CN201179605Y - 多轴线机床 - Google Patents

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Abstract

一种多轴线机床包括：第一滑道(2a)和第二滑道(2b)，设置成彼此隔开且沿纵向轴线(X)平行地延伸；加工台(3)，由滑道(2a、2b)横向限定；横向构件(4)，具有相反的两端(4a、4b)，每端联接至相应的滑道(2a、2b)；以及加工头(5)，安装至横向构件(4)，且可定位在加工台(3)上方，在该机床中，至少横向构件(4)由低热膨胀材料制成。

Description

多轴线机床
技术领域
本实用新型涉及具有如权利要求1的前序部分所确定特征的多轴线机床。
本实用新型尤其应用于高速铣削操作的数控多轴线机床的技术领域。
背景技术
本实用新型所涉及的机床尤其应用于飞机制造业，用于对由铝和复合材料制成的零件进行仿形切削和钻孔，以及应用于汽车业，用于制造母型、以及车身、内部零件和模具的模型。
所述的传统类型数控多轴线机床装备有两个纵向滑道，这两个纵向滑道支承构台或横向构件，该构台或横向构件能够沿着平行于滑道纵向轴线的路径运动。滑道间隔成在其间限定加工台，工件定位在该加工台中。横向构件的两个相反端搁置在两个纵向滑道上。横向构件可在加工台上方平移，支承诸如铣削夹具的加工头，并驱动选用于所需钻孔或铣削操作的工具。
通常，加工头可沿着横向构件、沿垂直于由横向构件所诱导的运动方向的方向平移，加工头可从加工台升高或向加工台降低，且可绕两个轴线转动，一个轴线是垂直的，另一个轴线是水平的，从而工具可相对于工件成角度。工件放置在加工台中，而加工头在横向构件上被支架定位成可选定和加工工件的特定区域。定位运动由设置于相对运动的各部分之间的直线电动机来引导，且由可编程电子控制器来控制。
不利地，这种常见类型的机床具有完全由钢支承的结构，而在各项运动过程中，该结构吸收了由直线电动机和由滑动摩擦产生的热量。将零件暴露于热量导致了这些零件的变形。横向构件的变形是尤其危险的，因为横向构件的两端都正联接至滑道。实际上，由于由热引起的热膨胀以及在两端联接的约束作用，引起横向构件挠曲并呈现弯曲的轮廓，实际上因为约束而阻止其自由伸长。该变形影响加工头的定位，且危害加工操作的精度。
申请人发现，现有技术的多轴线机床可在很多方面加以改进，尤其是面临由多个发动机和滑动摩擦引起的温度升高而考虑到其结构的尺寸稳定性。
发明内容
因此，本实用新型的目的是设计一种基本上避免上述缺点的多轴线机床。
尤其，本实用新型的目的是阐述一种多轴线机床，其中，加工精度不受机床上热效应的影响。
根据本实用新型，提供一种多轴线机床，包括：
第一滑道和第二滑道，设置成彼此隔开且沿纵向轴线平行地延伸；
加工台，由所述滑道侧向限定；
横向构件，具有相对的两端，每端与相应的滑道可滑动地关联；
加工头，安装至所述横向构件，且能定位在所述加工台上方；
其中，至少所述横向构件由低热膨胀材料构成，所述横向构件装备有至少两个滑瓦，每端安装一个所述滑瓦，且每个所述滑瓦都与由相应的滑道所设置的轨道相联接。
根据本实用新型的机床克服了开头提到的缺点，且适当地实现了所述目的。
第一和最重要地，采用低热膨胀材料来构造横向构件有利于限制伸长，且因此避免部件梁的变形。因此，与现有技术的机床相比，根据本实用新型的机床确保了加工中的更高精度，而且，精度不受其部件产生的温度的影响。
附图说明
现在将通过例子、借助附图来详细描述本实用新型，在这些附图中：
图1示出根据本实用新型的多轴线机床的立体图；
图2示出图1的机床的第一细节的剖视图；
图3示出图1的机床的第二细节的剖视图。
具体实施方式
参见附图，标号1整体地表示多轴线机床。
多轴线机床1包括第一滑道2a和第二滑道2b，它们彼此隔开且沿着限定第一运动方向的纵向轴线X平行地延伸。由滑道2a和2b横向限定的空间用作加工台3。滑道2a和2b支承横向构件4，该横向构件4的两相反端每个都与相应的滑道2a和2b可滑动地关联。同样，机床1的成形部分是加工头5，其安装至横向构件4，且能够在加工台3上方运动。为此，机床1还包括可沿横向构件4以第二运动方向Y平移的支架6。安装至支架6的第一支承本体7能够相对于支架6沿第三运动方向Z垂直运动。与第一支承本体7的底部相关联的第二支承本体8可相对于第一本体7绕第一垂直轴线W转动，该第一垂直轴线W平行于第三运动方向Z或与第三运动方向Z一致。加工头5可枢转地锚定至第二支承本体8，绕第二水平轴线A自由地角运动，且包括心轴，诸如钻头或铣刀之类的工具U可被该心轴夹紧。因此，加工头5能够沿着和/或围绕五个不同的轴线X、Y、Z、W和A运动，从而它可在加工台3的工作范围内的任何给定位置自由定位，且呈现相对于同一个加工台3和工件的任何给定角度。
