一种适用开放式结构加工设备的横梁动态平衡机构及机床的制作方法

本发明属于机械工程相关技术设备领域，具体的说，是涉及一种适用开放式结构加工设备的横梁动态平衡机构及机床。

背景技术：

目前，开放式加工设备主要应用于轨道车辆、门窗、建筑幕墙等材料的加工，加工的工件通常整体长宽比较大，开放式结构便于工件装卸。

因开放式加工设备床身、立柱、横梁及滑枕整体呈C型结构，只靠立柱支撑整个横梁及滑枕的重量，当滑枕沿横梁Y向移动时，绕横梁立柱连接面会产生一个倾覆力矩，使横梁变形导致主轴刀尖产生运动偏差，进而影响设备加工精度。

综上所述，现有技术中对于开放式加工设备容易倾覆产生偏差的问题，尚缺乏有效的解决方案。

基于上述原因，有必要设计一种横梁动态平衡机构，来解决上述问题。

技术实现要素：

为克服上述现有技术的不足，本发明提供一种适用开放式结构加工设备的横梁动态平衡机构，通过设置配重机构，可以随着滑枕运动动态配重，以抵消倾覆力矩使横梁达到平衡状态。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种适用开放式结构加工设备的横梁动态平衡机构，包括支撑机构、配重机构和联动机构；

所述支撑机构用于支撑配重机构和联动机构；

所述联动机构包括第一往复移动机构和第二往复移动机构，第一往复移动机构与滑枕连接，第二往复移动机构与配重机构连接；第一往复移动机构和第二往复移动机构由同一动力源带动，在第一往复移动机构带动滑枕向一方向移动时，第二往复移动机构带动配重机构向相对应的反方向移动，以实现动态平衡。

本发明的动态平衡机构中，设置配重机构和滑枕相配合，联动机构在带动滑枕移动时，可带动配重机构以与滑枕反方向移动，从而实现了随着滑枕运动动态配重，以抵消倾覆力矩使横梁达到平衡状态，进而避免了横梁发生倾覆，从而保证了设备的加工精度。

所述第一往复移动机构包括驱动丝杠，所述驱动丝杠与滑座相配合，滑座与滑枕连接。驱动丝杠的动力带动滑座移动，滑座进而带动滑枕移动，丝杠和滑座的配合能保证可靠传输动力。

所述第二往复移动机构包括平衡丝杠，所述平衡丝杠与丝杠螺母相配合，丝杠螺母与配重机构连接。平衡丝杠的动力带动丝杠螺母移动，丝杠螺母进而带动配重机构移动，丝杠和丝杠螺母的配合能保证可靠传输动力。

所述平衡丝杠端部与第一带轮连接，驱动丝杠端部与第二带轮连接，第一带轮和第二带轮通过皮带连接，所述第一带轮或第二带轮通过传动机构与动力源连接。动力源通过传动机构将动力传递给平衡丝杠或驱动丝杠，平衡丝杠和驱动丝杠之间通过皮带传输动力，可以保证配重机构和滑枕同时动作，即能保证配重机构根据滑枕的位置运动至相应位置，进而抵消滑枕的倾覆力矩。

进一步的，所述平衡丝杠和驱动丝杠的旋向相反。平衡丝杠和驱动丝杠旋向相反，即在转动时，其上的丝杠螺母和滑座能发生相反运动，可靠保证配重机构沿与滑枕运动反方向移动。

或者，所述平衡丝杠端部与第一齿轮连接，驱动丝杠端部与第二齿轮连接，第一齿轮和第二齿轮相啮合，所述第一齿轮或第二齿轮通过传动机构与动力源连接。使驱动丝杠和平衡丝杠通过齿轮配合，在动力源传输动力给第一齿轮或第二齿轮时，驱动丝杠和平衡丝杠则自行异向转动，进而保证配重机构和滑枕的反方向运动。

进一步的，所述平衡丝杠和驱动丝杠的旋向相同。在平衡丝杠和驱动丝杠通过齿轮啮合传动的情况下，两者旋向相同才可保证配重机构和滑枕反方向运动。

所述配重机构底部与平衡滑块连接，所述平衡滑块与平衡导轨滑动配合。使配重块在随丝杠螺母移动时，配重块底部沿平衡导轨滑动，往复移动过程更为平稳可靠。

所述支撑机构包括支撑方管，所述第一往复移动机构和第二往复移动机构均与支撑方管连接。

本发明还提供一种机床，通过在机床横梁内部布置动态平衡机构，使横梁达到平衡状态，提高了加工设备的加工精度。

一种机床，包括机床立柱，所述机床立柱上部与横梁连接，所述横梁内安设有如上所述的动态平衡机构。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明中通过配重机构与滑枕的反向运动，可以抵消滑枕产生的倾覆力矩，从而降低刀尖处的变形。

