改進的直驅四軸精準加工機床的制作方法
【專利摘要】改進的直驅四軸精準加工機床,床身(3)下部水平工作臺上交叉安裝Y軸橫梁(11)和X軸導軌(12)，在床身(3)下部水平工作臺最上層安裝X軸滑板(9)，X軸滑板(9)上固定伺服電機(15)，伺服電機(15)驅動軸與X軸方向平行，而且在伺服電機(15)驅動軸前端上連接A軸旋轉盤(17)，在A軸旋轉盤(17)前端連接安裝夾具(14)。采用電機直接驅動A旋轉軸的結構形式，可顯著降低電機負載功率，有效提升數控機床的動態性能。不但提高A軸旋轉的可控性和移動精度，極大減少故障發生幾率，也相應減少了設備體積和重量，減少耗時，并能起到降低生產加工成本的效果。
【專利說明】
改進的直驅四軸精準加工機床
技術領域
[0001]本實用新型涉及機械加工的車床設備領域，尤其是改進的直驅四軸精準加工機床。
【背景技術】
[0002]加工中心是從數控銑床發展而來的。與數控銑床的最大區別在于加工中心具有自動交換加工刀具的能力，通過在刀庫上安裝不同用途的刀具，可在一次裝夾中通過自動換刀裝置改變主軸上的加工刀具，實現多種加工功能。作為機械中的工作母機，數控機床具備精確的伺服系統及機體結構，可以達致精準金屬切削要求，其靈活的加工方式，能滿足生產中不同工序，對經常轉換的產品種類，尤為合適。數控車床進給加工路線指車刀從對刀點或機床固定原點開始運動起，直至返回該點并結束加工程序所經過的路徑，包括切削加工的路徑及刀具切入、切出等非切削空行程路徑。精加工的進給路線基本上都是沿其零件輪廓順序進行的，因此，確定進給路線的工作重點是確定粗加工及空行程的進給路線。數控加工中心是由機械設備與數控系統組成的適用于加工復雜零件的高效率自動化機床，可加工常規方法難于加工的復雜型面，甚至能加工一些無法觀測的加工部位，數控加工的缺點是機床設備費用昂貴，要求維修人員具有較高水平。
[0003]數控加工中心是一種功能較全的數控加工機床。它把銑削、鏜削、鉆削、攻螺紋和切削螺紋等功能集中在一臺設備上，使其具有多種工藝手段。加工中心設置有刀庫，刀庫中存放著不同數量的各種刀具或檢具，在加工過程中由程序自動選用和更換。這是它與數控銑床、數控鏜床的主要區別。特別是對于必需采用工裝和專機設備來保證產品質量和效率的工件。這會為新產品的研制和改型換代節省大量的時間和費用，從而使企業具有較強的競爭能力。加工中心常按主軸在空間所處的狀態分為立式加工中心和臥式加工中心，加工中心的主軸在空間處于垂直狀態的稱為立式加工中心，主軸在空間處于水平狀態的稱為臥式加工中心。主軸可作垂直和水平轉換的，稱為立臥式加工中心或五面加工中心，也稱復合加工中心。按加工中心立柱的數量分;有單柱式和雙柱式或龍門式。按加工中心運動坐標數和同時控制的坐標數分:有三軸二聯動、三軸三聯動、四軸三聯動、五軸四聯動、六軸五聯動等。三軸、四軸是指加工中心具有的運動坐標數，聯動是指控制系統可以同時控制運動的坐標數，從而實現刀具相對工件的位置和速度控制。按工作臺的數量和功能分:有單工作臺加工中心、雙工作臺加工中心，和多工作臺加工中心。按加工精度分:有普通加工中心和高精度加工中心。普通加工中心，分辨率為Ιμπι，最大進給速度15?25m/min，定位精度1ynLS右。高精度加工中心、分辨率為Ο.?μπι，最大進給速度為15?100m/min，定位精度為2μπι左右。介于2?ΙΟμπι之間的，以±5μηι較多，可稱精密級。
[0004]—般工件在空間未定位時，有六個自由度，Χ\Υ\Ζ三個線性位移自由度和與其對應的A\B\C三個旋轉位移自由度。六個自由度通常用笛卡爾直角坐標系的X\Y\Z來表達三個線性軸，用與其對應的A\B\C來表達三個旋轉軸。諸如多軸數控機床，也就是加工中心在設計時，需要根據加工對象規劃設置軸數。較常見的是三軸數控加工中心，其具有X\Y\Z三個線性位移軸。所謂四軸加工中心一般是加了一個旋轉軸，通常稱為第四軸。相應的加工中心就是四軸加工中心。一般除了 X\Y\Z以外，在水平的X方向還有一個A旋轉軸，用來加工圓形之類的工件，多出的一個軸一般處理出來是A\B\C這樣的指令。
