一种精密的大扭矩数控卧式加工中心的制作方法

1.本实用新型涉及机械加工中心技术领域，尤其涉及一种精密的大扭矩数控卧式加工中心。


背景技术：

2.随着制造业的迅速发展，对数控卧式加工中心的加工效率、加工精度、加工范围的要求越来越高，要求箱体类零件在一次装夹后进行多个面的铣削，钻孔，扩孔，镗孔，攻丝镗台阶孔等多种加工工序，而且要在一次装夹下，完成零件的粗精加工。
3.另外，在数控卧式加工中心的主轴箱进行y轴方向移动过程中，受到主轴箱本身较重重量影响以及在主轴箱对工件进行加工处理时产生的反作用力，对y轴移动的驱动系统造成较大影响。因此，设计一种满足各类工件粗精加工、并且能够保证当主轴箱加工过程时主轴箱在y轴精准定位的稳定性的数控卧式加工中心，成为需要解决的问题。


技术实现要素：

4.本实用新型专利所要解决的技术问题是：针对现有制造业的需求以及主轴箱加工移动过程中出现的问题，提供一种精密的大扭矩卧式加工中心，满足各类工件粗精加工、保证主轴箱加工过程中的y轴向移动精准性、稳定性。
5.为解决上述技术问题，本实用新型是通过以下技术方案实现的：
6.本实用新型提供一种精密的大扭矩数控卧式加工中心，包括加工整机，加工整机配置有垂直连接的纵床身、横床身，加工整机配置滚柱导轨式z 轴机构、滚柱导轨式x轴机构和硬轨式y轴机构。
7.滚柱导轨式z轴机构安装在纵床身位置处，纵床身上方配置有由滚柱导轨式z轴机构驱动移动的立柱。硬轨式y轴机构竖直安装在立柱位置处，立柱配置有由硬轨式y轴机构驱动升降移动的主轴箱，立柱上侧配置有用于动态调节主轴箱配重的平衡油缸,硬轨式y轴机构包括用于传感检测硬轨式y轴机构实时输出扭矩的y轴机构扭矩传感模块，主轴箱配置有用于实时传感检测主轴箱实时加工输出扭矩的w轴机构扭矩传感模块。滚柱导轨式x轴机构安装在横床身位置处，滚柱导轨式x轴机构驱动安装有左右移动的工作台。
8.作为本实用新型中数控卧式加工中心的一种优选技术方案：滚柱导轨式z轴机构包括固定安装在纵床身上侧的一组平行设置的z轴直线导轨，立柱导向安装在一组z轴直线导轨上侧位置；滚柱导轨式z轴机构包括固定安装在纵床身后侧端位置处的z轴电机，z轴电机的输出侧固定连接有与 z轴直线导轨平行的z轴滚珠丝杠；其中，z轴滚珠丝杠位于两个z轴直线导轨之间，立柱底部设置有与z轴滚珠丝杠驱动配合的位移驱动结构，位移驱动结构开设有与z轴滚珠丝杠相配合的螺纹通孔结构。
9.作为本实用新型中数控卧式加工中心的一种优选技术方案：硬轨式y 轴机构包括竖直分布在立柱上的y轴淬火导轨，主轴箱两侧配置有与y轴淬火导轨滑动配合的导向结构；硬轨式y轴机构包括固定安装在立柱上侧位置的y轴电机，y轴电机的输出侧固定连接有
与y轴淬火导轨平行的y轴滚珠丝杠；其中，y轴滚珠丝杠位于两个y轴淬火导轨之间，主轴箱配置有与y轴滚珠丝杠驱动配合的位移驱动结构，位移驱动结构开设有与y轴滚珠丝杠相配合的螺纹通孔结构。
10.作为本实用新型中数控卧式加工中心的一种优选技术方案：滚柱导轨式x轴机构包括固定安装在纵床身上侧的一组平行设置的x轴直线导轨，一组z轴直线导轨上侧位置导向安装有移动基底，工作台转动安装在移动基底上部位置；滚柱导轨式x轴机构包括固定安装在横床身一侧端位置处的x轴电机，x轴电机的输出侧固定连接有与x轴直线导轨平行的x轴滚珠丝杠；其中，x轴滚珠丝杠位于两个x轴直线导轨之间，移动基底的底部设置有与x轴滚珠丝杠驱动配合的位移驱动结构，位移驱动结构开设有与x 轴滚珠丝杠相配合的螺纹通孔结构。
