一种大型立卧转换复合加工中心的制作方法

本实用新型涉及数控机床技术领域，具体地说是涉及一种为了解决大型结构件、大型回转体类零件的加工精度及提高加工效率问题的结构紧凑、便于操作的大型立卧转换复合加工中心。

背景技术：

近年来核电、风力发电，铁路等行业的迅速发展，大型结构件加工效率和加工精度成为制约行业的瓶颈，而大型的立卧转换五面加工中心，能够保证工件一次装夹后，加工除底面外的五个面，兼有立式加工中心和卧式加工中心功能，加工过程能够保证工件位置公差、加工精度，满足及适用于箱体类复杂加工、大型回转体类零件的加工。目前，对于大型立卧转换五面加工复合加工技术的研究，国内仍然处于引进、吸收、消化阶段，虽然国内已开发出五面加工复合加工中心，但大型的五面加工复合加工中心目前在国内尚属研究阶段，市场份额基本被国外企业垄断，其技术现状已制约了我国装备制造业的发展。也使我国在高档数控机床引进、吸收、消化、再创新方面受制于人。

为了缓解高档、复合数控机床国产化的瓶颈问题，有必要研制一种满足和适用核电、风力发电，铁路等行业所需大型结构件、大型回转体类零件的加工，并提高其效率和加工精度的大型立卧转换复合加工中心。

技术实现要素：

本实用新型的研制在一定程度上将缓解高档、复合数控机床国产化的瓶颈问题，有助于推动国产化进程，满足和适用核电、风力发电，铁路等行业所需大型结构件、大型回转体类零件的加工，并提高其效率和加工精度的大型立卧转换复合加工中心。

本实用新型一种大型立卧转换复合加工中心通过下述技术方案予以实现：一种大型立卧转换复合加工中心，包括底座、XYZ进给轴系统，工作台及数控转台系统，立卧转换头传 动转换系统，自动换刀装置，自动润滑系统、电气控制系统、冷却及排屑系统、全防护系统，其特征在于：

1)所述的底座固定于地面，底座后上方设有三条X向导轨，底座的前方用于固定工作台，X向导轨上方设置与X向导轨活动连接的滑座，所述底座中部沿X向设置通过两端的X轴滚珠丝杠丝母座和中端的X向丝杠辅助支撑基座支撑固定的X轴滚珠丝杠，底座前端、工作台左侧设置排屑器；

2)所述的XYZ进给轴系统包括X轴移动机构即滑座、Y轴移动机构即主轴箱、Z轴移动机构即立柱、X轴滚珠丝杠、Y轴滚珠丝杠、Z轴滚珠丝杠，所述的滑座与固定在底座后上方的三条X轴导轨滑动连接，所述滑座中部Z向设置Z轴滚珠丝杆；所述的立柱与滑座上方设置的Z向导轨和带一体式磁栅测量系统Z向导轨滑动连接，所述立柱中部Y向设置Y轴滚珠丝杆；所述的主轴箱与立柱上设置的Y轴导轨和带一体式磁栅测量系统Y导轨滑动连接；所述X轴滚珠丝杆、Y轴滚珠丝杆、Z轴滚珠丝杆上分别安装有X轴伺服电机、Y轴伺服电机、Z轴伺服电机；

3)所述的工作台及数控转台结构，所述工作台与底座采用固定式连接，工作台上固定安装数控回转工作台和数控回转工作台支撑座，数控回转工作台上安装有数控转台电机；液压滑动尾座的液压滑台与工作台固定连接；

4)所述的立卧转换头传动转换系统包括主电机、ZF减速离合器、主轴皮带轮、主皮带轮、皮带、主轴箱、立卧转换头，所述的主轴箱固定在固定安装在立柱的Y向导轨和带一体式磁栅测量系统Y导轨上，所述的立卧转换主轴头与主轴箱固定连接，所述主电机通过主皮带轮和皮带带动直驱主轴单元旋转，通过主电机与ZF减速离合器来实现立卧转换头的立卧转换；

