CN204321602U - 五轴联动立式车铣复合加工中心 - Google Patents
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Abstract
五轴联动立式车铣复合加工中心,立柱（1）对称安装在底座（2）上,每个立柱（1）上各固定安装有Y轴丝杠（3）和Y轴导轨（4），每个Y轴丝杠（3）各由一个Y轴伺服电机（5）驱动，Y轴伺服电机（5）驱动Y轴丝杠（3）带动Y轴滑板（6）沿着Y轴导轨（4）作Y轴方向移动,X轴导轨（7）安装在Y轴滑板（6）内，X轴伺服电机（8）驱动X轴丝杠（9）带动X轴滑板（10）沿着X轴导轨（7）作X轴移动，Z轴导轨（11）安装在X轴滑板（10）内，Z轴伺服电机（12）驱动Z轴丝杠（13）带动Z轴滑枕（14）沿着Z轴导轨（11）作Z轴移动。本实用新型的五轴联动立式车铣复合加工中心极好的抑制了各轴驱动时产生的振动和弯曲，即使运动组件在进行高速运动时，重心也不会变化，从而实现了稳定的驱动。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种五轴联动立式车铣复合加工中心。
背景技术
目前的加工中心主要有T型结构、反T型结构、“箱中箱”结构和顶梁运动结构几种形式。“箱中箱”结构在高速精密五轴联动车铣复合加工中心的结构设计中已经得到了应用，该结构既能确保机床最佳的刚性和精度的稳定性，同时通过减少活动部件的重量，获得更高的动态性能和较少的能耗需求。
另外，减小机床在移动和加工中的振动一直是机床设计人员努力解决的技术难题，设计者总是考虑在机床结构上有较大的突破。日本的森精机制作所的设计师和工程师从一开始就具有预见性地提出，在金属加工***中，使其产生剧烈振动的振动源均是主要来自机床本身基本结构配置上的不合理。这是在他们着重研究和分析了各直线运动轴之间的相互关系和切削力是如何快速分别作用与传递于高速运动着的大重量高刚度的机床运动构件上之后得出的结论。他们认为，在加工过程中驱动力都不是非常准确地作用在运动件的重心，因而在高切削速度尤其在较大进给速度条件下，有产生扭转运动的趋势，这不可避免的扭转运动和由于运动产生的惯性作用，都会引起机床的振动和使机床构件例如机床底座或立柱等铸件发生弯曲和变形。
实用新型内容
本实用新型所解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种将“箱中箱”结构与重心驱动理论相结合，把Z轴和X轴的运动组件配置在Y轴两根丝杠之间，形成一个理想的却是虚拟的重心，产生与实际的驱动力通过重心完全相同的效果的五轴联动立式车铣复合加工中心。
本实用新型采用的技术方案是:五轴联动立式车铣复合加工中心,立柱对称安装在底座上,每个立柱上各固定安装有Y轴丝杠和Y轴导轨，每个Y轴丝杠各由一个Y轴伺服电机驱动，Y轴伺服电机驱动Y轴丝杠带动Y轴滑板沿着Y轴导轨作Y轴方向移动,X轴导轨安装在Y轴滑板内，X轴伺服电机驱动X轴丝杠带动X轴滑板沿着X轴导轨作X轴移动，Z轴导轨安装在X轴滑板内，Z轴伺服电机驱动Z轴丝杠带动Z轴滑枕沿着Z轴导轨作Z轴移动。
X轴滑板在运动框体Y轴滑板内沿X轴左右运动，Y轴滑板带动X轴滑板在立柱表面沿Y向前后运动，Z轴滑枕安置在X轴滑板中做上下运动。该布局采用固定立柱和滑板结合的方式，固定立柱与底座连接起主要的支撑作用，在固定立柱表面以滑板的形式实现各轴的移动，既保证支撑的足够刚性，同时尽量减少运动件的重量和惯性力，所需电动机功率和传动件的尺寸也越小，同时确保轴向快速移动。
