CN218592460U - 一种大型五轴数控机床的主轴安装结构 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种大型五轴数控机床的主轴安装结构，包括机架和主轴机构；机架沿Y轴方向依次设置有上料区、加工区和下料区；主轴机构安装于加工区，主轴机构和机架之间通过平衡结构进行滑动连接，机架于加工区还安装有第一位移装置，第一位移装置和主轴机构进行连接，以使得主轴机构在第一位移装置的驱动下通过平衡结构进行沿X轴方向的移动。本申请的有益效果：当主轴机构不进行工作时，通过平衡结构可以对主轴机构的偏心重力矩进行平衡；而当主轴机构进行切屑加工时，通过平衡结构可以对主轴机构的阻力矩进行平衡。即通过平衡结构可以保证主轴机构的安装精度以及结构稳定性，进而可以有效的提高主轴机构对零部件的加工精度。

Description

一种大型五轴数控机床的主轴安装结构

技术领域

本申请涉及数控机床技术领域，尤其是涉及一种五轴数控机床。

背景技术

五轴数控机床是一种精密度高、专门用于加工复杂曲面的机床。五轴数控机床的五轴分别为沿X、Y和Z轴的直线运动以及绕其中任意两个轴的转动。现有的五轴数控机床在进行零件的加工时，对于大型的五轴数控机床，受制于零件的尺寸，主轴机构的尺寸较大，重量也较重，进而在进行主轴机构的安装时，其安装精度以及结构稳定性较差，进而会影响到零件的加工精度。所以，现在急需对现有的大型五轴数控机构的主轴安装结构进行改进。

实用新型内容

本申请的其中一个目的在于提供一种能够保证大型五轴数控机床的主轴机构安装精度的安装结构。

为达到上述的目的，本申请采用的技术方案为：一种大型五轴数控机床的主轴安装结构，包括机架和主轴机构；所述机架沿Y轴方向依次设置有上料区、加工区和下料区；所述主轴机构安装于所述加工区，所述主轴机构和所述机架之间通过平衡结构进行滑动连接，所述机架于所述加工区还安装有第一位移装置，所述第一位移装置和所述主轴机构进行连接，以使得所述主轴机构在所述第一位移装置的驱动下通过所述平衡结构进行沿X轴方向的移动。

优选的，所述平衡结构包括至少三个第一滑轨和三个第一导向座；其中至少有两个所述第一滑轨间隔固定于所述机架垂直于Y轴的第一平面，至少有一个所述第一滑轨固定于所述机架垂直于Z轴的第二平面，且位于第二平面的所述第一滑轨在Z轴方向上高于位于第一平面的所述第一滑轨；所述第一导向座固定于所述主轴机构且与对应的所述第一滑轨进行滑动连接。

优选的，所述平衡结构包括至少三个第一滑轨和三个第一导向座，其中至少有两个所述第一导向座间隔固定于所述机架垂直于Y轴的第一平面，至少有一个所述第一导向座固定于所述机架垂直于Z轴的第二平面，且位于第二平面的所述第一导向座在Z轴方向上高于位于第一平面的所述第一导向座；所述第一滑轨固定于所述主轴机构且与对应的所述第一导向座进行滑动连接。

优选的，所述主轴机构包括支撑座、第一连接座和安装部；所述主轴机构适于通过所述支撑座与所述机架以及所述第一位移装置进行连接，所述支撑座上还安装有第二位移装置；所述第一连接座沿Z轴方向滑动安装于所述支撑座并与所述第二位移装置进行连接，以使得所述第一连接座在所述第二位移装置的驱使下沿Z轴进行移动；所述安装部用于安装刀具并与所述第一连接座的底部进行连接，所述安装部适于带动刀具进行空间任意角度的转动。

优选的，所述安装部包括第二连接座和安装座；所述第二连接座和所述第一连接座的底部之间通过第一旋转装置进行转动连接；刀具安装于所述安装座，且所述安装座和所述第二连接座之间通过第二旋转装置进行转动连接；其中，所述第一旋转装置和所述第二旋转装置的旋转轴线相互垂直，且所述第一旋转装置的旋转轴线平行于Z轴。

