一种弯头立柱钻铣加工中心的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种弯头立柱钻铣加工中心。其包括床身、滑鞍、工作台，立柱及主轴箱。垂直安装在床身上方的立柱是一呈倒L状的弯头立柱。弯头立柱的弯头部分形成呈凹形的安装凹槽，通过安装凹槽可连接主轴箱：安装凹槽的两个侧壁上分别固定有一对线轨滑块，在主轴箱两侧面对应线轨滑块的位置处分别固定有一根线性导轨，通过线轨滑块与线性导轨的耦合可使主轴箱被夹持在安装凹槽内。在驱动丝杆的带动下，主轴箱可沿其重心方向做铅锤运动。本发明弯头立柱钻铣加工中心，使用弯头立柱可最大限度的减少偏载力矩和悬伸力矩对主轴箱运动精度、静态精度和加工精度的影响，解决了主轴箱故有的低头问题和平衡问题，很好的解决了主轴箱高速运行时的振动现象，尤其适合对大型加工工作台的钻铣加工。
【专利说明】
一种弯头立柱钻铣加工中心
技术领域
[0001]本发明涉及加工中心技术领域，尤其涉及一种弯头立柱钻铣加工中心。
【背景技术】
[0002]钻铣加工中心专门用于钻孔、攻螺纹、铣削和镗孔加工的一种高速小型号立式加工中心。其特点是结构紧凑，刀具交换的时间短。主要用于铝合金和铸铁零部件的加工件，广泛用于缝纫机制造和通信设备制造业，是手机外壳加工最理想的加工设备之。其缺点是加工范围有限，不能满足大容量激站壳体、大显示屏框架和高铁列车灯饰、窗饰等铝型材的加工。其主要原因是目前市场上钻铣加工中心工作台的宽度太小，最大宽度只有450mm。
[0003]传统立式钻铣加工中心的结构，从附图5中不难看出，其采用垂直式的立柱12’，沿该立柱12 ’垂直方向的外侧壁上设置有平行Z轴方向(即垂直地面方向)的导轨18’，主轴箱8’的一端可沿该导轨18’方向做上下往返运动，另一端设置有可沿Z轴方向运动的主轴14’，实际应用中，正常情况下，主轴箱8’的悬伸方向与立柱12’的垂直方向呈现出直角的夹角，此时，主轴14’沿垂直方向的精准度越高，但是，当与该立柱12’匹配的工作台的面积、尤其沿X方向的宽度越大时，主轴箱8 ’悬伸的跨度也势必越大，主轴箱8 ’因自重而产生的悬臂(伸)力矩也就越大，因此极易出现主轴箱8’呈现一定斜度偏转的现象，致使主轴箱8’的悬伸方向与立柱12’的垂直方向呈现出锐角的夹角，主轴14’顺势产生低头的现象，主轴14’的中心轴线也顺势产生偏转，致使主轴箱8’升降时的平衡受到严重影响，并且高速运行时势必出现主轴箱8，振动和抖动的现象。另外在加工时，因切削力产生的偏截力矩，也会因主轴14’与导轨18’间的距离加工而增加。基于上述原因，国内外至今没有适用于大规格(工作台宽度)的、且精准度更高的高速立式铣加工中心、只有小规格的高速钻铣加工中心。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种弯头立柱钻铣加工中心。
[0005]本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为:一种弯头立柱钻铣加工中心，包括床身、滑鞍和工作台，所述床身的上方垂直设置有一呈倒L状的弯头立柱，所述弯头立柱的顶部弯头部分的尾端端部内凹形成一沿垂直方向上下延伸的安装凹槽，所述安装凹槽内连接有一沿Z轴方向设置的主轴箱，所述主轴箱内安装有主轴总成;所述安装凹槽相对所述主轴箱的两个侧壁上分别利用第一螺钉固定有一线轨滑块，所述主轴箱对应所述线轨滑块的位置处分别利用第二螺钉固定有一沿Z轴方向设置的线性导轨，所述线性导轨与所述线轨滑块相耦合可使所述主轴箱被夹持在所述安装凹槽内并可沿其重心方向做铅锤运动。
