新型混聯原理銑車複合數控工具機的製作方法

2023-05-23 19:25:31

專利名稱：新型混聯原理銑車複合數控工具機的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種數控切削加工工具機，具體涉及一種串聯與並聯相結合的混聯原理銑車複合數控工具機。
背景技術：
傳統的工具機是完全串聯原理，其優點是作業空間大；工具機運動算法簡單。缺點是各軸的運動誤差累加；懸臂結構剛度弱；運動質量大，進給速度不能太高。近年來美國首先推出了六軸完全並聯原理工具機(又稱虛擬軸工具機或六足並聯工具機)，，其優點是運動件質量小， 速度快；比剛度高；運動誤差不累加，精度高。缺點是作業空間小；運動算法複雜。由於完全串聯原理和完全並聯原理的數控工具機的優缺點恰恰相反，故將串聯和並聯原理結合起來兼具二者優點的混聯原理工具機是非常具有實用價值的新型數控工具機，因此各國竟相進行研究和開發。例如美國開發的五軸混聯原理數控工具機(三軸並聯和二軸串聯)，德國阿亨工業大學開發的三軸加工中心(二軸並聯，一軸串聯)，清華大學開發的四軸混聯原理數控工具機(二軸並聯，二軸串聯)，西安理工大學開發的六軸混聯原理數控工具機6PM2 (三軸並聯和三軸串聯)等各種類型的混聯原理數控工具機。複合加工工具機具有多種加工功能，故可將工件多道加工工序甚至全部工序集中到一臺工具機上，使加工過程集約化。可減小工件的安裝定位次數，從而可減小其安裝定位誤差；可減小工序的工裝夾具件數，從而可減小工裝的準備時間及成本；可減小因工序轉換所需的等待、上下料及裝夾等輔助時間，提高了生產率；使物流系統縮短，從而可以大大減少加工系統的佔地面積。由於多功能複合加工工具機的上述優點，國內外競相研究開發，例如日本的森精機製作所開發的SLC型數控複合車床(以車削功能為主，兼有銑削功能)，義大利 Mandelli公司開發的Mandelli 800U型臥式加工中心，除銑削功能外，還具有車削功能，是一臺以銑削為基礎的銑車複合加工工具機。一般的車銑或銑車複合加工工具機，必須按加工的工件群所需最大、最小尺寸確定最大行程，例如加工迴轉類零件，最小尺寸是半徑為零(刀具需運動到迴轉中心)，最大尺寸半徑為Rmax (刀具需運動到最大半徑為Rmax處)，則徑向行程必須大於Rmax。工具機的行程大，不僅需要的進給元件尺寸大，而且還往往帶來工具機重量增加、剛性減弱等缺點。但一般只有小尺寸的實心零件才需要進行從零到外緣的連續加工；對大尺寸迴轉類零件而言，一般都是環形體，雖然零件尺寸大，但並不需要0 Rmax的連續加工。非迴轉類零件也有類似的問題。因此如何以儘可能小的行程滿足從小尺寸到大尺寸零件的加工是一項非常有應用價值的關鍵技術。

發明內容
本發明的目的是提供一種混聯原理銑車複合數控工具機，該複合數控工具機以銑削為主兼具車削功能。本發明所採用的技術方案是，一種混聯原理銑車複合數控工具機，包括床身，床身的上面分別設置有立柱和分度轉臺，立柱的一側壁上沿Y軸方向水平設置有三軸混聯銑削主軸頭，分度臺的上面設置有X軸組件，X軸組件的上面通過導軌副與C軸迴轉工作檯相連接。 立柱靠近分度轉臺)的側壁上設置有可沿Z方向移動的W軸組件，W軸組件上設置有車削刀