[0005]《中國機械工程》，2013，24(8):1007-1012，刊登了《基于模塊化設計技術》，研究了一種完全由直線電機驅動的新型四軸聯動數控機床，并介紹了其基本結構型式。以該機床并聯主軸模塊為研究對象，基于虛功原理，并結合其運動學特性，建立了該主軸機構的剛體動力學模型。以此，提出了機床配重質量配比優化方法，對單邊并聯雙直線電機驅動力進行了優化。然而，隨著研究的不斷深入，研究人員發現，多自由度并聯機床存在諸多缺陷，如工作空間小、位形奇異、運動耦合、加工精度低等，限制了并聯機床的進一步實用化。因此，出現了基于少自由度并聯機構的混聯機床。混聯機床屬于并聯機床概念范疇，在結構上擴大了工作空間，同時降低了機床設計和控制的難度。
[0006]現有的傳統龍門加工中心為雙立柱結構，尤其是，X主軸旋轉軸采用渦輪機構傳動，存在著設備體積龐大、成本高昂、裝夾困難而且易于出現故障等問題，以致在生產加工時往往需要消耗大量的時間和人力。
【實用新型內容】
[0007]本實用新型的目的是提供改進的直驅四軸精準加工機床，能夠優化機床加工中心的結構，降低生產加工成本。
[0008]本實用新型的目的將通過以下技術措施來實現:包括床身、z軸頭加工裝置、z主軸頭、X軸滑板、Y軸橫梁、X軸導軌、夾具、伺服電機、電源和A軸旋轉盤;床身上部安裝z軸頭加工裝置，z軸頭加工裝置底部向下垂直安裝z主軸頭，床身下部水平工作臺上交叉安裝Y軸橫梁和X軸導軌，在床身下部水平工作臺最上層安裝X軸滑板，X軸滑板上固定伺服電機，伺服電機驅動軸與X軸方向平行，而且在伺服電機驅動軸前端上連接A軸旋轉盤，在A軸旋轉盤前端連接安裝夾具，伺服電機與電源連接。
[0009]尤其是，在床身上部z軸頭加工裝置旁安裝刀庫，刀庫朝向z軸頭加工裝置一側有滑槽且其上安置待選刀具。
[0010]尤其是，在z主軸頭旁安裝冷卻液管，z主軸頭下端夾持加工刀具。
[0011 ]尤其是，在床身下部水平工作臺上，沿Y軸方向平行安裝一組Y軸橫梁，在這組Y軸橫梁上方垂直的交叉安裝一組相互平行的X軸導軌，在這組X軸導軌上方安裝二根相互平行的X軸滑板，在其中一個X軸滑板上方固定伺服電機和A軸旋轉盤，在另一個X軸滑板上方固定定位擋板滑座，在A軸旋轉盤和定位擋板滑座之間安裝夾具。
[0012]尤其是，z軸頭加工裝置外壁上安裝控制板。
[0013]本實用新型的優點和效果:采用電機直接驅動A旋轉軸的結構形式，可顯著降低電機負載功率，有效提升數控機床的動態性能。不但提高A軸旋轉的可控性和移動精度，極大減少故障發生幾率，也相應減少了設備體積和重量，減少耗時，并能起到降低生產加工成本的效果。提高加工效率，簡化加工程序。加工質量穩定，加工和重復精度高，因而具有十分廣闊的應用前景。
【附圖說明】
[0014]圖1為本實用新型實施例1結構示意圖。
[0015]附圖標記包括:刀庫1、待選刀具2、床身3、z軸頭加工裝置5、控制板6、z主軸頭7、冷卻液管8、X軸滑板9、定位擋板滑座10、Y軸橫梁11、X軸導軌12、工件13、夾具14、伺服電機15、電源16、A軸旋轉盤17。
【具體實施方式】
[0016]本實用新型包括:床身3、z軸頭加工裝置5、z主軸頭7、X軸滑板9、Y軸橫梁11、X軸導軌12、夾具14、伺服電機15、電源16和A軸旋轉盤17。
[0017]下面結合附圖和實施例對本實用新型作進一步說明。
[0018]實施例1:如附圖1所示，床身3上部安裝z軸頭加工裝置5，z軸頭加工裝置5底部向下垂直安裝z主軸頭7，床身3下部水平工作臺上交叉安裝Y軸橫梁11和X軸導軌12，在床身3下部水平工作臺最上層安裝X軸滑板9，X軸滑板9上固定伺服電機15，伺服電機15驅動軸與X軸方向平行，而且在伺服電機15驅動軸前端上連接A軸旋轉盤17，在A軸旋轉盤17前端連接安裝夾具14，伺服電機15與電源16連接。
