CN201824137U - 用于门形结构多轴高速加工中心的支撑框架结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于门形结构多轴高速加工中心的支撑框架结构，具有至少一对相互之间间隔一定距离且与地面位置固定的平行安排的导轨，在导轨上安排有一个沿X方向移动的龙门架该龙门架对可在Y方向移动的横梁进行导向，在该横梁上安排有一个可在Z方向移动的用于安装工具的套筒，龙门架具有多个斜撑状的杆状部件，其特征在于杆状元件用于构成龙门架的外部边框，而多个由杆状元件框住的龙门架平面通过板状元件构成加固填充体。本实用新型在保持较小尺寸的情况下可以获得特别高的刚性，仅存在较少的连接点，相应地只需要较少的杆状元件连接接头，使用板状元件连接单个的杆状元件，由此形成相对较低的安装费用。

Description

用于门形结构多轴高速加工中心的支撑框架结构

技术领域

本实用新型涉及一种支撑框架结构，尤其是用于门形结构多轴高速加工中心的支撑框架结构，属于机械加工技术领域。

背景技术

高速加工中心属于数控机床中的一种，其突出之处在于可以从多个侧面完整地加工较大体积的工件。这一类的加工中心至少拥有三个移动轴，这些移动轴具有一个数字控制器。此外，大部分情况下还存在一个或者两个旋转的数字控制轴。使用这一类的加工中心可以实施通常的切削工作，例如：铣切、钻孔、锪孔、铰孔、车削和类似工作。单个移动轴针对不同部件(例如支架组件、横梁或者套筒)的分配是附加的区别特征。因为由此已经可以确定主要的支撑框架结构的构造。主要是一种门形结构的支撑框架结构。通过该门形结构，移动轴可以在X、Y以及Z方向结合特殊的较大体积工件进行工作。

为缩短工件的加工时间市场上出现了越来越多的所谓高速加工中心。通过使用尽可能轻质的移动轴降低加工时间。

已知的高速加工中心本质上由含一对导轨的支撑框架结构组成，导轨通过多个支架以与地面位置固定的形式进行安装。在两根导轨上存在沿X-方向移动的龙门架。同时，龙门架构成在Y-方向相对移动的横梁的框架，而横梁由支撑着在Z-方向上下移动的套筒。用于加工工件的刀具位于套筒的末端。

为了获得轻便且尽可能坚固的支撑框架结构，此处建议龙门架由碳纤维-杆状元件构成，杆状元件成扇形分别从龙门架上方中间的中心轴承向下延伸。在原理上，此处涉及一类桁架结构，该结构使得龙门架获得较高的刚性。因此仅使用杆状元件构成龙门架。

对已知的支撑框架结构的静态和动态性能试验表明，这些支撑框架结构很多已经因自重而出现变形。这种表现会对高速加工中心的精度产生负面的影响。尤其是套筒存在下沉现象。在导轨区域的单个杆状元件部分情况下比整个结构存在更大的变形。在动力学方面，在龙门架移动方向(X-方向)加速时观察到套筒尖部有变形。已知支撑框架结构在刚性方面的所有薄弱点均对工件的精密加工形成负担，从而形成实际尺寸和给定尺寸之间偏差形式的尺寸公差，很多的时候该公差无法满足最新的要求。

实用新型内容

为解决现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种用于多轴门形结构高速加工中心的支撑框架结构，该结构的突出之处在于在尽可能小的自重且生产过程尽可能简单的情况下可以实现更高的刚性。

本实用新型的技术原理是龙门架的杆状元件仅用于构成龙门架的外部边框，而多个由杆状元件框住的龙门架平面通过板状元件构成加固填充体。

为达到上述目的，本实用新型是通过以下的技术方案来实现的：

一种用于门形结构多轴高速加工中心的支撑框架结构，具有至少一对相互之间间隔一定距离且与地面位置固定的平行安排的导轨，在导轨上安排有一个沿X方向移动的龙门架，该龙门架对可在Y方向移动的横梁进行导向，在该横梁上安排有一个可在Z方向移动的用于安装工具的套筒，所述的龙门架具有多个斜撑状的杆状部件，其特征在于，杆状元件用于构成龙门架的外部边框，而多个由杆状元件框住的龙门架平面通过板状元件构成加固填充体。

