CN208374724U - 一种三龙门五轴联动数控铣床床身结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种三龙门五轴联动数控铣床床身结构,包括箱形结构及安装于其上的拖板,所述箱形结构为三箱体式结构,其通过铸料与消失模一次浇铸成型,箱形结构的上方设置有齿条,所述拖板连接有齿轮箱,该齿轮箱内安装有电机及减速器,所述齿轮箱通过双齿轮与齿条传动连接,带动所述拖板于箱形结构上平稳滑动。在床身的结构上,本申请采取了“三箱体式”的箱形结构,允许X轴长度上的变化,不允许其它方向的变化;箱形结构斜拉筋的配备,同时加大筋的厚度,使床身实际应用温差在10℃内,即使外部温度(气候、车间温度等)产生变化,X轴变化接近于零。
Description
技术领域
本实用新型涉及铣床领域,具体为一种三龙门五轴联动数控铣床床身结构。
背景技术
数控机床是制造装备业的工作母机,是实现先进技术和装备现代化的基石,是保证高新技术创业发展和国防军工现代化的战略装备。装备制造业是一国工业之基石,它为新技术、新产品的开发和现代工业生产提供重要的手段,是不可或缺的战略性产业。机床是一个国家制造业水平的象征,而代表机床制造业最高境界的便是五轴联动数控机床系统。从某种意义上说,它反映了一个国家的工业发展水平状况。
随着制造业的发展,五轴联动数控机床被认为是航空航天、船舶、精密仪器、发电等加工行业关键部件的最重要的加工工具。作为难度大、应用范围广的数控机床技术,五轴联动数控机床在加工方面有着不可替代的优点:
1、能加工一般三轴联动机床不能加工复杂光滑的自由曲面结构。
2、提高自由空间曲面的加工精度和加工效率。
3、符合机床发展的趋势要求。
因此,五轴联动数控机床的重要作用使其成为当今机床发展的热点和重点。
随着“中国制造”的发展,大型铣床机加设备却仍处于“单机工作”状态。五轴联动数控机床一直受到西方发达国家的限制,价格昂贵,维护费用高,一旦出现碰撞,付出代价大。国内厂商大部分只生产中小型五轴机床,大型五轴联动机床较少,且控制方式很少做到真正的五轴联动,加工工件受限明显,对大型工件加工精度差、效率低,安全防撞系数低。这些因素严重制约我国五轴联动机床技术的发展。
为了提高大型零件加工效率,适应“整体加工”的需求,以及大型工件的加工精度,并且突出“小生产线”的性质,我公司研发出三龙门五轴的新结构,以应对中小批量的高效率、高精度的铣床加工。
发明内容
针对上述问题,本实用新型提供了一种三龙门五轴联动数控铣床床身结构,本实用新型的三龙门为“全闭环”的五轴联动数控模式,联动轴全部集中于龙门结构上,作业时工作台不移动,三架龙门可同时完成一个大工件,也可以分别完成大小不一的零件,作业方式多样,同时设备安全系数高,结构稳定性突出,真正做到高效率、高精度的铣床加工。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案为:
一种三龙门五轴联动数控铣床床身结构,所述床身包括箱形结构及安装于其上的拖板,所述箱形结构为三箱体式结构,其箱体内配置有斜拉筋,箱形结构的上方设置有齿条,所述拖板连接有齿轮箱,该齿轮箱内安装有电机及减速器,所述齿轮箱通过双齿轮与齿条传动连接,带动所述拖板于箱形结构上平稳滑动,所述床身并行设置有两组,构成所述五轴联动的X轴,所述床身上方安装有呈组合动梁式结构的三架龙门,床身之间设置有工作台,所述床身设置有每架龙门的限位区域,所述限位区域为各龙门在X轴上可位移的范围至其机械原点的距离,所述箱形结构在限位区域的临界位置处安装有非接触式接近开关。
作为上述技术方案的改进,所述双齿轮为消隙齿轮,所述齿条采用5级精度、模数6的斜齿传动齿条。