^K O本發明的特徵還在於，
三軸混聯銑削主軸頭由一個兩軸並聯機構和一個迴轉軸機構串聯組成，兩軸並聯機構包括水平設置的移動副A和移動副B，移動副A分別通過迴轉副A和迴轉副B與連杆A和連杆B的一端相連接，移動副C通過迴轉副C與連杆C的一端相連接，連杆A的另一端通過迴轉副A與動平臺連接j連杆B和連杆C的另一端通過複合迴轉副與動平臺)連接，並聯機構的Y，、Y:移動，產生Y、Z軸方向的虛擬軸移動，動平臺上安裝有繞A軸迴轉的迴轉軸A軸組件，迴轉軸A軸組件上安裝有銑削電主軸。通過分度轉臺的轉位，改變X軸組件的方向和位置，具有以小行程加工大工件、擴大加工尺寸範圍的的功能。迴轉軸A軸組件的A軸迴轉及兩軸並聯機構的Υ、Ζ軸移動與C軸迴轉工作檯組件的C軸迴轉及X軸組件的X軸移動串聯組成X、Y、Z、A、C五軸聯動銑削加工功能及Υ、Ζ、Α、 C四軸聯動進行複雜迴轉型面的高速銑車加工，迴轉工作檯組件的C軸迴轉及組件的X軸移動與W軸組件的Z向移動組成X、Ζ、C三軸聯動車削加工功能。兩軸並聯機構的移動副A和移動副B的Yl、Υ2移動，X軸組件的X向移動及W軸的Z向移動，可以採用直線電機直接驅動，亦可採用伺服電機通過減速裝置或滾珠絲槓副驅動。該複合數控工具機可配置標準落地式刀庫，也可將刀庫配置於立柱上。本發明的突出特點是採用了並聯與串聯並用的混聯原理，合理地成了二者的優點，既可實現X、Y、z、A、C五軸聯動的銑削加工，又可實現Y、Z、A、C四軸聯動進行複雜迴轉型面的高速銑車加工，且其移動副水平布置，無須Z向平衡裝置，可提高Z向運動特性；設置了分度轉臺，用以改變安裝在其上面的移動組件的位置及方向，具有以小行程加工大工件、 擴大銑削加工和車削加工尺寸範圍的功能。


圖1為本發明混聯原理銑車複合數控工具機的總體結構簡圖； 圖2為本發明複合數控工具機的三軸混聯銑削主軸頭的結構簡圖； 圖3為本發明複合數控工具機分度轉臺轉位示例圖。圖中，1.-軸混聯銑削主軸頭，2.床身，3.分度轉臺，4. X軸組件，5. C軸迴轉工作檯組件，6.車削刀架，7. W軸組件，8.立柱。其中，7-1.連杆Α，7-2.連杆B，7-3.移動副Α，7-4.迴轉副Α，7-5.連杆C，7-6.迴轉軸A軸組件，7-7.銑削電主軸，7-8.動平臺，7-9.複合迴轉副，7-10.移動副B，7_ll.迴轉副B，7-12.迴轉副C，7-13.迴轉副D。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施方式
對本發明進行詳細說明。
本發明混聯原理銑車複合數控工具機的總體結構，如圖1所示。包括床身2，床身2 的上面分別設置有立柱8和分度轉臺3，立柱8與鄰近分度轉臺3的側壁相垂直的側壁上設置有三軸混聯銑削主軸頭1，立柱8鄰近分度轉臺3的側壁上設置有W軸組件7，W軸組件7 上安裝有車削刀架6。分度轉臺3的上面設置有與分度轉臺3迴轉中心偏心布置的X軸組件4，X軸組件4的滑臺上設置有可沿該導軌移動的C軸迴轉工作檯組件5。本發明複合數控工具機的三軸混聯銑削主軸頭的結構，如圖2所示。