CN219005240U - 一种床身和立柱的连接辅助装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种床身和立柱的连接辅助装置，第一个目的在于提供一种床身和立柱的连接辅助装置，连接辅助装置分别包括设置于立柱的上固定块、设置于床身的下固定块以及用于连接上固定块和下固定块的连接组件，连接组件能够将床身和立柱校准后连接在一起。本实用新型公开的连接辅助装置能够提高床身和立柱的装配精度，缩短装配周期。第二个目的在于提供一种机床床身和立柱的装配方法包括设置上固定块和下固定块，将立柱吊装至床身上，采用人工粗校准；安装连接组件；在床身与立柱之间的空间填充结构胶；保持立柱原位静止，直到结构胶充分固化。本实用新型公开的装配方法替代刮研装配的方法，提高了装配精度。

Description

一种床身和立柱的连接辅助装置

技术领域

本实用新型涉及数控机床技术领域，尤其涉及一种床身和立柱的连接辅助装置。

背景技术

能影响机床温度的热量分为内部热量和外部热量，其中内部热量主要来源于机床本身产生的热量，如主轴电机长时间工作所产生的热量；外部热量主要来源于外界对机床的热传递或热辐射而引起的发热，如切削工件产生的切削热，尽管切削液会带走大部分的切削热，但这些热量并没有消失，切削液携带的热量仍然会有一部分传递给机床，除切削热以外，环境温度也会对机床的温度产生影响。

立柱是大型机床要求精度比较高的部件之一，它用来安装顶梁(即固定梁)、横梁和侧刀架等部件。因此，立柱的安装质量好坏不仅将直接影响到顶梁、横梁、侧刀架等部位的安装精度；而且还间接地影响到垂直刀架的安装精度，最终将影响到机床的加工精度。

目前机床的部件主要采用铸铁铸造，当机床的温度较高，超过铸铁铸造的部件的规定温度时，机床上采用铸铁铸造的部件(如，床身、立柱)在机床内部热量和外部热量的影响下，产生如下两方面的问题：一方面，会使机床的主要部件，如床身、立柱发生形变量，如床身上表面比床身下表面温度高而形成温差，床身将弯曲变形，床身上表面成中凸状，使得安装在床身上导轨的直线性受到影响，此外立柱也会因为床身的热变形而产生相应的位置变化，从而破坏机床原有的几何精度，引起了加工误差；另一方面，会使床身和立柱之间的配合间隙发生变化，影响机床的运动精度，甚至干扰机床的正常工作。

现有的立柱在装配的过程中，通常采用人工铲刮接合面上的接触点，使接触点分布均匀，从而增加床身立柱接合面的实际接触面积，提高连接刚性，但是，人工铲刮过渡依赖工人的工作经验、工作量大、加工后各配合面的精度难以保证，且对于接合面边沿和角落位置在实际铲刮过程中极易为人眼所忽略，极易漏刮，导致立柱和床身之间的几何精度降低，而机床的几何精度综合反应机床各关键零、部件及其组装后的综合几何形状和位置误差，包括部件自身精度和部件之间的相互位置精度。

因此，急需提出一种床身和立柱的连接辅助装置，解决现有的机床受到不稳定、不确定的热源影响，造成床身和立柱发生不同程度形变，难以使床身和立柱在长时间的工作过程中保持稳定的几何精度的问题。

实用新型内容

针对现有技术存在的床身和立柱发生不同程度形变，难以使床身和立柱在长时间的工作过程中保持稳定的几何精度的问题，本实用新型的第一个目的在于提供一种床身和立柱的连接辅助装置，所述的连接辅助装置能够提高床身和立柱的装配几何精度。

为实现上述目的，本实用新型提供了如下技术方案：一种床身和立柱的连接辅助装置，包括床身和立柱，所述立柱竖直设置于床身的上方，所述床身和立柱的连接部分设置有多组连接辅助装置，多组所述连接辅助装置沿周向方向均匀排布；