同类型的加工设备只需根据横梁两端的伸出长度与滑座、滑枕的重量，相应的调整大小带轮的传动比、丝杠螺距比以及配重块的重量，就可以使用本发明机构调整平衡，通用性较强。

本发明的平衡机构完全置于横梁内部，不影响整机外观，不会影响加工设备的正常工作。

通过本发明实现了开放式结构加工设备横梁的动态平衡，且结构成本低，自动化程度高，提高了加工设备的加工精度。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1是本发明的轴测图；

图2是本发明横梁内部机构布设的结构示意图；

图3是本发明的纵向剖视图；

图中，1.立柱，2.Y向驱动丝杠，3.Y向驱动小带轮，4.平衡丝杠，5.平衡大带轮，6.Y向驱动电机小带轮，7.Y向驱动电机，8.横梁，9.滑座，10.滑枕，11.主轴头，12.丝杠螺母，13.轴承座，14.轴承座安装板，15.配重块，16.平衡导轨，18.平衡导轨安装板，19.平衡滑块，20.加强筋板，21.支撑方管。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

正如背景技术所介绍的，现有技术中存在开放式加工设备容易倾覆产生偏差的问题，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种适用开放式结构加工设备的横梁动态平衡机构及机床。

实施例1：

本申请的一种典型的实施方式中，如图1-图3所示，提供了一种适用于开放式结构加工设备横梁动态平衡机构，包括支撑机构、配重机构及联动机构。

支撑机构包括支撑方管21和加强筋板20，加强筋板20数目可根据横梁8长度进行选择。支撑方管21设置于横梁8内部，横梁8为一中空方管，支撑方管21与横梁8通过加强筋板20连接。支撑方管21内腔下表面设有平衡导轨安装板18，平衡导轨16通过螺栓紧固连接在平衡导轨安装板18上。

配重机构为一配重块15，其两端各通过一丝杠螺母12与平衡丝杠4相连接，配重块15底面通过螺栓固定连接在平衡滑块19上。平衡滑块19与平衡导轨16滑动配合。使配重块15在随丝杠螺母12移动时，配重块15底部沿平衡导轨16滑动，配重块在随丝杠螺母移动时，配重块底部沿平衡导轨滑动，往复移动过程更为平稳可靠。

联动机构包括第一往复移动机构和第二往复移动机构，第一往复移动机构与滑枕连接，第二往复移动机构与配重机构连接；第一往复移动机构和第二往复移动机构由同一动力源带动，在第一往复移动机构带动滑枕向一方向移动时，第二往复移动机构带动配重机构向相对应的反方向移动，以实现动态平衡。

本实施例中，第一往复移动机构和第二往复移动机构采用丝杠机构，在符合加工设备的加工要求下，也可以替换为气动元件、液压元件、及其他能实现往复运动的机械机构。

本发明的动态平衡机构中，设置配重机构和滑枕相配合，联动机构在带动滑枕移动时，可带动配重机构以与滑枕反方向移动，从而实现了随着滑枕运动动态配重，以抵消倾覆力矩使横梁达到平衡状态，进而避免了横梁发生倾覆，从而保证了设备的加工精度。

第一往复移动机构包括Y向驱动丝杠2，Y向驱动丝杠2与滑座9相配合，滑座9与滑枕10连接，滑枕10上连接主轴头11。

第二往复移动机构包括平衡丝杠4，平衡丝杠4与丝杠螺母12相配合，丝杠螺母12与配重块15连接。

平衡丝杠4端部与平衡大带轮5(即第一带轮)连接，Y向驱动丝杠2端部与Y向驱动小带轮3(即第二带轮)连接，平衡大带轮5和Y向驱动小带轮3通过皮带连接，平衡大带轮5或Y向驱动小带轮3通过传动机构与动力源连接，动力源即为电机。本实施例中传动机构为Y向驱动电机小带轮6和皮带，Y向驱动电机小带轮6通过皮带与平衡大带轮5连接，Y向驱动电机小带轮6与Y向驱动电机7连接。平衡大带轮5、Y向驱动小带轮3、Y向驱动电机小带轮6的传动方式为开口传动。动力源通过传动机构将动力传递给平衡丝杠或驱动丝杠，平衡丝杠和驱动丝杠之间通过皮带传输动力，可以保证配重机构和滑枕同时动作，即能保证配重机构根据滑枕的位置运动至相应位置，进而抵消滑枕的倾覆力矩。

