专利名称：五轴联动龙门数控铣床的制作方法
技术领域：
本实用新型具体说的是一种五轴联动龙门数控铣床。属于机械加工设备技术。
背景技术：
在上个世纪末以前，国内尚没有大型五轴联动龙门数控铣床面市，特别是在其主轴上带有二个回转运动轴型式的大型五轴联动龙门数控铣床一直是空白，而实际使用的这类机床都是高价进口的，而且其使用场合还受到种种不合理的限制。随着我国科技经济的发展，所面临的高质量、高技术机械加工要求，已经客观而迫切地摆在国人的面前，因此，研制开发我国国产的五轴联动龙门数控铣床一直是机床行业梦昧以求的愿望。
发明内容
本实用新型的目的在于，在本申请人已研制定型的龙门加工中心的基础上作改进，配置带双摆角电主轴的主轴头，而提供一种五轴联动龙门数控铣床，以满足科技、经济日益发展对于加工形面复杂零件的需求。
实现本实用新型的目的所采取的技术方案是，一种五轴联动龙门数控铣床，具有底座、工作台、左右立柱、横梁、溜板、滑枕、电主轴头、电主轴U型架、工作台X轴驱动机构、溜板Y轴驱动机构、滑枕Z轴驱动机构、包括液压机构、气动机构、润滑机构和冷却排屑机构在内的辅助机构和包括机床数控系统在内的操纵台，其改进点在于电主轴头系由内藏式伺服电机直接驱动的电主轴头，且电主轴头通过在其两侧所设的对称的A轴与电主轴U型架成转动连结，电主轴U型架与装设在滑枕内且成可转动连结的C轴固定连接；电主轴头通过A轴旋转驱动机构和C轴旋转驱动机构而可分别围绕A轴和C轴旋转；而所说的工作台X轴驱动机构、溜板Y轴驱动机构、滑枕Z轴驱动机构均分别设有直线光栅尺，而在A轴和C轴上，分别设有角度编码器；而工作台X轴旋转驱动机构、溜板Y轴旋转驱动机构、滑枕Z轴旋转驱动机构和A轴旋转驱动机构、C轴旋转驱动机构五者分别由伺服电机驱动，且所说五者的伺服电机均由操纵台所包括的机床数控系统控制，从而构成五轴全闭环联动控制。
由以上所给出的技术方案，结合在前所述已经定型的龙门加工中心的技术结构，我们完全可以明了本实用新型的技术结构，其工作台是由X轴驱动机构所包括的伺服电机，经齿形带减速传动而使滚珠丝杠螺母转动，带动工作台在X轴方向作双向运动。而溜板由Y轴驱动机构所包括的伺服电机经联轴节直接带动滚珠丝杠回转，而实现Y轴方向的左右移动。而滑枕由Z轴驱动机构所包括的伺服电机经联轴节直接带动滚珠丝杠回转，而实现Z轴方向的上下移动。而A轴和C轴分别由二套具有齿轮减速传动机构的A轴旋转驱动机构和C轴旋转驱动机构带动，而在A轴方向和C轴方向，实现电主轴头的互相垂直的二个方向的转动。
而机床数控系统分别由X、Y、Z三个直线运动轴和A、C二个回转运动轴分别所设的与伺服驱动器电连接的直线光栅尺和角度编码器对实际位置进行采信，经过与其预设的程序比照后发出补偿控制信号。而控制信号经由通信总线传达给所述X、Y、Z、A、C轴五个驱动机构所包括的与伺服电机电连接的伺服驱动器，由伺服驱动器对伺服电机的运动实行控制，从而实现了本实用新型五轴联动的目的。
为了进一步提高本实用新型机械运动的特性和加工的精度，其进一步的改进点在于所说的A轴旋转驱动机构，是具有齿轮消隙减速传动结构的齿轮减速传动链，它是在伺服电机所驱动的减速器的动力输出轴上固定连结或一体制作有具有端面齿的主动齿轮，而在主动齿轮的中心螺孔内，通过螺钉和碟簧固定有定位套，而在定位套上套装有具有与主动齿轮端面齿数相等的端面齿的第二主动齿轮，且令主动齿轮和第二主动齿轮两者的端面齿既相互啮合又可互相错开；主动齿轮和第二主动齿轮两者的齿数相等，且主动齿轮和第二主动齿轮两者的齿数与两者的端面齿齿数之间不存在公约数；而主动齿轮和第二主动齿轮分别同时与齿数相等的第二从动齿轮和从动齿轮轴相啮合，且从动齿轮活套在从动齿轮轴上；第一中间齿轮与从动齿轮轴花键连结，第二中间齿轮与从动齿轮键连结，而第一中间齿轮和第二中间齿轮两者齿数相等；继而通过二级减速齿轮副构成的传动链驱动与A轴固定连结的终端从动齿轮，从而驱动A轴旋转。
