CN203317152U - 高刚性大扭矩立式加工中心 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种立式加工中心，尤其是涉及一种高刚性大扭矩立式加工中心。其主要是解决现有技术所存在的高低档减速箱价格贵高速齿轮处于极限状态下工作，故障率高，使用维修成本高；不能满足1:2/1:3等其他减速比加工的要求；立式加工存在的主轴刚性差，换刀故障频率高等的技术问题。本实用新型包括蜂窝型床身，蜂窝型床身上设有双层密肋滑鞍、工作台，床身上还设有人字型框式立柱，人字型框式立柱通过导轨滑动连接有主轴箱，人字型框式立柱上设有滚珠丝杆，主轴箱螺纹连接滚珠丝杆，主轴箱上设有刀库、打刀缸，主轴箱内设有1:2/1:4/1:8减速装置，主轴箱的主轴上设有主轴定位装置，立式加工中心设有电气与数控系统。

Description

高刚性大扭矩立式加工中心

技术领域

本实用新型涉及一种立式加工中心，尤其是涉及一种高刚性大扭矩立式加工中心。

背景技术

现有加工中心存在机床主轴装置刚性不良；主轴在低于额定转速时，主电机功率随着转速下降成比例变小，导致切削效率不良与能源浪费。

现有加工中心主要应用于有色金属零件、黑色金属零件、新型难加工材料零件的加工，为了提高零件的加工精度与切削效率，现有技术往高速高精方向发展，主轴的转速一般在8000-15000rpm，电主轴达到80000rpm以上；但是低转速时切削扭矩与有效功率小，不能适应黑色金属粗加工与新型难加工材料加工的要求。

现有技术为了同时满足高速高精加工与低速大扭矩加工，通常采用大功率主电机来弥补，造成大马拉小马造成能源浪费，因此上述问题未能得到有效改善；也可以采用选配高低档减速装置，高档速比为1:1，用于高速高精加工，低档速比1:4用于低速大负荷加工。这样配置高低档减速箱的加工中心存在以下问题：

1.高低档减速箱价格贵，高速齿轮处于极限状态下工作故障率高，使用维修成本高；

2.带高低档减速箱的加工中心用于粗精加工，精度不能长期保持，实际上未能达到黑色金属粗精加工普遍适用的目的。

3.采用1:1/1:4高低档减速箱不能满足其他减速比加工的要求；细分开发选配多种速比加工中心，才能够有效改善数控机床同质化的缺陷；

4.现有立式加工中心用于重负荷切削加工，存在刚性与扭矩不足，换刀故障频率高等问题，需要有综合性的解决方案。

实用新型内容

本实用新型提供一种高刚性大扭矩立式加工中心，为黑色金属加工提供高效率，低能耗的数控机床，主要解决现有技术采用大功率主电机造成能源浪费；采用高低档减速箱价格贵，使用维修成本高；用于重负荷切削机床存在刚性不足，换刀故障频率高；用于黑色金属加工生产效率低、能耗大等问题。

本实用新型的上述技术问题通过下述技术方案得以解决的：

本实用新型的高刚性大扭矩立式加工中心，包括蜂窝型床身，所述的蜂窝型床身上设有双层密肋滑鞍、工作台，床身上还设有人字形框式立柱；人字形框式立柱通过刀库托架连接刀库，通过导轨连接有主轴箱，通过滚珠丝杆驱动主轴箱；主轴箱设有主轴、打刀缸，主轴箱上还设有主电机与1:2/1:3/1:4/1:8选配的带轮减速装置，主轴或者主电机上设有主轴定位装置，立式加工中心设有电气与数控系统。

目前数控机床市场存在同质化的缺陷，机床结构与适用范围相同，制造业个性需求不能获得有效满足。其中包括：加工中心虽然能够应用于黑色金属的粗精加工，但是用于黑色金属粗加工存在扭矩小、功率不足、效率低、能耗大的问题；选配1:4高低档减速箱，价格贵维修成本高。开发适用于黑色金属加工，转速在80-4000rpm/40-2000rpm/20-1000rpm范围内，分别适用于黑色金属粗精加工/粗加工/重负荷加工，高刚性大扭矩加工中心能有效改善加工中心同质化的缺陷。