每组所述连接辅助装置分别包括用于与立柱固定连接的上固定块、用于与床身固定连接的下固定块以及用于连接上固定块和下固定块的连接组件，所述连接组件能够将床身和立柱校准后连接在一起。

进一步地，所述连接组件包括竖直设置的丝杆，所述上固定块和下固定块分别开设有供丝杆贯穿的通孔，所述上固定块和下固定块上分别设置有用于锁紧丝杆的螺母。

进一步地，所述螺母为朝向上下固定块的部分为弧形端，所述弧形端设置于朝向通孔。

进一步地，位于立柱同侧的连接辅助装置至少为两组，所述连接组件还包括能够将相邻连接辅助装置连接在一起锁紧组件，所述床身和立柱的接合面通过所述锁紧组件紧密贴合。

进一步地，所述锁紧组件包括左旋螺母杆、右旋螺母杆以及正反螺口拉杆；

左旋螺母杆与上固定块固定连接，右旋螺母杆与下固定块固定连接，所述正反螺口拉杆的一端和左旋螺母杆连接、另一端和右旋螺母杆连接；或

左旋螺母杆与下固定块固定连接，右旋螺母杆与上固定块固定连接，所述正反螺口拉杆的一端和左旋螺母杆连接、另一端和右旋螺母杆连接。

进一步地，所述上固定块的一端固设有上抵接块，上抵接块设置于朝向下固定块的一侧，下固定块上设置有下抵接块。

更进一步地，所述床身上还预设有地脚嵌件和床身管状嵌件，所述地脚嵌件能够于铸造后的床身上形成连接部，所述连接部用于安装能够支撑床身的地脚；所述床身管状嵌件能够于床身内形成注胶孔道；

所述立柱上预设有立柱管状嵌件，所述立柱管状嵌件能够于立柱内形成排气孔；

通过注胶孔道将结构胶注入立柱和床身之间的接合面处，使得所述立柱和床身采用结构胶粘结固定在一起。

进一步地，所述床身和立柱的内部分别预设有金属嵌件，所述金属嵌件为安装其他工件提供接口。

为实现上述第二个目的，本实用新型提供了如下技术方案：床身和立柱的连接辅助装置的装配方法，包括以下步骤：在立柱上设置上固定块，在床身上对应设置下固定块，将立柱吊装至床身上，采用人工粗校准；安装连接组件，通过调整连接组件使立柱和床身相互锁紧，达到规定的定位精度；在床身与立柱之间的空间填充结构胶；保持立柱原位静止，直到结构胶充分固化。

进一步地，在床身与立柱之间的空间填充结构胶的具体方法为：在床身的接合面上，涂抹结构胶，结构胶的涂抹厚度从所述接合面的中心至边缘逐渐减小。

进一步地，在床身与立柱之间的空间填充结构胶的具体方法为：在床身上开设注胶孔，在立柱上开设用于排出空气的排气孔，将结构胶通过注胶孔注入立柱和床身之间的接合面处，直至排气孔有结构胶溢出为止。

综上所述，本实用新型公开的床身和立柱的连接辅助装置具有以下有益效果：

通过连接辅助装置连接立柱和床身，实现对立柱和床身之间位置精度的校准，并提高立柱和床身之间的机械连接强度，在装配方法中，在床身、立柱采用结构胶粘接的方式，结构胶可以弥补床身和立柱接合面的粗糙度上的缺陷，保证立柱与床身100％的粘接，固化后结构胶具有较好的抗震、抗压、抗拉、抗冲击等物理性能，使得机械连接和结构胶连接相结合提高床身和立柱之间的连接刚度；同时，由于机床工作时，床身和立柱上运动部件在运动过程中容易产生振动，使运动部件自身以及其连接部件同步振动，从而降低床身和立柱之间的定位精度，而结构胶具有较好的抗老化能力，能够在床身和立柱的接合面处形成坚固且有缓冲力的抗磨层，降低运动部件及其连接部件的振动幅度，使得床身和立柱的连接处不易在运动部件的振动下产生间隙，保证床身和立柱的连接，使床身和立柱之间的相对位置长时间保持稳定的垂直状态，进而保证了床身和立柱之间的定位精度和几何精度。本申请通过提高床身和立柱之间的机械连接强度和几何精度以及定位精度，降低了运动部件运动对床身和立柱连接精度的影响，使机床能够在长时间的工作过程中保持稳定的几何精度和定位精度。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型公开的机床床身和立柱装配后的整体结构示意图；

