專(zhuān)利名稱(chēng)：一種立式銑車(chē)復(fù)合加工中心的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及機(jī)床設(shè)備，更具體的說(shuō)，涉及立式銑車(chē)復(fù)合加工設(shè)備的驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)下，機(jī)械傳動(dòng)技術(shù)是由電機(jī)旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生動(dòng)力，通過(guò)機(jī)械傳動(dòng)環(huán)節(jié)，如變速 箱、減速器、絲杠、渦輪蝸桿將動(dòng)力放大，傳遞給執(zhí)行部分，于是機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)。后來(lái)將這種技術(shù) 應(yīng)用在機(jī)床關(guān)鍵功能部件中，如機(jī)床C軸旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)、機(jī)床B軸擺動(dòng)銑頭等。雖然實(shí)現(xiàn)了 很多傳統(tǒng)機(jī)床無(wú)法實(shí)現(xiàn)的功能但是這種單純靠機(jī)械傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)功能的技術(shù)無(wú)論在速度上、精 度上、以及使用壽命上都無(wú)法趕得上當(dāng)今世界機(jī)床制造業(yè)發(fā)展的步伐。 此外，目前國(guó)內(nèi)外大多復(fù)合多軸機(jī)床在關(guān)鍵功能部件(如單軸旋轉(zhuǎn)工作臺(tái))驅(qū)動(dòng) 上采取的都是單驅(qū)中心驅(qū)動(dòng)，就是由一根滾珠絲杠驅(qū)動(dòng)，這種結(jié)構(gòu)在加工過(guò)程中驅(qū)動(dòng)力都 不是非常準(zhǔn)確地作用在運(yùn)動(dòng)件的重心，因而在高切削速度尤其在較大進(jìn)給速度以及轉(zhuǎn)臺(tái)高 轉(zhuǎn)速條件下，有產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)。這不可避免的扭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和由于運(yùn)動(dòng)件產(chǎn)生的慣性作 用，都會(huì)引起機(jī)床的振動(dòng)，使機(jī)床構(gòu)件例如機(jī)床床身或立柱等鑄件等發(fā)生彎曲和變形，同時(shí) 對(duì)轉(zhuǎn)臺(tái)的精度以及壽命都有一定的影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在提供一種五軸立式銑車(chē)復(fù)合加工中心，在B軸及C軸上應(yīng)用了直驅(qū)技 術(shù)。而且機(jī)床所有的功能部件采用的都是外轉(zhuǎn)子力矩電機(jī)直驅(qū)，這樣就大大的提高了電機(jī) 扭矩，使功能部件能夠平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)，從而大大提高了機(jī)床的整體剛性及穩(wěn)定性。因此，應(yīng)用了 此項(xiàng)技術(shù)的五軸立式銑車(chē)復(fù)合加工中心機(jī)床，解決了很多過(guò)去傳統(tǒng)機(jī)械傳動(dòng)無(wú)法解決的問(wèn) 題。 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種立式銑車(chē)復(fù)合加工中心，包括水平設(shè)置的 床身，以及垂直床身位于一側(cè)設(shè)置的兩列立柱。床身上設(shè)置有兩排平行的X軸側(cè)部支撐線(xiàn) 軌和X軸絲杠，在兩排X軸側(cè)部支撐線(xiàn)軌上坐有單軸轉(zhuǎn)臺(tái)，單軸轉(zhuǎn)臺(tái)的橫向座架以往復(fù)移動(dòng) 方式配合連接兩排X軸絲杠，X軸絲杠端部分別設(shè)置X軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)；單軸轉(zhuǎn)臺(tái)由下部的第一 外轉(zhuǎn)子力矩電機(jī)以直驅(qū)方式驅(qū)動(dòng)；。