作为优选，所述的主电机通过小带轮、同步带、大带轮连接主轴，使得主轴获得一级带轮减速，输出扭矩获得相应提高。采用1:2同步带轮减速，主轴扭矩提高2倍，主轴转速在80-4000rpm范围 ，适用于黑色金属的粗精加工，经工艺试验：用于粗加工生产效率提高50%以上，节能23%左右；并且还适用于90%以上的黑色金属精加工，其余高速加工可选配最高转速12000rpm的主轴增速器，具有适用范围广，结构简单，工作平稳可靠的优点。

作为优选，所述的主电机通过主电机带轮、同步带连接第一同步带轮，第一同步带轮通过第一轴体连接第二同步带轮，第二同步带轮通过同步带连接主轴。主轴获得两级带轮减速，输出的扭矩更大。采用1:4两级同步带轮减速，主轴扭矩提高到4倍，主轴转速在40-2000rpm范围，适用于黑色金属粗加工，经工艺试验：生产效率提高80%以上，节能33%左右，比采用1:4高低档减速箱删除了多余功能，工作更可靠，故障率低，采购成本与维修成本低。

所述的主电机通过主电机带轮、同步带连接第一同步带轮，第一同步带轮通过第一轴体连接第二同步带轮，第二同步带轮通过同步带连接第三同步带轮，第三同步带轮通过第四轴体连接第四同步带轮，第四同步带轮通过同步带连接主轴，可以获得1:8的减速比，适用于黑色金属的大扭矩粗镗、大直径钻孔、大螺距攻丝，适用于越来越多的难加工材料的粗铣、粗镗。

作为优选，所述的主轴箱上设有主电机，主电机通过电机带轮、同步带连接第一同步带轮，第一同步带轮通过第一轴体、第一齿轮连接主轴，第一齿轮穿接在第三轴体上，可以获得1:8减速比。主电机高速运转采用带轮一级减速比齿轮一级减速可靠性好、振动小、噪音低，适用范围同上。

作为优选，所述的第三轴体上连接有第二齿轮，第二齿轮啮合有第三齿轮，第三齿轮通过锁紧螺母固定有第二轴体，第二轴体下端设有油泵连通主轴箱内部。通过第三齿轮处的油泵，可以对主轴箱进行供油，从而可以对主轴箱内的部件进行润滑。1:8以上的全齿轮减速箱，配精准主轴定位装置，能够更可靠地满足特殊用户特殊工序的需求。

作为优选，所述的主轴定位装置包括有固定在主轴箱上的安装座、底板，底板上设有编码轴，编码轴上连接有编码器同步带轮，编码器同步带轮通过同步带连接主轴，编码器同步带轮通过编码器安装座连接编码器，结构配置灵活。

作为优选，所述的主轴定位装置包括有固定在主轴上的编码器，或者固定在主电机上的编码器，结构简单可靠。

作为优选，所述的主轴定位装置包括有主轴上设有的定位销，主轴箱上通过检测开关支架固定有检测开关，检测开关为接近开关或者光电开关，检测开关获得的主轴信号，传输给主电机编码器，消除了传动链误差，是另外一种形式的主轴定位装置。

以上几种主轴定位装置，主要为了解决主电机选配减速箱后，由于从主电机到主轴的传动链变长，存在减速装置的设计误差、零件加工误差、装配误差及使用后的磨损误差。由于常见的编码器安装在主电机上，以上传动链的误差给主轴定位带来误差，影响到主轴换刀时的定位精度，带来高频率的换刀故障。

由于现有加工中心的结构主要发展方向是高速高精，对于黑色金属的粗加工只是兼顾。本实用新型在有限元分析及机床刚性测定的基础上，发现在重负荷切削时机床刚性不足，尤其是主轴装置刚性不足，最薄弱环节是主轴箱与立柱导轨接触刚性不足，为此立柱导轨采用规格更大，刚性更好，数量更多的直线导轨，有利于提高立柱与主轴箱导轨接触刚度。本实用新型对床身、滑鞍、工作台、立柱、主轴箱主要构件进行了整机刚性优化的同时，还提高了主轴箱与立柱导轨的接触刚度。

