大型鋁材構件高速高效加工中心的製作方法
2023-05-14 05:28:11
專利名稱：大型鋁材構件高速高效加工中心的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種大型鋁材構件加工中心，特別是一種大型鋁材構件五軸聯動高速高效加工中心，屬於鋁材加工設備領域。
背景技術：
採用大型整體鋁材構件是實現軌道車輛、汽車、遊艇、航天等輕量化的有效途徑，但對大型鋁材構件高速、高效加工工具機的缺乏，限制了其應用和推廣，同時制約了該行業的發展。傳統黑色金屬切削工具機基於高剛性設計，移動部件笨重，限制了切削速度的提高，無法滿足大型整體鋁材高速、高效的加工要求，現有鋁材加工設備因精度、剛性及柔性的不 足，主要應用於門窗幕牆等小規格鋁型材加工。目前，由於缺乏鋁材構件高速切削工藝技術及工具機設計製造關鍵技術的研究，加工大型整體鋁材構件的工具機尚屬空白。自主設計大型鋁材構件高速高效加工中心，對促進大型整體鋁材構件的使用和提升高檔數控工具機的製造水平具有重要意義。
發明內容
本發明的目的是為克服上述現有技術的不足，針對大型鋁材構件加工行業的需要，提供一種可多軸聯動、高速高效的鋁材加工中心，一次裝夾可實現銑、鑽、鏜、擴、鉸及鋸切等加工工序，適用於軌道車輛、汽車、遊艇、航天等行業使用的大型整體鋁材構件的加工。為實現上述目的，本發明採用下述技術方案
一種大型鋁材構件高速高效加工中心，包括支撐機構，所述支撐機構包括橫梁、立柱、底座、沿X向設置的床身，所述床身上設有同向設置的X嚮導軌和X向齒條，所述底座的底面設有滑塊，滑塊與X嚮導軌相配合，底座分別左右兩部分，左部分內部設有空腔，空腔內安裝有相連的X向伺服電機和行星減速頭，行星減速頭的輸出軸安裝齒輪，該齒輪與所述X向齒條嚙合；底座的右部分的上面安裝有立柱，立柱由至少一個立柱體上下連接而成，立柱體之間以及立柱體與底座之間通過定位裝置連接；立柱的上端連接沿Y向設置的橫梁且該橫梁與兩個立柱組成龍門架結構；所述橫梁上設有Y嚮導軌和Y向齒條，並通過Y向伺服電機連接滑座，滑座與滑枕連接，滑枕上安裝Z向伺服電機，Z向伺服電機連接穿過滑枕的滾珠絲槓，滾珠絲槓連接複合動力頭；在複合動力頭的下方設有X向的工作檯；所述X向伺服電機、Y向伺服電機和Z向伺服電機與數控系統連接。採用雙刀庫設計方案，鋸片刀庫安裝在地基上，圓盤刀庫安裝在立柱上，跟隨龍門架一起移動。所述橫梁、工作檯、底座和立柱體均採用鋼板焊接結構，底座右部分內形有空腔，空腔內布置橫向筋板和縱向筋條。所述底座內部設有安裝凸緣，所述行星減速頭用螺栓緊固在該安裝凸緣上。
所述定位裝置為底座的上面設有底座定位槽，立柱體的下面設有立柱體定位槽，底座定位槽和立柱體定位槽內設有相對應的定位孔，並通過螺栓螺母進行緊固。所述床身和工作檯在X向具有6 80m的行程。所述立柱體的高度在0.6 1. 5m之間。所述複合動力頭採用力矩電機直驅A/C雙擺頭結構。數控系統採用西門子840D數控系統，並採用光柵尺進行全閉環控制。在右側立柱上安裝有完成銑、鑽、鏜、擴、鉸等加工工藝的刀具，總共有20刀位。整機採用龍門型機身、動柱式布置，操作人員可從設備的兩側進行安放、更換工件。