而立柱立式設(shè)置兩排平行的Z軸側(cè)部支撐線(xiàn)軌和Z軸 絲杠，在兩排Z軸側(cè)部支撐線(xiàn)軌上架設(shè)有橫梁，橫梁的兩側(cè)以上下往復(fù)移動(dòng)方式配合連接 兩排Z軸絲杠，Z軸絲杠端部分別設(shè)置Z軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)。 此外，橫梁設(shè)置有橫向的Y軸線(xiàn)軌和Y軸絲杠；Y軸絲杠由端部的Y軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)；Y 軸線(xiàn)軌和Y軸絲杠上配置有沿所述Y軸絲杠往復(fù)移動(dòng)的單擺銑頭座架。單擺銑頭座架上設(shè) 置有單擺銑頭；單擺銑頭由后部第二外轉(zhuǎn)子力矩電機(jī)以直驅(qū)方式驅(qū)動(dòng)在機(jī)床B軸內(nèi)擺動(dòng)。
優(yōu)選方式下，本發(fā)明立式銑車(chē)復(fù)合加工中心，在轉(zhuǎn)臺(tái)下部中間位置坐于中部支撐 線(xiàn)軌上；轉(zhuǎn)臺(tái)的重心位于兩側(cè)X軸絲杠所處平面內(nèi)，且位于兩側(cè)X軸絲杠之間的中間位置。
現(xiàn)有技術(shù)的機(jī)床，應(yīng)用傳統(tǒng)的機(jī)械傳動(dòng)功能部件，可實(shí)現(xiàn)十幾到幾十轉(zhuǎn)每分鐘的 分度速度。而本發(fā)明五軸立式復(fù)合加工中心機(jī)床在功能部件中應(yīng)用直驅(qū)技術(shù)應(yīng)用后，轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)速及擺頭擺動(dòng)速度可以達(dá)到幾百轉(zhuǎn)每分。這就意味著此機(jī)床跟業(yè)內(nèi)同類(lèi)型機(jī)床相比在生 產(chǎn)效率方面可以提升10倍以上。 在精度上，應(yīng)用了直驅(qū)技術(shù)的此款機(jī)床可以在功能部件上輕松地實(shí)現(xiàn)幾千分之一 毫米或角秒級(jí)的靈敏度，而現(xiàn)有技術(shù)的機(jī)械傳動(dòng)大多數(shù)同類(lèi)型機(jī)床只能實(shí)現(xiàn)幾百分之一毫 米或角分級(jí)的靈密度。 此外，在設(shè)備壽命方面，應(yīng)用直驅(qū)技術(shù)的此款機(jī)床減少了機(jī)械傳動(dòng)零件，減少了磨 損，提高了設(shè)備壽命，還節(jié)約了能源。直驅(qū)技術(shù)取消了機(jī)械傳動(dòng)，節(jié)約的零件的原材料和制 造成本，從而降低的設(shè)備整體的成本。 本發(fā)明機(jī)床上所有功能部件采用的都是外轉(zhuǎn)子直驅(qū)技術(shù)，外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的力矩電機(jī) 比同體積的內(nèi)轉(zhuǎn)子力矩電機(jī)具有更高的扭矩，機(jī)械效益更高，更能實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)轉(zhuǎn)動(dòng)。另外，外 轉(zhuǎn)子采用液壓式剎車(chē)機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，夾緊作用面積大，具有更大的剎車(chē)力，且?jiàn)A持平穩(wěn)，對(duì) 系統(tǒng)及傳動(dòng)影響小。同時(shí)，相對(duì)相同扭矩的其他電機(jī)，外轉(zhuǎn)子力矩電機(jī)的體積可以更小。在 機(jī)床行業(yè)，相同的性能體積小就會(huì)有很大的優(yōu)勢(shì)。 此外，本發(fā)明把單軸旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)配置在兩根滾珠絲杠之間，當(dāng)轉(zhuǎn)臺(tái)空載時(shí)形成一 個(gè)理想的卻是虛擬的重心，但卻能產(chǎn)生與實(shí)際的驅(qū)動(dòng)力通過(guò)重心完全相同的效果。極好地 抑制了 X軸進(jìn)行驅(qū)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)和彎曲，即使單軸旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)沿X軸方向進(jìn)行高速運(yùn)動(dòng) 時(shí)，重心也不會(huì)發(fā)生變化，從而實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定驅(qū)動(dòng)。