專利名稱：多功能并聯數控鏜床的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及數控機械加工設備技術領域，特指一種多功能并聯數控 鏜床。
技術背景目前的數控機械加工設備多數是利用絲桿傳動而控制主軸箱在空間內運 動，通過數控系統使主軸完成設定的軌跡運動，高端的多軸聯動數控機床可 以控制主軸向各個方向運動，此種機床可以在工件的某一斜面上進行各種加 工，因此，此種數控機床可以加工出更復雜的零件，且不需重新裝夾工作， 加工精度高，加工效率高，但此種數控機床價格昂貴，設備成本高，而目前 的中端和低端的數控機械加工設備由于其結構限制，其機床主軸只能在X、 Y、 Z三個方向上作用垂直運動或水平運動，此種機床在加工范圍和應用范圍上受 到儲多限制。 實用新型內容本實用新型的目的在于針對現有技術的不足提供一種多功能并聯數控鏜 床，該數控鏜床通過八個液壓油缸共同虛擬出機床的Y軸和Z軸，機床主軸 可以向各個方向運動，使機床主軸可以模擬出更多復雜的軌跡，且設備成本 低。為實現上述目的，本實用新型是通過以下技術方案實現的它包括機床 底座、機架，液壓油缸、主軸箱，機架上安裝有滾珠絲桿和至少兩個導柱， 主軸箱滑動安裝于導柱上，主軸箱與滾珠絲桿傳動配合；機架兩端的底部分
別鉸接有五個液壓油缸，液壓油缸的下端均鉸接于機床底座上，機架兩端的 液壓油缸成對稱布置；在機架其中一端的液壓油缸中，內側兩個液壓油缸安 裝在平行于機床Y軸和Z軸所在的平面內，該兩個液壓油缸的上端分別鉸接 于機架的兩側，該兩個液壓油缸呈"八"字形，中間的兩個液壓油缸安裝在 平行于機床Y軸和Z軸所在的平面內，該兩個液壓油缸的上端鉸接于機架的 同一軸上，該兩個液壓油缸呈"人"字形，第五個液壓油缸傾斜安裝在機床X 軸和Z軸所在的平面內，該液壓油缸的兩端分別通過關節軸承連接機架和機 床底座；液壓油缸連接入供油回路中。所述的液壓油缸均與一06比例調速閥和三位四通閥串聯，再并聯接入供 油回路中。所述的液壓油缸上均安裝有實時檢測相應的液壓油缸的位移量并將該數 據輸送至數按系統PLC控制的PID輸入端的光電編碼器。所述的供油回路中接入有三個用于供給壓力油的不同排量的油泵、兩個 油馬達、兩個三位四通閥，三個油泵并聯連接，兩個油馬達、兩個三位四通 閥連接成可切換油馬達正反轉的回路后再與油泵連接；兩個油馬達之間還并 聯有一個用于切換油馬達的并串聯狀態的二位二通閥。所述的油馬達與主軸連接。本實用新型的多功能并聯數控鏜床包括機架、機床底座，機架兩端的底 部分別鉸接有五個液壓油缸，液壓油缸的下端均鉸接于機床底座上，機架兩 端的液壓油缸成對稱布置，通過八個液壓油缸共同虛擬出機床的Y軸和Z軸， 機床主軸可以向各個方向運動，使機床主軸可以模擬出更多復雜的軌跡，且 設備成本低；同時，本實用新型的數控鏜床由于其結構特點，只要在主軸上 安裝不同的刀具，鏜床即具有鏜銑、銑削、鉆銑功能，使其兼具銑床、鉆床
的功能，且由于主軸能夠向各個方向運動，使其可以作出各種復雜的軌跡運 動，因此可以完成各種復雜零件的加工，且加工過程中不需重新裝夾零件， 加工精度高，加工效率高；另外，液壓缸的供油回路采用并串聯結合的方式， 使液壓油缸具有多種功率選擇，可以根據加工過程中調節各液壓油缸的動力。 綜上所述，本實用新型結構簡單，機床主軸可以向各個方向運動，使機床主 軸可以模擬出更多更復雜的軌跡運動，加工精度高，加工效率高，且設備成 本低。
附圖1為本實用新型的結構示意圖；附圖2為附圖1的主視圖；附圖3為附圖1的左視圖；附圖4為機架向左移動時的結構示意圖；附圖5為機架沿水平移動時的結構示意圖；附圖6為機架沿垂直方向移動時的結構示意圖；附圖7為機架旋轉加工時的結構示意圖；附圖8為機架在角度模式下沿斜面水平運動的結構示意圖；附圖9為機架在角度模式下沿斜面垂直運動的結構示意圖；附圖IO為機架擺動加工時的結構示意圖；附圖11為求解A1B1的結構示意圖；附圖12為求解AC的結構示意圖；附圖13為本實用新型的供油回路的示意圖。