平衡丝杠4和Y向驱动丝杠2的旋向相反，在Y向驱动电机7运转时，平衡丝杠4和Y向驱动丝杠2带动其上的丝杠螺母12、配重块15和滑座9向相反方向移动，形成平衡。本实施例中Y向驱动丝杠2为右旋大螺距丝杠，平衡丝杠4为左旋小螺距丝杠。

平衡丝杠4的螺距较Y向驱动丝杠2的螺距小，平衡丝杠4两端通过轴承座13与轴承座安装板14固定在横梁8内部，平衡丝杠4外伸端通过平键连接有平衡大带轮5，平衡大带轮5两侧各有一小带轮，一侧为Y向驱动小带轮6，与Y向驱动丝杠2连接，另一侧为Y向驱动电机小带轮3，与Y向驱动电机7连接。

或者，还可以采用下述方式：平衡丝杠4端部与第一齿轮连接，Y向驱动丝杠2端部与第二齿轮连接，第一齿轮和第二齿轮相啮合，第一齿轮或第二齿轮通过传动机构与动力源连接。平衡丝杠4和Y向驱动丝杠2的旋向相同，通过第一齿轮和第二齿轮的啮合传动，平衡丝杠4和Y向驱动丝杠2转向相反，带动其上的丝杠螺母12、配重块15和滑座9向相反方向移动，形成平衡。驱动丝杠和平衡丝杠通过齿轮配合，在动力源传输动力给第一齿轮或第二齿轮时，驱动丝杠和平衡丝杠则自行异向转动，进而保证配重机构和滑枕的反方向运动。

实施例2：

本申请的另一种典型的实施方式中，提供了一种机床，包括机床立柱1，机床立柱1上部与横梁8连接，机床具有开放式床身，开放式加工设备床身、立柱、横梁及滑枕整体呈C型结构，横梁8内安设有如实施例1的动态平衡机构。

支撑机构的支撑方管21的外表面焊接有加强筋板20，并整体与横梁8内腔焊接连接，整个平衡机构设置于横梁内部。第二往复移动机构通过平衡导轨16布置在支撑方管21内部。轴承座安装板14连接在横梁8上，通过轴承座13固定平衡丝杠4。将第一往复机构布置在横梁8外侧，并与滑座9配合。

调整滑座9、滑枕10以及配重块15的初始位置，使三者的初始位置皆与立柱1的位置重合，在Y向驱动电机7的带动下，平衡丝杠4与Y向驱动丝杠2同时旋转，滑座9与滑枕10在Y向驱动丝杠2的带动下，从初始位置向加工位置运动，而配重块15则在平衡丝杠4的带动下，沿平衡导轨16由初始位置向平衡位置运动。

平衡丝杠4与Y向驱动丝杠2的螺距比、平衡大带轮5与Y向驱动小带轮3的传动比以及配重块15的重量均是根据横梁8在立柱1两端的长度比、滑座9以及滑枕10的重量确定的，从而保证滑座9、滑枕10在横梁8上运动时，配重块15总是能移动到相应的平衡位置并抵消滑座9、滑枕10产生的倾覆力矩。

从上述实施例可以看出，本发明采用电机驱动、带、丝杠传动，驱动机构为驱动滑座9、滑枕10的Y向驱动电机7，无需添加额外驱动机构；平衡机构大部分均在横梁内部，不影响整机视觉效果，外形美观；通过选取合理的丝杠螺距比、大小带轮传动比及配重块的重量，以获得配重块相对于滑座9、滑枕10的正确平衡位置，可快速实现横梁动态平衡，且平衡成本低，自动化程度高。

利用平衡机构对横梁进行调平的方法，具体操作步骤如下：

A、调整滑座9、滑枕10的初始位置，使其初始位置与立柱1位置重合；

B、根据横梁8相对于立柱1两侧的伸出长度以及滑座9滑枕10的重量，选取大小带轮传动比、丝杠螺距比以及配重块的重量；

C、将配重块15通过丝杠螺母12安装在平衡丝杠4上；

D、将配重块15通过平衡滑块19连接在支撑方管21底面上；

E、将平衡丝杠4通过轴承座13固定在横梁8内部；

F、将平衡丝杠4伸出端与平衡大带轮5连接，并将平衡大带轮5与Y向驱动电机小带轮6连接；

G、调节配重块15的初始位置，使其初始位置也与立柱1位置重叠；

H、将平衡大带轮5与Y向驱动小带轮3连接，Y向驱动电机7带动大小带轮同时转动，使滑枕10、配重块15同时反向运动，以实现横梁的动态平衡。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。