而且此款機(jī)床的單軸轉(zhuǎn)臺(tái)的驅(qū)動(dòng)方式采用 的是三線(xiàn)軌，除了轉(zhuǎn)臺(tái)兩側(cè)裝有線(xiàn)軌，在轉(zhuǎn)臺(tái)的底部中心位置也裝有線(xiàn)軌，主要是是起到支 撐作用，這樣即使轉(zhuǎn)臺(tái)在負(fù)載情況下，也可以將變形量降到最低。 通過(guò)這種大膽的設(shè)計(jì)機(jī)床整體能大幅度降低振動(dòng)，使機(jī)床整體的性能發(fā)揮到極 致，并能有效的提高轉(zhuǎn)臺(tái)及其他功能部件的加工精度，并在不下降表面粗糙度和幾何形狀 精度的前提下，顯著提高復(fù)合立式加工中心轉(zhuǎn)臺(tái)驅(qū)動(dòng)軸的直線(xiàn)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的加/減速度，同 時(shí)提高刀具使用壽命，以及使機(jī)床制造加工工藝簡(jiǎn)單化，從而降低生產(chǎn)成本。


圖1是本發(fā)明立式銑車(chē)復(fù)合加工中心轉(zhuǎn)臺(tái)設(shè)置方式的俯視結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是圖1中轉(zhuǎn)臺(tái)的仰視結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3是本發(fā)明復(fù)合立式加工中心的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4是直驅(qū)式外轉(zhuǎn)子力矩電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖5是本發(fā)明單軸轉(zhuǎn)臺(tái)的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖6是本發(fā)明單軸轉(zhuǎn)臺(tái)與非重心驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)臺(tái)的震動(dòng)幅度對(duì)比圖。
具體實(shí)施例方式
如圖4所示，本發(fā)明立式銑車(chē)復(fù)合加工中心使用的直驅(qū)式外轉(zhuǎn)子力矩電機(jī)，包括 力矩電機(jī)定子Hl、轉(zhuǎn)子110、實(shí)現(xiàn)制動(dòng)的夾緊裝置109、用于冷卻的電機(jī)冷卻裝置，以及擺 頭中使用的其他輔助結(jié)構(gòu)，如編碼器103、編碼器支架101、主軸箱102、車(chē)銑主軸104、軸承 壓蓋105、轉(zhuǎn)臺(tái)軸承106、軸承座107、外殼108、底板112等。 如圖3所示本發(fā)明立式銑車(chē)復(fù)合加工中心的結(jié)構(gòu)，包括水平設(shè)置的床身6，以及垂 直床身6位于一側(cè)設(shè)置的兩列立柱7。床身6上設(shè)置有兩排平行的X軸側(cè)部支撐線(xiàn)軌2和X軸絲杠5，在兩排X軸線(xiàn)軌2上坐有單軸轉(zhuǎn)臺(tái)l，單軸轉(zhuǎn)臺(tái)1的橫向座架99以往復(fù)移動(dòng)方 式配合連接兩排X軸絲杠5， X軸絲杠5端部分別設(shè)置X軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)3 ;單軸轉(zhuǎn)臺(tái)1由下部 的第一外轉(zhuǎn)子力矩電機(jī)以直驅(qū)方式驅(qū)動(dòng)。 兩列立柱7上分別平行設(shè)置Z軸側(cè)部支撐線(xiàn)軌10和Z軸絲杠9，在兩排Z軸側(cè)部 支撐線(xiàn)軌10上架設(shè)有橫梁ll，橫梁11的兩側(cè)以上下往復(fù)移動(dòng)方式配合連接兩排Z軸絲杠 9， Z軸絲杠9端部分別設(shè)置Z軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)8。 圖3中，橫梁11設(shè)置有橫向的Y軸線(xiàn)軌13和Y軸絲杠12 ;Y軸絲杠12由端部的 Y軸電機(jī)14驅(qū)動(dòng)；Y軸線(xiàn)軌13和Y軸絲杠12上配置有沿Y軸絲杠12往復(fù)移動(dòng)的單擺銑頭 座架；單擺銑頭座架上設(shè)置有單擺銑頭15 ;單擺銑頭15由后部第二外轉(zhuǎn)子力矩電機(jī)以直驅(qū) 方式驅(qū)動(dòng)在機(jī)床B軸內(nèi)擺動(dòng)。 如圖1和2所示，轉(zhuǎn)臺(tái)的設(shè)置方式為轉(zhuǎn)臺(tái)1下部?jī)蓚?cè)對(duì)稱(chēng)坐于側(cè)部支撐線(xiàn)軌2