与现有技术的典型机床相比有利的是，至少横向构件4由低热膨胀材料(LTEM)制成。在本说明书和权利要求书的内容中，低热膨胀材料可以是具有比钢的线性热膨胀系数(CLTE)低很多的线性热膨胀系数的材料，钢的线性热膨胀系数在11×10-6℃-1。有利地，所采用的材料将具有小于3×10-6℃-1的CLTE，可能处于-1×10-6℃-1和1×10-6℃-1之间，较佳地处于-0.5×10-6℃-1和0.5×10-6℃-1之间。
同样有利地，所述的低热膨胀材料将是包含碳纤维的复合材料。尤其，碳纤维通常具有-1×10-6℃-1和-0.3×10-6℃-1之间的负线性热膨胀系数。碳纤维的结构使得其线性热膨胀系数CLTE无论正负都将接近零。
可选择地，虽然没有限制，但是低热膨胀材料可以是陶瓷材料或碳化硅及其衍生物的复合材料。
为了使横向构件4能沿着滑道2a和2b滑动，每个上述的末端4a和4b都装备有至少一个联接至轨道10的滑瓦9，该轨道10安装在相应的滑道2a和2b上且沿第一运动方向X延伸(图2)。
第一直线电动机12的定子11与未在图中示出的控制单元互锁，该定子也与每个滑道2a和2b相关联且平行于轨道10延伸，横向构件4借助于该定子而被设为运动。第一直线电动机12还包括集成入横向构件4的每端4a和4b的磁体(或磁铁)13。
有利地，假设磁体13是金属且因此很有可能热膨胀，则将弹性材料层14插入磁体13和横向构件4之间，从而将吸收金属的热膨胀。所述的材料可以是粘合剂或树脂的薄膜，它们对于本领域技术人员来说都是熟悉的。
较佳地，而且，滑瓦9和轨道10也将是金属的。因此，将弹性材料层14同样地插入滑瓦4和横向构件4之间，从而防止在这些部件之间的界面上产生内应力。
有利地，横向构件4具有桁架类型的结构，在所示的例子中，该结构较佳地而非限制地包括一对由上述低热膨胀材料制成的平行梁15。每个元件15具有第一端15a和第二端15b，第一端15a装备有对应的滑瓦9且与第一通道2a可滑动地联接，第二端15b装备有对应的滑瓦9且与第二通道2b可滑动地联接。梁15还由形成桁架结构的多个支杆16彼此连接。在较佳的解决方案中，这些支杆16同样将实施成上述的低热膨胀材料。支杆16、梁15和滑道2a和2b可以实施成彼此不同的材料，只要它们都具有低线性热膨胀系数的特征。
支承加工头5的支架6可滑动地安装至横向构件4，且可沿其长度沿上述垂直于第一方向X的第二方向Y平移。支架6具有至少一个联接至对应轨道18的滑瓦17，该轨道18与横向构件4相关联且沿第二方向Y延伸。
在图中还示出了第二直线电动机19，其位于支架6和横向构件4之间，且由上述的电子控制单元来控制，其功能是设定支架6沿横向构件的运动。
第二直线电动机19包括安装至横向构件4且平行于相应轨道18延伸的定子20、以及安装至支架6的滑瓦17的磁体21。
以与磁体13和横向构件4的末端之间的界面完全相似的方式，第二直线电动机19的定子20借助于弹性材料插入层14与横向构件4的低热膨胀材料相关联，该弹性材料插入层14能够吸收定子20的膨胀(图3)。该材料可以是与插入横向构件4和第一直线电动机12的磁体之间的材料相同的材料。
再次较佳地，支架6的滑瓦17和横向构件4的轨道18将是金属，且因此将弹性材料层14同样地插入轨道18和横向构件4之间，从而防止在这些部件之间的界面上产生的内应力(图3)。
在较佳的实施例中，支架6也将实施成低热膨胀材料。
在所示的较佳实施例中，支架6具有借助于两个滑瓦17连接至每个梁15的桁架结构，如图1中可辨认的。例如由碳纤维支杆22构成的桁架支承第一支承本体7。尤其，第一支承本体7分成与支架6刚性相关的顶部7a、以及可相对于顶部7a沿第三方向Z垂直滑动的底部7b。实际上，第一支承本体7还可实施成与上述其它部件所采用的材料相同的低热膨胀材料。
根据本实用新型的机床克服了开头提到的缺点，且适当地实现了所述目的。进一步地，由于采用了复合材料和桁架类型的框架，与现有技术相比，移动部件的重量可减小，电机的功率可减小而不会造成性能损失。重量和额定功率的减小也意味着，当加工操作过程中被加热时，更少的热能由直线电动机和摩擦直接产生且转移至横向构件。
最后，采用桁架结构将使部件更容易被拆除且从建造机床的房屋被运输到其要安装之处。