图2为本实用新型公开的显示床身内部金属嵌件、冷却管路之间关系的结构示意图；

图3为本实用新型公开的显示立柱内部金属嵌件、冷却管路之间关系的结构示意图；

图4为本实用新型公开的机床床身、立柱、连接辅助装置装配过程中的整体结构示意图；

图5为图4中的A部放大图；

图6为本实用新型公开的床身和立柱的连接辅助装置的结构示意图；

图7为本实用新型公开的床身和立柱装配后施力示意图；

图8为本实用新型公开的机床正面点位分布示意图；

图9为本实用新型公开的机床背面点位示意图。

图中：1、床身；2、立柱；21、龙门左立柱；22、龙门右立柱；23、龙门横梁；3、连接辅助装置；31、上固定块；311、上抵接块；32、下固定块；321、下抵接块；33、连接组件；331、丝杆；332、螺母；34、螺栓；4、锁紧组件；41、左旋螺母杆；42、右旋螺母杆；43、正反螺口拉杆；5、冷却管路；6、金属嵌件；71、地脚嵌件；72、法兰嵌件；8、管状嵌件；81、注胶孔；82、排气孔。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图1-9，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本申请所涉及的床身1和立柱2可以采用铸铁、花岗石和复合矿物材料，铸铁、花岗石和复合矿物材料性能对比分析见下表1，根据GBT 7897-2008标准对上述材料进行对比。

表1、材料对比表

由表1可以看出，铸石材质的性能相比于铸铁、花岗石具有高精度、稳定性好、吸震好、热膨胀系数与钢件相近的优点，因此本申请实施例中采用床身1和立柱2均采用矿物铸石的材料制成，矿物铸石的材料在受热的状况下，自身体积膨胀变化小，热导率降低仅为灰铸铁的1/20，单位时间内，采用矿物铸石的材料的机床对温度的变化小于采用灰铸铁零件的机床对温度的变化，使机床的铸件变形较小，保证了机床的几何精度；同时，由于机床工作时，滑鞍、滑枕等运动部件运动过程中容易产生振动，使运动部件自身以及其连接部件同步振动，降低运动部件的重复定位精度和相对位置精度，进而影响加工精度，铸石材质具有良好的减振性能，能够降低运动部件及其连接部件的振动幅度，使床身和立柱之间的相对位置保持稳定，从而使床身和立柱之间的配合间隙不易发生变化，保证了床身和立柱之间的定位精度。

实施例

参照图1，一种床身和立柱的连接辅助装置，包括床身1和立柱2，立柱2竖直设置于床身1的上方，床身1和立柱2的接合面上涂覆有结构胶层，结构胶层的设置可以弥补床身和立柱接合面的粗糙度上的缺陷，保证立柱与床身100％的粘接，由于结构胶具有较好的抗老化能力，能够于床身和立柱的接合面处形成坚固且有缓冲力的抗磨层，固化后结构胶具有较好的抗震、抗压、抗拉、抗冲击等物理性能，降低了机床工作过程中震动等因素对床身和立柱连接处的影响，较传统的铸铁刮研结合面的工艺，增加了床身和立柱之间的连接刚度。

