專利名稱：雙龍門臥式混聯原理車銑復合數控機床的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種數控切削加工機床，特別涉及一種串聯與并聯二者并用的雙龍門臥式混聯原理車銑復合數控機床。
背景技術：
傳統的機床是完全串聯原理，其優點是作業空間大、機床運動算法簡單；缺點是各軸的運動誤差累加，懸臂結構剛度弱，運動質量大，速度不能太高。近年來美國首先推出了六軸完全并聯原理機床，又稱虛擬軸機床或六足并聯機床，其優點是運動件質量小，速度快，比剛度高，運動誤差不累加，精度高，缺點是作業空間小，運動算法復雜。目前各國所開發的完全并聯機床除實現了速度快這一優點外，其剛度、精度還遠沒有達到理論上應有的那么高的水平，且其并聯原理數控機床大多為鏜銑類機床，如美國、俄羅斯、中國等都推出了一些六軸并聯鏜銑數控機床，但并聯原理的車床較少。德國推出了一種三軸并聯原理立式數控車床，車削主軸頭裝在并聯機構的動平臺上，工件安裝在主軸前端三爪卡盤上，動平臺沿三個坐標軸方向移動，刀架不動，故只能用于小型盤類零件加工。
由于完全串聯原理和完全并聯原理的數控機床的優缺點恰恰相反，因此將串聯和并聯原理結合起來兼具二者優點的混聯原理機床是非常具有價值的新型數控機床；應用德國Z3頭專利由美國開發的五軸臥式數控機床就是有三個并聯軸和二個串聯軸組成的混聯原理鏜銑數控機床。
發明內容
本發明的目的是提供一種串聯與并聯二者并用的雙龍門臥式混聯原理車銑復合數控機床，即一種可進行臥式車削加工和立、臥式鏜銑加工的混聯原理車銑復合數控機床。本發明有二個主軸頭、二個刀架和二個龍門架；二個主軸頭中一個是該機床的車削主軸頭，一個是銑削主軸頭；二個刀架中一個是車削刀架，一個是銑削刀架；銑削刀架采用三軸并聯原理，其余為串聯原理。這種機床的特點是加工范圍廣，可以進行車削加工、銑削加工、鉆擴鉸加工、鏜削加工和新型原理的車銑加工；可以進行軸類、盤類、角形及箱形類零件加工，減少工序安裝定位誤差，尤其是有利于保證形位加工精度；并聯結構的應用提高了加工速度，有利于實現車銑原理的高速切削加工，整機閉環回路結構形式剛度高。
本發明采用以下技術方案本發明主要包括有車削主軸頭、床身、床鞍、車削刀架、橫滑板、尾座和刀庫、其中車削主軸頭安裝在床身上，床鞍與床身通過其導軌副連接，并沿其導軌縱向移動，車削刀架通過其橫滑板與床鞍用導軌副連接，并沿其導軌橫向移動，尾座與床身用導軌副連接并可沿其導軌縱向移動；該數控機床的特點還在于設置有銑削主軸頭，并聯原理的銑削刀架，小龍門架，大龍門架；其中銑削主軸頭安裝在銑削刀架上，銑削刀架通過其橫滑板與小龍門架用導軌副連接，并沿其導軌橫向移動；小龍門架安裝在床鞍上，通過安裝在其頂部兩邊的縱滑板與大龍門架兩邊的導軌連接，并沿床身作縱向移動；大龍門架縱向安裝在床身的兩邊。
本發明的銑削刀架由刀架殼體，伺服電機，滾珠絲杠副，滾動導軌副，小滑板，轉動副，定長桿，球面副及動平臺組成；伺服電機和滾珠絲杠副安裝在刀架殼體上，小滑板通過滾動導軌副與刀架殼體連接，可沿滾動導軌副移動，定長桿通過轉動副與小滑板連接，可相對小滑板轉動，動平臺通過球面副與定長桿連接，可相對定長桿轉動；動平臺的運動由各個分支的伺服電機通過滾珠絲杠副帶動小滑板沿滾動導軌副移動以驅動定長桿繞轉動副轉動，通過連接于定長桿上的球面副帶動動平臺運動，動平臺在空間的位置由三個分支的共同運動決定；車削主軸頭的主軸為伺服軸，可采用交流伺服電機驅動，也可采用車削用主軸和主軸電機在一起的交流伺服電主軸結構；銑削主軸頭可采用交流伺服電主軸，亦可采用變頻電主軸；銑削刀架與小龍門架、床鞍及主軸頭組合可實現六軸聯動控制，六軸聯動控制是指銑削刀架的三個分支驅動軸Y，A，C2，銑削刀架通過其橫滑板在小龍門架上的橫向移動X2，床鞍沿床身的縱向移動Z以及車削主軸頭的C軸功能控制。
該機床可以配置標準的落地式刀庫，也可將刀庫配置在大龍門架上。
