本發(fā)明屬于機(jī)床制造機(jī)械領(lǐng)域，尤其是涉及金屬切削用的一種龍門動粱式框架內(nèi)的臥式車銑復(fù)合加工中心。

背景技術(shù)：

目前現(xiàn)有的數(shù)控臥式車銑復(fù)合機(jī)床，大部分采用斜床身，設(shè)計復(fù)雜，加工范圍小，零件加工規(guī)格受限，占用空間比較大。使用這種機(jī)床與普通單項功能機(jī)床對比的性價比較低，加工成本高。

計算機(jī)數(shù)控(Computerized numerical control，簡稱CNC)系統(tǒng)是用計算機(jī)控制加工功能，實現(xiàn)數(shù)字控制的系統(tǒng)。CNC系統(tǒng)根據(jù)計算機(jī)存儲器中存儲的控制程序，執(zhí)行部分或全部數(shù)字控制功能，并配有接口電路和伺服驅(qū)動裝置，用于控制自動化加工設(shè)備的專用計算機(jī)系統(tǒng)。

當(dāng)今機(jī)床行業(yè)的數(shù)控系統(tǒng)品牌有很多，主流的西門子、FANUC、三菱、海德漢等等，國產(chǎn)的也有很多種，例如：華中、廣數(shù)、KND、大森等等。我國數(shù)控系統(tǒng)雖取得了較大發(fā)展，但是我國高檔數(shù)控機(jī)床配套的數(shù)控系統(tǒng)90％以上的都是國外產(chǎn)品，特別是對于國防工業(yè)急需的高檔數(shù)控機(jī)床，高檔數(shù)控系統(tǒng)是決定機(jī)床裝備的性能、功能、可靠性和成本的關(guān)鍵因素，而國外對我國至今仍進(jìn)行封鎖限制，成為制約我國高檔數(shù)控機(jī)床發(fā)展的瓶頸。

i5采用PC平臺，全軟件式結(jié)構(gòu)，而非嵌入式系統(tǒng)，把數(shù)控控制核心部分全部寫在CPU上，用軟件實現(xiàn)，這種結(jié)構(gòu)最大的優(yōu)點(diǎn)在于使數(shù)控系統(tǒng)相當(dāng)于一個透明的智能終端，能夠與互聯(lián)網(wǎng)天然連接。i5的操作系統(tǒng)選擇Linux，不同于其他基于PC系統(tǒng)使用的Windows系統(tǒng)，Linux是一個開源系統(tǒng)，源代碼開放且免費(fèi)。PC平臺和開放架構(gòu)使得數(shù)控機(jī)床和電腦之間的界限變得模糊(相當(dāng)于數(shù)控機(jī)床內(nèi)嵌高性能的計算機(jī))。由于計算機(jī)天然能聯(lián)網(wǎng)，所以采用“i5”數(shù)控系統(tǒng)的機(jī)床就可以聯(lián)網(wǎng)。其他傳統(tǒng)的系統(tǒng)也可以實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)，但需要增加網(wǎng)卡模塊，由于框架的原因，通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)內(nèi)容和速度都會有局限，嵌入式芯片有限的處理能力無法支撐高級的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。

傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)床大部分采用現(xiàn)場總線的總線類型，例如：Profibus，i5智能系統(tǒng)的總線類型采用EtherCAT總線，代替了傳統(tǒng)的現(xiàn)場總線。開放性的總線更符合互聯(lián)網(wǎng)思維：由于設(shè)備之間的通訊協(xié)議是標(biāo)準(zhǔn)的、開放的，所以數(shù)控系統(tǒng)相當(dāng)于一個開放的平臺，可以接入不同廠商的設(shè)備，可以根據(jù)需求的變化增加接入的設(shè)備，系統(tǒng)的延展性更好，更新?lián)Q代速度更快，i5系統(tǒng)就成了一個用戶可以參與開發(fā)的平臺。