结合图1和图2，床身1和立柱2的内部分别设置有冷却管路5和金属嵌件6，冷却管路5能够对机床主体进行恒温冷却控制，床身1和立柱2的外表面粘贴有发泡保温棉，降低外围温度对于机床精度的影响，金属嵌件6为不同铸件之间的连接以及铸件上装配体的安装提供接口。金属嵌件6优选为强度较高的钢制嵌件，钢制嵌件能过弥补铸石材料强度的上的不足，保证铸件的整体刚度，同时钢制嵌件的设置能够在机床各铸件上产生均匀的温度场，使机床各铸件的热辐射具有线性和规律性。再通过金属嵌件6和冷却管路5配合，将床身1和立柱2内部热源快速导出，同时在外部发泡保温棉的作用下降低机床外部热源的导入，即将无规律的热隔在机床外部，机床内部热导出，从而降低热源对机床温度的影响，减小了机床工作过程中床身1和立柱2产生的热变形，使机床能够在长时间的工作过程中保持稳定的几何精度、运动精度、定位精度。

在浇铸床身1和立柱2铸件时，将冷却管路5分别预埋至床身1和立柱2的内部，冷却管路5成排间隔设置且形状与对应床身1和立柱2的结构适应，冷却管路5的布设走向避开床身1和立柱2内部金属嵌件6的结构，能够实现对机床内部的散热，保持机床内部温度恒定，降低内部热量对机床以及金属嵌件6的影响，使得机床不易在内部热量影响下产生形变，从而机床能够在长时间的工作过程中保持稳定的高精度。

金属嵌件6开设有内壁为螺纹结构的嵌件空腔，固定螺栓能够穿过嵌件的嵌件空腔，便于固定螺栓与金属嵌件6连接。金属嵌件6为多个，多个金属嵌件6分别与床身1和立柱2上对称且对称分布，当床身1和立柱2受热时，床身1和立柱2的热量容易传导至金属嵌件6上，在多个对称布设的嵌件的作用下使床身1和立柱2的温度呈对称分布，进而使得床身1和立柱2的散热面积、导热途径和零件的质量等对称分布，从而减少床身1和立柱2的热变形。

床身1上还设置有地脚嵌件71和法兰嵌件72，地脚嵌件71为多个，多个地脚嵌件71于床身1下端面上对称分布。地脚嵌件71能够于铸造后的床身上形成连接部，连接部用于安装能够支撑床身1的地脚。地脚嵌件71的设置能够在对应的床身1表面形成地脚连接部，连接固定床身的结构，提高了床身的稳定性、耐用性和使用效果。法兰嵌件72设置能够在床身1端部形成电机连接部，连接伺服电机的结构。

结合图1和图3，立柱2由龙门左立柱21、龙门右立柱22以及龙门横梁23组成，龙门左立柱21和龙门右立柱22对称设置，龙门横梁23水平设置于龙门左立柱21和龙门右立柱22的上方，三者构成对称龙门结构。金属嵌件6均匀且对称分布在龙门横梁23上，为安装X轴导轨提供安装接口。

参照图4，床身1和立柱2连接部分的四周分别设置有连接辅助装置3，采用连接辅助装置3能够增加床身1和立柱2之间的机械连接刚度。通过采用机械连接和结构胶连接相结合的方式，提高床身1和立柱2之间的连接刚度。

位于机床的同侧设置有两组连接辅助装置3，两组连接辅助装置3沿立柱2和床身1连接部分的周向方向间隔设置。连接辅助装置3包括固设于立柱2的上固定块31、固设于床身1的下固定块32和能够将床身1和立柱2校准后连接在一起的连接组件33，上固定块31通过和立柱2上的金属嵌件6和立柱2固定连接，下固定块32通过金属嵌件6和床身1固定连接。

当床身1和立柱2对准时，位于同组连接辅助装置3的上固定块31设置于下固定块32的正上方。

结合图4和图5，连接组件33包括竖直设置的丝杆331和螺母332，上固定块31和下固定块32分别开设有供丝杆331贯穿的通孔。螺母332为四个，两个螺母332位于上固定块31的上下两侧，另外两个螺母332位于下固定块32的上下两侧，螺母332朝向通孔的一侧设置为弧形端，便于调节四个螺母332的中心和通孔的中心以及丝杆331的轴线处于一条直线上，提高定位精度。丝杆331采用螺母332预紧丝杆331，螺母332和丝杆331之间的螺纹配合间隙较小，对丝杆的预紧简单可靠、刚性好。