Claims (23)

1.一种多轴线机床，包括：
第一滑道(2a)和第二滑道(2b)，设置成彼此隔开且沿纵向轴线(X)平行地延伸；
加工台(3)，由所述滑道(2a、2b)侧向限定；
横向构件(4)，具有相对的两端(4a、4b)，每端与相应的滑道(2a、2b)可滑动地关联；
加工头(5)，安装至所述横向构件(4)，且能定位在所述加工台(3)上方；
其特征在于，
至少所述横向构件(4)由低热膨胀材料构成，所述横向构件(4)装备有至少两个滑瓦(9)，每端(4a、4b)安装一个所述滑瓦，且每个所述滑瓦都与由相应的滑道(2a、2b)所设置的轨道(10)相联接。
2.如权利要求1所述的机床，其特征在于，所述滑瓦(9)由金属材料制成，且借助于能够吸收所述滑瓦(9)的膨胀的弹性材料层(14)来与所述横向构件(4)的低热膨胀材料面接。
3.如权利要求1所述的机床，其特征在于，还包括第一直线电动机(12)，该第一直线电动机包括安装至每个滑道(2a、2b)且平行于相应轨道(10)而延伸的定子(11)、以及与所述横向构件(4a、4b)的每端相关联的磁体(13)。
4.如权利要求3所述的机床，其特征在于，所述磁体(13)借助于能够吸收所述磁体(13)的热膨胀的弹性材料层(14)来与所述横向构件(4)的低热膨胀材料面接。
5.如权利要求1所述的机床，其特征在于，所述横向构件(4)包括桁架结构。
6.如权利要求5所述的机床，其特征在于，所述横向构件(4)包括一对由低热膨胀材料构成的平行梁(15)，每个梁都具有可滑动连接至所述第一滑道(2a)的第一端(15a)和可滑动连接至所述第二滑道(2b)的第二端(15b)。
7.如权利要求6所述的机床，其特征在于，所述梁(15)由构成所述桁架结构的多个支杆(16)相互连接。
8.如权利要求7所述的机床，其特征在于，所述支杆(16)由低热膨胀材料构成。
9.如权利要求1所述的机床，其特征在于，还包括可滑动地安装至所述横向构件(4)的支架(6)，其中，所述加工头(5)安装至所述支架(6)。
10.如权利要求9所述的机床，其特征在于，所述支架(6)装备有至少一个滑瓦(17)，该滑瓦与安装在所述横向构件(4)上的轨道(18)相联接。
11.如权利要求10所述的机床，其特征在于，所述轨道(18)由金属材料制成，且借助于能够吸收所述轨道(18)的膨胀的弹性材料层(14)来与所述横向构件(4)的低热膨胀材料面接。
12.如权利要求10所述的机床，其特征在于，包括至少一第二直线电动机(19)，该第二直线电动机包括安装至所述横向构件(4)且平行于相应轨道(18)而延伸的定子(20)、以及与所述支架(6)的每个滑瓦(17)相关联的磁体(21)。
13.如权利要求12所述的机床，其特征在于，所述定子(20)借助于能够吸收所述定子(20)的膨胀的弹性材料层(14)来与所述横向构件(4)的低热膨胀材料面接。
14.如权利要求9所述的机床，其特征在于，所述支架(6)由低热膨胀材料构成。
15.如权利要求9所述的机床，其特征在于，所述支架(6)包括桁架结构。
16.如权利要求9所述的机床，其特征在于，所述加工头(5)由安装至所述支架(6)的本体(7)来支承，且能够相对于所述同一个支架(6)垂直运动。
17.如权利要求1所述的机床，其特征在于，所述低热膨胀材料具有小于3×10-6℃-1的线性热膨胀系数。
18.如权利要求1所述的机床，其特征在于，所述低热膨胀材料是复合材料。
19.如权利要求1所述的机床，其特征在于，所述低热膨胀材料是陶瓷材料。
20.如权利要求1所述的加工头，其特征在于，所述低热膨胀材料是复合材料。
21.如权利要求17所述的机床，其特征在于，所述低热膨胀材料具有-1×10-6℃-1和1×10-6℃-1之间的线性热膨胀系数。
22.如权利要求18所述的机床，其特征在于，所述复合材料包含碳纤维。
23.如权利要求20所述的加工头，其特征在于，所述复合材料包含碳化硅或其衍生物。
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