採用了雙刀庫的設計方案，使用頻率較高的銑刀、鑽頭等刀具配置在圓盤刀庫上，並安裝在立柱上跟隨龍門架一起移動，使用頻率較低的鋸片刀庫固定在地基上，並配有不同規格的鋸片和轉接頭。X、Y、Z軸電機均採用高性能伺服電機驅動。X軸方向運動採用高精度齒輪齒條驅動方式實現，並採用雙電控伺服消隙方式消隙。Y軸方向運動採用高精度齒輪齒條驅動方式來實現，採用雙電控伺服消隙方式消隙。Z軸方向運動採用高精度、高剛性大導程滾珠絲槓螺母副的傳動方式實現，兩端固定，並通過預拉伸提高剛性。複合動力頭採用力矩電機直驅A/C雙擺頭結構，與X、Y、Z向運動複合實現五軸聯動。該分離式立柱由於底座和立柱體的結構，「靴」形結構，根據人體結構支撐原理，增加了本立柱的穩固性。本發明採用模塊化設計原理，工具機大件均採用焊接結構，並進行動態性能優化設計，結構合理，具有高柔性、高效率、高穩定性的特點，同時，整機在易用性以及維修、維護等方面都具有明顯優勢。本發明柔性好、效率高、工作穩定，配置迅速，維修、維護方便。
圖1為X向驅動部件放大 圖2為加工中心的俯視結構視 圖3為立柱結構示意 圖4為雙擺頭正視圖。圖中，1、工作檯，2、床身，3、鋸片刀庫，4、底座，5、立柱體，6、Y嚮導軌，7、Y向齒條，8、Y向伺服電機，9、Z向伺服電機，10、滑枕，11、滑座，12、圓盤刀庫，13,X向伺服電機，14、調平塊，15、A\C軸雙擺頭，16、行星減速頭，17、X向齒條，18、齒輪，19、X嚮導軌，20、滑塊，21、
立柱體安裝槽，22、立柱底座安裝槽，23、滑塊安裝槽
具體實施例方式本發明大型鋁材構件高速高效加工中心的結構如圖1、圖2所示。以下所說的加工中心X、Y、Z、A、C軸按照龍門結構加工中心的一般定義為將圖1中的上下方向定義為Z軸方向(上為正，下為負)；圖1中的左右方向定義為Y軸方向(左為正，右為負)；圖1中的前後方向定義為X軸方向(前為正，後為負)；雙擺頭帶有A/C軸，方向定義為，A軸朝向X正向逆時針轉動，C軸朝向Z正向逆時針轉動,如圖4所示。下面根據
本發明的具體實施方案。大型鋁材構件高速高效加工中心採用工作檯I固定，龍門架移動的布置方式，如圖1-4所示，包括支撐機構、複合動力頭、伺服進給系統、數控系統及檢測裝置、自動換刀系統以及其它輔助裝置。支撐機構包括橫梁、兩個立柱5、兩個底座4、兩 個沿X向的拼接床身2以及位於兩床身2之間的工作檯1，它們均採用焊接結構，基於模塊化設計原理，底座4和工作檯I進行功能模塊劃分，並對模塊接口進行標準化設計，床身2、工作檯I可根據客戶要求快速配置實現X軸6 80m行程；所述床身2上設有同向設置的X嚮導軌19和X向齒條17，所述底座4的底面設有滑塊20，滑塊20與X嚮導軌19相配合，底座4分別左右兩部分，左部分內部設有空腔，空腔內安裝有相連的X向伺服電機13和行星減速頭16，行星減速頭16的輸出軸安裝小齒輪18，該齒輪18與所述X向齒條17嚙合。底座4的右部分的上面安裝有立柱5，立柱5由至少一個立柱體上下連接而成，立柱體之間以及立柱體與底座4之間通過立柱體安裝槽21和立柱底座安裝槽22連接；立柱5的上端連接沿Y向設置的橫梁且該橫梁與兩個立柱5組成龍門架結構。