[0019]前述中，在床身3上部z軸頭加工裝置5旁安裝刀庫I，刀庫I朝向z軸頭加工裝置5—側有滑槽且其上安置待選刀具2。
[0020]前述中，在z主軸頭7旁安裝冷卻液管8，z主軸頭7下端夾持加工刀具。
[0021]前述中，在床身3下部水平工作臺上，沿Y軸方向平行安裝一組Y軸橫梁11，在這組Y軸橫梁11上方垂直的交叉安裝一組相互平行的X軸導軌12，在這組X軸導軌12上方安裝二根相互平行的X軸滑板9，在其中一個X軸滑板9上方固定伺服電機15和A軸旋轉盤17，在另一個X軸滑板9上方固定定位擋板滑座10，在A軸旋轉盤17和定位擋板滑座10之間安裝夾具14。
[0022]前述中，z軸頭加工裝置5外壁上安裝控制板6。
[0023]本實施例中，定位擋板滑座10上具有軸承從動機構。
[0024]本實用新型中，床身3自帶的動力驅動X軸滑板9和夾具14沿Y軸橫梁11、X軸導軌12完成X-Y軸平面的位移，同時，由伺服電機15驅動A軸旋轉盤17帶動夾具14完成工件13沿A周旋轉動作。
[0025]本實用新型中，優化機床加工中心的結構，為了實現對X軸、Y軸行程尤其是A旋轉軸的自動化精準控制，A旋轉軸摒棄以往常規的聯動蝸輪傳動驅動模式，采用伺服電機直接驅動A軸旋轉，轉速可達200轉每分鐘，精度到底千分之一；舊的采用渦輪連桿驅動，轉速為300轉每分鐘，精度卻只有百分之一。以上結合具體實施例描述了本發明的技術原理。這些描述只是為了解釋本發明的原理，而不能以任何方式解釋為對本實用新型保護范圍的限制。基于此處的解釋，本領域的技人員不需要付出創造性的勞動即可聯想到本實用新型的其它【具體實施方式】，這些方式都將落本實用新型的保護范圍之內。
【主權項】
1.改進的直驅四軸精準加工機床，包括床身(3)、z軸頭加工裝置(5)、z主軸頭(7)、X軸滑板(9)、Y軸橫梁(11)、X軸導軌(12)、夾具(14)、伺服電機(15)、電源(16)和A軸旋轉盤(17);其特征在于，床身(3)上部安裝z軸頭加工裝置(5)，z軸頭加工裝置(5)底部向下垂直安裝z主軸頭(7 )，床身(3)下部水平工作臺上交叉安裝Y軸橫梁(11)和X軸導軌(12)，在床身(3)下部水平工作臺最上層安裝X軸滑板(9)，X軸滑板(9)上固定伺服電機(15)，伺服電機(15)驅動軸與X軸方向平行，而且在伺服電機(15)驅動軸前端上連接A軸旋轉盤(17)，在A軸旋轉盤(17)前端連接安裝夾具(14)，伺服電機(15)與電源(16)連接。2.如權利要求1所述的改進的直驅四軸精準加工機床，其特征在于，在床身(3)上部z軸頭加工裝置(5)旁安裝刀庫(I)，刀庫(I)朝向z軸頭加工裝置(5)—側有滑槽且其上安置待選刀具(2)。3.如權利要求1所述的改進的直驅四軸精準加工機床，其特征在于，在z主軸頭(7)旁安裝冷卻液管(8)，z主軸頭(7)下端夾持加工刀具。4.如權利要求1所述的改進的直驅四軸精準加工機床，其特征在于，在床身(3)下部水平工作臺上，沿Y軸方向平行安裝一組Y軸橫梁(11)，在這組Y軸橫梁(11)上方垂直的交叉安裝一組相互平行的X軸導軌(12)，在這組X軸導軌(12)上方安裝二根相互平行的X軸滑板(9)，在其中一個X軸滑板(9)上方固定伺服電機(15)和A軸旋轉盤(17)，在另一個X軸滑板(9)上方固定定位擋板滑座(10)，在A軸旋轉盤(17)和定位擋板滑座(10)之間安裝夾具(14)。5.如權利要求1所述的改進的直驅四軸精準加工機床，其特征在于，z軸頭加工裝置(5)外壁上安裝控制板(6)。
【文檔編號】B23Q37/00GK205465473SQ201620117197
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年2月5日
【發明人】薛明敏
【申請人】昆山鉅全金屬工業有限公司