优选的，所述支撑座沿Z轴方向的截面呈“凵”字形，以使得所述支撑座包括有相对设置的第一侧以及单独的第二侧；所述支撑座的第一侧和第二侧均设置有至少一个平行于Z轴的第二导向座，则所述第一连接座的对应侧通过设置第二滑轨与所述第二导向座进行滑动连接；或，所述支撑座的第一侧和第二侧均设置有至少一个平行于Z轴的第二滑轨，则所述第一连接座的对应侧通过设置第二导向座与所述第二滑轨进行滑动连接。

优选的，所述支撑座中第一侧的相对距离大于所述第一连接座中对应两侧的间距；所述支撑座其中一个第一侧相对的侧壁通过调整结构与对应的所述第二导向座或所述第二滑轨进行连接，以使得在所述第一连接座安装于所述支撑座的过程中，通过所述调整结构对所述第一连接座和所述支撑座的安装间隙进行调整。

优选的，所述调整结构包括多对沿Z轴方向均布的调节块；每对的两块所述调节块之间进行楔形配合，进而通过调整每对的两块所述调节块的配合长度以调节对应的所述第二导向座或所述第二滑轨的安装位置。

与现有技术相比，本申请的有益效果在于：

当主轴机构不进行工作时，通过平衡结构可以对主轴机构的偏心重力矩进行平衡；而当主轴机构进行切屑加工时，通过平衡结构可以对主轴机构的阻力矩进行平衡。即通过平衡结构可以保证主轴机构的安装精度以及结构稳定性，进而可以有效的提高主轴机构对零部件的加工精度。

附图说明

图1为本实用新型整体结构的轴侧示意图。

图2为本实用新型俯视方向的结构示意图。

图3为本实用新型中主轴机构的结构示意图。

图4为本实用新型中安装座与第二连接座的连接结构示意图。

图5为本实用新型图3中A-A方向的剖视结构示意图。

图6为本实用新型图5中局部B处的放大示意图。

图7为本实用新型中支撑座与机架进行连接的局部结构示意图。

图中：机架100、上料区101、加工区102、下料区103、第一滑轨110、主轴机构2、支撑座21、第一导向座211、第二导向座212、第一连接座22、第二滑轨221、第二连接座23、安装座24、调节块25、工作台3、第一位移装置400、第二位移装置500。

具体实施方式

下面，结合具体实施方式，对本申请做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

在本申请的描述中，需要说明的是，对于方位词，如有术语“中心”、“横向”、“纵向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示方位和位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于叙述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定方位构造和操作，不能理解为限制本申请的具体保护范围。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。

本申请的其中一个优选实施例，如图1和图7所示，一种大型五轴数控机床的主轴安装结构，包括机架100和主轴机构2。机架100沿Y轴方向依次设置有上料区101、加工区102和下料区103。主轴机构2安装于加工区102，主轴机构2和机架100之间通过平衡结构进行滑动连接。机架100于加工区102还安装有第一位移装置400，第一位移装置400和主轴机构2进行连接，以使得主轴机构2在第一位移装置400的驱动下通过平衡结构进行沿X轴方向的移动。

可以理解的是，当主轴机构2不进行工作时，通过平衡结构可以对主轴机构2的偏心重力矩进行平衡。而当主轴机构2进行切屑加工时，通过平衡结构可以对主轴机构2的阻力矩进行平衡。即通过平衡结构可以保证主轴机构2的整体结构的安装精度以及结构稳定性，进而可以有效的提高主轴机构2对零部件的加工精度。

本实施例中，如图1和图2所示，机架100的底部安装有可以沿Y轴进行移动的工作台3，工作台3可以将从上料区101上料的坯料输送至加工区102，并与主轴机构2相互配合以实现对坯料进行五轴加工。当坯料被加工成工件后，工作台3可以将工件输送至下料区103进行下料。