所说的C轴旋转驱动机构，是齿轮消隙减速传动机构。它是在伺服电机所驱动的减速器的动力输出轴上，固定连结或一体制作有具有端面齿的主动齿轮，在主动齿轮的中心螺孔内，通过螺纹连结有两头具有螺纹的短轴，在短轴上套装有具有与主动齿轮端面齿数相等的端面齿的第二主动齿轮，而螺母经碟簧与短轴相拧接，而令主动齿轮和第二主动齿轮两者的端面齿既相互啮合而又可互相错开；而主动齿轮和第二主动齿轮两者的齿数相等，且它们的齿数与两者的端面齿数之间不存在公约数；而所说的两个主动齿轮分别同时与固定装设在C轴上的从动齿轮呈不同侧齿面相啮合。从而驱动C轴旋转。
上述A、C轴旋转驱动机构，之所以采用齿轮消隙减速传动的结构，其目的在于避免在断续切削和正反向运动时所产生的振动和噪声，以期进一步提高加工精度和加工件的质量。
而溜板与横梁两者的运动配合面系斜面，两者的配合系斜置配合；而在滑枕上设有油缸式平衡机构。其目的显然在于降低机床自重、缩小所占空间位置和降低能耗。
而底座与工作台所构成的X向导轨和横梁与溜板所构成的Y向导轨，均系由直线滚珠导向块、钢质淬硬嵌条和耐磨塑料贴覆件组成的复合式导轨；而溜板与滑枕所构成的Z向导轨，系由淬火铸铁导轨和耐磨塑料贴覆件所构成的滑动导轨。这样做的目的，可以显著延长机床大修周期，降低机床维护保养费用，且较大幅度地提高了机床的开机时间，有效提高了生产效率。
为了使C轴旋转能在机床数控系统的控制下做到执行指令及时到位，即回转灵活，又停转及时，以期进一步保证加工质量，本实用新型还在其C轴上设置了C轴波纹管液压夹紧定位机构，在A轴上设置了A轴弹性环液压夹紧定位机构。
而C轴波纹管液压夹紧定位机构，是在C轴与滑枕之间设有波纹管，且波纹管与C轴和滑枕之间系小间隙配合，而波纹管的一端抵靠在滑枕的台肩上，其另一端与设在C轴和滑枕之间的活塞相抵靠，在与滑枕固定连结的端盖上设有通达活塞端部的油路，且在与所说油路相连接的管路上设有电磁阀，而该电磁阀与机床数控系统电连接。
而A轴弹性环液压夹紧定位机构，是在与A轴固定连结的终端从动齿轮的两个端面上，分别设有第一弹性圆环和第二弹性圆环，而第一弹性圆环装设在盖板的圆环状槽内，且通过螺钉与盖板固定连结；而第二弹性圆环通过螺钉与垫块固定连结；而第一弹性圆环和第二弹性圆环分别与终端从动齿轮两个端面成小间隙配合而相互贴近；在盖板上设有通达第一弹性圆环端面的盖板油路，在垫块上设有通达第二弹性圆环端面的垫块油路；而在电主轴U型架上设有能够分别与盖板油路和垫块油路相贯通的连接油路；而盖板油路与设在盖板上的进出油口相贯通；在与进出油口相连接的管路上设有电磁阀，而所说电磁阀与机床数控系统电连接。
为了进一步有效提高本实用新型的自动控制性能，确保本实用新型整体科技水平，本实用新型优选的机床数控系统系西门子840D数字控制系统。
本实用新型上述技术方案得以实施后，其所具有的结构先进，自动化程度高，使用寿命长，性价比高，能够满足复杂形面零件加工需求等特点，是非常明显的。
图1为本实用新型主视图；图2是图1的K向视图；图3是本实用新型所包括的电主轴的轴向剖视图；图4是图3的II部放大图(旋转)；图5是图3的I部放大图(旋转)；图6是图3的III部放大图(旋转)；图7是图3的IV部放大图(旋转)；图8是本实用新型所包括的横梁、溜板和滑枕三者的配置图；图9是本实用新型所包括的横梁和溜板的复合式导轨的结构简示图(底座与工作台的复合导轨与图示结构相同)；图10是本实用新型所包括的溜板与滑枕的滑动导轨的结构简示图。
具体实施方式
由以上所给出附图，已经可以明了本实用新型的结构。
以下结合附图通过具体实施方式
的描述，将会对本实用新型的目的，及其实现目的的技术方案更加明了。
具体实施方式
，请参读附图1至10。