作为优选，所述的人字形框式立柱的导轨为比工作台的导轨规格更大的直线滚珠导轨，或是刚性更高的直线滚柱导轨，或是数量更多的直线导轨。

作为优选，所述的人字形框式立柱的导轨为比工作台的滑动导轨数量更多，或者是比工作台导轨宽度更大的滑动导轨；立柱与主轴箱是滑动导轨，则采用同样的方法进行优化。

作为优选，所述的主电机的转速为6000rpm/8000rpm/10000rpm/12000rpm/15000rpm，有利于满足不同行业，不同用户的个性需求，开发形成功能细分的立式加工中心产品。 

作为优选，所述的主轴下端安装有最高转速为12000rpm的主轴增速器40。高刚性大扭矩加工中心通过带轮减速获得大扭矩，主轴转速不能达到精加工需要时，选配主轴增速器能有效扩大使用范围。

本实用新型具有高刚性、高效率、高可靠；低成本、大扭矩与节能的综合有益效果。

1.在有限元分析与刚性测定基础上进行了机床结构改善：整机结构得到优化，静态刚度得到提高；主轴箱与立柱的导轨接触刚性得到提高；

2.通过带轮与带轮混合减速，在主电机转速低于额定转速时，切削扭矩提高2-8倍，通过工艺测定生产效率提高50-80%；

3.通过合理选择减速比，既能使主轴转速满足最佳切削线速度要求，又能使主电机在额定转速范围内工作。经过工艺测定：黑色金属批量加工按照粗精分类的原则，分别采用不同减速比的加工中心，不仅能提高生产效率，而且合理搭配能够节能23-33%；

4.通过主轴精准定位装置，有效解决了主轴传动链误差引起的定位误差问题，减少了刀库换刀故障，改善了攻丝、镗孔等主轴定位工艺问题，提高机床可靠性问题；

5.带轮与带轮混合减速装置，具有传动链误差小、工作平稳、低成本、高可靠性的优点；

综上所述本实用新型比较充分地解决黑色金属加工与新型难切削材料加工，存在的扭矩与刚性不足、主轴定位等可靠性问题。

附图说明

附图1是本实用新型实施例1的一种结构示意图；

附图2是图1的左视结构示意图；

附图3是图1的右视结构示意图；

附图4是本实用新型实施例1主轴箱的结构示意图；

附图5是本实用新型实施例2的一种结构示意图；

附图6是图5的左视结构示意图；

附图7是本实用新型实施例2主轴箱的结构示意图；

附图8是本实用新型实施例3主轴箱的结构示意图；

附图9是本实用新型实施例4主轴箱的结构示意图；

附图10是本实用新型油泵的连接结构示意图；

附图11是本实用新型实施例5主轴箱的结构示意图；

附图12是本实用新型实施例6主轴箱的结构示意图。

图中零部件、部位及编号：蜂窝型床身1、双层密肋滑鞍2、工作台3、人字形框式立柱4、主轴箱5、滚珠丝杆6、刀库7、打刀缸8、主轴9、主电机10、主电机带轮11、同步带12、第一同步带轮13、第一轴体14、第二同步带轮15、第一齿轮16、第二齿轮17、第三齿轮18、锁紧螺母19、第二轴体20、油泵21、安装座22、底板23、编码轴24、编码器同步带轮25、编码器安装座26、编码器27、检测开关支架28、检测开关29、工作台导轨30、直线滚珠导轨31、滑动导轨32、第三轴体33小带轮34、大带轮35、主轴编码器36、第三同步带轮37、第四轴体38、第四同步带轮39、主轴增速器40。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步具体的说明。