相对于Y轴滑板，X、Z轴滑板质量较小且驱动力作用在接近中心的位置，因此运动较平稳；而在运动过程中Y轴需承载X、Z轴的重量，故其重心随X、Z轴的运动而不断地变化；若Y轴为单电机驱动结构，在驱动力的作用下将会产生俯仰力矩和偏转力矩，在这两个力矩作用下，主轴刀具的运动轨迹将会出现不可预知的变形和振动。为了减小这种不确定的振动对加工的影响，基于重心驱动理论，提出了双边电机驱动结构。双边电机驱动的特点是在Y轴滑板的两侧对称施加驱动力，以便尽可能的减少驱动力臂产生的影响。因此，重心驱动可以大幅度降低进给传动过程中各轴的振动，相应地将使加工表面振纹减少，加工精度明显提高，并且由于运动加速度的提高，也缩短了非加工时间。
目前Z轴滑枕的导轨面多采用两条直线导轨或滑动导轨，导轨安装在滑枕的左右两侧或后侧，其缺点是由于滑枕自重及加工时受切削力影响，容易产生偏载力矩和变形。本发明采用四条直线导轨的布局则可克服这些缺点，从而保持加工精度的稳定性。
Z轴滑枕全长1200mm，为避免切削时悬臂过长产生振动，X轴滑板设计长度取其一半600mm；Z轴滑枕的四条导轨上每条导轨有两个滑块，为了能够便于安装，将滑块先安装在一个小的连接板上，然后将连接板连同滑块把合在X轴滑板的相应位置，将上下两个连接板位置调整合适后，再将装有导轨的Z轴滑枕沿滑块滑入X轴滑板。
Y轴滑板采用了腔体加筋板的结构形式，还增加了拱形的底部和加高侧板的设计，既满足了零件高刚性的要求并且最大限度地减轻了部件的重量。
本实用新型的有益效果是极好的抑制了各轴驱动时产生的振动和弯曲，即使运动组件在进行高速运动时，重心也不会变化，从而实现了稳定的驱动。同时采用框体式结构并且经过有限元分析重量优化的滑板设计出了定位精度达到0.007mm，重复定位精度达到0.005mm，XYZ轴的快速移动速度为60m/min，加速度为0.5g的高速精密五轴联动车铣复合加工中心机床。
附图说明
图1为本实用新型的五轴联动立式车铣复合加工中心的三维视图；
图2为本实用新型的五轴联动立式车铣复合加工中心的主视图；
图3为本实用新型的五轴联动立式车铣复合加工中心的俯视图；
图4为本实用新型的五轴联动立式车铣复合加工中心Y轴滑板的三维视图；
图5为本实用新型的五轴联动立式车铣复合加工中心X轴滑板的三维视图；
图6为本实用新型的五轴联动立式车铣复合加工中心Z轴滑枕的三维视图。
图中标记为：1-立柱，2-底座，3-Y轴丝杠，4-Y轴导轨，5-Y轴伺服电机，6-Y轴滑板，7-X轴导轨，8-X轴伺服电机，9-X轴丝杠，10-X轴滑板，11-Z轴导轨，12-Z轴伺服电机，13-Z轴丝杠，14-Z轴滑枕
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步说明。如图1，图2和图3所示，五轴联动立式车铣复合加工中心,立柱1对称安装在底座2上,每个立柱1上各固定安装有Y轴丝杠3和Y轴导轨4，每个Y轴丝杠3各由一个Y轴伺服电机5驱动，Y轴伺服电机5驱动Y轴丝杠3带动Y轴滑板6沿着Y轴导轨4作Y轴方向移动,X轴导轨7安装在Y轴滑板6内，X轴伺服电机8驱动X轴丝杠9带动X轴滑板10沿着X轴导轨7作X轴移动，Z轴导轨11安装在X轴滑板10内，Z轴伺服电机12驱动Z轴丝杠13带动Z轴滑枕14沿着Z轴导轨11作Z轴移动。
X轴滑板在运动框体Y轴滑板内沿X轴左右运动，Y轴滑板带动X轴滑板在立柱表面沿Y向前后运动，Z轴滑枕安置在X轴滑板中做上下运动。该布局采用固定立柱和滑板结合的方式，固定立柱与底座连接起主要的支撑作用，在固定立柱表面以滑板的形式实现各轴的移动，既保证支撑的足够刚性，同时尽量减少运动件的重量和惯性力，所需电动机功率和传动件的尺寸也越小，同时确保轴向快速移动。