5)所述的自动换刀装置，包括刀库、换刀机械手。所述的刀库固定安装在滑座的刀库支架上，换刀机械手安装固定在立柱上的机械手支架上。

本实用新型一种立卧转换复合加工中心与现有技术相比较有如下有益效果：1)床身采用整体式床身结构设计具有抗扭抗振及高刚性，由于底座的尺寸较大，底座左右跨距大，在底座上安装四根顶柱，通过螺纹连接，使顶柱支撑底座，减少外力及自重引起的弹性变形。同时在底座上设有的三条X轴导轨适应了大规格机床运行稳定性要求2)在床身上安装一丝杠辅助支撑机构，减少由于加工工件的长度过大，机床的X向行程达到5米，导致的X轴滚珠丝杠的长度过长，当滚珠丝杠两端固定后，丝杠由于自重会出现变形，导致丝杠在旋转的过程中由于变形使丝杠自身的转动惯量增大。本实用新型设置了X向丝杠辅助支撑基座，有效解决了滚珠丝杠长度过长而变形导致丝杠转动惯量增大的技术问题；2)固定式工作台具有良好的承载工件能力，工作台的尺寸大，工作台固定到床身上后避免了工作台的运动而导致的机床精度的误差。工作台上设有的立式数控回转工作台是实现工件A轴旋转，配有对大重型工件在A轴上装夹时的卸荷装置，并配有适合于不同长度工件的快速装、卸平台。转台加支撑座结构是为了承载更重的工件承载重量高达5吨，使之在承载重工件旋转加工时工件不打滑加工精度稳定。液压尾座采用滑动尾座是为了实现快速装夹工件，提高生产效率。3)立卧转换铣头旋转是通过主电机通过皮带直接驱动主轴单元实现0～6000rpm转速的加工；立卧转换也是通过主电机和离合器来实现主轴头的立卧转换。4)水箱放于底座的前端，并配备自动链板式排屑器，水箱上配备2个水泵，一个水泵是通过输液管道将冷却液送到主轴端，实现工件冷却。5)操作面板采用移动式设计，提高了加工者操作方便性。

本实用新型一种立卧转换复合加工中心结构紧凑、便于操作，解决了大型结构件、大型回转体类零件的加工精度，提高了加工效率。本实用新型缓解了高档、复合数控机床国产化的瓶颈问题，有助于推动国产化进程，满足和适用核电、风力发电，铁路等行业所需大型结构件、大型回转体类零件的加工，并能够有效提高其效率和加工精度。

附图说明

本实用新型一种立卧转换复合加工中心有如下附图：

图1是本实用新型一种立卧转换复合加工中心主视结构示意图；

图2是本实用新型一种立卧转换复合加工中心俯视结构示意图；

图3是本实用新型一种立卧转换复合加工中心底座立体结构示意图；

图4是本实用新型一种立卧转换复合加工中心滑座立体结构示意图；

图5是本实用新型一种立卧转换复合加工中心立柱的立体结构示意图；

图6是本实用新型一种立卧转换复合加工中心立卧转换头平面结构示意图；

图7是本实用新型一种立卧转换复合加工中心立体结构示意图；

图8是本实用新型一种立卧转换复合加工中心X向丝杠辅助支撑基座主视结构示意图。

其中：1、1、自动换刀装置；2、立柱；3、全防护罩；4、CRT操作台；5、水箱；6、底座；7、液压滑动尾座；8、滑座；9、Z轴进给电机；10、X轴进给电机；11、恒温油箱；12、电气箱；13、立卧转换头旋转装置；14、数控转台；15、转台支撑座；16、主轴头；17、15°排屑槽；18、X轴滚珠丝杠；19、X向丝杠辅助支撑基座；20、工作台；21、3条X向导轨；22、X轴滚珠丝杠丝母座；23、Z向导轨；24、Z轴滚珠丝杠；25、Z轴滚表丝杠螺母座；26、带一体式磁栅测量系统Z向导轨；27、Y轴伺服电机；28、Y向导轨；29、带一体式磁栅测量系统Y向导轨；30、Y向丝杠；31、主电机；32、ZF减速离合器；33、主轴皮带轮；34、主皮带轮；35、皮带；36、主轴箱；37、立卧转换头；38、电气控制系统；39、冷却及排屑系统；41、润滑系统；42、凸轮轴承；43、深沟球轴承；44、外套筒；45、含油轴承；46、中间轴；47、支撑螺钉；48、弹簧；49、调整螺钉；50、弹簧压套；51、导向块；52、锁紧螺母；53、内套筒；54、侧端盖；55、下端盖、56、刀库；57、换刀机械手。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型一种大型立卧转换复合加工中心技术方案作进一步描述。

如图1－图8所示，本实用新型一种大型立卧转换复合加工中心包括底座、XYZ进给轴系统，工作台及数控转台系统，立卧转换头传动转换系统，自动换刀装置，自动润滑系统、电气控制系统、冷却及排屑系统、全防护系统，其中：

1)所述的底座6固定于地面，底座6后上方设有三条X向导轨21，底座6的前方用于固定工作台20，X向导轨21上方设置与X向导轨21活动连接的滑座8，所述底座6中部沿X向设置通过两端的X轴滚珠丝杠丝母座22和中端的X向丝杠辅助支撑基座19支撑固定的X轴滚珠丝杠18，底座6前端、工作台20左侧设置排屑器17；