11.作为本实用新型中数控卧式加工中心的一种优选技术方案：移动基底一侧配置有横置的定位伺服电机，移动基底配置有由定位伺服电机驱动转动的360分度端齿盘，工作台固定安装在360分度端齿盘上侧位置。
12.作为本实用新型中数控卧式加工中心的一种优选技术方案：纵床身开设有位于一组x轴直线导轨外围位置的螺杆排屑槽，纵床身的侧端位置固定安装有横置的螺杆排屑电机，螺杆排屑电机的输出侧固定连接有安装在螺杆排屑槽中的排屑螺杆。
13.与现有的技术相比，本实用新型的有益效果是：
14.本实用新型中所设计的数控卧式加工中心，能够在保证精度的前提下，可进行重切削、铣削，钻孔，扩孔，镗孔，攻丝镗台阶孔等各类工序，并且带有w轴功能，工作台采用360度牙盘分度，以适应当前数控卧式加工中心的发展要求。
附图说明
15.图1为本实用新型中数控卧式加工中心的主要结构示意图。
16.图2为本实用新型中数控卧式加工中心的xyzw轴向结构配置示意图。
17.图3为图2中数控卧式加工中心另一侧视角的结构示意图。
18.图4为图3中a处局部放大的结构示意图。
19.图5为本实用新型中主轴箱与y轴滚珠丝杠配合的结构示意图。
20.附图标记说明：
21.1-纵床身；2-横床身；3-z轴直线导轨；4-z轴电机；5-z轴滚珠丝杠； 6-立柱；7-y轴电机；8-y轴滚珠丝杠；9-平衡油缸；10-主轴箱；11-y轴淬火导轨；12-x轴电机；13-x轴滚珠丝杠；14-x轴直线导轨；15-工作台；16-螺杆排屑电机；17-交换工作台；18-水箱；19-排屑机；20-刀库；21
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电控柜；22-液压站；23-移动基底；24-360分度端齿盘；25-定位伺服电机； 26-螺杆排屑槽；27-位移驱动结构。
具体实施方式
22.为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
23.实施例一
24.请参阅图1至图5，本实用新型中的一种精密的大扭矩数控卧式加工中心主要结构如下：
25.整机设备：机床主体结构为倒t型，全动柱式结构。主轴箱10上下移动机构采用硬轨式y轴机构，硬轨式y轴机构包括y轴电机7、y轴滚珠丝杠8和y轴淬火导轨11，y轴淬火导轨11的滑动面贴塑，承载能力大，抗震性好。立柱6前后移动机构采用滚柱导轨式z轴机构，滚柱导轨式z轴机构包括z轴直线导轨3、z轴电机4和z轴滚珠丝杠5。工作台15左右移动机构采用滚柱导轨式x轴机构，滚柱导轨式x轴机构包括x轴电机12、x 轴滚珠丝杠13、x轴直线导轨14，x轴采用重载滚柱直线导轨，定位精度高。主轴箱10采用两档全齿轮传动，实现低速大扭矩切削，并且带有w轴功能，方便加工深孔箱体类零件，具有更高的精度和刚性，三轴行程加大。工作台15通过360分度端齿盘24进行定位，360度分度，使整机的加工范围更加广泛。双交换工作台15的交换工作台、大容量的刀库20，能够有效减少辅助时间，提高机床效率。控制部分采用fanuc系统，具有高性能、高精度、高可靠性等优点，操作方便，自诊断能力强。
26.另外，立柱6、主轴箱10、移动基底23都固定配置位移驱动结构27，位移驱动结构27与丝杠结构进行配合，从而推进立柱6、主轴箱10、移动基底23进行相应移动。
27.床身：床身包括纵床身1、横床身2，应用先进的有限元分析软件ansys 合理的优化布置筋格，保证其强度与刚性，使各部件性能指标均达最优，保证了刚性的持久性。
28.立柱6：采用双柱封闭框架式结构，空腔内设置有较高的纵向和横向环形筋，使立柱6具有较高的抗扭抗弯刚性，切削受力均匀，热稳定性好。