[0006]在优选的实施例中，所述弯头立柱(12)的顶部弯头部分还安装有Z向传动模块(9)和Z向滚珠进给丝杆(13)，所述Z向传动模块(9)驱动所述Z向滚珠进给丝杆(13)转动，并带动所述主轴箱(8)沿铅锤方向在所述安装凹槽(121)内做上下进给运动。
[0007]在优选的实施例中，所述主轴箱(8)的尾端设置有刀库支架(7)、刀库摆动架(6)和刀库(4);所述主轴箱(8)的外侧安装有可供所述刀库(4)运动的导向板(5);所述刀库支架[7]的一端与所述导向板(5)固定连接、另一端与所述刀库摆动架(6)的一端固定连接，所述刀库摆动架(6)的另一端与所述刀库(4)固定连接。
[0008]在优选的实施例中，所述主轴箱(8)内还安装有用于刀具交换时松开被拉紧的刀具的打刀臂(10)和打刀凸轮(11);所述主轴箱(8)的尾端且靠近所述主轴总成(14)的位置处还设置有用于清洁所述刀库(4)上的刀具的喷嘴(15)。
[0009]本发明弯头立柱钻铣加工中心的有益效果在于:在床身上设置有一呈倒L状的弯头立柱，并在弯头立柱的弯头部分形成呈凹形的安装凹槽，安装凹槽内可分别连接固定主轴箱，安装凹槽的两个侧壁上分别固定有一线轨滑块，主轴箱对应线轨滑块的位置处固定有一可沿Z轴方向设置的线性导轨，通过线轨滑块与线性导轨的耦合可使主轴箱被夹持在安装凹槽内并可沿其重心方向做铅锤运动。本发明弯头立柱钻铣加工中心，有别于传统钻铣加工中心所采用的直立柱，使用弯头立柱可最大限度的减少偏载力矩和悬伸力矩对主轴箱运动精度、静态精度和和加工精度的的影响，从而使主轴箱能在零悬臂力矩的情况下，沿铅垂方向高速运行，解决了主轴箱故有的悬臂力矩所造成的主轴箱的低头问题、主轴箱的平衡问题，很好的解决了主轴箱高速运行时的振动现象。
【附图说明】
[0010]图1为一实施例中弯头立柱钻铣加工中心的正面结构示意图。
[0011 ]图2为一实施例中弯头立柱钻铣加工中心的内部结构示意图。
[0012]图3为图2中弯头立柱的横截面图。
[0013]图4为图3中弯头立柱与主轴箱安装后的横截面图。
[0014]图5为【背景技术】中传统立式钻铣加工中心的简易原理示意图。
[0015]图6为一实施例中弯头立柱钻铣加工中心的的简易原理示意图。
【具体实施方式】
[0016]下面将结合具体实施例及附图对本发明的弯头立柱钻铣加工中心作进一步详细描述。
[0017]请参见图1至图4，一种弯头立柱钻铣加工中心，包括床身(I)、滑鞍(2)和工作台
(3)。床身(I)的上方垂直设置有一呈倒L状的弯头立柱(12)，弯头立柱(12)的顶部弯头部分的尾端端部内凹形成一沿垂直方向上下延伸的安装凹槽(121)，安装凹槽(121)内连接有一沿Z轴方向设置的主轴箱(8)，主轴箱(8)内安装有主轴总成(14);安装凹槽(121)相对主轴箱(8)的两个侧壁上分别利用第一螺钉(19)固定有一线轨滑块(16)，主轴箱(8)对应线轨滑块(16)的位置处分别利用第二螺钉(20)固定有一沿Z轴方向设置的线性导轨(18)，线性导轨(18)与线轨滑块(16)相耦合可使主轴箱(8)被夹持在安装凹槽(121)内并可沿其重心方向做铅锤运动。