实施例1：本例的高刚性大扭矩立式加工中心，如图1、图2、图3，包括蜂窝型床身1，蜂窝型床身上设有双层密肋滑鞍2、工作台3，床身上还设有人字形框式立柱4，人字形框式立柱通过导轨滑动连接有主轴箱5，工作台3上设有工作台导轨30，人字形框式立柱4的导轨为比工作台导轨规格更大的直线滚珠导轨31。人字形框式立柱上设有滚珠丝杆6，主轴箱螺纹连接滚珠丝杆，主轴箱上设有刀库7、打刀缸8，主轴箱的主轴9上设有主轴定位装置，如图4，主轴定位装置包括有主轴9上设有的定位销，主轴箱上通过检测开关支架28固定有检测开关29，检测开关为接近开关或者光电开关。立式加工中心设有电气与数控系统。主轴箱上设有主电机10，主电机通过主电机带轮11、同步带12连接第一同步带轮13，第一同步带轮通过第一轴体14连接第二同步带轮15，第二同步带轮通过同步带连接主轴9。

使用时，将工件固定在工作台3上，通过工作台的丝杆调整工作台的位置，再通过滚珠丝杆6调整主轴箱5的位置。主电机10启动后，通过主电机带轮11、第一同步带轮13、第二同步带轮15的传动，使得主轴9开始工作，从而对工件进行加工。

实施例2：本例的高刚性大扭矩立式加工中心，如图5、图6，包括蜂窝型床身1，蜂窝型床身上设有双层密肋滑鞍2、工作台3，床身上还设有人字形框式立柱4，人字形框式立柱通过导轨滑动连接有主轴箱5，工作台3上设有工作台导轨30，人字形框式立柱的导轨为比工作台导轨宽度更大的导轨32。人字形框式立柱上设有滚珠丝杆6，主轴箱螺纹连接滚珠丝杆，主轴箱上设有刀库7、打刀缸8，主轴箱的主轴9上设有主轴定位装置，如图7，主轴定位装置包括有主轴9上设有的定位销，主轴箱上通过检测开关支架28固定有检测开关29，检测开关为接近开关或者光电开关。立式加工中心设有电气与数控系统。主轴箱上设有主电机10，主电机通过主电机带轮11、同步带12连接第一同步带轮13，第一同步带轮通过第一轴体14、第一齿轮16连接主轴，第一齿轮穿接在第三轴体33上。如图10，第三轴体上连接有第二齿轮17，第二齿轮啮合有第三齿轮18，第三齿轮通过锁紧螺母19固定有第二轴体20，第二轴体下端设有油泵21连通主轴箱内部。

使用时，将工件固定在工作台3上，通过工作台的丝杆调整工作台的位置，再通过滚珠丝杆6调整主轴箱5的位置。主电机10启动后，通过主电机带轮11、第一同步带轮13、第一齿轮16的传动，使得主轴9开始工作，从而对工件进行加工。

实施例3：本例的高刚性大扭矩立式加工中心，如图8，主轴定位装置包括有固定在主轴箱上的安装座22、底板23，底板上设有编码轴24，编码轴上连接有编码器同步带轮25，编码器同步带轮通过同步带连接主轴9，编码器同步带轮通过编码器安装座26连接编码器27。立式加工中心设有电气与数控系统。主轴箱上设有主电机10，主电机通过主电机带轮11、同步带12连接第一同步带轮13，第一同步带轮通过第一轴体14、第一齿轮16连接主轴，第一齿轮穿接在第三轴体33上。主轴下端安装有主轴增速器40。

其余同实施例2。

实施例4：本例的高刚性大扭矩立式加工中心，如图9，主电机10通过小带轮34、同步带12、大带轮35连接主轴9。

其余同实施例1。

实施例5：本例的高刚性大扭矩立式加工中心，如图11，主轴定位装置包括有固定在主轴9上的主轴编码器36。

其余同实施例1。

实施例6：本例的高刚性大扭矩立式加工中心，如图12，主电机10通过主电机带轮11、同步带12连接第一同步带轮13，第一同步带轮通过第一轴体14连接第二同步带轮15，第二同步带轮通过同步带连接第三同步带轮37，第三同步带轮通过第四轴体38连接第四同步带轮39，第四同步带轮通过同步带连接主轴9。

其余同实施例1。

以上所述仅为本实用新型的具体实施例，但本实用新型的结构特征并不局限于此，任何本领域的技术人员在本实用新型的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本实用新型的专利范围之中。

