动平台(8-9)运动，动平台(8-9)在空间的位置由三个分支的共同运动决定，当三个伺服电机驱动时，动平台(8-9)可实现Y向移动和A及C2的二个转动功能。

4、根据权利要求1所述的双龙门卧式混联原理车铣复合数控机床，其特征在于车削主轴头(1)的主轴为伺服轴，可采用交流伺服电机驱动，也可采用车削用主轴和主轴电机在一起的交流伺服电主轴结构。

5、根据权利要求1或2所述的双龙门卧式混联原理车铣复合数控机床，其特征在于铣削主轴头(7)可采用交流伺服电主轴，亦可采用变频电主轴。

6、根据权利要求3所述的双龙门卧式混联原理车铣复合数控机床，其特征在于铣削刀架(8)与小龙门架(10)、床鞍(3)及车削主轴头(1)组合可实现六轴联动控制。

7、根据权利要求6所述的双龙门卧式混联原理车铣复合数控机床，其特征在于所述的六轴联动控制是指铣削刀架(8)的三个分支驱动轴Y，A，C2，铣削刀架(8)通过铣削用横滑板(9)在小龙门架(10)上的横向移动X2，床鞍(3)沿床身(2)的纵向移动Z以及车削主轴头(1)的C轴功能控制。

8、根据权利要求1所述的双龙门卧式混联原理车铣复合数控机床，其特征在于该机床可以配置标准的落地式刀库，也可将刀库配置在大龙门架上。