[0018]弯头立柱(12)的顶部弯头部分还安装有Z向传动模块(9)和Z向滚珠进给丝杆
(13)，Z向传动模块(9)驱动Z向滚珠进给丝杆(13)转动，并带动主轴箱(8)沿铅锤方向在安装凹槽(121)内做上下进给运动。
[0019]主轴箱(8)的尾端设置有刀库支架(7)、刀库摆动架(6)和刀库(4);主轴箱(8)的外侧安装有可供刀库(4)运动的导向板(5);刀库支架(7)的一端与导向板(5)固定连接、另一端与刀库摆动架(6)的一端固定连接，刀库摆动架(6)的另一端与刀库(4)固定连接。
[0020]主轴箱(8)内还安装有用于刀具交换时松开被拉紧的刀具的打刀臂(10)和打刀凸轮(11);主轴箱(8)的尾端且靠近所述主轴总成(14)的位置处还设置有用于清洁刀库(4)上的刀具的喷嘴(15)。
[0021]现以从国外进口的一种立式钻铣加工中心(俗称小黄机)为例，分析对比一下本发明与小黄机的区别。
[0022]本发明的是弯头立柱钻铣加工中心，在实验的基础上先优化立柱，一改传统直立柱为弯头立柱，加强弯头的布筋，使弯头部份有足够的刚性，二改悬臂式的主轴箱为长方柱形滑枕式主轴箱，三改导轨副的安装方式，将导轨安装在主轴箱现两侧与主轴箱重心重平行的对称侧面上，而将两对滑分别块镶嵌在弯头凹形横截面内侧两端，从而使主轴箱能在零悬臂力矩的情况下，沿铅垂(重心)方向高速运行。解决了悬臂(伸)主轴箱故有的悬臂力矩所造成的主轴箱的低头问题、主轴箱的平衡问题。较好的解决了主轴箱高速运行时的振动现象。而偏截力矩因主轴与导轨距离缩短而也得到了最大成度的改善。
[0023]参见图5和图6位偏载力矩对比示意图，其中图5为小黄机的结构示意图，图6为本发明弯头立柱钻铣加工中心的结构示意图。机床在加工时，主轴上的刀具在切除工件表面的加工余量时所产生的切削力，其Z向分力Fz，是施加在主轴上的切削分力。对立柱导轨而言，它就是一种偏载力。众所周知，偏载力与偏载距离之积即为偏载力矩。如图5所示:Z轴导轨到主轴中心的距离为450mm，这就小黄机的偏载距离，这个距离比较大。而图6中Z轴导轨到主轴中心的距离明显非常小，如图所示只有60mm，两者相差7.5倍之多，也就是说在同等切削条件下，进口小黄机的偏载力矩是本发明的偏载力矩的7.5倍。偏载力矩(扭矩)计算方法详见如下:
[0024]1、扭矩计算:Nz=FzXL
[0025]图5中小黄机:Nz=FzX450
[0026]图6中本发明的加工中心:Nz=Fz X 60
[0027]2、对比结果:在加工力相同的情况下，小黄机Z轴导轨承受的扭矩大约是本发明加工中心的7.5倍。
[0028]通过上述计算表明本发明的主轴箱的偏载力矩，远小于传统钻铣加工中心主轴箱的偏载力矩。偏载力矩是主箱振动之源，加工时的振动会随着加工速度、加工力的增加而增大。振幅会直接影响到导轨、主轴轴承的使用寿命，机床刚性和加工性能。为进一步提高主轴箱的刚性，本发明的主轴箱结构采用类似大型龙门机所用的滑枕式高刚性主轴箱结构，其刚性好、可以承受更高转速，加工性能也会有大幅提高。