2)所述的XYZ进给轴系统包括X轴移动机构即滑座8、Y轴移动机构即主轴箱36、Z轴移动机构即立柱2、X轴滚珠丝杠18、Y轴滚珠丝杠30和Z轴滚珠丝杠24，所述的滑座8与固定在底座6后上方的三条X轴导轨21滑动连接，所述滑座8中部Z向设置Z轴滚珠丝杠24；所述的立柱2与滑座8上Z向设置的Z向导轨23和带一体式磁栅测量系统Z向导轨26滑动连接，所述立柱2中部Y向设置Y轴滚珠丝杠30；所述的主轴箱36与立柱2上Y向设置的Y向导轨28和带一体式磁栅测量系统Y向导轨29滑动连接；所述X轴滚珠丝杠18、Y轴滚珠丝杠30、Z轴滚珠丝杠24上分别安装有X轴伺服电机10、Y轴伺服电机27、Z轴伺服电机9；

3)所述的工作台及数控转台结构，所述工作台20与底座6采用固定式连接，工作台20上固定安装数控回转工作台14和数控回转工作台支撑座15，数控回转工作台14上安装有数控转台电机；液压滑动尾座7的液压滑台与工作台固定连接；

4)所述的立卧转换头传动转换系统包括主电机31、ZF减速离合器32、主轴皮带轮33、主皮带轮34、皮带35、主轴箱36、立卧转换头37，所述的主轴箱36固定在固定安装在立柱2的Y向导轨和带一体式磁栅测量系统Y导轨29上，所述的立卧转换主轴头37与主轴箱36固定连接，所述主电机31通过主皮带轮34和皮带35带动直驱主轴单元旋转，通过主电机31与ZF减速离合器3来实现立卧转换头37的立卧转换；

5)所述的刀库1固定安装在滑座8的刀库支架上，换刀机械手安装固定在立柱2上的机械手支架上。

进一步地，所述的加工中心通过设置在底座6前侧的CRT操作台4、设置在底座6右侧的电气控制系统38、设置在底座6左侧的冷却及排屑系统39和设置在底座6右侧电气控制系统38前方的润滑系统41控制实现加工。

进一步地，所述的底座6和工作台20的前侧设置全防护罩3。

进一步地，所述的X向丝杠辅助支撑基座19包括凸轮轴承42、深沟球轴承43、套筒44、含油轴承45、中间轴46、支撑螺钉47、弹簧48、调整螺钉49、弹簧压套50、导向块51、锁紧螺母52，所述的X向滚珠丝杠辅助支撑19固定于底座6上位于X向滚珠丝杠18中间部位下方，X向滚珠丝杠辅助支撑19中心设置中间轴46，中间轴46顶部设置两组深沟球轴承组43，中间轴46外侧设置弹簧48，弹簧48顶端设置弹簧压套50，弹簧48外侧分别设置内套筒53和外套筒44，内套筒53和外套筒44之间设置含油轴承45，所述内套筒53顶部固定设置侧端盖54，侧端盖54上横向设置与深沟球轴承43相垂直的凸轮轴承42；所述内套筒53和外套筒44下端通过螺钉固定设置下端盖55，下端盖55内侧设置弹簧调整螺钉49；内套筒53和外套筒44中部下方设置支撑螺钉47，中部上方设置弹簧导向块51，所述下端盖55中部下方设置中间轴46的锁紧螺母52。

进一步地，所述的冷却及排屑系统39的冷却控制端与水箱5设置的两台水泵连接，水泵的输液管道连接至主轴头16端；冷却及排屑系统39的排屑控制端与设置在工作台20内侧的排屑器连接，排屑器将废屑排至工作台20左侧从设置在底座6前端工作台20左侧的15°排屑槽17排出。

实施例1。

如图1－图8所示，本实用新型一种大型立卧转换复合加工中心包括底座、XYZ进给轴系统，工作台及数控转台系统，立卧转换头传动转换系统，自动换刀装置，自动润滑系统、电气控制系统、冷却及排屑系统、全防护系统，其中：

1)所述的底座6固定于地面，底座6后上方设有三条X向导轨21，底座6的前方用于固定工作台20，X向导轨21上方设置与X向导轨21活动连接的滑座8，所述底座6中部沿X向设置通过两端的X轴滚珠丝杠丝母座22和中端的X向丝杠辅助支撑基座19支撑固定的X轴滚珠丝杠18，底座6前端、工作台20左侧设置排屑器17；