本申请的其中一个实施例，如图3至图7所示，主轴机构2包括支撑座21、第一连接座22和安装部。主轴机构2可以通过支撑座21与机架100通过平衡结构进行连接，同时支撑座21还可以和第一位移装置400进行连接，从而支撑座21可以在第一位移装置400的驱动下通过平衡结构带动主轴机构2进行沿X轴方向的移动。支撑座21上还安装有第二位移装置500，第二位移装置500的驱动方向平行于Z轴；第一连接座22沿Z轴方向滑动安装于支撑座21并与第二位移装置500进行连接，以使得第一连接座22在第二位移装置500的驱使下沿Z轴进行移动。安装部用于安装刀具并与第一连接座22的底部进行连接，安装部可以带动刀具进行空间任意角度的转动。

具体的，当需要对坯料进行沿Y轴方向的加工时，主轴机构2保持静止，工作台3可以带动坯料进行相对于主轴机构2的Y轴移动，进而主轴机构2可以通过安装的刀具对坯料进行Y轴方向的加工。当需要对坯料进行沿X轴方向的加工时，工作台3保持静止，第一位移装置400可以驱动支撑座21带动整个主轴机构2进行沿X轴方向的移动，进而主轴机构2可以通过安装的刀具对坯料进行X轴方向的加工。当需要对坯料进行沿Z轴方向的加工时，工作台3保持静止，第二位移装置400可以驱动第一连接座22沿支撑座21进行Z轴方向的移动，进而第一连接座22可以通过安装部上安装的刀具对坯料进行Z轴方向的加工。

本实施例中，如图3和图4所示，安装部包括第二连接座23和安装座24。第二连接座23和第一连接座22的底部之间通过第一旋转装置进行转动连接；刀具安装于安装座24，且安装座24和第二连接座23之间通过第二旋转装置进行转动连接。其中，第一旋转装置和第二旋转装置的旋转轴线相互垂直，且第一旋转装置的旋转轴线平行于Z轴。

可以理解的是，由于第一旋转装置的旋转轴线平行于Z轴，则通过第一旋转装置的旋转可以带动第二连接座23位于圆周方向的任意位置，从而安装座24通过第二旋转装置可以实现绕X轴、Y轴以及X轴和Y轴之间任意角度轴线的旋转，进而可以带动刀具位于空间任意位置。

具体的，当需要对坯料进行绕Z轴的旋转加工时，工作台3保持静止，第一旋转装置可以驱使第二连接座23带动这个安装部进行绕Z轴的转动，进而安装部可以通过安装的刀具对坯料进行绕Z轴的旋转加工。当需要对坯料进行绕X轴的旋转加工时，工作台3保持静止，第一旋转装置可以驱使第二连接座23带动整个安装部进行绕Z轴的转动，直至第二旋转装置的旋转轴线平行于X轴，随后第二旋转装置可以驱使安装座24进行绕X轴的转动，进而安装座24可以通过安装的刀具对坯料进行绕X轴的旋转加工。当需要对坯料进行绕Y轴的旋转加工时，工作台3保持静止，第一旋转装置可以驱使第二连接座23带动整个安装部进行绕Z轴的转动，直至第二旋转装置的旋转轴线平行于Y轴，随后第二旋转装置可以驱使安装座24进行绕Y轴的转动，进而安装座24可以通过安装的刀具对坯料进行绕Y轴的旋转加工。当需要对坯料进行绕X轴和Y轴平面内任意轴线W的旋转加工时，工作台3保持静止，第一旋转装置可以驱使第二连接座23带动整个安装部进行绕Z轴的转动，直至第二旋转装置的旋转轴线平行于轴线W，随后第二旋转装置可以驱使安装座24进行绕轴线W的转动，进而安装座24可以通过安装的刀具对坯料进行绕轴线W的旋转加工。

本申请中，第一位移装置400和第二位移装置500均为本领域技术人员的常规技术，常见的有直线电机、直线气缸和直线液压缸等。第一旋转装置和第二旋转装置也均为本领域技术人员的常规技术，常见的有电机、旋转气缸和旋转液压缸等。