作为上述技术方案的改进,所述电机采用西门子伺服电机,其扭矩为36N/M,齿轮变速比为47:1。
本实用新型带来的有益效果有:
1、本实用新型的三龙门五轴联动数控铣床,三架龙门在机械结构上,相同的位置等高点一致,具体包括:轴心、平行度、垂直度、直线度等,且机械原点与电气零点(参考点)也是一致的。因为保证了上述“等高”,满足了操作者只要控制好刀长、刀径及工作原点的选择,即可完成三龙门联动加工一个大型工件的目的。
2、本数控铣床的X轴最长,也是设备关键件,它的变化直接影响铣床加工精度。在床身的结构上,本申请采取了“三箱体式”的箱形结构,允许X轴长度上的变化,不允许其它方向的变化;箱形结构斜拉筋的配备,同时加大筋的厚度,使床身实际应用温差在10℃内,即使外部温度产生变化,X轴变化接近于零。
3、本实用新型在X轴上设置有各个龙门的限位区域,各自龙门在限位区域内自由运行,要想超出区域工作,必须取消固定区域限制,由数控系统设定各龙门的活动范围及路径,控制各龙门的可位移范围。为了防止各个意外操作现象,例如:出现两个龙门或三个龙门去抢同一个加工点而造成相撞,本机床设计有双重防碰撞保险结构。
4、本数控铣床为每架龙门配置了全能和升级版的西门子数控系统,其中伺服电机选用的是可超过额定功率三倍的高功率伺服电机,使得本产品保险系数大增。空间位置的“误差补偿”软件是西门子公司第一次在国内安装使用,对于空间位置误差,要求严格的异型曲面零件,本机床提供了最新型的可靠保证。
5、本实用新型可有效提高大型零件加工的效率,满足“整体加工”的需求,以及大型工件的加工精度,并且突出“小生产线”的性质,可充分应对中小批量的高效率、高精度铣加工。
附图说明
参照附图,本实用新型的公开内容将变得更易理解。本领域技术人员容易理解的是:这些附图仅仅用于举例说明本实用新型的技术方案,而并非意在对本实用新型的保护范围构成限制,其中:
附图1是本实用新型三龙门五轴联动数控铣床的结构立体图;
附图2是本实用新型三龙门五轴联动数控铣床的结构左视图;
附图3是本实用新型三龙门五轴联动数控铣床的结构右视图;
附图4是本实用新型三龙门五轴联动数控铣床的结构俯视图;
附图5是本实用新型的床身(X轴)与工作台结构示意图;
附图6是本实用新型的床身结构侧视图;
附图7是本实用新型的作业平台结构示意图;
附图8是本实用新型的龙门安装结构侧视图;
附图9是本实用新型的龙门安装结构前视图;
附图10是本实用新型的龙门安装结构立体图;
附图11是本实用新型的立柱结构示意图;
附图12是本实用新型的YZ轴安装结构立体图;
附图13是本实用新型的YZ轴安装结构侧视图;
附图14是本实用新型的YZ轴安装结构前视图;
附图15是本实用新型的横梁结构示意图;
附图16是本实用新型的横梁结构侧视图;
附图17是本实用新型的滑枕结构示意图;
附图18是本实用新型的主轴结构示意图;
附图19是本实用新型的铣头结构示意图;
附图20是本实用新型的齿轮传动结构局部示意图;
附图21是本实用新型的齿轮箱结构示意图;
附图22是本实用新型的排屑篦子结构示意图;
附图23是本实用新型的排屑箱结构示意图;
图中:
基座1,床身10,龙门2,拖板20,立柱21,横梁22,滑枕23,主轴24,线轨220,丝杠221,轴承222,连接器223,丝母231,滑块232,数控平台柜31,线槽架32,工作台4,作业平台41。
具体实施方式
实施例1
本实施例为一种高精度三龙门五轴联动数控铣床。