29.主轴箱10：采用宽域交流伺服主轴电机，机械齿轮两档变速，带有w 轴功能，加工范围广，并通过平衡油缸9等机构对配重系统进行深度优化设计，解决了机械主轴加工过程中上下运动时产生的重力、加速度、惯性以及加工过程中产生的静摩擦反作用力等问题。
30.工作台15：安装在移动基底23上侧，移动基底23安装在z轴直线导轨3、z轴滚珠丝杠5上侧，由360分度端齿盘24对工作台进行调节，[交流]定位伺服电机25对工作台15进行驱动调节，液压夹紧，定位准确可靠。
[0031]
刀库20：刀库20机械手采用整套专业配套生产厂家的产品，质量可靠，性能稳定，进一步提高了整机工作可靠性，也大大提高了机床的加工效率。
[0032]
排屑装置：在横床身开设了螺杆排屑槽26，横床身2侧端安装了螺杆排屑电机16，本机床采用双螺旋排屑器[配置在螺杆排屑槽26位置处]，可实现长距离排屑，并配链板式排屑机19和小车。
[0033]
液压系统：本机床液压系统主要完成主轴箱齿轮换挡，工作台15夹紧放松、自动换刀、交换工作台15等功能。
[0034]
润滑装置：主轴轴承采用油气润滑，各导轨采用油润滑，主轴箱内换挡齿轮采用循环冷却润滑。
[0035]
控制系统：配备高性能fanuc数控系统，可保证用户要求的数控加工功能和辅助功能。
[0036]
本实用新型的数控卧式加工中心还配置电控柜21、液压站22、排屑侧的水箱18。
[0037]
本实用新型中的机床主要技术参数如下表格中所示。
[0038][0039]
[0040][0041]
实施例二
[0042]
本实用新型涉及一种精密的大扭矩数控卧式加工中心的驱控方法，包括以下步骤：
[0043]
㈠加工中心配置有用于控制加工中心运作的控制系统，控制系统根据工件加工参数驱动滚柱导轨式z轴机构、滚柱导轨式x轴机构、硬轨式y 轴机构以及主轴箱进行相应动作。
[0044]
㈡主轴箱10未对工作台上的工件进行处理时，y轴电机7驱动调节主轴箱10的竖直位置过程中，控制系统获取到y轴机构扭矩传感模块传感检测到的信息，控制系统驱动平衡油缸9输出常态配重油压，用来平衡未对工件处理时的主轴箱10重量。
[0045]
㈢当w轴机构扭矩传感模块传感检测到扭矩参数发生变化，主轴箱10 的加工刀头开始与工件发生加工接触，同时主轴箱10在硬轨式y轴机构上发生移动时，控制系统根据y轴机构扭矩传感模块传感检测到的扭矩参数变化，驱动平衡油缸9输出加工状态辅助油压，用来抵消加工过程中作用在工件上产生的反作用力对主轴箱10在硬轨式y轴机构上移动时带来的影响。
[0046]
设未对工件加工时y轴机构扭矩传感模块传感检测到扭矩为to、平衡油缸9输出的常态配重油压为po，设对工件进行加工时主轴箱10的w轴机构扭矩传感模块增加的扭矩参数为
△
t、平衡油缸9输出的加工状态辅助油压为p
x
，设对工件进行加工时加工刀头与工件接触的静摩擦力在竖直方向上的分量为fy，则存在(p
x-po)
∝△
t，
△
t
∝fy
。
[0047]
其中，工件进行加工时加工刀头与工件接触的静摩擦力在竖直方向上的分量fy与工件的材料、加工的转速、挤压程度等有直接关系，若是常见的零件加工，可采用拉力试验对fy在各个加工位置、状态下的参数进行测试，从而适配到控制系统中。
[0048]
根据控制系统所监测到的y轴电机输出扭矩、主轴箱输出扭矩，适应性的驱控调节平衡油缸的辅助作用力输出，大幅度消除主轴箱加工过程中额外造成反作用力，从而保证了主轴箱加工过程时主轴箱在y轴精准定位的稳定性
[0049]
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。