[0029]综上，本发明弯头立柱钻铣加工中心，通过在床身上设置有一呈倒L状的弯头立柱，并在弯头立柱的弯头部分形成呈凹形的安装凹槽，安装凹槽内可分离连接固定主轴箱，安装凹槽的两个侧壁上分别固定有一线轨滑块，主轴箱对应线轨滑块的位置处固定有一可沿Z轴方向设置的线性导轨，通过线轨滑块与线性导轨的耦合可使主轴箱被夹持在安装凹槽内并可沿其重心方向做铅锤运动。本发明弯头立柱钻铣加工中心，有别于传统钻铣加工中心所采用的直立柱，使用弯头立柱可最大限度的减少偏载力矩和悬伸力矩对主轴箱运动精度、静态精度和和加工精度的的影响，从而使主轴箱能在零悬臂力矩的情况下，沿铅垂方向高速运行，解决了主轴箱故有的悬臂力矩所造成的主轴箱的低头问题、主轴箱的平衡问题，很好的解决了主轴箱高速运行时的振动现象。
[0030]虽然对本发明的描述是结合以上具体实施例进行的，但是，熟悉本技术领域的人员能够根据上述的内容进行许多替换、修改和变化、是显而易见的。因此，所有这样的替代、改进和变化都包括在附后的权利要求的精神和范围内。
【主权项】
1.一种弯头立柱钻铣加工中心，包括床身(I)、滑鞍(2)和工作台(3)，其特征在于，所述床身(I)的上方垂直设置有一呈倒L状的弯头立柱(12)，所述弯头立柱(12)的顶部弯头部分的尾端端部内凹形成一沿垂直方向上下延伸的安装凹槽(121)，所述安装凹槽(121)内连接有一沿Z轴方向设置的主轴箱(8)，所述主轴箱(8)内安装有主轴总成(14);所述安装凹槽(121)相对所述主轴箱(8)的两个侧壁上分别利用第一螺钉(19)固定有一线轨滑块(16)，所述主轴箱(8)对应所述线轨滑块(16)的位置处分别利用第二螺钉(20)固定有一沿Z轴方向设置的线性导轨(18)，所述线性导轨(18)与所述线轨滑块(16)相耦合可使所述主轴箱(8)被夹持在所述安装凹槽(121)内并可沿其重心方向做铅锤运动。2.根据权利要求1所述的弯头立柱钻铣加工中心，其特征在于，所述弯头立柱(12)的顶部弯头部分还安装有Z向传动模块(9)和Z向滚珠进给丝杆(13)，所述Z向传动模块(9)驱动所述Z向滚珠进给丝杆(13)转动，并带动所述主轴箱(8)沿铅锤方向在所述安装凹槽(121)内做上下进给运动。3.根据权利要求2所述的弯头立柱钻铣加工中心，其特征在于，所述主轴箱(8)的尾端设置有刀库支架(7)、刀库摆动架(6)和刀库(4);所述主轴箱(8)的外侧安装有可供所述刀库(4)运动的导向板(5);所述刀库支架(7)的一端与所述导向板(5)固定连接、另一端与所述刀库摆动架(6)的一端固定连接，所述刀库摆动架(6)的另一端与所述刀库(4)固定连接。4.根据权利要求3所述的弯头立柱钻铣加工中心，其特征在于，所述主轴箱(8)内还安装有用于刀具交换时松开被拉紧的刀具的打刀臂(10)和打刀凸轮(11);所述主轴箱(8)的尾端且靠近所述主轴总成(14)的位置处还设置有用于清洁所述刀库(4)上的刀具的喷嘴(15)。
【文档编号】B23B19/00GK106002310SQ201610590080
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年7月23日
【发明人】许祥泰
【申请人】惠州华数控技术研究院有限公司, 惠州华一数控技术研究院有限公司, 惠州市华智能制造机械有限公司, 惠州市华一智能制造机械有限公司