参照附图1~4,本数控铣床包括基座1、安装于基座1上方的三架龙门2及用于驱动控制龙门2的数控系统。数控系统安装于铣床一侧的数控平台柜31内,数控平台柜31的上方设置有线槽架32,电气线路及冷却水路安装于其上,通过其连接至龙门结构,使布线整洁、安全。本实施例的每个龙门2都配备有各自完整的西门子独立数控系统,三个龙门2可同时完成一个大工件,也可以分别完成大小不一的零件;各龙门2可以用一个程序,选择不同的加工段,也可以分别输入不同程序,加工不同的工件。
铣床前端设置有用于排屑的排屑箱,搭配工作台4两侧的排屑篦子对清洗出的碎屑进行收集,避免污染工作台4环境。铣床末端一侧设置有侧梯,各龙门结构上设置有爬梯、护栏与踏板,便于设备维护与配电柜操作。铣床龙门2顶部安装有配电柜、水冷机。
参照附图5~6,基座1由平行设置的两组床身10组成,构成五轴联动的X轴,对应于两组床身10分别形成X1轴和X2轴。X1轴和X2轴之间为工作台4,X轴为双驱动结构,其通过齿轮传动结构与上方的龙门2连接。
具体的,床身10与立柱21之间设置有拖板20,拖板20与上方立柱21固定连接,立柱21与横梁22之间固定有加高块,拖板20由齿轮箱带动,该齿轮箱内安装有电机及减速器,齿轮箱通过齿轮与下方床身10的齿条齿合并传动连接。
参照附图7,工作台4由每块宽2.2m,长4m,共8块的作业平台41组成,工作台4全长24米,两端各延长1m,总计26m。
参照附图8~11,龙门结构安装于床身10上方,为组合动梁式结构,龙门2配置有独立的西门子数控系统,且各龙门2相同位置等高点一致。所谓等高点一致,是指各龙门2的轴心、平行度、垂直度、直线度等,且机械原点与电气零点(参考点)是一致的。
龙门2包括立柱21、安装于立柱21上的横梁22、与横梁22传动连接的滑枕23及与滑枕23传动连接的主轴24,其中横梁22构成五轴联动的Y轴,滑枕23构成五轴联动的Z轴。
参照附图12~17,横梁22前端设置有上、下两条线轨220,两条线轨220在横梁22上前后错落配置,以使承载力分散,具体指两条线轨220位于不同的竖直面,其中上方的线轨220位于后侧,下方的线轨220位于前侧。横梁22与滑枕23之间通过丝杠221传动结构连接:上、下两条线轨220之间设置有丝杠221,丝杠221左端设置有轴承222与其转动连接,右端设置有电机、减速器及连接器223,滑枕23上安装有与丝杠221滑动配合的丝母231,同时滑枕23通过上、下各三个滑块232与上、下两条线轨220滑动配合。
参照附图18~19,主轴24与滑枕23传动连接,其下方安装有铣头,本实施例中,铣头选用CYTEC品牌双摆动铣头,其旋转轴包括B轴、C轴,其中B轴为双驱动结构,包括B1、B2轴,其旋转角度为±110°,C轴与主轴24转动连接,其旋转角度为±360°。之所以选用该品牌,是基于该产品配置有B、C轴液压锁紧装置,有液压的“松刀、卡刀”功能、冷却工件和刀具的喷射功能,特别是B轴的定位精度和重复定位精度达到5秒,可适应高精度加工需求。
本实施例中,每个龙门2共含有“5”个轴(X1、X2、Y、Z、C、B1、B2),实现五轴数控联动。三架龙门2可同时工作,亦可以单独工作,随意性很强。因为每个龙门2配备了各自完整的西门子独立数控系统,三个龙门2可同时完成一个大工件,也可以分别完成大小不一的零件,各龙门2可以用一个程序,选择不同的加工段,也可以分别输入不同程序,加工不同的工件。如果采取“再线加工”(DNC加工),本机床可由一台总计算机完成三个龙门2的自由运行。
实施例2
本实施例为一种三龙门五轴联动数控铣床床身10结构。
参照附图5~6、20,床身10包括箱形结构及设置于其上的拖板20,箱形结构为三箱体式结构,其通过铸料与消失模一次浇铸成型,箱体内配置有斜拉筋。箱形结构顶部安装有左、右两组齿条和凹槽,凹槽用于容纳齿轮箱内电机。拖板20通过消隙齿轮与齿条连接,且拖板20连接有齿轮箱,齿轮箱同样安装于箱形结构上,齿轮箱内设置有电机、减速器及消隙齿轮,其通过消隙齿轮与齿条齿合传动连接,并带动拖板20于齿条上平稳滑动。
