CN109304484B - 一种重心驱动零悬伸量的数控车床 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种重心驱动零悬伸量的数控车床，床身、横向导轨、纵向导轨、主轴单元、刀架单元；所述横向导轨固定在床身的顶部，纵向导轨固定在床身上与外部连通的侧部，主轴单元能够水平往复运动的连接在横向导轨上，刀架单元能够竖直往复运动的连接在纵向导轨上，且主轴单元与刀架单元均为零悬伸量的设计。本发明的有益效果：本发明实现零悬伸量与重心驱动配合，可以削弱工件加工时主轴单元受到的扭矩，减小工件与刀具之间的相对振动，提高加工精度和稳定性，延长刀具的使用寿命。

Description

一种重心驱动零悬伸量的数控车床

技术领域

本发明涉及一种数控机床，尤其涉及的是一种重心驱动零悬伸量的数控车床。

背景技术

随着我国制造业的飞速发展，生产装备技术正朝向精密、高效、智能积极转型。在回转体零件的加工中，数控车床由于其生产效率高、安全性好(加工过程不需人工介入)、加工精度稳定的特点，已逐渐取代传统车床。出于对加工效率的进一步追求，一些数控车床旁边装有机械臂，以实现自动上下料，然而这会带来额外的成本和安全隐患。于是德国Emag公司发明了一种主轴倒立的数控车床，其主轴具有横向和纵向两个运动自由度，可通过主轴的运动配合液压卡盘的抓取实现自动上下料。往后的倒立式车床均采用此种结构，直到李鹭扬老师在专利CN104874815B中提出了一种两轴分置的倒立式数控车床。该车床移除主轴的纵向运动自由度，改为刀架纵向运动，配合主轴的横向进给加工零件，将两个运动自由度分开，一定程度上提高了车床的刚度，利于实现更为精密、稳定的零件加工。

目前的倒立式数控车床，无论是主轴双向联动的还是两轴分置的，其主轴或刀架相对于驱动力方向均有一定的悬伸量，这在主轴或刀架空载移动时，不会产生可观的负面效应，但是在工件进给时，由于主轴悬伸量的存在，刀具进给受到的反作用力与水平驱动力不在一个竖直平面上，在二力的共同作用下，主轴单元(包括主轴和用于安装主轴的水平滑鞍)会受到一个竖直于水平面方向的扭矩，造成工件和刀具之间的相对振动，降低工件的加工精度和刀具的使用寿命。

有鉴于上述的缺陷，本设计人积极加以研究创新，以期创设一种没有悬伸量、重心驱动的倒立式数控车床，使其更具有产业上的利用价值。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供了一种解决上述背景技术中主轴或刀架悬伸量的存在从而导致工件和刀具之间的相对振动的数控车床。

本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的：本发明包括床身、横向导轨、纵向导轨、主轴单元、刀架单元；

所述床身为内部为空、顶面和其中一个侧面与外部连通的结构，所述横向导轨固定在床身的顶部，纵向导轨固定在床身上与外部连通的侧部，主轴单元能够水平往复运动的连接在横向导轨上，刀架单元能够竖直往复运动的连接在纵向导轨上；

横向导轨对称结构，主轴单元的重心水平移动产生的轨迹所在的竖直面与横向导轨的对称面重合，纵向导轨为对称结构，刀架单元的重心水平移动产生的轨迹所在的竖直面与纵向导轨的对称面重合。

优选的，所述床身为沿竖直方向对称的六面体结构，内部为长方形空腔结构，顶面和四个侧面均与外部连通。

优选的，所述横向导轨为两根互相平行的水平导轨，对称固定安装在床身的顶部，主轴单元的重心水平移动产生的轨迹所在的竖直面与两根水平导轨的对称面重合。

优选的，所述主轴单元包括主轴箱、主轴、主轴卡盘，所述主轴箱能够滑动的连接在横向导轨上，主轴穿过主轴箱并固定在主轴箱上，主轴卡盘安装在主轴下端。

优选的，还包括用于驱动主轴单元水平往复运动的主轴驱动装置，安装在床身的顶部，所述主轴驱动装置驱动主轴单元运动时，主轴驱动装置产生的驱动力的作用线方向与主轴单元重心运动轨迹重合。