三軸混聯銑削主軸頭1由一個兩軸並聯機構和一個迴轉軸機構串聯組成兩軸並聯機構由連杆A7-1、連杆B7-2、連杆C7-5、移動副A7-3、移動副B7-10，、迴轉副A7-4、迴轉副B7-11、迴轉副C7-12、 迴轉副D7-13、複合迴轉副7-9及動平臺7-8構成。移動副A7-3和移動副B7-10水平布置， 連杆A7-1、連杆B7-2和連杆C7-5的右端分別通過迴轉副B7-11、迴轉副C7-12和迴轉副 D7-13與移動副A7-3和移動副B7-10的滑臺連接，連杆A7-1的左端通過迴轉副A7-4與動平臺7-8連接，連杆B7-2和連杆C7-5的左端通過複合迴轉副7_9與動平臺7-8連接；動平臺7-8上安裝有迴轉軸A軸組件7-6，迴轉軸A軸組件7-6上安裝有銑削電主軸7_7。本發明複合工具機可配置標準的落地式刀庫，亦可將刀庫配置在立柱上。兩軸並聯機構移動副A7-3和移動副B7-10的Y向移動，X軸組件4的X向移動及 W軸的Z向移動，可以採用直線電機直接驅動，亦可採用伺服電機通過減速裝置、滾珠絲槓副驅動。本發明混聯銑車複合數控工具機，各組件的轉動、移動方向，以X、Y、Z直角坐標係為參考坐標系。e為迴轉工作檯組件5的迴轉中心與分度轉臺3的迴轉中心的偏置距離，α為X 軸組件4移動方向與工具機基準坐標系Y軸方向的夾角，C為迴轉工作檯組件5的C軸迴轉運動，Cl為分度轉臺3的分度運動。本發明的技術原理
本發明複合數控工具機，三軸混聯銑削主軸頭1中兩軸並聯機構的連杆分別通過迴轉副與移動副的滑臺相連接，滑臺分別沿移動副的導軌作Υ1、Υ2移動，並聯機構的Υ1、Υ2水平移動，產生Y、Z軸方向的虛擬軸移動。本發明複合數控工具機的三軸混聯銑削主軸頭1的A軸迴轉及Υ、Ζ軸向移動與C軸迴轉工作檯組件5的C軸迴轉及X軸組件4的X軸移動串聯組成X、Y、Z、A、C五軸聯動銑削加工功能及Y、Z、A、C四軸聯動進行複雜迴轉型面的高速銑車加工功能；迴轉工作檯組件 5的C軸迴轉及X軸組件4的X軸移動與W軸組件7的Z向移動組成X、Z、C三軸聯動車削加工功能。本發明複合數控工具機的分度轉臺的轉位位置，如圖3所示。圖中C表示迴轉工作檯組件5的C軸迴轉運動，Cl表示分度轉臺3的分度運動，e表示迴轉工作檯組件5的迴轉中心與分度轉臺3的迴轉中心的偏置距離，a表示X軸組件4移動方向與工具機基準坐標系 Y軸方向的夾角。分度轉臺3的轉位位置I是標準位置，此時，a=90°，工具機的移動副A7-3、 移動副B7-10和X軸組件4的行程按此標準位置設計。當a取不同值時，可以滿足大尺寸工件加工的需要，例如，分度轉臺3的轉位位置在III時，可以進行半徑大於標準位置I時的環形體的車削加工。又如分度轉臺3的轉位位置在II或IV時，可以擴大銑削加工尺寸範圍。即利用分度轉臺的轉位改變安裝在其上面的移動組件4的位置及方向，具有以小行程加工大工件、擴大加工尺寸範圍的功能。W軸組件7的移動為沿坐標系Z軸正負方向移動。Yl、Y2為沿坐標系的Y軸正負方向移動。A軸迴轉方向是繞X軸轉動。C軸迴轉是C軸迴轉工作檯5繞Z軸順時針或逆時針轉動。Cl是分度轉臺3繞Z軸順時針或逆時針轉動實施例1
本發明複合數控工具機一種實施例的總體結構，如圖1所示。該工具機三軸混聯銑削主軸頭1、床身2、分度轉臺3、X軸組件4、C軸迴轉工作檯組件5和立柱8組成。三軸混聯銑削主軸頭1中的兩軸並聯機構移動副的Yl、Y2移動，X軸組件4的X向移動及W軸的Z向移動，採用伺服電機通過滾珠絲槓副驅動。