即,本实施例中所采用的齿轮箱,为双齿轮结构的齿轮箱,齿条采用5级精度、模数6的斜齿传动齿条,齿轮箱内的电机采用西门子伺服电机,其扭矩为36N/M,齿轮变速比为47:1。
同时,床身10上设置有或区分有各个龙门2的限位区域,限位区域为各龙门2在X轴上可位移的范围至其机械原点的距离。各自龙门2在程序设定的限位区域内自由运行,要想超出限位区域工作,必须通过数控系统取消区域限制。
为了防止各个意外操作现象,例如:出现两个龙门2或三个龙门2去抢同一个加工点而造成相撞,本实施例为数控铣床设计了双重防碰撞保险:床身10在限位区域的临界位置处安装有非接触式接近开关,搭配声光报警装置,当拖板20移动至临界位置处时,即可发出警报,此为硬限位结构;由数控系统设定各龙门2的活动范围及路径,控制各龙门2的可位移范围,当X轴出现重复作业区域时,同样可以发出警报,此为软限位结构。
本申请的三架龙门2在机械结构上,相同的位置等高点一致,可以为数控系统的作业控制及限位控制提供结构基础。
本实施例中,作为床身10主体的箱形结构采用“无收缩”的“HT300”型铸料,使用“消失模”一次浇铸而成,并严格控制二次回火的时间,特别是350℃时的回火(350℃以上是变化区,以下是变形区)。为保证精加工过的床身10铸件内各“应力”的消失,每次回火时间必须在300小时内。
床身10受温度变化引起的变形,是大型床身机器的重要不稳定因素。本申请的床身10X轴最长,是本设备的关键件,它的变化直接影响加工精度。
在床身10的结构上,本实施例所采取的“三箱体式”的箱形结构,允许X轴长度上的变化,不允许其它方向的变化;箱形结构斜拉筋的配备,同时加大筋的厚度,使床身10实际应用温差在10℃内,即使外部温度(气候、车间温度等)产生变化,X轴变化接近于零。
实测值在0.01以内。
实施例3
本实施例为一种三龙门五轴联动数控铣床的Y轴安装结构。
参照附图1,数控铣床包括基座1、安装于其上的龙门2及用于驱动控制龙门2的数控系统,基座1包括平行设置的两组床身10,构成五轴联动的X轴;床身10上方安装有三架龙门2,龙门2下方为工作台4,每架龙门2均配置有独立的数控系统,且各龙门2相同位置等高点一致。
参照附图8~10,龙门2包括与床身10传动连接的立柱21、安装于立柱21上的横梁22、与横梁22传动连接的滑枕23及与滑枕23传动连接的主轴24,主轴24下方安装铣头,其中横梁22构成五轴联动的Y轴,滑枕23构成五轴联动的Z轴。
参照附图15~16,横梁22前端设置有上、下两条线轨220,两条线轨220在横梁22上前后错落配置,以使承载力分散,具体指两条线轨220位于不同的竖直面,其中上方的线轨220位于后侧,下方的线轨220位于前侧,使两条线轨220呈阶梯状。
参照附图14,横梁22与滑枕23之间通过丝杠221传动结构连接:上、下两条线轨220之间设置有丝杠221,丝杠221左端设置有轴承222与转动连接,右端设置有电机、减速器及连接器223,滑枕23上安装有与丝杠221滑动配合的丝母231,同时滑枕23通过上、下各三个滑块232与上、下两条线轨220滑动配合。
本实施例的Y轴安装结构,其两条线轨220在横梁22上“错落配置”,可以有效使承载力分散,提高本设备结构可靠性和支撑力。
实施例4
本实施例为一种三龙门五轴联动数控铣床的Z轴双气缸支撑结构。
参照附图1,数控铣床包括基座1、安装于其上的龙门2及用于驱动控制龙门2的数控系统,基座1包括平行设置的两组床身10,构成五轴联动的X轴;床身10上方安装有三架龙门2,龙门2下方为工作台4,每架龙门2均配置有独立的数控系统,且各龙门2相同位置等高点一致,龙门2包括与床身10传动连接的立柱21、安装于立柱21上的横梁22、与横梁22传动连接的滑枕23及与滑枕23传动连接的主轴24,主轴24下方安装铣头,其中横梁22构成五轴联动的Y轴,滑枕23构成五轴联动的Z轴。