Claims (13)

1.一种高刚性大扭矩立式加工中心，包括蜂窝型床身（1），其特征在于所述的蜂窝型床身（1）上设有双层密肋滑鞍（2）、工作台（3），床身上还设有人字形框式立柱（4）；人字形框式立柱通过刀库托架（11）连接刀库，通过导轨连接有主轴箱（5），通过滚珠丝杆（6）驱动主轴箱；主轴箱设有主轴（9）、打刀缸（8），主轴箱上还设有主电机与带轮减速装置，主轴或者主电机上设有主轴定位装置，立式加工中心设有电气与数控系统。

2.根据权利要求1所述的高刚性大扭矩立式加工中心，其特征在于所述的主电机（10）通过小带轮（34）、同步带（12）、大带轮（35）连接主轴（9）。

3.根据权利要求1所述的高刚性大扭矩立式加工中心，其特征在于所述的主电机（10）通过主电机带轮（11）、同步带（12）连接第一同步带轮（13），第一同步带轮通过第一轴体（14）连接第二同步带轮（15），第二同步带轮通过同步带连接主轴（9）。

4.根据权利要求1所述的高刚性大扭矩立式加工中心，其特征在于所述的主电机（10）通过主电机带轮（11）、同步带（12）连接第一同步带轮（13），第一同步带轮通过第一轴体（14）连接第二同步带轮（15），第二同步带轮通过同步带连接第三同步带轮（37），第三同步带轮通过第四轴体（38）连接第四同步带轮（39），第四同步带轮通过同步带连接主轴（9）。

5.根据权利要求1所述的高刚性大扭矩立式加工中心，其特征在于所述的主轴箱（5）上设有主电机（10），主电机通过电机带轮（11）、同步带（12）连接第一同步带轮（13），第一同步带轮通过第一轴体（14）、第一齿轮（16）连接主轴（9），第一齿轮穿接在第三轴体（33）上。

6.根据权利要求5所述的高刚性大扭矩立式加工中心，其特征在于所述的第三轴体（33）上连接有第二齿轮（17），第二齿轮啮合有第三齿轮（18），第三齿轮通过锁紧螺母（19）固定有第二轴体（20），第二轴体下端设有油泵（21）连通主轴箱（5）内部。

7.根据权利要求1所述的高刚性大扭矩立式加工中心，其特征在于所述的主轴定位装置包括有固定在主轴箱（5）上的安装座（22）、底板（23），底板上设有编码轴（24），编码轴上连接有编码器同步带轮（25），编码器同步带轮通过同步带连接主轴（9），编码器同步带轮通过编码器安装座（26）连接编码器（27）。

8.根据权利要求1所述的高刚性大扭矩立式加工中心，其特征在于所述的主轴定位装置包括有固定在主轴（9）上的主轴编码器（36），或者固定在主电机上的编码器。

9.根据权利要求1所述的高刚性大扭矩立式加工中心，其特征在于所述的主轴定位装置为主轴（9）上设有的定位销，主轴箱（5）上通过检测开关支架（28）固定有检测开关（29），检测开关为接近开关或者光电开关。

10.根据权利要求1所述的高刚性大扭矩立式加工中心，其特征在于所述的人字形框式立柱（4）的导轨为比工作台（3）的导轨规格更大的直线滚珠导轨（31），或是刚性更高的直线滚柱导轨，或是数量更多的直线导轨。

11.根据权利要求1所述的高刚性大扭矩立式加工中心，其特征在于所述的人字形框式立柱（4）的导轨为比工作台（3）的滑动导轨数量更多，或者是比工作台导轨宽度更大的滑动导轨（32）。

12.根据权利要求1所述的高刚性大扭矩立式加工中心，其特征在于所述的主电机（10）的转速为6000rpm/8000rpm/10000rpm/12000rpm/15000rpm。

13.根据权利要求1所述的高刚性大扭矩立式加工中心，其特征在于所述的主轴（9）下端安装有转速为6000rpm/8000rpm/10000rpm/12000rpm的主轴增速器（40）。

Images