對數(shù)控系統(tǒng)尋找技術(shù)突破口，沈陽機(jī)床(集團(tuán))設(shè)計研究院有限公司上海分公司已經(jīng)申請了專利“一種軟PLC模塊的遠(yuǎn)程在線數(shù)據(jù)更新系統(tǒng)及方法”申請?zhí)?CN201410461049.7，其包括：遠(yuǎn)端EtherCAT主站、用于發(fā)送遠(yuǎn)程升級的更新數(shù)據(jù)；EtherCAT總線，用于數(shù)據(jù)傳輸；存儲模塊，其進(jìn)一步包括：工廠配置，用于備份安全配置，以及應(yīng)用配置，用于實現(xiàn)應(yīng)用功能；以及FPGA模塊，其進(jìn)一步包括：EtherCAT？IP核模塊，用于接收通過EtherCAT總線傳輸過來的更新數(shù)據(jù)，遠(yuǎn)程更新IP模塊，用于重配置FPGA，以及NIOS？II處理器，用于將通過EtherCAT？IP核模塊接收的更新數(shù)據(jù)寫入存儲模塊，并控制遠(yuǎn)程更新IP模塊，發(fā)起FPGA重配置過程，用該更新數(shù)據(jù)來重新配置FPGA并執(zhí)行新的NIOS？II軟件應(yīng)用程序。軟PLC模塊的遠(yuǎn)程在線數(shù)據(jù)更新方法，其包括：遠(yuǎn)端EtherCAT主站發(fā)送遠(yuǎn)程升級的更新數(shù)據(jù)，EtherCAT？IP核模塊接收通過EtherCAT總線傳輸過來的更新數(shù)據(jù)，NIOS？II處理器將該更新數(shù)據(jù)寫入存儲模塊，并控制遠(yuǎn)程更新IP模塊，發(fā)起FPGA重配置，用該更新數(shù)據(jù)來重新配置FPGA。這可能是下一階段引領(lǐng)我國高檔數(shù)控機(jī)床的發(fā)展方向。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種龍門動梁式臥式車銑復(fù)合加工中心，臥式車主軸單元在龍門動橫粱框架內(nèi)，剛性強(qiáng)。

這種龍門動梁式臥式車銑復(fù)合加工中心，包括三軸立式加工中心框架的床身上對稱安裝2個立柱、橫梁固定于立柱上端的Y軸導(dǎo)軌、滑塊上、滑鞍、主軸箱固定于橫梁X軸導(dǎo)軌滑塊上，主軸箱、滑鞍還與Z軸上的導(dǎo)軌滑塊固定，包括CNC、PLC控制軟件和互聯(lián)網(wǎng)通訊，其特征在于基于互聯(lián)網(wǎng)條件下的底層運(yùn)動控制系統(tǒng)i5CNC，采用EtherCAT總線協(xié)議控制PLC、電機(jī)驅(qū)動，i5CNC作為智能終端直接用互聯(lián)網(wǎng)與其他終端進(jìn)行通訊，接受指令或發(fā)送機(jī)床信息；結(jié)構(gòu)上：結(jié)構(gòu)模塊化：臥式車削主軸單元固定于床身前側(cè)水平面左側(cè)、尾座固定于床身前 側(cè)水平面右側(cè)；主軸動力單元倒置于主軸箱內(nèi)，斗笠式刀庫固定于床身后側(cè)，實現(xiàn)X、Y、Z三軸主軸抓刀功能；車削電主軸、銑主軸均采用直驅(qū)電主軸，Y軸采用雙驅(qū)，直線軸采用電機(jī)直連；直線軸采用電機(jī)直連，切換至銑床功能時能實現(xiàn)四軸插補(bǔ)。

本發(fā)明的有益效果是：

1.機(jī)床整機(jī)結(jié)構(gòu)采用平臺化設(shè)計，統(tǒng)一的龍門框架、滑板、主軸箱，降低了生產(chǎn)成本和管理成本。龍門動橫梁結(jié)構(gòu)，剛性強(qiáng)。

2.Y軸采用雙驅(qū)，有效的提升機(jī)床Y軸的動態(tài)響應(yīng)和加速度。車削電主軸、銑主軸均采用直驅(qū)電主軸，零傳動、高轉(zhuǎn)速滿足機(jī)床高速高精要求。切換到銑床功能時，可實現(xiàn)四軸插補(bǔ)，可以滿足機(jī)床復(fù)雜零件加工的需求。搭載沈陽機(jī)床自主研發(fā)的i5智能系統(tǒng)，滿足機(jī)床的工業(yè)化、信息化、網(wǎng)絡(luò)化、集成化、智能化的要求。主軸采用高速直驅(qū)電主軸最大功率15KW，最高轉(zhuǎn)速12000r/min；車削電主軸，采用直驅(qū)技術(shù)，最高轉(zhuǎn)速6000r/min，最大功率7.5kw，最大扭矩252Nm，A2-5刀具接口機(jī)；切換至銑床功能時可實現(xiàn)四軸插補(bǔ)，直線軸采用電機(jī)直連；采用斗笠式刀庫，可裝載20把刀具，實現(xiàn)X、Y、Z三軸主軸抓刀功能。