本实施例中，如图3和图7所示，平衡结构包括至少三个第一滑轨110和三个第一导向座211。对于平衡结构的具体设置方式包括但不限于下述的两种。

设置方式一：如图7所示，至少有两个第一滑轨110间隔固定于机架100垂直于Y轴的第一平面，至少有一个第一滑轨110固定于机架100垂直于Z轴的第二平面，且位于第二平面的第一滑轨110在Z轴方向上高于位于第一平面的第一滑轨110。第一导向座211固定于主轴机构2且与对应的第一滑轨110进行滑动连接。

设置方式二：至少有两个第一导向座211间隔固定于机架100垂直于Y轴的第一平面，至少有一个第一导向座211固定于机架100垂直于Z轴的第二平面，且位于第二平面的第一导向座211在Z轴方向上高于位于第一平面的第一导向座211。第一滑轨110固定于主轴机构2且与对应的第一导向座211进行滑动连接。

可以理解的是，平衡结构所包括的第一滑轨110和第一导向座211的具体数量可以根据实际需要进行选择，至少为三个，例如图7所示，本实施例中第一滑轨111和第一导向座211的数量优选为三个。

为了方便描述，可以将每对相互配合的第一滑轨110和第一导向座211定义为平衡分结构；则本实施例中，沿Y轴由低到高可以依次定义为第一平衡分结构、第二平衡分结构和第三平衡分结构。

在传统的主轴机构2的安装结构中，一般都只包括第一平衡分结构和第二平衡分结构；第一平衡分结构和第二平衡分结构的安装面均垂直于Y轴方向。而对于进行大型零部件加工的大型五轴数控机床而言，其主轴机构2的重量是比较重的。由于平衡分结构设置于支撑座21的侧部，导致主轴机构2通过自身的重力可以产生偏心力矩，以图7为例，偏心力矩的方向为逆时针方向，这就导致第一平衡分结构和第二平衡分结构的分力是不均的。一般来说，在主轴机构2不进行工作时，第一平衡分结构的受力较大，第二平衡分结构的受力较小；即主轴机构2存在以第一平衡分结构为支点向逆时针方向转动的趋势。而在主轴机构2进行切屑加工时，第一平衡分结构的受力较小，第二平衡分结构的受力较大；即主轴机构2存在以第二平衡分结构为支点向顺时针方向转动的趋势。

而在本实施例中，通过添加第三平衡分结构，第三平衡分结构的安装位置高于第一平衡分结构和第二平衡分结构的安装位置，且第三平衡分结构的安装面垂直于第一平衡分结构和第二平衡分结构的安装面。进而在主轴机构2不进行工作时，第三平衡分结构可以产生平行于Y轴的拉力，该拉力可以形成以第一平衡分结构为支点的沿顺时针的拉力矩，拉力矩可以和主轴机构2自身的重力矩进行平衡，以保证主轴机构2的安装精度。当主轴机构2进行切屑工作时，第三平衡分结构还可以产生平行于Y轴的支撑力，该支撑力可以形成以第二平衡分结构为支点的沿逆时针的支撑力矩，支撑力矩可以和主轴机构2的切屑阻力矩进行平衡。

可以理解的是，在大型五轴数控机床中，由于主轴机构2的重力矩远大于主轴机构2工作时的阻力矩，故而第三平衡分结构可以相对于第一平衡分结构的距离较远，第三平衡分结构相对于第二平衡分结构的距离较近。

本实施例中，如图3和图5所示，支撑座21沿Z轴方向的截面呈“凵”字形，以使得支撑座21包括有相对设置的第一侧以及单独的第二侧。则支撑座21和第一连接座22的配合连接方式有包括但不限于下述的两种。

连接方式一：如图5所示，支撑座21的第一侧和第二侧均设置有至少一个平行于Z轴的第二导向座212，则第一连接座22的对应侧通过设置第二滑轨221与第二导向座212进行滑动连接。