前述的用于门形结构多轴高速加工中心的支撑框架结构，其特征在于板状元件为层状板，该层状板具有两张由碳纤维-复合材料制成的盖板，盖板之间包含有硬泡沫芯；杆状元件为空心圆柱状结构，且由碳纤维-复合材料制成。

前述的用于门形结构多轴高速加工中心的支撑框架结构，其特征在于龙门架由两个从横截面看相互成镜像对称的门架对组成。两个门架对通过用作横梁的杆状元件相互连接在一起。

前述的用于门形结构多轴高速加工中心的支撑框架结构，其特征在于，每个门架对拥有直角三角形横截面。直角三角形的水平边平行于相邻的导轨。直角三角形的垂直边均朝向内侧，并平行于相对门架对的垂直边。此外，每个门架对的斜边均朝向外侧。

前述的用于门形结构多轴高速加工中心的支撑框架结构，其特征在于每个板状元件均存在水平边、垂直边以及斜边区域。

前述的用于门形结构多轴高速加工中心的支撑框架结构，其特征在于在每个门架对的板状元件封闭形成的内部空间中安排有多个相互间隔一定距离的形状为直角三角形的加强板，加强板也是夹芯层合板。

前述的用于门形结构多轴高速加工中心的支撑框架结构，其特征在于沿着Y方向移动的横梁安排在两个门架对形成的空间中。

前述的用于门形结构多轴高速加工中心的支撑框架结构，其特征在于横梁本质上由在龙门架的下部导轨对中的下部横梁组成，下部横梁通过一个空心圆柱状套筒外壳和龙门架上部导轨对中的上部横梁固定连接在一起，以便形成对横梁的双层导向。

前述的用于门形结构多轴高速加工中心的支撑框架结构，其特征在于杆状元件在连接点通过轻金属制成的连接接头进行连接，对此也可以进行粘贴连接。

前述的用于门形结构多轴高速加工中心的支撑框架结构，其特征在于板状元件通过层合粘接的方式连接到构成边框的杆状元件上。

本实用新型的有益效果为：在保持较小尺寸的情况下可以获得特别高的刚性。试验表明，根据本实用新型的龙门架与现有的龙门架相比，在水平方向和垂直方向强度高大约25％。以总重量为基准，本实用新型在因Z-方向和X-方向加速而造成的变形方面可以获得更高的刚性。相对于现有技术而言，因为仅存在较少的连接点，相应地只需要较少的杆状元件连接接头，使用板状元件连接单个的杆状元件，由此形成相对较低的安装费用。

连接杆状元件的板状元件优先由层状板(三明治板)构成。层状板由两层碳纤维复合材料制成的盖板组成，盖板之间夹有硬泡沫芯。这一类的层状板到目前为止用于汽车制造、飞机制造，特别是用于赛艇的制造。层状板的突出优点在于特别高的抗变形能力，且同时具有特别小的尺寸。

与之相对应，本实用新型的龙门架杆状元件为空心圆柱状，同样也由碳纤维-复合材料制成。选择这样的材料，同时结合空心圆柱状横截面可以使得杆状元件获得特别高的抗变形能力，且尺寸较小。

本实用新型的另一种改进措施，龙门架由两个从横截面看相互成镜像对称的门架对组成，这两个部件通过用作横梁的杆状元件相互连接在一起。这一结构可以使得使用上述部件的龙门架结构较合理。因为在Y-方向移动的横梁可以特别方便地进入两个门架对组成的空间中。门架对一种特别稳定的结构，其横截面中具有一个垂直的三角，其水平边平行于导轨，而垂直边朝向内侧并平行于相对的门架对的垂直边，斜边向外。由此板状元件优先被分配到水平边、垂直边以及斜边的区域。

本实用新型的另一种改进措施，在门架对的板状元件包裹的空间中相互间隔一定距离安排有多个形状为垂直三角形的加强板。该加强板根据板状元件的结构优先为层状板。可以想象的是，只要不影响龙门架的刚性，板状元件以及加强板具有用于进一步降低重量的空隙。