结合图4和图5，位于机床前后两侧的连接辅助装置3还包括螺栓34，上固定块31的一端固设有上抵接块311，上抵接块311设置于朝向下固定块32的一侧，下固定块32上设置有下抵接块321，当立柱2和床身1装配在一起时，上固定块31、上抵接块311、下固定块32和下抵接块321围成回型。螺栓34和丝杆331垂直设置，螺栓34的一端贯穿于上抵接块311后和下抵接块321抵接。

结合图4和图6，位于机床左右两侧的两组连接辅助装置3之间通过锁紧组件4连接在一起，床身1和立柱2的接合面通过锁紧组件4紧密贴合。

锁紧组件4将相邻组连接辅助装置3的上固定块31和下固定块32连接在一起，进一步增加了床身1和立柱2之间的连接刚度，保证床身1和立柱2之间的精度。

锁紧组件4包括左旋螺母杆41、右旋螺母杆42以及连接左旋螺母杆41和右旋螺母杆42的正反螺口拉杆43，左旋螺母杆41固设于其中一组连接辅助装置的下固定块32，右旋螺母杆42固设于另一组连接辅助装置的上固定块31，左旋螺母杆41和右旋螺母杆42的螺纹旋向相反。正反螺口拉杆43倾斜设置，正反螺口拉杆43的一端和左旋螺母杆41螺纹连接、另一端和右旋螺母杆42螺纹连接，通过旋拧正反螺口拉杆43能够调整正反螺口拉杆43相互靠近，进而使得立柱2与床身1紧密贴合。

装配方法1：床身和立柱的连接辅助装置的装配方法，包括以下步骤：

首先，在铸石立柱2上安装上固定块31，在铸石床身1上安装下固定块32，将立柱2吊装至床身1上，采用人工粗校准，使得上固定块31位于下固定块32的正上方；

其次，在床身1的接合面上涂抹结构胶，结构胶的涂抹厚度从接合面的中心至边缘逐渐减小，随着立柱2的下放，立柱2的下端面和结构胶接触，使得结构胶均匀分布在床身1和立柱2的接合面上；

然后，将丝杆331的下端依次贯穿于上固定块31和下固定块32，采用螺母332预紧丝杆331，随后调整正反螺口拉杆43，使立柱2和床身1之间的几何精度达到工作要求标准，此时立柱2与床身1之间100％粘接在一起；

最后，保持立柱2原位静止，直到结构胶充分固化。

装配方法2：床身和立柱的连接辅助装置的装配方法，包括以下步骤：

首先，在浇铸立柱2上和床身1时分别在其内部预埋管状嵌件8，预埋的管状嵌件8为多个，多个预埋的管状嵌件8于对应立柱2和床身1的内部均匀且对称分布，同时由于预埋管状件的设置使得成型后的立柱2上具有多个排气孔82，成型后的床身1上具有多个注胶孔81，排气孔82和注胶孔81均连通床身1与立柱2的接合面处；

在铸石立柱2上安装上固定块31，在铸石床身1上安装下固定块32，将立柱2吊装至床身1上，采用人工粗校准，使得上固定块31位于下固定块32的正上方；

然后，将丝杆331的下端依次贯穿于上固定块31和下固定块32，采用螺母332预紧丝杆331，随后调整正反螺口拉杆43，使立柱2和床身1之间的几何精度达到工作要求标准，随后静置48小时，进行二次复检；

二次复检合格后，将结构胶通过注胶孔注入立柱2和床身1之间的接合面处，直至排气孔有结构胶溢出为止，结构胶充分填充在立柱2和床身1的接合面，使床身1和立柱2之间100％粘接在一起；

最后，保持立柱2原位静止，直到结构胶充分固化。

性能测试：

对实施例以及铸铁材质的机床床身和立柱进行连接刚度的测试。检测结果见表2和表3。

测试方法：参见图7，在床身和立柱装配完成后，将床身进行固定，通过电机驱动丝杠分别对机床不同点位施加1000N的作用力，在床身上模拟重物＝17000N，用德国马尔MAHR数显指示表测量形变量。

