專利名稱：具有雙五軸聯(lián)動系統(tǒng)的異型石材多功能復合加工中心的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種石材加工設備，特別是涉及一種具有雙五軸聯(lián) 動功能和雙工作頭同步切削功能的異型石材高速高效復合加工中心，
可實現對石材臥式和立式等多種形態(tài)的加工；可完成對石材制品的車
削、銑削、磨削、雕刻、鋸切等多種形式的加工。
背景技術：
天然石材由于具有質感好、外觀莊重、機械及物理化學性能良好 (如耐壓、耐磨及耐腐蝕)等優(yōu)點，自古以來就是一種優(yōu)良的建筑材料。 隨著改革開放帶來的發(fā)展機遇，我國已成了世界上名副其實的"石材 加工廠"。相對石材產業(yè)的快速發(fā)展，我國石材裝備產業(yè)的發(fā)展則比 較滯后，主要表現在以下幾個方面
1、石材加工設備的加工能力比較單一。近年來，隨著石材產業(yè) 的發(fā)展，我國石材加工裝備技術有所提高，用于在荒料切割和板材加 工的設備日益完善，同期也出現了一定數量的可實現三軸聯(lián)動的石材 浮雕和曲線曲面數控加工設備。但相對國際市場而言，仍然只是停留 在提供勞工密集型制品和低附加值制品的加工水平上，對于具有高附 加值的異型石材制品，如各種回轉面柱體、羅馬柱、柱頭、柱帽、柱 體花紋、碑石、復雜的平面浮雕、人體雕塑等異型石材制品，仍然以 手工加工為主。這嚴重制約了我國建筑裝飾裝修的水平和品位的提
高，也阻礙了裝飾裝修行業(yè)的發(fā)展。
2、 設備的加工效率較低。制約石材加工效率的因素主要表現在
以下幾個方面第一、石材制品的加工通常要經過輪廓加工、粗加工、 精加工、拋磨加工等多個工序，目前的加工技術都是通過不同設備來 完成的，不但費時費力，而且很難保證需要的加工精度，特別是拋磨 加工仍以手工加工為主，生產效率很低而加工成本很高；其次，以龍 門式加工設備為主的國內石材加工設備，其橫梁大都使用同一部伺服 電機通過一根穿過橫梁下方的轉軸使兩側的齒輪齒條副實現同步運 動，其進給速度較低而且進給精度不高；第三、相對國外設備采用多 工作頭同步加工和高速加工技術而言，國內的多工作頭同步高速高效 加工設備仍然是空白。
3、 制品的加工質量不高。石材板材、曲面等制品的加工設備一 般以龍門式加工設備為主，其進給系統(tǒng)大都采用齒輪齒條副進給。尤 其是龍門橫梁的Y軸向進給系統(tǒng)，由于其結構上的限制，國內設備只 能通過同一根轉軸驅動兩側齒輪齒條副來實現，其進給精度較低；其 次目前石材加工設備的垂直進給系統(tǒng)一般采用液壓進給系統(tǒng)或螺旋 絲桿副進給系統(tǒng)，采用液壓進給系統(tǒng)的一般在垂直方向上都沒有進給 精度要求，而采用單一的螺旋絲桿副進給系統(tǒng)，由于絲桿在實現機構 進給的同時還要承受垂直進給系統(tǒng)的重力作用，這對絲桿副和伺服系 統(tǒng)都提出了很高的要求，同時采用單一的螺旋絲桿副進給系統(tǒng)容易產 生斷電滑移現象，很難保證加工質量。
4、 石材作為一種硬脆性材料，相對于普通的金屬切削具有不同
的切削特性和切削工藝要求，比如對于回轉體類石材制品的車削加 工，加工工件的尺寸和體積一般都比較大，不適合高速旋轉，所以不 能采用普通的金屬車削車刀，而是使用圓盤鋸片形切削工具，通過鋸 片的高速旋轉來獲得切削加工所需要的切削速度。同時石材制品對光 澤度要求較高，對制品的尺寸精度要求相對較低，因此使用金屬加工 機床或加工中心來完成石材制品的加工不但對機床本身造成一定的 破壞，而且還很難達到相應的加工精度要求。