在构成具有垂直三角横截面的门架对时形成一个长方体状的空间。因为每个门架对的垂直边垂直于导轨。由此形成的前提条件是，横梁由一个在龙门架下导轨对中移动的下部横梁构成，该下部横梁和一个在龙门架上部导轨对中移动的上部横梁通过一个管状的套筒外壳相连接。通过这种特殊的横梁设计结构，结合龙门架的特殊结构可以形成横梁的双层移动，该结构可以使得横梁沿着龙门架的Y-方向精确且稳定地进行移动。

本实用新型的另一种改进措施，板状元件优先通过层压方式连接到构成边框的杆状元件上。这种连接类型可以实现两个部件在整个连接段上均形成固定和持久的连接。相对于点状连接而言，由此可以避免由于支撑框架结构在该处的负载而可能形成的所谓窗帘效应。对此，当然也可以选择通过粘贴或者类似方式将板状元件和杆状元件连接在一起。但需要注意的是，连接处必须足够牢固。相应地，杆状元件通过轻金属制成的连接接头相互连接在连接点上。此外，这一类的连接也可以通过粘贴进行加固。

附图说明

图1为门形结构多轴高速加工中心的立体图；

图2为根据图1的高速加工中心的侧视图；

图3为在杆状元件和板状元件连接区域图2中A部分的局部放大图。

附图中主要标记含义如下：

1、导轨，2、支架，3、地面，4、龙门架，5、横梁，6、套筒，7、杆状元件，8、板状元件，9、门架对，10、水平边，11、垂直边，12、斜边13、加强板，14、空间，15、上(下)部横梁，16、套筒外壳，17、连接接头，18、盖板，19、硬泡沫芯。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本实用新型作具体的介绍。

根据图1，用于门形结构多轴高速加工中心的支撑框架结构包括至少一对相互成一定距离平行分布的导轨1a、1b。导轨1a、1b分别通过分配给其的支架2a、2b以与地面3位置固定的方式进行安装。导轨对1a、1b由此形成龙门架4的移动轨道，龙门架可以在X方向进行移动。龙门架4通过现有技术已经公开的此处未作进一步详细说明的-驱动工具进行驱动。

龙门架4上形成在Y方向进行相对移动的横梁5的导向装置。横梁5同时也是在Z方向移动的套筒6的支撑装置。套筒6用于安装此处未作详细说明的刀具，使用该刀具可以将此处同样未作详细说明的工件以已经公开的方式在夹紧状态下进行加工。

为了获得尽可能高的加工速度，高速加工中心的可移动部件，此处主要是指龙门架4和横梁5以及套筒6，需要使用特别轻质的结构。龙门架4本质上由单个的杆状元件7a、7b、7c等组成，本实用新型的杆状元件仅用于构成龙门架4的外侧边框。通过多个杆状元件7框起的龙门架4的平面通过板状元件8形成加强填充体。

根据图2，龙门架4由两个从横截面看相互成镜像对称的门架对9a和9b组成。门架对9a和9b通过用作横梁的杆状元件7d和7f相互连接在两侧。每个门架对9a或者9b拥有直角三角形横截面。直角三角形的水平边10平行于相邻的导轨1a或者1b。每个门架对9a或者9b直角三角形的垂直边11均朝向内侧，并平行于相对门架对的垂直边11’。最后，每个门架对9a或者9b的斜边均朝向外侧，以便龙门架4的两个门架对9a或者9b的斜边12、12’形成一个屋顶状的造型。对此，板状元件8a至8c分配有门架对9a的水平边10、垂直边11以及斜边12区域(同样也适用于另一个与之成镜像对称门架对9b)。在每个门架对9a和9b的板状元件封闭形成的内部空间中安排有多个相互间隔一定距离的形状为直角三角形的加强板13。沿着龙门架4移动的横梁5安排在两个门架对9a和9b形成的空间14中。横梁5本质上由上部横梁15a和下部横梁15b组成，下部横梁通过一个空心圆柱状套筒外壳16和上部横梁15a固定连接在一起。各杆状元件7在连接点通过轻金属制成的连接接头17进行连接，对此也可以额外进行粘贴加固。