2)所述的XYZ进给轴系统包括X轴移动机构即滑座8、Y轴移动机构即主轴箱36、Z轴移动机构即立柱2、X轴滚珠丝杠18、Y轴滚珠丝杠30和Z轴滚珠丝杠24，所述的滑座8与固定在底座6后上方的三条X轴导轨21滑动连接，所述滑座8中部Z向设置Z轴滚珠丝杠24；所述的立柱2与滑座8上Z向设置的Z向导轨23和带一体式磁栅测量系统Z向导轨26滑动连接，所述立柱2中部Y向设置Y轴滚珠丝杠30；所述的主轴箱36与立柱2上Y向设置的Y向导轨28和带一体式磁栅测量系统Y向导轨29滑动连接；所述X轴滚珠丝杠18、Y轴滚珠丝杠30、Z轴滚珠丝杠24上分别安装有X轴伺服电机10、Y轴伺服电机27、Z轴伺服电机9；

3)所述的工作台及数控转台结构，所述工作台20与底座6采用固定式连接，工作台20上固定安装数控回转工作台14和数控回转工作台支撑座15，数控回转工作台14上安装有数控转台电机；液压滑动尾座7的液压滑台与工作台固定连接；

4)所述的立卧转换头传动转换系统包括主电机31、ZF减速离合器32、主轴皮带轮33、主皮带轮34、皮带35、主轴箱36、立卧转换头37，所述的主轴箱36固定在固定安装在立柱2的Y向导轨和带一体式磁栅测量系统Y导轨29上，所述的立卧转换主轴头37与主轴箱36固定连接，所述主电机31通过主皮带轮34和皮带35带动直驱主轴单元旋转，通过主电机31与ZF减速离合器3来实现立卧转换头37的立卧转换；所述立卧转换头37包括主轴40、主轴头16、立卧转换头旋转装置13，主轴40端部与立卧转换头旋转装置13连接，立卧转换头旋转装置13与主轴头16连接并带动主轴头16转动。如图6所示。

5)所述的自动换刀装置(1)包括刀库(56)、换刀机械手(57)。所述的刀库(56)固定安装在滑座(8)的刀库支架上，换刀机械手(57)安装固定在立柱(2)上的机械手支架上。如图1、图2、图3、图5、图6、图7所示。

较佳地，所述的加工中心通过设置在底座6前侧的CRT操作台4、设置在底座6右侧的电气控制系统38、设置在底座6左侧的冷却及排屑系统39和设置在底座6右侧电气控制系统38前方的润滑系统41控制实现加工。如图1、图2、图7所示。

较佳地，所述的底座6和工作台20的前侧设置全防护罩3。如图1、图7所示。

较佳地，所述的X向丝杠辅助支撑基座19包括凸轮轴承42、深沟球轴承43、套筒44、含油轴承45、中间轴46、支撑螺钉47、弹簧48、调整螺钉49、弹簧压套50、导向块51、锁紧螺母52，所述的X向滚珠丝杠辅助支撑19固定于底座6上位于X向滚珠丝杠18中间部位下方，X向滚珠丝杠辅助支撑19中心设置中间轴46，中间轴46顶部设置两组深沟球轴承组43，中间轴46外侧设置弹簧48，弹簧48顶端设置弹簧压套50，弹簧48外侧分别设置内套筒53和外套筒44，内套筒53和外套筒44之间设置含油轴承45，所述内套筒53顶部固定设置侧端盖54，侧端盖54上横向设置与深沟球轴承43相垂直的凸轮轴承42；所述内套筒53和外套筒44下端通过螺钉固定设置下端盖55，下端盖55内侧设置弹簧调整螺钉49；内套筒53和外套筒44中部下方设置支撑螺钉47，中部上方设置弹簧导向块51，所述下端盖55中部下方设置中间轴46的锁紧螺母52。如图8所示。X向丝杠辅助支撑基座19辅助支撑X向滚珠丝杠18。当滑座8运动至X向丝杠辅助支撑基座19处时，滑座丝母两侧安装的压板压到辅助支撑机构两侧安装的凸轮轴承42上，使辅助支撑机构往下运动，让滑座丝母顺利通过辅助支撑机构上方，当滑座8越过后，压板脱离凸轮轴承后，辅助支撑机构内部装有弹簧48，经弹簧力使其恢复的原来的位置，继续支撑着滚珠丝杠。

较佳地，所述的冷却及排屑系统39的冷却控制端与水箱5设置的两台水泵连接，水泵的输液管道连接至主轴头16端；冷却及排屑系统39的排屑控制端与设置在工作台20内侧的 排屑器连接，排屑器将废屑排至工作台20左侧从设置在底座6前端工作台20左侧的15°排屑槽17排出。如图2、图3、图7所示。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。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、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。