因此研制適合不同類型石材制品加工需求的多功能復合高速高 效加工中心成為提升我國石材加工裝備技術水平的必由之路。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種高速高效的異型石材多功能復合加 工中心。該加工中心能夠實現對石材制品的臥式五軸聯(lián)動和立式五軸 聯(lián)動加工，完成對石材制品的車削、銑削、磨削、雕刻、鋸切等多種 形式的加工，并能實現軸向高速進給和多工作頭的同步高效加工。
本發(fā)明的目的是通過以下技術方案實現的
具有雙五軸聯(lián)動系統(tǒng)的異型石材多功能復合加工中心，該加工中 心采用動龍門結構，龍門橫梁由兩部同步伺服電機和通過兩側螺旋絲 桿副實現Y軸向驅動，橫梁上安裝有Z軸水平滑鞍，滑鞍上分別安 裝有車削工作頭部件和雕銑工作頭部件，其垂直方向的進給系統(tǒng)由一 套螺旋絲杠進給系統(tǒng)和液壓輔助進給系統(tǒng)組成，其中車削工作頭通過
同一部伺服電機可實現A軸旋轉分度和切削刀具的旋轉運動，雕銑 工作頭可實現B軸旋轉分度,加工中心的龍門橫梁下配有臥式旋轉分
度工作臺和立式旋轉分度工作臺；該加工中心配有雙五軸聯(lián)動數控系 統(tǒng)，可實現對石材制品的臥式五軸聯(lián)動加工和立式五軸聯(lián)動加工，可 完成對石材制品車削、銑削、磨削、雕刻、鋸切多種加工形式。
所述具有雙五軸聯(lián)動系統(tǒng)的異型石材多功能復合加工中心，其龍 門橫梁由兩側的滾珠導軌支撐并定位在兩側立柱上，通過兩側的螺旋 絲杠副驅動實現Y軸向進給，兩側的進給絲杠分別由兩部相同的伺 服電機和帶同，數控系統(tǒng)通過同一部變頻系統(tǒng)向兩部電機發(fā)送相同的 驅動信號，實現雙側高速高精密同步驅動。
所述具有雙五軸聯(lián)動系統(tǒng)的異型石材多功能復合加工中心，其X 軸垂直進給系統(tǒng)由一套螺旋絲杠副與液壓輔助系統(tǒng)共同組成，螺旋絲 杠副的螺母與垂直滑鞍相連，液壓系統(tǒng)的液壓缸與垂直滑鞍相連，液 壓閥與橫梁滑鞍上的支點通過回轉副相連，其中螺旋絲杠副提供垂直 方向的定位作用，液壓系統(tǒng)為穩(wěn)壓系統(tǒng)，提供輔助的重力支撐和斷電 保護。
所述具有雙五軸聯(lián)動系統(tǒng)的異型石材多功能復合加工中心，其龍 門橫梁下分別安裝有臥式旋轉分度工作臺和立式旋轉分度工作臺。其 中臥式旋轉分度工作臺的主軸箱由伺服電機通過主軸直接連接被加 工工件；立式旋轉分度工作臺的伺服驅動電機通過一對對頂擰緊的蝸 輪蝸桿和副消除齒輪傳動中的齒側間隙，可實現高精度的旋轉分度。
具有雙五軸聯(lián)動系統(tǒng)的異型石材多功能復合加工中心，用于石材 加工的雙工作頭切削裝置，其雕銑工作頭部件和車削工作頭部件并列 放置在水平滑鞍上，兩個工作頭都具有獨立的垂直進給系統(tǒng)，其中雕
銑工作頭部件可實現B軸旋轉分度，車削工作頭繞A軸的旋轉分度， 兩個工作頭在Y軸向錯位距離在100mm-350mm之間，雙工作頭同步 加工時車削工作頭在回轉體的側面進行車削加工的同時，雕銑工作 頭沿工件的軸線垂直方向進行端面磨削或高速切削。 本發(fā)明的優(yōu)點與效果是
1. 通過合理配置車削工作頭和雕銑工作頭及臥式工作臺與水平 工作臺，加工中心能夠實現對石材制品的臥式五軸聯(lián)動和立式五軸聯(lián) 動加工，其中車削工作頭安裝圓盤車刀可實現對石材制品的車削和鋸 切加工，雕銑工作頭可安裝雕銑刀具和端面磨具，可實現對石材制品 的雕銑、磨削加工。加工中心的功能滿足大部分異型石材制品的加工 功能要求。