3.這是一種集成了車、銑，鉆、鏜、攻絲等功能于一臺設(shè)備上的高柔性機(jī)床，可以加工盤類、軸類零件的外圓、內(nèi)孔、端面、切槽、螺紋以及錐面、圓弧曲面等。

4、本發(fā)明的控制系統(tǒng)，簡稱i5，i5是五個英文詞的詞頭縮寫(Industry、Information、Internet、Integrate、Intelligent)，是工業(yè)化、信息化、網(wǎng)絡(luò)化、集成化、智能化的有效集成。本發(fā)明i5CNC系統(tǒng)是基于互聯(lián)網(wǎng)條件下的底層運(yùn)動控制系統(tǒng)，使機(jī)床直接與互聯(lián)網(wǎng)連接通訊，因而提升機(jī)床智能沒有時差、不受地域限制，實現(xiàn)智能補(bǔ)償、智能診斷、智能控制、智能管理。這樣i5智能機(jī)床不再以一個單體的機(jī)床而存在，它將是一個智能終端，將機(jī)床的數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)傳入“云”端，經(jīng)過“大數(shù)據(jù)”的處理運(yùn)算，遠(yuǎn)程指示機(jī)床作業(yè)，該系統(tǒng)誤差補(bǔ)償技術(shù)領(lǐng)先、控制精度達(dá)到納米級、使用i5系統(tǒng)的機(jī)床產(chǎn)品在不用光柵尺反饋的情況下其精度可通過補(bǔ)償優(yōu)化達(dá)到3μm。可以做到智能補(bǔ)償、智能診斷、智能控制、智能管理。無論用戶身在何處，使用一般的智能移動設(shè)備即可對設(shè)備進(jìn)行操作、管理、監(jiān)控，實時傳遞交換機(jī)床的加工信息。加以創(chuàng)造性的應(yīng)用，形成一個工業(yè)制造的“物聯(lián)網(wǎng)”，這就是所謂的“物大云端”。

i5智能系統(tǒng)的總線類型采用EtherCAT總線，代替了傳統(tǒng)的現(xiàn)場總線。采用EtherCAT的優(yōu)勢在于：1廣泛性使用，任何計算機(jī)都可以成為EtherCAT控制系統(tǒng)。2完全符合以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。3無須從屬子網(wǎng)。4高效率，最大化利用以太網(wǎng)帶寬進(jìn)行用戶傳輸。5刷新周期短，可以達(dá)到小于100us的數(shù)據(jù)刷新周期，用于伺服技術(shù)中低層的閉環(huán)控制。6同步性好，各從站節(jié)點(diǎn)設(shè)備可以達(dá)到1us的時鐘同步。這樣可以更好的使系統(tǒng)與互聯(lián)網(wǎng)相連。

附圖說明

圖1為一種龍門動梁式臥式車銑復(fù)合加工中心整體示意圖；

圖2-a為臥式車削主軸單元的示意圖；

圖2-b為本發(fā)明臥式車主軸單元的前視剖視圖；

圖3為系統(tǒng)總線硬件連接示意圖；

圖4為智能機(jī)床PLC控制模塊關(guān)系框圖；

圖5為是i5智能機(jī)床通過互聯(lián)網(wǎng)與i平臺通訊控制框圖。圖中，1床身、2立柱、3橫梁、4滑板、5主軸箱、6主軸動力單元、7斗笠式刀庫、8尾座單元、9臥式車削主軸單元、10主軸夾盤、11臥車主軸、12臥車支撐座、13頂防護(hù)罩、14回轉(zhuǎn)頂針、15尾座軸、16尾座防護(hù)罩、17主軸風(fēng)扇。

具體實施方式

本發(fā)明一種龍門動梁式臥式車銑復(fù)合加工中心，結(jié)構(gòu)和實施方案如圖1-2所示，龍門動梁式框架包括左右立柱2固定于床身1上，橫梁3固定于導(dǎo)軌滑塊上并在兩立柱2上端前后Y軸移動，滑板4固定于導(dǎo)軌滑塊上帶動主軸箱5在橫梁3上左右X軸移動，并且主軸箱5在豎立導(dǎo)軌的滑板4上上下Z軸移動，其特征在于臥式車削主軸單元9固定于床身1前側(cè)水平面左側(cè)、尾座單元8固定于床身1前側(cè)水平面右側(cè)；主軸動力單元6倒置于主軸箱5內(nèi)，作為銑主軸，斗笠式刀庫7固定于床身1后側(cè)，實現(xiàn)X、Y、Z三軸主軸抓刀功能；車削電主軸、銑主軸均采用直驅(qū)電主軸，Y軸采用雙驅(qū)，直線軸采用電機(jī)直連；直線軸采用電機(jī)直連，切換至銑床功能時能實現(xiàn)四軸插補(bǔ)。