优选的，所述纵向导轨为两个互相平行的竖直导轨，对称固定安装在床身的侧部，刀架单元的重心竖直移动产生的轨迹所在的竖直面与两根竖直导轨的对称面重合。

优选的，所述刀架单元包括刀架箱、刀架、刀具，所述刀架箱能够滑动连接在纵向导轨上，刀架固定在刀架箱上，刀具固定在刀架上。

优选的，还包括用于驱动刀架单元竖直往复运动的刀架驱动装置，安装在床身的侧部，所述刀架驱动装置驱动刀架单元运动时，刀架驱动装置产生的驱动力的作用线方向与刀架单元重心运动轨迹重合。

优选的，还包括用于平衡刀架单元重量的配重单元，设置在刀架单元的一侧，所述配重单元包括配重块、配重绳、配重轮、配重块导轨、配重滑块，所述配重块导轨固定在床身侧部，配重轮可转动的安装在配重块导轨顶部，所述配重绳跨过配重轮，一端与刀架箱连接，另一端与配重块连接，且配重块一侧固定连接配重滑块，所述配重滑块能够竖直方向往复运动的连接在配重块导轨上。

优选的，还包括底座，所述床身可拆卸的安装在底座上。

本发明相比现有技术具有以下优点：

(1)通过将主轴单元和刀架单元跨架在床身上，主轴单元的重心移动产生的轨迹所在的水平面与横向导轨的对称面重合，刀架单元的重心移动产生的轨迹所在的竖直面与纵向导轨的对称面重合，即实现了主轴和刀架的零悬伸量，提高了系统刚度；

(2)且主轴驱动装置产生的驱动力的作用线方向与主轴单元重心运动轨迹重合，刀架驱动装置产生的驱动力的作用线方向与刀架单元重心运动轨迹重合，实现重心驱动，消除了由于进给力和驱动力不共面造成的力矩，与零悬伸量结合，跟好的实现减少了工件和刀具之间的相对振动，提高了加工精度和稳定性；

(3)对称结构的床身具有更高的强度和刚度。

附图说明

图1是本发明实施例一种零悬伸量且重心驱动的数控车床的结构示意图；

图2是图1中床身的结构示意图；

图3是图1中横向导轨与主轴单元的结构示意图

图4是图1中纵向导轨、刀架单元与配重单元的结构示意图。

图中标号：包括床身1、窗口11、横向导轨2、水平导轨21、纵向导轨3、竖直导轨31、主轴单元4、主轴箱41、主轴42、主轴卡盘43、主轴驱动装置44、刀架单元5、刀架箱51、刀架52、刀具53、刀架驱动装置54、配重单元6、配重块61、配重绳62、配重轮63、配重块导轨64、配重滑块65、底座7、工件8。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示，本实施例一种重心驱动零悬伸量的数控车床，包括床身1、横向导轨2、纵向导轨3、主轴单元4、刀架单元5、配重单元6、底座7。

所述床身1为内部为空、顶面和其中一个侧面与外部连通的结构，所述横向导轨2固定在床身1的顶部，即顶面与外部连通处，纵向导轨3固定在床身1上与外部连通的左侧面处，此处设定：安装刀架单元5的侧面为左侧面，与其相对的侧面为右侧面，主轴单元4能够水平往复运动的连接在横向导轨2上，刀架单元5能够竖直往复运动的连接在纵向导轨3上；工作时，主轴单元4的重心移动产生的轨迹所在的水平面横向导轨2的支撑面重合；

横向导轨2对称结构，主轴单元4的重心水平移动产生的轨迹所在的竖直面与横向导轨2的对称面重合，纵向导轨3为对称结构，刀架单元5的重心水平移动产生的轨迹所在的竖直面与纵向导轨3的对称面重合。

如图2所示，床身1为沿竖直方向对称的六面体结构，内部为长方形空腔结构，顶面、正面、背面、左侧面、右侧面均与外部连通，图中所示的床身1的正面、背面共开有四个窗口11，对称设置，窗口11用于主轴单元4和刀架单元5的测试对齐以及上下料平台的安装维护，且顶面设有安装横向导轨2的两排安装孔，左侧面开设有两排安装刀架单元5的安装孔。