具體實施方式
實施例見附圖1、 2、 3,多功能并聯數控鏜床屬于一種大型加工設備，它 包括機床底座1、機架5，液壓油缸、主軸箱2，機架5上安裝有滾珠絲桿3 和四個導柱4，主軸箱2滑動安裝于導柱4上，主軸箱2與滾珠絲桿3傳動配 合。滾珠絲桿3由步進電機帶動，主軸箱2通過該滾珠絲桿3的傳動控制而 實現在X軸方向運動。所述的機架5兩端的底部分別鉸接有五個液壓油缸，液壓油缸的下端均 鉸接于機床底座1上，機架5兩端的液壓油缸成對稱布置。在機架5其中一端的液壓油缸中，內側兩個液壓油缸6和7安裝在平行 于機床Y軸和Z軸所在的平面內，該兩個液壓油缸6和7的上端分別鉸接于 機架5的兩側，該兩個液壓油缸6和7呈"八"字形，中間的兩個液壓油缸8 和9安裝在平行于機床Y軸和Z軸所在的平面內，該兩個液壓油缸8和9的 上端鉸接于機架5的同一軸上，該兩個液壓油缸8和9呈"人"字形，第五 個液壓油缸10傾斜安裝在機床X軸和Z軸所在的平面內，該液壓油缸10的 兩端分別通過關節軸承連接機架5和機床底座1。上述的各個液壓油缸連接于供油回路中，圖13所示，所述的液壓油缸均 與一 06比例調速閥和三位四通閥串聯，再并聯接入供油回路中。所述的液壓油缸上均安裝有光電編碼器，光電編碼舉實時檢測相應的液 壓油缸的位移量并將該數據輸送至數按系統PLC控制的PID輸入端，從而控 制各液壓油缸工作的同步和協調，使液壓油缸的控制達到采用閉環控制的目 的。所述的供油回路中接入有三個用于供給壓力油的不同排量的油泵、兩個 油馬達、兩個三位四通閥，三個油泵并聯連接，兩個油馬達、兩個三位四通 閥連接成可切換油馬達正反轉的回路后再與油泵連接；兩個油馬達之間還并 聯有一個二位二通閥，通過該二位二通閥可以改變兩個油馬達的并串聯的狀
態，，使兩個油馬達可以并聯使用或串聯使用。所述的油馬達與主軸連接。主軸的動力由兩個油馬達提供，油馬達可串 聯或是并聯動作為主軸提供動力。兩個油馬達由兩個三位四通閥負責液壓油油路控制的轉換，通過控制兩 個三位四通閥可以控制油馬達正轉或反轉。油馬達的動力由三個不同排量的油泵提供壓力油，三個油泵輸出的壓力油可單獨或共同輸向油馬達。因此，主軸有12套不同功率和轉速的動力方案 可以切換和選擇，可滿足機床不同的加工工藝要求并可達到節能的目的。所述液壓油缸與一06比例調速闊和三位四通閥串聯，再并聯于供油回路 中。通過數控系統控制06比例調速閥的流量可以控制液壓油缸推桿的運動速 度，各液壓油缸推桿聯動共同控制主軸實現設定的軌跡運動。本實用新型機床的Y軸、Z軸采用虛擬軸模式，由安裝在平行于機床Y 軸和Z軸所在的平面內的八個液壓油缸共同完成，其傳動為無間隙傳動，另 外兩個液壓油缸10的作用為平衡機架5，避免機架5左右擺動。本實用新型機床的X軸由四根導柱4構成。由于本實用新型整機硬件結 構筒單，在機械結構上影響加工工差的因素減少，整機生產成本低，通過數 控系統可以控制主軸向各個方向運動，能實現更多更復雜的運動軌跡，能加 工出更加復雜的零件。本實用新型中機床底座的兩邊為主基礎，每一邊上面安裝裝五支液壓油 缸， 一共為十支液壓油缸，機床底座兩邊的液壓油缸對稱分布。對于機架5 其中一端的液壓油缸中，位于內側的兩個液壓油缸6和7分別為角度油缸B 和補助油缸D;位于中間的兩個液壓油缸9和8分別為主油缸Al、主油缸 A2;最外側的一個液壓油缸10為平衡油缸C。 液壓油缸9和8 (主油缸Al和主油缸A2)控制機架5的左右和上下移 動運動，液壓油缸6 (角度油缸B)控制機架5水平或角度。液壓油缸6 (平衡油缸C)為主要的主要作用是控制機架5左右兩邊的平 衡和穩定。液壓油缸7 (補助油缸D)安裝裝在液壓油缸6 (角度油缸B)的對稱面， 液壓油缸7 (補助油缸D)主要是控制機架5的平衡，并對其進行穩定調節。