参照附图8~10,本申请的Z轴的滑枕23重3吨,为了解决Z轴的自重,本实施例在滑枕23两端设置有双气缸支撑结构,具体为双氮气平衡缸结构,该结构设计不仅调正简易,同时节约了液压站等结构。
氮气平衡缸结构包括安装于横梁22一侧的氮气瓶和通过油管与氮气瓶连接的氮气缸,氮气缸内藏式安装于滑枕23两侧的腔室内。氮气瓶由油液部分和带有气密隔离件的氮气胶囊构成,油液部分位于上端,氮气缸通过缸径支撑于上方的立柱21。设备运行中,氮气平衡缸的平衡原理是:当主轴24上升时,氮气瓶中的液压油进入氮气缸,氮气缸上部的压缩空气排出,这时氮气膨胀,将油液持续压入氮气缸,产生一个向上的压力以此平衡主轴24自重;当主轴24下降时,经由氮气瓶分流,进入主轴24两侧氮气缸,以此平衡滑枕23自重的影响。
滑枕23通过导轨座、贴塑导轨与主轴24连接,导轨座固定在滑枕23上方,贴塑导轨在主轴24的顶部处设置有电机、联轴器及行星减速器,构成传动结构使主轴24上下滑动。
实施例5
本实施例为一种三龙门五轴联动数控铣床的工作台。
参照附图5、7,本实施例中,工作台4由每块宽2.2m,长4m,共8块的作业平台41组成,工作台4全长24米,两端各延长1m,总计26m。
工作台4的固定由54个0.5m“地锚器”调水平后将作业平台41固定在地基上,确保工作台4共10T/㎡的载重量不会因各种意外造成位移,保证加工精度。
地基长26m,宽5m,深1.5m,设置有三层的钢筋和300×300间距的横纵向立体钢筋,保证地基上工作台4和设备的稳定。
参照附图1、22、23,工作台4的两侧开设有低于工作台面的碎屑收集槽,碎屑收集槽的上方安装排屑篦子,前端设置有排屑箱。作业过程中,铣头自带的液压喷射装置会将碎屑冲刷至碎屑收集槽内,同时冷却加工工件,碎屑收集槽内安装有螺旋推进器,使得其内碎屑不断前进直至X轴前端,随后碎屑掉落至排屑箱内,完成碎屑的收集。排屑箱包括碎屑输送结构及水箱,碎屑输送结构可采用皮带输送结构,将碎屑提升输送至外部的碎屑箱内,历经输送、沥干,将碎屑与冷却水分离,冷却水回收至下方的水箱内,搭配冷却水泵可使冷却水循环利用。
本实施例同时包含一种三龙门五轴联动数控铣床的冷却排屑结构。
实施例6
本实施例为一种三龙门五轴联动数控铣床的X轴传动结构。
参照附图1,包括基座1、安装于其上的龙门2及用于驱动控制龙门2的数控系统,基座1包括平行设置的两组床身10,构成五轴联动的X轴;床身10上方安装有呈组合动梁式结构的三架龙门2,龙门2下方设置有工作台4,每架龙门2均配置有独立的数控系统,龙门2包括与床身10传动连接的立柱21、安装于立柱21上的横梁22、与横梁22传动连接的滑枕23及与滑枕23传动连接的主轴24,横梁22构成五轴联动的Y轴,滑枕23构成五轴联动的Z轴。
参照附图5,X轴为双驱动结构,包括分别设置于两组床身10内的X1轴和X2轴,其分别通过齿轮传动结构与上方的立柱21连接。
参照附图20~21,床身10与立柱21之间设置有拖板20,拖板20与上方立柱21固定连接。床身10为箱形结构,其顶部安装有两组齿条和凹槽,凹槽用于容纳齿轮箱内电机。拖板20通过消隙齿轮与齿条连接,且拖板20连接有齿轮箱,齿轮箱同样安装于箱形结构上,齿轮箱内设置有电机、减速器及消隙齿轮,其通过消隙齿轮与齿条齿合传动连接,并带动拖板20于齿条上平稳滑动。齿轮传动结构外部通过X轴壁护罩密封。