如图3所示，所述横向导轨2为两根互相平行的水平导轨21，对称固定安装在床身的顶部，主轴单元4的重心水平移动产生的轨迹所在的竖直面与两根水平导轨21的对称面重合。

所述主轴单元4包括主轴箱41、主轴42、主轴卡盘43，所述主轴箱41能够滑动连接在横向导轨2上，主轴箱41为对称结构，且内部设有驱动主轴旋转的传动系统，具体的，可通过主轴箱41两侧螺栓固定连接在四个主轴箱滑块上，四个主轴箱滑块滑动卡接在横向导轨的两条水平导轨21上，主轴42穿过主轴箱41并固定在主轴箱41上，主轴卡盘43安装在主轴42下端，用于夹持工件8。

本实施例还包括用于驱动主轴单元4水平往复运动的主轴驱动装置44，安装在床身1的顶部，所述主轴驱动装置44驱动主轴单元4运动时，主轴驱动装置44产生的驱动力的作用线方向与主轴单元4重心运动轨迹重合。本实施例中主轴驱动装置44为沿主轴单元4运动方向设置在主轴单元4两侧的齿轮传动系统及水平直线电机，其他适于本装置产生驱动力的传动系统，如利用气缸、液压缸等往复伸缩实现，均在本发明的保护范围。

如图4所示，所述纵向导轨3为两个互相平行的竖直导轨31，对称固定安装在床身1的侧部，刀架单元5的重心竖直移动产生的轨迹所在的竖直面与两根竖直导轨31的对称面重合，且本发明中，主轴单元4的重心水平移动产生的轨迹所在的竖直面与刀架单元5的重心竖直移动产生的轨迹所在的竖直面重合。

所述刀架单元5包括刀架箱51、刀架52、刀具53，所述刀架箱51能够滑动的连接在纵向导轨3上，刀架52固定在刀架箱51上，刀具53固定在刀架52上，所述刀架52为旋转结构，其上可以安装多把刀具53。本实施例还包括用于驱动刀架单元5竖直往复运动的刀架驱动装置54，安装在床身1的侧部，所述刀架驱动装置54驱动刀架单元5运动时，刀架驱动装置54产生的驱动力的作用线方向与刀架单元5重心运动轨迹重合。本实施例中刀架驱动装置54为沿刀架单元4运动方向设置在刀架单元4两侧的齿轮传动系统及竖直直线电机，其他适于本装置产生驱动力的传动系统，如利用气缸、液压缸等往复伸缩实现，均在本发明的保护范围。

本实施例还包括用于平衡刀架单元5重量的配重单元6，设置在刀架单元6的一侧，所述配重单元6包括配重块61、配重绳62、配重轮63、配重块导轨64、配重滑块65，所述配重块导轨64固定在床身1侧面，配重轮63可转动的安装在配重块导轨64顶部，所述配重绳62跨过配重轮63，一端与刀架箱51连接，另一端与配重块61连接，且配重块61一侧固定连接配重滑块65，所述配重滑块65能够竖直方向往复运动的连接在配重块导轨64上。

本实施例还包括底座7，所述床身1可拆卸的安装在底座7上，底座7为尺寸稍大于底座1底部的矩形体。

本发明的工作过程：

用人工方式或自动上下料机械手将工件8夹装至主轴卡盘43上，主轴卡盘43卡紧工件8后，主轴驱动装置44中的直线电机驱动主轴单元4沿齿轮条朝左快速移动至预先设定的加工位置，也即刀架单元5的上方位置，在这个过程中，主轴42加速至预设转速，接着主轴驱动装置44驱动主轴单元4水平进给，同时刀架驱动装置54驱动刀架单元5竖直进给，两者按照预设的加工工序，将工件8加工完毕，在刀架驱动装置54驱动刀架单元5的过程中，配重块61平衡了刀架单元5的重量，使得竖直方向的进给不受刀架单元5重力的影响，工件8加工完毕后，刀架单元5在刀架驱动装置54的驱动下回归初始位置，主轴单元4在主轴驱动装置44的驱动下将加工好的工件8送归初始位置，用人工或自动上下料装置将其拆卸，换装上新的待加工工件8，至此，一个加工周期结束。