為進一步揭示對本實用新型，以下結合機床的動作原理與控制進行說明。 機床的復位原點是在機床運行的左邊，機床出廠時，在液壓油缸9和8(主油 缸A1和主油缸A2)、液壓油缸6 (角度油缸B)都已設置好復位原點，原點 的檢測由高速計數器在編碼器上讀取和寫入。本實用新型中設定機架5角度原點為0度，機架5逆時針運行為正，順 時針運行為負，運行上限為正90度，下限為負90度。設定機架5在0度運行時左行為正，右行為負；垂直上行為正，垂直 下行為負。設定機架5在斜角度運行時沿主軸工進為負，返回為正；沿斜面上行 為正，沿斜面下行為負。
以下結合附圖4至12對本實用新型的各個液壓油缸的位移的計算進行說 明，下述為本實用新型各液壓油缸位移的計算公式
主缸A1計算公式Al-v(Yl+Y2+Y3+Y4+Y5+Y6+Y7)^(Zl+Z2+zS^4+Z5+^6+Z7)2 主缸A2計算公式A2=7(Y10-Yl+Y2+Y3+Y4+Y5+Y6+Y7)2+(Z1+Z27z3+Z4+Z5+Z6+Z7f 角度控制油缸B計算公式B- +Y2+Y3+Y4+Y5+Y6+Y7;0)I+(Z0+Zl+zT+Z3:fZ4+Z5+Z6+Z7)2 平衡缸C的計算公式1. 從三角形ABC中BC的數據是固定的；BC-(C1-C2) /22. 平衡缸C長度先求A1B1長度，AlBl-、/ (DT130-Y10/2)2 +DT20823. 把A1B1的長度代入A圖中的AC: AB- /AC2 +BC2上述公式中，DT130是放置機架Y的位移量的數據庫，DT208是放置Z方向位移總 量的數據庫。公式中的Y0-Y7是機床在各個功能動作中所發生的水平方向位移量。 公式中的Z0-Z7是機床在各個功能動作中所發生的垂直方向位移量。 公式中的Y和Z的三角涵數計算中的真正正負涵義，在PLC編程中具 體處理。以上的Y軸Z軸的控制以及在土90度范圍內的角度控制，并在這一角度 內的平移、垂直移、斜移、在0-800的半徑擺角控制，都可以通過電腦(或數 控系統)準確計算出各油缸A1、 A2、 B、 C的位移量。機架5在水平方向運動圖4、 5所示，水平方向左移時，機架水平移 動的變化量為Y2，液壓油缸9 (主油缸A1)伸長，液壓油缸8 (主油缸A2)
縮短，液壓油缸6 (角度油缸B)伸長，液壓油缸7 (補助油缸D)跟隨液壓 油缸8 (主油缸A2) —起縮短運動；機架5水平向右運動時，液壓油缸8 (主 油缸A2)伸長，液壓油缸9 (主油缸A1)和液壓油缸6 (角度油缸B)縮短， 液壓油缸7 (補助油缸D)跟隨液壓油缸8 (主油缸A2) —起伸長運動。機架5在Z方向向下運動時圖6所示，機架垂直移動的變化量為Z2， 液壓油缸9 (主油缸A1)、液壓油缸8 (主油缸A2)、液壓油缸6 (角度油缸 B)、液壓油缸10 (平衡油缸C)為主動油缸，該八個液壓油缸一起向下運動， 兩個液壓油缸7 (補助油缸D)是被動缸，在主動油缸的帶動下同時向下運動。機架5在Z方向向上運動時，與機架5在Z方向向下運動的原理相同， 十個油缸均反向向上運行。機架5在正角度模式工作圖7、 8、 9所示，角度變化后的水平位移量 為Y0，角度變化后的垂直位移量為Z0,輸入一個角度值，液壓油缸6(角度 油缸B)伸長，在三角涵數中可得出ZO、 Y0的位移量，數控系統自動計算出 其位移量并控制機架5運動到設定的位置。當機架5在正角度模式下工作，平行于斜面運動的水平變化量為Y4，平 行于斜面運動的垂直變化量為Z4，機架延主軸方向運動的水平變化量為Y3， 機架延主軸方向運動的垂直變化量為Z3。機架5延斜面上下運行，通過上述 的計算公式，我們可得到Z4、 Y4的位移量。機架延軸向上下運行時，我們可 得到Z3、 Y3的位移量。同樣，我們可在總的公式運算中得到A1、 A2、 B油 缸中各自的長度。機架5在負角度模式工作與正角度的模式運行的原理相同。本實用新型的機床具有結構簡單，多功能的優點，只要開發或增加程序， 就可使機器完成更多的動作與功能，如完成各種圓弧插補動作，或者使整個