2. 本發(fā)明所有軸向進給系統(tǒng)均采用螺旋絲杠副進給系統(tǒng)具有更 高的進給精度。其中橫梁Y軸向的進給采用雙側同步驅動技術，避免 了單側驅動時產生的大扭矩對橫梁長度的限制，比傳統(tǒng)石材加工設備 采用的齒輪齒條副具有更高的進給精度和進給速度。
3. 本發(fā)明的X軸垂直進給方向由螺旋絲杠副與液壓輔助支撐系 統(tǒng)共同組成，其中液壓系統(tǒng)承受了垂直方向的重力，螺旋絲杠副的螺 母與垂直滑鞍相連并定位。這種結構在不影響傳動精度的情況下，減 少了螺旋絲杠進給系統(tǒng)的垂直負載，提高了進給速度，同時液壓系統(tǒng) 還可提供斷電保護。
4. 本發(fā)明的臥式工作臺主軸，通過聯(lián)軸器直接與伺服電機相連; 立式工作臺的主軸由伺服電機通過一對對頂的蝸桿傳動副傳動。對頂
蝸桿渦輪副使得傳動鏈上的齒輪分別與齒輪的兩個側面精密結合，有 效消除了因為齒側間隙而形成的傳動誤差。兩個工作臺的旋轉分度精
度都可以達到20'。
5.本發(fā)明橫梁滑鞍上的車削工作頭與雕銑工作頭并排放置，兩 個工作頭都具有獨立的垂直進給系統(tǒng)，可以實現對石材制品的同步高 效加工。兩個工作頭Y軸向位置錯位放置，這種結構能夠使雙工作頭 在對回轉體進行同步加工時避免產生過大的切向剪切力和振動。


圖l為本發(fā)明加工中心的主視圖2為本發(fā)明加工中心的俯視圖3為本發(fā)明加工中心的A-A局部剖視圖4為本發(fā)明加工中心立式工作臺的主視圖。
具體實施例方式
下面參照附圖對本發(fā)明進行詳細說明。
具有雙五軸聯(lián)動系統(tǒng)的異型石材多功能復合加工中心，其橫梁上 安裝有Z軸水平滑鞍，滑鞍上并列安裝著雕銑工作頭部件和車削工作 頭部件。其中雕銑工作頭部件由一個帶自動換刀功能的高速電主軸與 一套渦輪蝸桿旋轉分度機構共同組成，可實現B軸旋轉分度，其分度 主軸上還安裝有一套液壓鎖緊的輔助裝置；其車削工作頭部件通過一 部大功率的伺服電機既能為車削工作頭的旋轉運動提供主切削力，又 能實現車削工作頭繞A軸的旋轉分度。其Z軸水平滑鞍上并列放置 的車削工作頭與雕銑工作頭在Y軸向方向上錯位放置，分別具有獨立的伺服進給系統(tǒng)，可實現對回轉體石材制品和平面石材制品的同步 切削加工。其X軸垂直進給系統(tǒng)由一套螺旋絲杠副與液壓輔助系統(tǒng) 共同組成，垂直方向由螺旋絲杠副定位，液壓系統(tǒng)提供輔助的重力支
撐和斷電保護，可實現X軸垂直方向的高速高效進給。其龍門橫梁
下分別安裝有臥式旋轉分度工作臺和立式旋轉分度工作臺。其中臥式
旋轉分度工作臺的主軸箱由伺服電機通過主軸直接連接被加工工件； 立式旋轉分度工作臺采用一種雙蝸桿對頂齒側消隙傳動技術，可實現 高精度的旋轉分度。其兩側立柱上分別安裝有水平放置的刀庫，分別 放置雕銑工具和磨拋工具，雕銑電主軸上安裝有液壓打刀和液壓夾 具，可實現自動換刀，不使用額外的換刀手。
加工中心采用動龍門結構，圖l為本發(fā)明的主視圖。加工中心的 龍門橫梁2由兩側立柱1上的定位導軌3支撐，通過兩側的螺母4、 7與絲杠5、 8構成的螺旋副獲得進給運動。從圖2可以看出，絲杠5、 8分別由相同的伺服電機6和9驅動。數控系統(tǒng)通過同一部變頻系統(tǒng) 向兩部電機發(fā)送相同的變頻信號，從而實現Y軸向同步高速高精密 驅動。其軸向最大進給速度可達20 (m/s)，重復定位精度可達20 (u m/m)。在龍門橫梁2的側面安裝有Z軸水平橫梁滑鞍10，從 圖3上可以看出該橫梁滑鞍10通過安裝在橫梁頂端的導軌11和安裝 在側面的導軌12定位和支撐。橫梁滑鞍10通過與其相連的螺母13 與絲杠14組成螺旋傳動鏈，從圖1可以看出，絲杠14是由伺服電機 15直接驅動的。