上，轉(zhuǎn)臺(tái)l下部中間位置坐于中部支撐線(xiàn)軌4上；支撐線(xiàn)軌主要起到支撐作用。此外，平行
側(cè)部支撐線(xiàn)軌2和中部支撐線(xiàn)軌4位于側(cè)部支撐線(xiàn)軌2的上方對(duì)稱(chēng)設(shè)置絲杠5，并為絲杠5
分別配置驅(qū)動(dòng)電機(jī)3 ;轉(zhuǎn)臺(tái)1通過(guò)橫向座架99配合連接絲杠5。當(dāng)電機(jī)3驅(qū)動(dòng)絲杠5旋轉(zhuǎn)，
實(shí)現(xiàn)橫向座架99在絲杠上的往復(fù)移動(dòng)。本發(fā)明最重要的一點(diǎn)設(shè)置在于，轉(zhuǎn)臺(tái)1的重心在橫
向上位于座架99的中心位置，而且轉(zhuǎn)臺(tái)1縱向上主要由中部支撐線(xiàn)軌4支撐。 單軸轉(zhuǎn)臺(tái)的結(jié)構(gòu)如圖5所示，包括工作臺(tái)主體212、直驅(qū)式外轉(zhuǎn)子力矩電機(jī)204、轉(zhuǎn)
子208、用于制動(dòng)的加緊裝置209、用于冷去的電機(jī)冷卻裝置203，以及其他輔助部件，如托
板201、底板202、外殼205、內(nèi)套206、轉(zhuǎn)動(dòng)軸承207、編碼器210、連接盤(pán)211。 單軸轉(zhuǎn)臺(tái)采用重心驅(qū)動(dòng)方式，與非重心驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)臺(tái)相比，如圖6所示，振動(dòng)幅度明
顯降低。 本發(fā)明五軸立式銑車(chē)復(fù)合加工中心，兩個(gè)關(guān)鍵功能部件應(yīng)用了直驅(qū)技術(shù)。直驅(qū)技 術(shù)是指即電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)，沒(méi)有中間的機(jī)械傳動(dòng)環(huán)節(jié)。在本發(fā)明所設(shè)計(jì)的五軸立式 銑車(chē)復(fù)合加工中心的B軸應(yīng)用的是直驅(qū)式單銑擺頭(如圖4)， C軸應(yīng)用的是直驅(qū)式單軸轉(zhuǎn) 臺(tái)(圖5)。 二者的共同特點(diǎn)就是以力矩電機(jī)為核心驅(qū)動(dòng)元件做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)雙直 驅(qū)五軸銑車(chē)功能。而所謂外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)是指即外圈為永磁體轉(zhuǎn)子而內(nèi)圈為矽鋼片及線(xiàn)圈繞 組的定子，制動(dòng)機(jī)構(gòu)作用在外轉(zhuǎn)子體上。以轉(zhuǎn)臺(tái)為例(如圖5):將臺(tái)面直接固定于交流永 磁同步外轉(zhuǎn)子式力矩電機(jī)轉(zhuǎn)子的端部，而將轉(zhuǎn)臺(tái)的固定殼體與力矩電機(jī)的定子冷卻套和力 矩電機(jī)的定子相連接，因此本發(fā)明由外轉(zhuǎn)子式力矩電機(jī)驅(qū)動(dòng)的單軸轉(zhuǎn)臺(tái)可以省略中間傳動(dòng) 環(huán)節(jié)，從而提高了轉(zhuǎn)臺(tái)的運(yùn)轉(zhuǎn)精度和平穩(wěn)性；同時(shí)電機(jī)可以輸出較大的扭矩，提高了機(jī)械效 率；此外，通過(guò)采用液壓式剎車(chē)機(jī)構(gòu)，簡(jiǎn)化了剎車(chē)機(jī)構(gòu)，而且?jiàn)A緊面積增加，剎車(chē)力較大，使 得夾持平穩(wěn)，對(duì)系統(tǒng)及傳動(dòng)影響?。辉谙嗤阅軛l件下，外轉(zhuǎn)子力矩電機(jī)的體積更小，進(jìn)而 使轉(zhuǎn)臺(tái)體積縮小，從而使機(jī)床整體結(jié)構(gòu)更加緊湊。 