在圖1中，工作檯I模塊採用拼接式結構，工作檯I之間依靠調平塊14連接找正，工作檯I上開有定位孔用於在工作檯I上安放夾具和工件。兩側底座4上方各安裝兩根高精度直線導軌19，滑塊20通過滑塊安裝槽23安裝在立柱底座底端，直線導軌19和齒輪18、齒條17、伺服電機16、行星減速頭16構成X方向的進給系統。立柱5根據人體結構支撐原理，採用「靴」形結構，並有0. 6^1. 5m多種規格可根據客戶要求快速實現不同Z軸行程的配置。如圖1所示，橫梁上安裝Y嚮導軌6以及齒輪齒條驅動系統和Y向齒條7，滑座11安裝在橫梁導軌上，滑座11兩側分別固定Y向伺服電機8，Y向伺服電機8安裝有行星減速器，小齒輪安裝在行星減速器輸出軸上，與Y向齒條7嚙合，採用雙電控伺服消隙結構並與X向驅動相似，實現Y向進給。滑枕10左右兩側安裝有Z向直線導軌，可在滑座11內沿Z向上下移動。Z向伺服電機9安裝在滑枕10頂部上，通過同步帶帶動穿過滑座10的滾珠絲槓軸轉動實現滑枕10在滑座11內的上下移動，即Z向進給。在滑枕10底部安裝A/C軸雙擺頭15。工作檯I設在複合動力頭的下方；所述X向伺服電機13、Y向伺服電機8和Z向伺服電機9與數控系統連接。複合動力頭採用大功率、高精度力矩電機直驅A/C雙擺頭結構15，動力頭規格2(T60kW，轉速>20000rpm，由安裝在橫梁導軌上的滑座11和滑枕10帶動，刀柄接口尺寸從HSK25 125，接口形式有A、C、E、F四種。伺服進給系統包括龍門架沿X方向的高速、大行程伺服進給，兩側分別布置高精度齒輪齒條驅動系統，並採用雙電控伺服消隙；滑座11沿橫梁Y向進給，伺服電機及減速器安裝在滑座11兩邊的側板上，利用小齒輪驅動運行；滑枕10採用滾珠絲槓實現Z向進給，Z向伺服電機9安裝在滑枕10頂部驅動絲槓帶動滑枕10 Z向移動。數控系統採用西門子840D數控系統，並採用光柵尺進行全閉環控制。在右側立柱5上安裝有圓盤刀庫12，完成銑、鑽、鏜、擴、鉸等加工工藝的刀具，總共有20刀位，利用換刀機械手進行快速換刀。在左立柱旁邊的地基上安裝鋸片刀庫3，設計有5個刀位，根據不同的加工過程複合頭到兩側刀庫換刀，刀庫固定在地基上。動力頭根據不同的加工情況分別到左右兩側的刀庫進行快速換刀。在作業時，工作人員利用起吊裝置將整體結構件放置到工作檯I上，設計大型鋁材構件專業夾具裝夾、定位工件。準備工作做好後，動力頭從靜止位置運動到刀庫一側，同時程序控制刀庫3或者12轉動到所需刀具工位，換刀機械手實現快速換刀。抓取完刀具的動力頭由程序控制進行對刀操作，定義坐標原點，選擇合適的加工切入點。在程序控制的下，走出預先設置好的工件的形狀路徑。一道工序加工完成後，動力頭15退出加工範圍，並且準備進行下一工序。重複上一步驟抓刀操作，抓取合適的加工工具，然後直接運動到坐標原點處，進入下一工序的加工。當所有工序都進行完以後，操作人員操作專用夾具鬆開工件，並利用起吊裝置進入工作檯1，取下工件，整個加工過程完成。
權利要求