橫梁滑鞍10上分別安裝有雕銑工作頭部件和車削工作頭部件， 其雕銑工作頭和車削工作頭具有獨立的垂直進給系統(tǒng)，其進給系統(tǒng)都
由一套螺旋絲杠進給系統(tǒng)與液壓輔助支撐系統(tǒng)組成。從圖3中可以看 出，垂直滑鞍16通過絲桿螺母17與絲杠18組成的螺旋副定位，絲 杠18由伺服電機19驅動，伺服電機19安裝在支撐架25上，垂直滑 鞍16通過定位導軌41定位。同時滑鞍16還與一個液壓缸20相連， 液壓缸的活塞21與導桿22相連，導桿22與固定在橫梁滑鞍10上的 構件24組成一個回轉副23，有效避免了兩套系統(tǒng)的重復定位。其液 壓系統(tǒng)采用穩(wěn)壓系統(tǒng)控制，提供恒定的工作壓力來承載垂直工作部件 的重力。該結構有效減輕了絲杠的負載，在提高垂直進給系統(tǒng)的進給 效率的同時，保證了進給的精度和相應時間。
雕銑工作頭由帶自動換刀機構的高速電主軸26安裝在一個旋轉 分度工作臺上組成。電主軸26安裝在連接件27上，連接件27與分 度主軸28相連。其分度運動是通過安裝在分度主軸上的渦輪29與安 裝在分度箱32上的蝸桿30組成的運動副實現傳動的，蝸桿由電機 31驅動。同時分度主軸28上還安裝有一個鎖緊羅盤34，該羅盤由液 壓系統(tǒng)35鎖緊。雕銑工作頭是通過螺栓33將分度箱32固定在垂直 滑鞍16上的。從圖l與圖2上還可以看出，車削工作頭部件的垂直 進給系統(tǒng)通過伺服電機36、螺旋絲杠副37、液壓輔助進給系統(tǒng)38組 成，其工作原理與雕銑部件相同。車削工作頭部件是由大功率伺服電 機39通過一個專利機構實現車削工作頭40的旋轉切割運動與0° — 105°間的分度運動的，該部分結構已另行申報專利。
龍門橫梁的下方分別安裝有臥式旋轉分度工作臺、立式旋轉分度
工作臺和刀庫架58。其臥式旋轉分度工作臺由床頭箱42與床尾頂針 44安裝在工作臺43上組成，其旋轉分度運動是由伺服電機45直接 驅動主軸46完成的。立式工作臺由支撐系統(tǒng)與傳動系統(tǒng)組成，其T 型工作臺通過螺栓組47與大齒輪49相連，通過滑動軸承放置在箱體 59上，同時該工作臺還通過主軸48定位。大齒輪49分別與齒輪軸 50、 51構成齒輪傳動機構，齒輪軸50、 51通過安裝在其上的渦輪52、 53帶動并由蝸桿54、 55驅動。伺服電機57通過主軸56帶動蝸桿54、 55的運動。其中蝸桿54、 55采用定位螺母實現軸向固定，兩定位螺 母向相反方向對頂旋轉，使得蝸桿54、 55之間的軸向距離最大，從 而使傳動鏈中的齒輪副之間形成了預警力，使得齒輪副之間始終保持 單側接觸，從而消除了齒側間隙，使其進給精度達到20'。
權利要求
1.具有雙五軸聯(lián)動系統(tǒng)的異型石材多功能復合加工中心，其特征在于該加工中心采用動龍門結構，龍門橫梁(2)由兩部同步伺服電機(6)和伺服電機(9)通過兩側螺旋絲桿副實現Y軸向驅動，龍門橫梁(2)上安裝有Z軸水平橫梁滑鞍(10)，橫梁滑鞍(10)上分別安裝有車削工作頭部件和雕銑工作頭部件，其垂直方向的進給系統(tǒng)(16)由一套螺旋絲杠進給系統(tǒng)和液壓輔助進給系統(tǒng)組成，其中車削工作頭通過同一部伺服電機(19)可實現A軸旋轉分度和切削刀具的旋轉運動，雕銑工作頭可實現B軸旋轉分度，加工中心的龍門橫梁(2)下配有臥式旋轉分度工作臺和立式旋轉分度工作臺；該加工中心配有雙五軸聯(lián)動數控系統(tǒng)，可實現對石材制品的臥式五軸聯(lián)動加工和立式五軸聯(lián)動加工，可完成對石材制品車削、銑削、磨削、雕刻、鋸切多種加工形式。