测试点位分布参见图8和图9，图8为机床正面的点位分布；图9为机床背面的点位分布。

表2、铸石材质床身、立柱受力形变量测试数据

表3、铸铁材质床身、立柱受力形变量测试数据

由表2和表3对比可以看出，相同温度、相同测试点位、相同作用力、相同时间下，采用铸石材料制成的铸件形变量小于采用铸铁材料制成的铸件形变量，即铸石材料制成的铸件的刚性大于铸铁材料制成的铸件的刚性，从而保证了铸件的几何精度。

本申请的床身和立柱铸件均采用矿物铸石材料材质制成，本申请通过在铸石材料内部布设金属嵌件，通过金属嵌件和铸石材料的配合，铸件不同点位处热变形相近，铸件整体受热均匀，证明机床的各铸件热变形程度相近，从而保证机床的几何精度。

本申请的床身和立柱铸件均采用矿物铸石材料材质制成，本申请通过在铸石材料内部布设金属嵌件，通过金属嵌件和铸石材料的配合，使成型后的机床铸件具有更高的刚度，弥补了铸石材料本身抗拉强度和抗压强度较差的问题，延长机床各铸件的使用寿命，同时提高了机床各铸件的承重能力，使得机床铸件不易在外力影响下形变，保证机床上各铸件的几何精度和定位精度。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (6)

1.一种床身和立柱的连接辅助装置，用于将立柱(2)装配在床身(1)上，其特征在于，所述床身(1)和立柱(2)的连接部分设置有多组连接辅助装置(3)，多组所述连接辅助装置(3)沿周向方向均匀排布；

每组所述连接辅助装置(3)分别用于与立柱(2)固定连接的上固定块(31)、用于与床身(1)固定连接的下固定块(32)以及用于连接上固定块(31)和下固定块(32)的连接组件(33)，所述连接组件(33)能够将床身(1)和立柱(2)校准后连接在一起。

2.根据权利要求1所述的一种床身和立柱的连接辅助装置，其特征在于，所述连接组件(33)包括竖直设置的丝杆(331)，所述上固定块(31)和下固定块(32)分别开设有供丝杆(331)贯穿的通孔，所述上固定块(31)和下固定块(32)上分别设置有用于锁紧丝杆(331)的螺母(332)。

3.根据权利要求2所述的一种床身和立柱的连接辅助装置，其特征在于，所述螺母(332)朝向上下固定块的部分为弧形端，所述弧形端设置于朝向通孔。

4.根据权利要求1所述的一种床身和立柱的连接辅助装置，其特征在于，位于立柱(2)同侧的连接辅助装置(3)至少为两组，所述连接辅助装置(3)还包括能够将相邻连接辅助装置(3)连接在一起锁紧组件(4)，所述床身(1)和立柱(2)的接合面通过所述锁紧组件(4)紧密贴合。

5.根据权利要求4所述的一种床身和立柱的连接辅助装置，其特征在于，所述锁紧组件(4)包括左旋螺母杆(41)、右旋螺母杆(42)以及正反螺口拉杆(43)；

左旋螺母杆(41)与上固定块(31)固定连接，右旋螺母杆(42)与下固定块(32)固定连接，所述正反螺口拉杆(43)的一端和左旋螺母杆(41)连接、另一端和右旋螺母杆(42)连接；或

左旋螺母杆(41)与下固定块(32)固定连接，右旋螺母杆(42)与上固定块(31)固定连接，所述正反螺口拉杆(43)的一端和左旋螺母杆(41)连接、另一端和右旋螺母杆(42)连接。

6.根据权利要求5所述的一种床身和立柱的连接辅助装置，其特征在于，所述上固定块(31)的一端固设有上抵接块(311)，上抵接块(311)设置于朝向下固定块(32)的一侧，下固定块(32)上设置有下抵接块(321)。

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