機架5擺動銑屑加工，圖10所示，只要設置不同的擺動半徑，使用不同長度的刀具，就能方便地完成需要的加工工藝；還可以在機架5傾斜一定角度后，保持這一角度，機架5作水平和垂直動作，整個動作過程機架的角度不變。 液壓油缸IO (平衡油缸C)的控制；為了使機架5不往左右兩邊位移， 液壓油缸IO (平衡油缸C)就一定要在機架5的運動中，同步跟蹤控制。在機架5需作快速運行時，主軸功率可全部或部分合并給機架5運行使 用。液壓油缸9和8 (主油缸A1和主油缸A2)、液壓油缸6 (角度油缸B)、 液壓油缸10 (平衡油缸C)由直徑140MM的油缸組成，由四個06比例調速 閥控制，主軸功率由兩個150流量的油馬達帶動，兩個油馬達可并聯或是串 聯使用，三個油泵可各自單個或是同時多個一起使用，也就是說主軸的傳動 是有多種功率和多種速度的選擇。以上所述僅是本實用新型的較佳實施例，故凡依本實用新型專利申請范 圍所述的構造、特征及原理所做的等效變化或修飾，均包括于本實用新型專 利申請范圍內。
權利要求1. 多功能并聯數字鏜床，其特征在于它包括機床底座(1)、機架(5)，液壓油缸、主軸箱(2)，機架(5)上安裝有滾珠絲桿和至少兩個導柱(4)，主軸箱(2)滑動安裝于導柱(4)上，主軸箱(2)與滾珠絲桿傳動配合；機架(5)兩端的底部分別鉸接有五個液壓油缸，液壓油缸的下端均鉸接于機床底座(1)上，機架(5)兩端的液壓油缸成對稱布置；在機架(5)其中一端的液壓油缸中，內側兩個液壓油缸(6)和(7)安裝在平行于機床Y軸和Z軸所在的平面內，該兩個液壓油缸(6)和(7)的上端分別鉸接于機架(5)的兩側，該兩個液壓油缸(6)和(7)呈“八”字形，中間的兩個液壓油缸(8)和(9)安裝在平行于機床Y軸和Z軸所在的平面內，該兩個液壓油缸(8)和(9)的上端鉸接于機架(5)的同一軸上，該兩個液壓油缸(8)和(9)呈“人”字形，第五個液壓油缸(10)傾斜安裝在機床X軸和Z軸所在的平面內，該液壓油缸(10)的兩端分別通過關節軸承連接機架(5)和機床底座(1)；各液壓油缸連接入供油回路中。
2、 根據權利要求1所述的多功能并聯數字鏜床，其特征在于所述的液 壓油缸均與一06比例調速閥和三位四通閥串聯，再并聯接入供油回路中。
3、 根據權利要求1所述的多功能并聯數字鏜床，其特征在于所述的液 壓油缸上均安裝有實時檢測相應的液壓油缸的位移量并將該數據輸送至數按 系統PLC控制的PID輸入端的光電編碼器。
4、 根據權利要求1所述的多功能并聯數字鏜床，其特征在于所述的供油回路中接入有三個用于供給壓力油的不同排量的油泵、兩個油馬達、兩個 三位四通閥，三個油泵并聯連接，兩個油馬達、兩個三位四通閥連接成可切 換油馬達正反轉的回路后再與油泵連接；兩個油馬達之間還并聯有一個用于 切換油馬達的并串聯狀態的二位二通閥。
5、根據權利要求4所述的多功能并聯數字鏜床，其特征在于所述的油 馬達與主軸連接。
專利摘要本實用新型涉及數控機械加工設備技術領域，特指一種多功能并聯數控鏜床，它包括機架、機床底座，機架兩端的底部分別鉸接有五個液壓油缸，液壓油缸的下端均鉸接于機床底座上，機架兩端的液壓油缸成對稱布置，通過八個液壓油缸共同虛擬出機床的Y軸和Z軸，機床主軸可以向各個方向運動，使機床主軸可以模擬出更多復雜的軌跡，本實用新型結構簡單，機床主軸可以向各個方向運動，使機床主軸可以模擬出更多更復雜的軌跡運動，加工精度高，加工效率高，且設備成本低。
文檔編號B23B39/10GK201079848SQ20072005296
公開日2008年7月2日 申請日期2007年6月19日 優先權日2007年6月19日
發明者張譚才 申請人:張譚才