连接方式二：支撑座21的第一侧和第二侧均设置有至少一个平行于Z轴的第二滑轨221，则第一连接座22的对应侧通过设置第二导向座212与第二滑轨221进行滑动连接。

应当知道的是，一般来说，在进行主轴机构2的安装时，主轴机构2的尺寸需要和支撑座21对应安装位置的尺寸满足特定的装配公差需求即可。而在大型的五轴数控机床中，由于主轴机构2的整体尺寸以及重量很大，一般都是通过吊装来进行组装的，进而导致主轴机构2根据特定的装配公差进行安装是比较困难的。为了方便后续内容的描述，后续内容以上述的连接方式一为例。

所以，为了方便进行大型五轴数控机床的主轴机构2的安装。本实施例中，如图5和图6所示，将支撑座21中第一侧的相对距离设计的大于第一连接座22中对应两侧的间距。支撑座21其中一个第一侧相对的侧壁通过调整结构与对应的第二导向座212进行连接，以使得在第一连接座22安装于支撑座21的过程中，通过调整结构对第一连接座22和支撑座21的安装间隙进行调整。

可以理解的是，当进行主轴机构2的安装时，由于支撑座21只有一个第二侧，使得第一连接座22在和支撑座21的第二侧进行连接时具有足够的安装自由度。故而主轴机构2的安装困难点主要集中第一连接座22和支撑座21的第一侧的连接。所以，需要将支撑座21的第一侧的间距设计的较大，从而可以保证第一连接座22在支撑座21的第一侧和第二侧方向均能够实现较大自由的安装。并且在完成第一连接座22的粗安装后，可以通过调整结构及时的对第一连接座22和支撑座21的间隙进行调整，进而在方便进行主轴机构2安装的同时，还可以有效的保证主轴机构2的安装精度。

本实施例中，如图6所示，调整结构包括多对沿Z轴方向均布的调节块25。每对的两块调节块25之间进行楔形配合，进而通过调整每对的两块调节块25的配合长度以调节对应的第二导向座212的安装位置。

具体的，如图6所示，设调节块25的楔面夹角为α，调节块25的长度为L；则每对的两块调节块25的间隙调整范围为0-Ltanα。一般的，夹角α的取值为5-10°，调节板25的长度为120-200mm。

可以理解的是，主轴机构2中第一连接座22的具体安装过程如下：初始时，将支撑座21其中一个第一侧和第二侧上安装第二导向座212，另一个第一侧上不安装第二导向座212。从而将第一连接座22吊装至支撑座21的正上方时，只需将第一连接座22其中两侧的第二滑轨221分别与支撑座21上对应安装的第二导向座212进行对齐，随后通过向下释放第一连接座22至特定的安装位置时，将第一连接座22保持静止。随后，将未安装的第二导向座212与第一连接座22上对应侧的第二滑轨221进行对应安装至特定的位置；随后，在该第二导向座212和支撑座21对应的第一侧之间放置多对均布的调节块25，并调整每对的两块调节块25的位置，以保证每对的两块调节块25分别紧密的相抵于该第二导向座212以及支撑座21对应的第一侧，最后通过螺栓穿过调节块25将该第二导向座212与支撑座21对应的第一侧进行固定。

以上描述了本申请的基本原理、主要特征和本申请的优点。本行业的技术人员应该了解，本申请不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本申请的原理，在不脱离本申请精神和范围的前提下本申请还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本申请的范围内。本申请要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (10)

1.一种大型五轴数控机床的主轴安装结构，包括机架和主轴机构；所述机架沿Y轴方向依次设置有上料区、加工区和下料区，所述主轴机构安装于所述加工区；其特征在于：所述主轴机构和所述机架之间通过平衡结构进行滑动连接，所述机架于所述加工区还安装有第一位移装置，所述第一位移装置和所述主轴机构进行连接，以使得所述主轴机构在所述第一位移装置的驱动下通过所述平衡结构进行沿X轴方向的移动。