1.一種大型鋁材構件高速高效加工中心，包括支撐機構，所述支撐機構包括橫梁、立柱、底座、沿X向設置的床身，所述床身上設有同向設置的X嚮導軌和X向齒條，所述底座的底面設有滑塊，滑塊與X嚮導軌相配合，底座分別左右兩部分，左部分內部設有空腔，空腔內安裝有相連的X向伺服電機和行星減速頭，行星減速頭的輸出軸安裝齒輪，該齒輪與所述X向齒條嚙合；底座的右部分的上面安裝有立柱，立柱由至少一個立柱體上下連接而成， 立柱體之間以及立柱體與底座之間通過定位裝置連接；立柱的上端連接沿Y向設置的橫梁且該橫梁與兩個立柱組成龍門架結構；所述橫梁上設有Y嚮導軌和Y向齒條，並通過Y向伺服電機連接滑座，滑座與滑枕連接，滑枕上安裝Z向伺服電機，Z向伺服電機連接穿過滑枕的滾珠絲槓，滾珠絲槓連接複合動力頭；在複合動力頭的下方設有X向的工作檯；所述X向伺服電機、Y向伺服電機和Z向伺服電機與數控系統連接。
2.根據權利要求1所述的大型鋁材構件高速高效加工中心，其特徵在於，所述立柱一側設有鋸片刀庫和圓盤刀庫，所述鋸片刀庫安裝在地基上，圓盤刀庫安裝在立柱上。
3.根據權利要求1所述的大型鋁材構件高速高效加工中心，其特徵在於，所述橫梁、工作檯、底座和立柱體均採用鋼板焊接結構，底座右部分內形有空腔，空腔內布置橫向筋板和縱向筋條。
4.根據權利要求1所述的大型鋁材構件高速高效加工中心，其特徵在於，所述底座內部設有安裝凸緣，所述行星減速頭用螺栓緊固在該安裝凸緣上。
5.根據權利要求1所述的大型鋁材構件高速高效加工中心，其特徵在於，所述定位裝置為底座的上面設有底座定位槽，立柱體的下面設有立柱體定位槽，底座定位槽和立柱體定位槽內設有相對應的定位孔，並通過螺栓螺母進行緊固。
6.根據權利要求1所述的大型鋁材構件高速高效加工中心，其特徵在於，所述床身和工作檯在X向具有6 80m的行程。
7.根據權利要求1所述的大型鋁材構件高速高效加工中心，其特徵在於，所述立柱體的高度在O. 6^1. 5m之間可調。
8.根據權利要求1所述的大型鋁材構件高速高效加工中心，其特徵在於，所述複合動力頭採用力矩電機直驅A/C雙擺頭結構。
9.根據權利要求1所述的大型鋁材構件高速高效加工中心，其特徵在於，所述數控系統採用西門子840D數控系統，並採用光柵尺進行全閉環控制。
10.根據權利要求1所述的大型鋁材構件高速高效加工中心，其特徵在於，所述刀庫共有20刀位。
全文摘要
本發明公開了一種大型鋁材構件高速高效加工中心，可用於大型整體鋁合金構件的加工，實現銑、鑽、鏜、擴、鉸及鋸切等加工工序。工具機包括支撐機構、複合動力頭、伺服進給系統、數控系統及檢測裝置、自動換刀系統以及其它輔助裝置。支撐機構包括橫梁、立柱、底座、工作檯，底座和工作檯進行功能模塊劃分，並對模塊接口進行標準化設計。複合動力頭採用直驅A/C雙擺頭結構。創新設計鋸片排刀刀庫，並採用了圓盤刀庫和鋸片刀庫的雙刀庫設計方案。本發明採用模塊化設計原理，工具機大件均採用焊接結構，並進行動態性能優化設計，結構合理，具有高柔性、高效率、高穩定性的特點，同時，整機在易用性以及維修、維護等方面都具有明顯優勢。
文檔編號B23Q37/00GK102990479SQ20121052933
公開日2013年3月27日 申請日期2012年12月10日 優先權日2012年12月10日
發明者張進生, 韓德建, 劉洋 申請人:山東大學