如附图1至3所示，一种五轴联动龙门数控铣床，具有底座1、工作台2、左右立柱3、横梁4、溜板5、滑枕6、电主轴头7、电主轴U型架8、工作台X轴驱动机构9、溜板Y轴驱动机构10、滑枕Z轴驱动机构11、包括液压机构12-1、气动机构12-2、润滑机构12-3和冷却排屑机构12-4在内的辅助机构和包括机床数控系统在内的操纵台13，而电主轴头7系由内藏式交流伺服电机直接驱动的电主轴头，且电主轴头7通过在其两侧所设的对称的A轴14与电主轴U型架8成转动连结，电主轴U型架8与装设在滑枕6内且成可转动连结的C轴15固定连接；电主轴头7通过A轴旋转驱动机构16和C轴旋转驱动机构17而可分别围绕A轴14和C轴15旋转；而所说的工作台X轴旋转驱动机构9、溜板Y轴旋转驱动机构10、滑枕Z轴旋转驱动机构11均分别设有光栅尺(图中未画出)，而在A轴14和C轴15上，分别设有角度编码器42、43；而工作台X轴旋转驱动机构9、溜板Y轴旋转驱动机构10、滑枕Z轴旋转驱动机构11和A轴旋转驱动机构16、C轴旋转驱动机构17五者分别由伺服电机驱动，且所说五者的伺服电机均由操纵台13所包括的西门子840D机床数控系统控制，从而构成五轴全闭环联动控制。且以上各部件按照通常的方式组装，由此即构成本实用新型。
本实用新型所包括的A轴旋转驱动机构16的结构，如附图3和4所示。A轴旋转驱动机构16，是具有齿轮消隙减速传动结构的齿轮减速传动链，它是在交流伺服电机16-1所驱动的谐波减速器16-2的动力输出轴上固定连结有具有端面齿的主动齿轮16-3a，而在主动齿轮16-3a的中心螺孔内，通过螺钉16-4和碟簧16-6固定有定位套16-5，而在定位套16-5上套装有具有与主动齿轮16-3a端面齿数相等的端面齿的第二主动齿轮16-3b，且令主动齿轮16-3a和第二主动齿轮16-3b两者的端面齿既相互啮合又可互相错开；主动齿轮16-3a和第二主动齿轮16-3b两者的齿数相等，且主动齿轮16-3a和第二主动齿轮16-3b两者的齿数与两者的端面齿齿数之间不存在公约数；而主动齿轮16-3a和第二主动齿轮16-3b分别同时与齿数相等的从动齿轮16-7b和从动齿轮轴16-7a相啮合；且从动齿轮16-7b活套在从动齿轮轴16-7a上，第一中间齿轮16-8a与从动齿轮轴16-7a花键连结；第二中间齿轮16-8b与从动齿轮16-7b键连结，而第一中间齿轮16-8a和第二中间齿轮16-8b两者齿数相等，且继尔通过二级减速齿轮副构成的传动链驱动与A轴14固定连结的终端从动齿轮16-8，从而驱动A轴14旋转。
而本实用新型所包括的C轴旋转驱动机构17的结构，如附图3和5所示。所说的C轴旋转驱动机构17，同样是具有齿轮消隙减速传动结构的齿轮减速驱动机构。它是在交流伺服电机17-1经由同步带轮副17-8所驱动的谐波减速器17-2的动力输出轴上一体制作有具有端面齿的主动齿轮17-3a，在主动齿轮17-3a的中心螺孔内，通过螺纹连结有两头具有螺纹的短轴17-4，在短轴17-4上套装有具有与主动齿轮17-3a端面齿数相等的端面齿的第二主动齿轮17-3b，而螺母17-5经碟簧17-6与短轴17-4相拧接，而令主动齿轮17-3a和第二主动齿轮17-3b两者的端面齿既相互啮合而又可互相错开；而主动齿轮17-3a和第二主动齿轮17-3b两者的齿数相等，且它们的齿数与两者的端面齿数之间不存在公约数；而主动齿轮17-3a和第二主动齿轮17-3b分别同时与固定装设在C轴15上的从动齿轮17-7呈不同侧齿面相啮合，从而驱动C轴15旋转。
如附图8和9所示。本实用新型的溜板5与横梁4两者的运动配合面系斜面，两者的配合系斜置配合；而在滑枕6上设有油缸式平衡机构18。本实用新型优选的斜置角α为25°～30°。