2.如权利要求1所述的大型五轴数控机床的主轴安装结构，其特征在于：所述平衡结构包括至少三个第一滑轨和三个第一导向座；其中至少有两个所述第一滑轨间隔固定于所述机架垂直于Y轴的第一平面，至少有一个所述第一滑轨固定于所述机架垂直于Z轴的第二平面，且位于第二平面的所述第一滑轨在Z轴方向上高于位于第一平面的所述第一滑轨；所述第一导向座固定于所述主轴机构且与对应的所述第一滑轨进行滑动连接。

3.如权利要求1所述的大型五轴数控机床的主轴安装结构，其特征在于：所述平衡结构包括至少三个第一滑轨和三个第一导向座，其中至少有两个所述第一导向座间隔固定于所述机架垂直于Y轴的第一平面，至少有一个所述第一导向座固定于所述机架垂直于Z轴的第二平面，且位于第二平面的所述第一导向座在Z轴方向上高于位于第一平面的所述第一导向座；所述第一滑轨固定于所述主轴机构且与对应的所述第一导向座进行滑动连接。

4.如权利要求1所述的大型五轴数控机床的主轴安装结构，其特征在于：所述主轴机构包括支撑座、第一连接座和安装部；所述主轴机构适于通过所述支撑座与所述机架以及所述第一位移装置进行连接，所述支撑座上还安装有第二位移装置；所述第一连接座沿Z轴方向滑动安装于所述支撑座并与所述第二位移装置进行连接，以使得所述第一连接座在所述第二位移装置的驱使下沿Z轴进行移动；所述安装部用于安装刀具并与所述第一连接座的底部进行连接，所述安装部适于带动刀具进行空间任意角度的转动。

5.如权利要求4所述的大型五轴数控机床的主轴安装结构，其特征在于：所述安装部包括第二连接座和安装座；所述第二连接座和所述第一连接座的底部之间通过第一旋转装置进行转动连接；刀具安装于所述安装座，且所述安装座和所述第二连接座之间通过第二旋转装置进行转动连接；其中，所述第一旋转装置和所述第二旋转装置的旋转轴线相互垂直，且所述第一旋转装置的旋转轴线平行于Z轴。

6.如权利要求4所述的大型五轴数控机床的主轴安装结构，其特征在于：所述支撑座沿Z轴方向的截面呈“凵”字形，以使得所述支撑座包括有相对设置的第一侧以及单独的第二侧；所述支撑座的第一侧和第二侧均设置有至少一个平行于Z轴的第二导向座，则所述第一连接座的对应侧通过设置第二滑轨与所述第二导向座进行滑动连接。

7.如权利要求4所述的大型五轴数控机床的主轴安装结构，其特征在于：所述支撑座沿Z轴方向的截面呈“凵”字形，以使得所述支撑座包括有相对设置的第一侧以及单独的第二侧；所述支撑座的第一侧和第二侧均设置有至少一个平行于Z轴的第二滑轨，则所述第一连接座的对应侧通过设置第二导向座与所述第二滑轨进行滑动连接。

8.如权利要求6所述的大型五轴数控机床的主轴安装结构，其特征在于：所述支撑座中第一侧的相对距离大于所述第一连接座中对应两侧的间距；所述支撑座其中一个第一侧通过调整结构与对应的所述第二导向座进行连接，以使得在所述第一连接座安装于所述支撑座的过程中，通过所述调整结构对所述第一连接座和所述支撑座的安装间隙进行调整。

9.如权利要求7所述的大型五轴数控机床的主轴安装结构，其特征在于：所述支撑座中第一侧的相对距离大于所述第一连接座中对应两侧的间距；所述支撑座其中一个第一侧通过调整结构与对应的所述第二滑轨进行连接，以使得在所述第一连接座安装于所述支撑座的过程中，通过所述调整结构对所述第一连接座和所述支撑座的安装间隙进行调整。

10.如权利要求8或9所述的大型五轴数控机床的主轴安装结构，其特征在于：所述调整结构包括多对沿Z轴方向均布的调节块；每对的两块所述调节块之间进行楔形配合，进而通过调整每对的两块所述调节块的配合长度以调节对应的所述第二导向座或所述第二滑轨的安装位置。

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