综上所述，本发明通过将主轴单元4和刀架单元5横跨在床身1上，实现了主轴单元4和刀架单元5的零悬伸，提高了系统刚度，另一方面，由于主轴驱动力和刀架驱动力分别贯穿主轴单元4的重心和刀架单元5的重心，消除了由于进给力和驱动力不共面造成的力矩，减少了工件8和刀具53之间的相对振动，提高了加工精度和稳定性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种重心驱动零悬伸量的数控车床，其特征在于，包括床身、横向导轨、纵向导轨、主轴单元、刀架单元；

所述床身为内部为空、顶面和其中一个侧面与外部连通的结构，所述横向导轨固定在床身的顶部，纵向导轨固定在床身上与外部连通的侧部，主轴单元能够水平往复运动的连接在横向导轨上，刀架单元能够竖直往复运动的连接在纵向导轨上；

还包括用于平衡刀架单元重量的配重单元，设置在刀架单元的一侧，所述配重单元包括配重块、配重绳、配重轮、配重块导轨、配重滑块，所述配重块导轨固定在床身侧部，配重轮可转动的安装在配重块导轨顶部，所述配重绳跨过配重轮，一端与刀架箱连接，另一端与配重块连接，且配重块一侧固定连接配重滑块，所述配重滑块能够竖直方向往复运动的连接在配重块导轨上；

横向导轨对称结构，主轴单元的重心水平移动产生的轨迹所在的竖直面与横向导轨的对称面重合，纵向导轨为对称结构，刀架单元的重心水平移动产生的轨迹所在的竖直面与纵向导轨的对称面重合；

还包括用于驱动主轴单元水平往复运动的主轴驱动装置，安装在床身的顶部，所述主轴驱动装置驱动主轴单元运动时，主轴驱动装置产生的驱动力的作用线方向与主轴单元重心运动轨迹重合；

还包括用于驱动刀架单元竖直往复运动的刀架驱动装置，安装在床身的侧部，所述刀架驱动装置驱动刀架单元运动时，刀架驱动装置产生的驱动力的作用线方向与刀架单元重心运动轨迹重合；

主轴单元的两侧包括连接部，连接部与所述横向导轨连接，所述连接部位于所述主轴单元的侧面中部，所述主轴单元悬置在所述床身的顶部开口处。

2.根据权利要求1所述的一种重心驱动零悬伸量的数控车床，其特征在于，所述床身为沿竖直方向对称的六面体结构，内部为长方形空腔结构，顶面和四个侧面均与外部连通。

3.根据权利要求1所述的一种重心驱动零悬伸量的数控车床，其特征在于，所述横向导轨为两根互相平行的水平导轨，对称固定安装在床身的顶部，主轴单元的重心水平移动产生的轨迹所在的竖直面与两根水平导轨的对称面重合。

4.根据权利要求1所述的一种重心驱动零悬伸量的数控车床，其特征在于，所述主轴单元包括主轴箱、主轴、主轴卡盘，所述主轴箱能够滑动的连接在横向导轨上，主轴穿过主轴箱并固定在主轴箱上，主轴卡盘安装在主轴下端。

5.根据权利要求1所述的一种重心驱动零悬伸量的数控车床，其特征在于，所述纵向导轨为两个互相平行的竖直导轨，对称固定安装在床身的侧部，刀架单元的重心竖直移动产生的轨迹所在的竖直面与两根竖直导轨的对称面重合。

6.根据权利要求1所述的一种重心驱动零悬伸量的数控车床，其特征在于，所述刀架单元包括刀架箱、刀架、刀具，所述刀架箱能够滑动连接在纵向导轨上，刀架固定在刀架箱上，刀具固定在刀架上。

7.根据权利要求1所述的一种重心驱动零悬伸量的数控车床，其特征在于，还包括底座，所述床身可拆卸的安装在底座上。