以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此， 任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明披露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其 發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種立式銑車(chē)復(fù)合加工中心，其特征在于，包括水平設(shè)置的床身(6)，以及垂直所述床身(6)位于一側(cè)設(shè)置的兩列立柱(7)；所述床身(6)上設(shè)置有兩排平行的X軸側(cè)部支撐線(xiàn)軌(2)和X軸絲杠(5)，在兩排所述X軸側(cè)部支撐線(xiàn)軌(2)上坐有單軸轉(zhuǎn)臺(tái)(1)，所述單軸轉(zhuǎn)臺(tái)(1)的橫向座架(99)以往復(fù)移動(dòng)方式配合連接兩排所述X軸絲杠(5)，所述X軸絲杠(5)端部分別設(shè)置X軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)(3)；單軸轉(zhuǎn)臺(tái)(1)由下部的第一外轉(zhuǎn)子力矩電機(jī)以直驅(qū)方式驅(qū)動(dòng)；所述立柱(7)立式設(shè)置兩排平行的Z軸側(cè)部支撐線(xiàn)軌(10)和Z軸絲杠(9)，在兩排所述Z軸側(cè)部支撐線(xiàn)軌(10)上架設(shè)有橫梁(11)，所述橫梁(11)的兩側(cè)以上下往復(fù)移動(dòng)方式配合連接兩排所述Z軸絲杠(9)，所述Z軸絲杠(9)端部分別設(shè)置Z軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)(8)；所述橫梁(11)設(shè)置有橫向的Y軸線(xiàn)軌(13)和Y軸絲杠(12)；所述Y軸絲杠(12)由端部的Y軸電機(jī)(14)驅(qū)動(dòng)；所述Y軸線(xiàn)軌(13)和Y軸絲杠(12)上配置有沿所述Y軸絲杠(12)往復(fù)移動(dòng)的單擺銑頭座架；所述單擺銑頭座架上設(shè)置有單擺銑頭(15)；所述單擺銑頭(15)由后部第二外轉(zhuǎn)子力矩電機(jī)以直驅(qū)方式驅(qū)動(dòng)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述立式銑車(chē)復(fù)合加工中心，其特征在于，所述轉(zhuǎn)臺(tái)(1)下部中間位 置坐于中部支撐線(xiàn)軌(4)上；所述轉(zhuǎn)臺(tái)(1)的重心位于兩側(cè)所述X軸絲杠(5)所處平面內(nèi)，且位于兩側(cè)所述X軸絲 杠(5)之間的中間位置。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種立式銑車(chē)復(fù)合加工中心，包括水平設(shè)置的床身(6)及垂直設(shè)置的立柱(7)。床身(6)上設(shè)置有X軸側(cè)部支撐線(xiàn)軌(2)和X軸絲杠(5)，并配置往復(fù)移動(dòng)的單軸轉(zhuǎn)臺(tái)(1)，單軸轉(zhuǎn)臺(tái)(1)由第一外轉(zhuǎn)子力矩電機(jī)以直驅(qū)方式驅(qū)動(dòng)。立柱(7)立式設(shè)置Z軸側(cè)部支撐線(xiàn)軌(10)和Z軸絲杠(9)，并配置上下往復(fù)移動(dòng)的橫梁。橫梁(11)設(shè)置有橫向的Y軸線(xiàn)軌(13)和Y軸絲杠(12)，并配置有沿Y軸絲杠(12)往復(fù)移動(dòng)的單擺銑頭座架；單擺銑頭由后部第二外轉(zhuǎn)子力矩電機(jī)以直驅(qū)方式驅(qū)動(dòng)。本發(fā)明在B軸及C軸上應(yīng)用了直驅(qū)技術(shù)，大大的提高了電機(jī)扭矩，使功能部件能夠平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)，從而提高機(jī)床的整體剛性及穩(wěn)定性。
文檔編號(hào)B23Q1/00GK101722419SQ20091020849
公開(kāi)日2010年6月9日 申請(qǐng)日期2009年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月29日
發(fā)明者于德海, 任志輝, 張強(qiáng), 張文峰, 曲鵬, 李經(jīng)明, 蔡春剛, 鄒弢, 鄭君民, 郭強(qiáng), 陳虎 申請(qǐng)人:大連科德數(shù)控有限公司