權利要求
1.一種混聯原理銑車複合數控工具機，其特徵在於，包括床身O)，床身( 的上面分別設置有立柱(8)和分度轉臺(3)，立柱(8)的一側壁上沿Y軸方向水平設置有三軸混聯銑削主軸頭(1)，分度臺( 的上面設置有X軸組件G)，X軸組件(4)的上面通過導軌副與C 軸迴轉工作檯( 相連接，立柱(8)靠近分度轉臺(3)的側壁上設置有可沿Z方向移動的 W軸組件(7)，W軸組件(7)上設置有車削刀架(6)。
2.根據權利要求1所述的混聯原理銑車複合數控工具機，其特徵在於，所述三軸混聯銑削主軸頭(1)由一個兩軸並聯機構和一個迴轉軸機構串聯組成，所述兩軸並聯機構包括水平設置的移動副A (7-3)和移動副B(7-10)，移動副A (7-3)分別通過迴轉副A(7_ll)和迴轉副B (7-12)與連杆A (7-2)和連杆B (7-2)的一端相連接，移動副C (7_10)通過迴轉副 C(7-13)與連杆C (7-5)的一端相連接，連杆A(7-l)的另一端通過迴轉副A(7_4)與動平臺 (7-8)連接，連杆B(7-2)和連杆C(7-5)的另一端通過複合迴轉副(7-9)與動平臺(7_8) 連接，並聯機構的Y1、Y2移動.產生Υ、Ζ軸方向的虛擬軸移動；所述動平臺(7-8)上安裝有繞A軸迴轉的迴轉軸A軸組件(7-6)，迴轉軸A軸組件(7-6)上安裝有銑削電主軸(7_7)。
3.根據權利要求1所述的混聯原理銑車複合數控工具機，其特徵在於，通過分度轉臺(3) 的轉位，改變X軸組件的方向和位置，具有以小行程加工大工件、擴大加工尺寸範圍的的功能；迴轉軸A軸組件(7-6)的A軸迴轉及兩軸並聯機構的Y、Z軸移動與C軸迴轉工作檯組件(5)的C軸迴轉及X軸組件⑷的X軸移動串聯組成X、Y、Z、A、C五軸聯動銑削加工功能及Y、Z、A、C四軸聯動進行複雜迴轉型面的高速銑車加工；迴轉工作檯組件(5)的C 軸迴轉及組件的X軸移動與W軸組件(7)的Z向移動組成X、Z、C三軸聯動車削加工功能；兩軸並聯機構的移動副A (7-3)和移動副B(7-10)的Y1、Y2移動，X軸組件的X 向移動及W軸的Z向移動，可以採用直線電機直接驅動，亦可採用伺服電機通過減速裝置或滾珠絲槓副驅動；該複合數控工具機可配置標準落地式刀庫，也可將刀庫配置於立柱(8)上。
全文摘要
本發明公開了一種新型混聯原理銑車複合數控工具機，包括床身，床身的上面分別設置有立柱和分度轉臺，立柱的一側壁上沿Y軸方向水平設置有三軸混聯銑削主軸頭，立柱靠近分度轉臺的側壁上設置有可沿Z方向移動的W軸組件，W軸組件上設置有車削刀架，分度轉臺的上面設置有偏心布置的X軸組件，X軸組件的上面通過導軌副與C軸迴轉工作檯相連接。 本發明複合數控工具機可實現五軸聯動的銑削加工、四軸聯動進行複雜迴轉型面的高速銑車加工、三軸聯動車削加工功能；以小行程加工大工件、擴大加工尺寸範圍的功能。
文檔編號B23Q1/25GK102476279SQ20101055523
公開日2012年5月30日 申請日期2010年11月23日 優先權日2010年11月23日
發明者董海 申請人:大連創達技術交易市場有限公司