臥式車削主軸單元9、尾座單元8及工作臺的結(jié)構(gòu)：主軸夾盤10裝配在臥車主軸11前端，車削時夾試料與其一起旋轉(zhuǎn)，臥車主軸整體安裝在臥車支撐座12上，與臥車主軸11軸向水平；在床身1右側(cè)回轉(zhuǎn)頂針14安裝在尾座軸15前 端，起到輔助支撐零件的作用；工作臺上頂防護(hù)罩13、尾座防護(hù)罩16用于防止冷卻液體濺入；臥車主軸11徑向有主軸風(fēng)扇17起到冷卻作用。

本發(fā)明的工作原理是：

龍門動梁式臥式車銑復(fù)合加工中心，采用i5系統(tǒng)的運(yùn)動控制底層技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對機(jī)床實施作業(yè)控制，龍門動梁式框架基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)包括左右兩側(cè)立柱2落在坐于地腳的床身1上，橫梁3固定于左右兩側(cè)立柱2上端導(dǎo)軌滑塊上，電機(jī)運(yùn)行帶動絲杠及橫梁3前后移動，即實現(xiàn)Y軸雙驅(qū)動?；?通過螺釘固定于橫梁3的導(dǎo)軌滑塊上，并帶動橫梁3左右移動，即X軸運(yùn)動。主軸箱5與豎立導(dǎo)軌連接，滑塊固定于滑板上，在電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)下，帶動絲杠、滑板4及主軸箱5，上下移動，即Z軸運(yùn)動。主軸驅(qū)動單元6倒置于主軸箱5內(nèi)，斗笠式刀庫7固定于床身1后側(cè)，主軸驅(qū)動單元6可通過X、Y、Z三軸實現(xiàn)主軸取刀功能。根據(jù)機(jī)床不同類型，實現(xiàn)銑或車的功能。

臥式車主軸單元9固定于床身左側(cè)，當(dāng)主軸驅(qū)動單元6安裝車刀停止不動，臥車主軸11高速旋轉(zhuǎn)，試料裝卡于卡盤上，通過X、Y、Z軸移動將主軸驅(qū)動單元6送至試料位，可實現(xiàn)車削功能；當(dāng)主軸驅(qū)動單元6安裝銑刀高速旋轉(zhuǎn)，通過X、Y、Z軸移動，臥車主軸11或停止不動或與之插補(bǔ)聯(lián)動，可實現(xiàn)銑削功能，所以實現(xiàn)了臥式車銑復(fù)合加工中心。

圖3～5為控制系統(tǒng)框圖，系統(tǒng)總線把i5系統(tǒng)及PLC控制信息電氣傳輸給本機(jī)床的執(zhí)行部件各軸電機(jī)。PLC程序控制關(guān)系通過圖4所示關(guān)系，實施等級控制：主程序的主函數(shù)：分別調(diào)用各個一級模塊，一級模塊中再分別調(diào)用二級模塊，以此類推，分別實現(xiàn)機(jī)床各功能部件的動作并實時監(jiān)控部件的狀態(tài)，觸發(fā)相關(guān)報警，對機(jī)床加以限制；

I/O輸入輸出：此模塊將PLC與CNC，PLC與外部IO引腳相聯(lián)接，實時讀取與寫入CNC及外部I/O的狀態(tài)，主要起到聯(lián)接各模塊通信的作用；

基礎(chǔ)功能模塊：此模塊中包含機(jī)床常用的功能部件，如液壓站、機(jī)床照明、三色燈、排屑器、按鈕站類型、水冷等，這些常用部件的控制、類型的選擇、使能以及相關(guān)報警都在此模塊中實現(xiàn)；

刀庫模塊：M8機(jī)床采用基輔圓盤式刀庫，各子模塊中根據(jù)M6換刀子程序中的步驟，通過定位、數(shù)刀等接近開關(guān)以及相關(guān)接觸器對電機(jī)的開斷，實現(xiàn)自動及手動取刀、換刀、更新刀具信息等過程；

車床模塊：分別實現(xiàn)CAPTO主軸的松夾動作、尾臺等車床專用功能部件的相關(guān)控制。

圖5中i5智能機(jī)床通過Ethernet總線與i平臺進(jìn)行互聯(lián)網(wǎng)通訊，接受i平臺的指令或向i平臺發(fā)送機(jī)床的數(shù)據(jù)。