相对于Y轴滑板，X、Z轴滑板质量较小且驱动力作用在接近中心的位置，因此运动较平稳；而在运动过程中Y轴需承载X、Z轴的重量，故其重心随X、Z轴的运动而不断地变化；若Y轴为单电机驱动结构，在驱动力的作用下将会产生俯仰力矩和偏转力矩，在这两个力矩作用下，主轴刀具的运动轨迹将会出现不可预知的变形和振动。为了减小这种不确定的振动对加工的影响，基于重心驱动理论，提出了双边电机驱动结构。双边电机驱动的特点是在Y轴滑板的两侧对称施加驱动力，以便尽可能的减少驱动力臂产生的影响。因此，重心驱动可以大幅度降低进给传动过程中各轴的振动，相应地将使加工表面振纹减少，加工精度明显提高，并且由于运动加速度的提高，也缩短了非加工时间。
目前Z轴滑枕的导轨面多采用两条直线导轨或滑动导轨，导轨安装在滑枕的左右两侧或后侧，其缺点是由于滑枕自重及加工时受切削力影响，容易产生偏载力矩和变形。本发明采用四条直线导轨的布局则可克服这些缺点，从而保持加工精度的稳定性。
如图6所示，Z轴滑枕全长1200mm，为避免切削时悬臂过长产生振动，X轴滑板设计长度取其一半600mm；Z轴滑枕的四条导轨上每条导轨有两个滑块，为了能够便于安装，将滑块先安装在一个小的连接板上，然后将连接板连同滑块把合在X轴滑板的相应位置，将上下两个连接板位置调整合适后，再将装有导轨的Z轴滑枕沿滑块滑入X轴滑板。
如图4所示，Y轴滑板采用了腔体加筋板的结构形式，还增加了拱形的底部和加高侧板的设计，既满足了零件高刚性的要求并且最大限度地减轻了部件的重量。
本实用新型的五轴联动立式车铣复合加工中心极好的抑制了各轴驱动时产生的振动和弯曲，即使运动组件在进行高速运动时，重心也不会变化，从而实现了稳定的驱动。同时采用框体式结构并且经过有限元分析重量优化的滑板设计出了定位精度达到0.007mm，重复定位精度达到0.005mm，XYZ轴的快速移动速度为60m/min，加速度为0.5g的高速精密五轴联动车铣复合加工中心机床。
Claims (4)
1.五轴联动立式车铣复合加工中心,其特征在于:立柱(1)对称安装在底座(2)上,每个立柱(1)上各固定安装有Y轴丝杠(3)和Y轴导轨(4)，每个Y轴丝杠(3)各由一个Y轴伺服电机(5)驱动，Y轴伺服电机(5)驱动Y轴丝杠(3)带动Y轴滑板(6)沿着Y轴导轨(4)作Y轴方向移动,X轴导轨(7)安装在Y轴滑板(6)内，X轴伺服电机(8)驱动X轴丝杠(9)带动X轴滑板(10)沿着X轴导轨(7)作X轴移动，Z轴导轨(11)安装在X轴滑板(10)内，Z轴伺服电机(12)驱动Z轴丝杠(13)带动Z轴滑枕(14)沿着Z轴导轨(11)作Z轴移动。
2.根据权利要求1所述的五轴联动立式车铣复合加工中心,其特征在于:Z轴导轨(11)的数量为4条。
3.根据权利要求1所述的五轴联动立式车铣复合加工中心,其特征在于:X轴滑板(10)沿着Z轴方向的长度是Z轴滑枕(14)长度的一半。
4.根据权利要求1所述的五轴联动立式车铣复合加工中心,其特征在于:Y轴滑板(6)采用了腔体加筋板，拱形的底部和加高侧板的的结构形式。
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2014
- 2014-12-15 CN CN201420795021.2U patent/CN204321602U/zh active Active
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