本实施例中所采用的齿轮箱,为双齿轮结构的齿轮箱,齿条采用5级精度、模数6的斜齿传动齿条,齿轮箱内的电机采用西门子伺服电机,其扭矩为36N/M,齿轮变速比为47:1。
同时,X轴上设置有每架龙门2的限位区域,限位区域由数控系统设定,并在该限位区域的临界位置处安装非接触式接近开关,当出现两个龙门2或三个龙门2因抢同一个加工点而造成相撞时,数控系统控制主动碰撞的龙门2主动停机并报警,被动碰撞的龙门2只报警不停机。
本实用新型各实施例技术参数:
X轴最大行程为24M;
单龙门进行作业时,X轴工作范围14M;
双龙门进行作业时,X轴工作范围8M;
三龙门进行作业时,X轴工作范围5M,均指Y轴相对于X轴机械原点可位移的范围;
Y轴最大行程为3M;
Z轴最大行程为1.7M;
X轴定位精度为0.06M;
Y轴定位精度为0.015M;
Z轴定位精度为0.01M;
X轴定位精度为0.06M;
Y轴定位精度为0.015M;
Z轴定位精度为0.01M;
X轴重复定位精度为0.015M;
Y轴重复定位精度为0.01M;
Z轴重复定位精度为0.01M;
B轴旋转角度±110°;
C轴旋转角度±360°。
虽然上述介绍了本实用新型的多种不同的实施例,对于本领域技术人员而言,显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节,如:如本实用新型请求保护三龙门五轴联动数控铣床,单龙门或双龙门的安装、实施结构,也应当涵盖与本申请的范围内,同时铣头型号的选择并不受上述局限。
即,上述内容仅为本实用新型的较佳实施例,不能被认为用于限定本实用新型的实施范围。凡依本实用新型申请范围所作的均等变化与改进等,均应仍归属于本实用新型的专利涵盖范围之内。
为了更好的描述本实用新型技术方案,本文已简化或省略了一些常规方面。
最后应当理解,虽然本说明书按照实施例加以描述,并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案,本说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见,本领域技术人员应当将说明书作为一个整体,各实施例中的技术方案也可以经适当组合,形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (3)
1.一种三龙门五轴联动数控铣床床身结构,其特征在于:所述床身包括箱形结构及安装于其上的拖板,所述箱形结构为三箱体式结构,其箱体内配置有斜拉筋,箱形结构的上方设置有齿条,所述拖板连接有齿轮箱,该齿轮箱内安装有电机及减速器,所述齿轮箱通过双齿轮与齿条传动连接,带动所述拖板于箱形结构上平稳滑动,所述床身并行设置有两组,构成所述五轴联动的X轴,所述床身上方安装有呈组合动梁式结构的三架龙门,床身之间设置有工作台,所述床身设置有每架龙门的限位区域,所述限位区域为各龙门在X轴上可位移的范围至其机械原点的距离,所述箱形结构在限位区域的临界位置处安装有非接触式接近开关。
2.根据权利要求1所述的一种三龙门五轴联动数控铣床床身结构,其特征在于:所述双齿轮为消隙齿轮,所述齿条采用5级精度、模数6的斜齿传动齿条。
3.根据权利要求2所述的一种三龙门五轴联动数控铣床床身结构,其特征在于:所述电机采用西门子伺服电机,其扭矩为36N/M,齿轮变速比为47:1。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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GR01 | Patent grant | ||
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