2. 根據權利1所述具有雙五軸聯(lián)動系統(tǒng)的異型石材多功能復合 加工中心，其特征在于龍門橫梁(2)由兩側的滾珠導軌支撐并定 位在兩側立柱上，通過兩側的螺旋絲杠副驅動實現Y軸向進給，兩 側的進給絲杠分別由兩部相同的伺服電機(6)和伺服電機(9)帶同， 數控系統(tǒng)通過同一部變頻系統(tǒng)向兩部電機發(fā)送相同的驅動信號，實現 雙側高速高精密同步驅動。
3. 根據權利1所述具有雙五軸聯(lián)動系統(tǒng)的異型石材多功能復合 加工中心，其特征在于其X軸垂直進給系統(tǒng)由一套螺旋絲杠副與 液壓輔助系統(tǒng)共同組成，螺旋絲杠副的螺母(17)與垂直滑鞍(16) 相連，液壓系統(tǒng)的液壓缸與垂直滑鞍(16)相連，液壓閥與橫梁滑鞍上的支點通過回轉副(23)相連，其中螺旋絲杠副提供垂直方向的定 位作用，液壓系統(tǒng)為穩(wěn)壓系統(tǒng)，提供輔助的重力支撐和斷電保護。
4. 根據權利1所述具有雙五軸聯(lián)動系統(tǒng)的異型石材多功能復合 加工中心，其特征在于其龍門橫梁(2)下分別安裝有臥式旋轉分 度工作臺和立式旋轉分度工作臺。其中臥式旋轉分度工作臺的主軸箱 由伺服電機(45)通過主軸(48)直接連接被加工工件；立式旋轉分 度工作臺的伺服驅動電機通過一對對頂擰緊的蝸輪(52)和蝸輪(53)、 蝸桿(54)和蝸桿(55)副消除齒輪傳動中的齒側間隙，可實現高精 度的旋轉分度。
5. 具有雙五軸聯(lián)動系統(tǒng)的異型石材多功能復合加工中心，用于 石材加工的雙工作頭切削裝置，其特征在于雕銑工作頭部件和車削工 作頭部件并列放置在水平滑鞍上，兩個工作頭都具有獨立的垂直進給 系統(tǒng)，其中雕銑工作頭部件可實現B軸旋轉分度，車削工作頭繞A 軸的旋轉分度，兩個工作頭在Y軸向錯位距離在100mm-350mm之間， 雙工作頭同步加工時車削工作頭在回轉體的側面進行車削加工的同 時，雕銑工作頭沿工件的軸線垂直方向進行端面磨削或高速切削。
全文摘要
具有雙五軸聯(lián)動功能和雙工作頭同步切削功能的異型石材高速高效復合加工中心，涉及一種石材加工裝備。該加工中心采用動龍門結構，龍門橫梁采用一種雙電機同步驅動技術，由兩側螺旋絲杠副實現同步高速驅動；橫梁滑鞍上分別安裝有雕銑工作頭部件和車削工作頭部件，其垂直進給機構均由一套螺旋絲桿副與液壓輔助機構共同組成；其中雕銑工作頭可繞B軸旋轉分度，車削工作頭使用同一部伺服電機實現A軸旋轉分度與切割運動；其車削工作頭與雕銑工作頭錯位排列，可同時對石材制品進行車削加工與磨削加工。加工中心配有一套具有雙五軸聯(lián)動功能的數控系統(tǒng)，能夠實現對石材制品的臥式五軸聯(lián)動加工與立式五軸聯(lián)動加工。
文檔編號B28D1/20GK101357490SQ200810013049
公開日2009年2月4日 申請日期2008年9月1日 優(yōu)先權日2008年9月1日
發(fā)明者侯寶佳, 吳玉厚, 珂 張, 蔣超霞, 民 趙, 趙凱軍, 趙德宏, 峰 陸, 麟 韓 申請人:沈陽建筑大學