如图3中所述的细节Z所示，板状元件8a、8b通过层压的方式连接到构成边框的杆状元件(7)上。每个板状元件8a或者8b为所谓的夹芯层合板，由两张碳纤维复合材料制成的盖板18a和18b组成，盖板之间包含有硬泡沫芯19。为降低重量，杆状元件7为空心圆柱状结构，同样也由碳纤维-复合材料制成。

本实用新型不局限于层状板形式的板状元件结构。板状元件也可以使用其他结构，只要其具有较小的自重，同时具有较高的形状稳定性。

上述实施例不以任何形式限制本实用新型，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本实用新型的保护范围内。

Claims (10)

1.用于门形结构多轴高速加工中心的支撑框架结构，具有至少一对相互之间间隔一定距离且与地面(3)位置固定的平行安排的导轨(1a、1b)，在导轨上安排有一个沿X方向移动的龙门架(4)，该龙门架对可在Y方向移动的横梁(5)进行导向，在该横梁上安排有一个可在Z方向移动的用于安装工具的套筒(6)，所述的龙门架(4)具有多个斜撑状的杆状部件(7a、7b、7c)，其特征在于杆状元件(7)用于构成龙门架(4)的外部边框，而多个由杆状元件(7)框住的龙门架(4)平面通过板状元件(8)构成加固填充体。

2.根据权利要求1所述的用于门形结构多轴高速加工中心的支撑框架结构，其特征在于板状元件(8)为层状板，该层状板具有两张由碳纤维-复合材料制成的盖板，盖板之间包含有硬泡沫芯；杆状元件(7)为空心圆柱状结构，且由碳纤维-复合材料制成。

3.根据权利要求1所述的用于门形结构多轴高速加工中心的支撑框架结构，其特征在于龙门架(4)由两个从横截面看相互成镜像对称的门架对(9a、9b)组成；两个门架对(9a、9b)通过用作横梁的杆状元件(7d、7f)相互连接在一起。

4.根据权利要求3所述的用于门形结构多轴高速加工中心的支撑框架结构，其特征在于每个门架对(9a、9b)拥有直角三角形横截面；直角三角形的水平边(10)平行于相邻的导轨(1a、1b)；直角三角形的垂直边(11)均朝向内侧，并平行于相对门架对的垂直边(11’)；每个门架对(9a、9b)的斜边(12)均朝向外侧。

5.根据权利要求4所述的用于门形结构多轴高速加工中心的支撑框架结构，其特征在于每个板状元件(8a、8b、8c)均存在水平边(10)、垂直边(11)以及斜边(12)区域。

6.根据权利要求3或4所述的用于门形结构多轴高速加工中心的支撑框架结构，其特征在于在每个门架对(9a、9b)的板状元件(8)封闭形成的内部空间中安排有多个相互间隔一定距离的形状为直角三角形的加强板(13)，加强板(13)也是夹芯层合板。

7.根据权利要求3所述的用于门形结构多轴高速加工中心的支撑框架结构，其特征在于沿着Y方向移动的横梁(5)安排在两个门架对(9a、9b)形成的空间(14)中。

8.根据权利要求1所述的用于门形结构多轴高速加工中心的支撑框架结构， 其特征在于横梁(5)本质上由在龙门架(4)的下部导轨对中的下部横梁(15b)组成，下部横梁通过一个空心圆柱状套筒外壳(16)和龙门架(4)上部导轨对中的上部横梁(15a)固定连接在一起，以便形成对横梁(5)的双层导向。

9.根据权利要求1所述的用于门形结构多轴高速加工中心的支撑框架结构，其特征在于杆状元件(7b、7d)在连接点通过轻金属制成的连接接头(17)进行连接。

10.根据权利要求1所述的用于门形结构多轴高速加工中心的支撑框架结构，其特征在于板状元件(8a、8b)通过层合粘接的方式连接到构成边框的杆状元件(7)上。 

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