本發明由于采用了并聯與串聯并用的混聯原理，較好地融合了二者的優點，其突出特點是實現了串聯與并聯并用的臥式車削與銑削的復合，所采用的雙龍門架使整臺機床形成了具有高剛度的閉環回路結構形式。
圖1為本發明的主視圖及坐標；圖2為本發明的俯視圖；圖3為本發明的側視圖；圖4為本發明的銑削刀架并聯機構原理圖及坐標；圖5為本發明的銑削刀架的結構圖及坐標。
具體實施例方式
以下結合附圖對本發明作更詳細的說明參照圖1的主視圖和圖2的俯視圖，復合數控機床的車削主軸頭1安裝在床身2上；床鞍3與床身2通過導軌副連接并可沿床身2縱向移動；車削刀架4安裝在其橫滑板5上；橫滑板5與床鞍3通過導軌副連接并可沿床鞍3橫向移動；尾座6與床身2通過導軌副連接并可沿床身縱向移動；銑削主軸頭7安裝在銑削刀架8上，銑削刀架8安裝在其橫滑板9上；橫滑板9通過導軌副與小龍門架10連接并可沿小龍門架10橫向移動；小龍門架10安裝在床鞍3上，并通過安裝在其頂部兩邊的縱滑板11與大龍門架12頂部兩邊的導軌連接，小龍門架10與床鞍一起沿床身2作縱向移動；大龍門架12縱向安裝在床身2的兩邊。
參照圖3的側視圖和圖5的銑削刀架的結構圖，該機床配置了標準的落地式刀庫，也可將刀庫配置在大龍門架上。銑削刀架(8)由刀架殼體(8-1)，伺服電機(8-2)，滾珠絲杠副(8-3)，滾動導軌副(8-4)，小滑板(8-5)，轉動副(8-6)，定長桿(8-7)，球面副(8-8)及動平臺(8-9)組成；伺服電機(8-2)和滾珠絲杠副(8-3)安裝在刀架殼體(8-1)上，小滑板(8-5)通過滾動導軌副(8-4)與刀架殼體(8-1)連接，可沿滾動導軌副(8-4)移動；定長桿(8-7)通過轉動副(8-6)與小滑板(8-5)連接，可相對小滑板轉動；動平臺(8-9)通過球面副(8-8)與定長桿(8-7)連接，可相對定長桿轉動；銑削主軸頭7安裝在銑削刀架8的動平臺8-9上并由動平臺8-9帶動其作垂直移動或轉動，銑削刀架8的刀架殼體8-1安裝在其橫滑板9上；大龍門架12縱向安裝在床身2的兩邊，用以支撐小龍門架10沿床身2作縱向移動以及增加床身2的剛性。
圖4的并聯機構原理圖中，并聯機構有三個分支，每個分支均由移動副P，轉動副R和球面副S組成，簡稱為3-PRS并聯機。該并聯機構可實現一個Y向移動和二個轉動(A、C2)運動。如銑削刀架8的三個分支驅動軸Y，A，C2，銑削刀架8通過其橫滑板(9)在小龍門架10上的橫向移動X2，床鞍3沿床身2的縱向移動Z以及主軸頭1的C軸功能控制。當三個伺服電機驅動時，動平臺8-9可實現一個移動和二個轉動。
本發明的數控機床有七個伺服軸，車削主軸頭1為伺服軸，即為主運動，又是C軸；車削刀架4可實現X，Z兩個伺服軸運動；銑削刀架可實現X、Y、A、C2、Z五個伺服軸運動(其中Z軸與車削共用)。因此車削加工可實現X、Z、C三軸聯動；銑削可實現X2、Y、Z、A、C、C2六軸聯動。銑削主軸頭7的電機可為伺服電主軸，也可用變頻電主軸。
實施例1車削主軸頭1的電機為交流伺服主電機，具有C軸功能，主軸頭(7)采用變頻電主軸，刀架4為轉塔式車削刀架，銑削刀架8的并聯機構為3-PRS機構，各個進給電機均采用伺服電機。該機床最多可實現六軸聯動。大龍門架12安裝在床身2上，小龍門10安裝在床鞍3上，隨床鞍3一起縱向移動，且與大龍門架12用導軌副連接，使整臺機床形成閉環回路結構，剛性高。在機床的側面配置了標準的落地式刀庫。
實施例2與實施例1不同的是銑削主軸頭7采用伺服電主軸，使其增加了具有特殊的插槽加工功能，如不同方位的斜槽。
權利要求
1.一種雙龍門臥式混聯原理車銑復合數控機床，包括車削主軸頭(1)，床身(2)，床鞍(3)，車削刀架(4)，橫滑板(5)，尾座(6)和刀庫(13)，其中車削主軸頭(1)安裝在床身(2)上，床鞍(3)與床身(2)通過其導軌副連接，并沿其導軌縱向移動，車削刀架(4)通過其橫滑板(5)與床鞍(3)用導軌副連接，并沿其導軌橫向移動，尾座(6)與床身(2)用導軌副連接并可沿其導軌縱向移動；其特征在于該數控機床還設置有銑削主軸頭(7)，并聯原理的銑削刀架(8)，小龍門架(10)，大龍門架(12)；其中銑削主軸頭(7)安裝在銑削刀架(8)上，銑削刀架(8)通過其橫滑板(9)與小龍門架(10)用導軌副連接，并沿其導軌橫向移動，小龍門架(10)安裝在床鞍(3)上，通過安裝在其頂部兩邊的縱滑板(11)與大龍門架(12)兩邊的導軌連接，并沿床身(2)作縱向移動；大龍門架(12)縱向安裝在床身(2)的兩邊。
2.根據權利要求1所述的雙龍門臥式混聯車銑復合數控機床，其特征在于銑削刀架(8)由刀架殼體(8-1)，伺服電機(8-2)，滾珠絲杠副(8-3)，滾動導軌副(8-4)，小滑板(8-5)，轉動副(8-6)，定長桿(8-7)，球面副(8-8)及動平臺(8-9)組成；伺服電機(8-2)和滾珠絲杠副(8-3)安裝在刀架殼體(8-1)上，小滑板(8-5)通過滾動導軌副(8-4)與刀架殼體(8-1)連接，可沿滾動導軌副(8-4)移動；定長桿(8-7)通過轉動副(8-6)與小滑板(8-5)連接，可相對小滑板轉動；動平臺(8-9)通過球面副(8-8)與定長桿(8-7)連接，可相對定長桿轉動。
3.根據權利要求1所述的雙龍門臥式混聯車銑復合數控機床，其特征在于銑削刀架(8)的動平臺(8-9)的運動是由三個分支共同運動來實現，即分別由各個分支的伺服電機通過滾珠絲杠副(8-3)帶動小滑板(8-5)沿滾動導軌副(8-4)移動以驅動定長桿(8-7)繞轉動副(8-6)轉動，通過連接于定長桿(8-7)上的球面副(8-8)帶動動平臺(8-9)運動，動平臺(8-9)在空間的位置由三個分支的共同運動決定，當三個伺服電機驅動時，動平臺(8-9)可實現Y向移動和A及C2的二個轉動功能。
4.根據權利要求1所述的雙龍門臥式混聯車銑復合數控機床，其特征在于車削主軸頭(1)的主軸為伺服軸，可采用交流伺服電機驅動，也可采用車削用主軸和主軸電機在一起的交流伺服電主軸結構。
5.根據權利要求1或2所述的雙龍門臥式混聯車銑復合數控機床，其特征在于銑削主軸頭(7)可采用交流伺服電主軸，亦可采用變頻電主軸。
6.根據權利要求1或2所述的雙龍門臥式混聯車銑復合數控機床，其特征在于銑削刀架(8)與小龍門架(10)、床鞍(3)及主軸頭(1)組合可實現六軸聯動控制。
7.根據權利要求6所述的雙龍門臥式混聯車銑復合數控機床，其特征在于所述的六軸聯動控制是指銑削刀架(8)的三個分支驅動軸Y，A，C2，銑削刀架(8)通過其橫滑板(9)在小龍門架(10)上的橫向移動X2，床鞍(3)沿床身(2)的縱向移動Z以及主軸頭(1)的C軸功能控制。
8.根據權利要求1所述的雙龍門臥式混聯車銑復合數控機床，其特征在于該機床可以配置標準的落地式刀庫，也可將刀庫配置在大龍門架上。
全文摘要
本發明公開了一種具有兩個主軸頭、兩個刀架、兩個龍門架、串聯與并聯相結合的臥式混聯車銑復合數控機床，它有車削主軸頭1、銑削主軸頭7、車削刀架4、銑削刀架8、小龍門架10、大龍門架12、床身2、床鞍3、橫滑板5及9、小龍門架10的縱滑板11、尾座6等部件組成。車削刀架4為轉塔刀架，銑削刀架采用3－PRS三軸并聯機構，主軸頭1為伺服軸，該機床串聯與并聯結合最多可實現六軸聯動控制。該機床加工范圍廣，可進行車削加工、銑削加工、鉆擴鉸加工、鏜削加工和新型原理的車銑加工；可以進行軸類、盤類、角形及箱形類零件加工，減少工序安裝定位誤差，有利于保證形位加工精度，雙龍門架結構使整機形成了高剛度的閉環回路結構形式。
文檔編號B23P23/02GK1555963SQ20031012226
公開日2004年12月22日 申請日期2003年12月31日 優先權日2003年12月31日
發明者黃玉美, 程祥, 史文浩, 劉鴻雁, 高峰, 彭中波 申請人:西安理工大學