如附图9和10所示。本实用新型的底座1与工作台2所构成的X向导轨和横梁4与溜板5所构成的Y向导轨，均系由直线滚珠导向块19、钢质淬硬嵌条20和耐磨塑料贴覆件21组成的复合式导轨；而溜板5与滑枕6所构成的Z向导轨，系由淬火铸铁导轨22和耐磨塑料贴覆件23所构成的滑动导轨。
本实用新型的C轴波纹管液夹紧定位机构，如图6所示。所说的液压夹紧定位机构是在C轴15与滑枕6之间设有波纹管25，且波纹管25与C轴15和滑枕6之间系≤0.3mm的小间隙配合，而波纹管25的一端抵靠在滑枕6的台肩上，其另一端与设在C轴15和滑枕6之间的环形活塞26相抵靠，在与滑枕6固定连结的端盖27上设有通达环形活塞26端部的油路28，且在与所说油路28相连接的管路上设有二位三通电磁阀(图中未画出)，而该电磁阀与机床数控系统电连接。
本实用新型的A轴弹性环液压夹紧定位机构，如附图7所示。所说的弹性环液压夹紧定位机构是在与A轴固定连结的终端从动齿轮16-8的两个端面上，分别设有第一弹性圆环29和第二弹性圆环30，而第一弹性圆环29装设在盖板31的圆环状槽内，且通过螺钉32与盖板31固定连结；而第二弹性圆环30通过螺钉34与垫块33固定连结；而第一弹性圆环29和第二弹性圆环30分别与终端从动齿轮16-8两个端面成≤0.2mm的小间隙配合而相互贴近；在盖板31上设有通达第一弹性圆环29端面的盖板油路35，在垫块33上设有通达第二弹性圆环30端面的垫块油路36；而在电主轴U型架8上设有能够分别与盖板油路35和垫块油路36相贯通的连接油路37；而盖板油路35与设在盖板31上的进出油口40相贯通；而在与进出油口40相连接的管路上设有电磁阀(图中未画出)，而所说电磁阀与机床数控系统电连接。附图7中所示标号为38和39的为堵头。
权利要求1.一种五轴联动龙门数控铣床，具有底座(1)、工作台(2)、左右立柱(3)、横梁(4)、溜板(5)、滑枕(6)、电主轴头(7)、电主轴U型架(8)、工作台X轴驱动机构(9)、溜板Y轴驱动机构(10)、滑枕Z轴驱动机构(11)、包括液压机构(12-1)、气动机构(12-2)、润滑机构(12-3)和冷却排屑机构(12-4)在内的辅助机构和包括机床数控系统在内的操纵台(13)，其特征在于电主轴头(7)系由内藏式伺服电机直接驱动的电主轴头，且电主轴头(7)通过在其两侧所设的对称的A轴(14)与电主轴U型架(8)成转动连结，电主轴U型架(8)与装设在滑枕(6)内且成可转动连结的C轴(15)固定连接；电主轴头(7)通过A轴旋转驱动机构(16)和C轴旋转驱动机构(17)而可分别围绕A轴(14)和C轴(15)旋转；而所说的工作台X轴旋转驱动机构(9)、溜板Y轴旋转驱动机构(10)、滑枕Z轴旋转驱动机构(11)均分别设有直线光栅尺，而在A轴(14)和C轴(15)上，分别设有角度编码器(42、43)；而工作台X轴旋转驱动机构(9)、溜板Y轴旋转驱动机构(10)、滑枕Z轴旋转驱动机构(11)和A轴旋转驱动机构(16)、C轴旋转驱动机构(17)，五者分别由伺服电机驱动，且所说五者的伺服电机均由操纵台(13)所包括的机床数控系统控制。
2.根据权利要求1所述的五轴联动龙门数控铣床，其特征在于所说的A轴旋转驱动机构(16)，是具有齿轮消隙减速传动结构的齿轮减速传动链，它是在伺服电机(16-1)所驱动的减速器(16-2)的动力输出轴上固定连结或一体制作有具有端面齿的主动齿轮(16-3a)，而在主动齿轮(16-3a)的中心螺孔内，通过螺钉(16-4)和碟簧(16-6)固定有定位套(16-5)，而在定位套(16-5)上套装有具有与主动齿轮(16-3a)端面齿数相等的端面齿的第二主动齿轮(16-3b)，且令主动齿轮(16-3a)和第二主动齿轮(16-3b)两者的端面齿既相互啮合又可互相错开；主动齿轮(16-3a)和第二主动齿轮(16-3b)两者的齿数相等，且主动齿轮(16-3a)和第二主动齿轮(16-3b)两者的齿数与两者的端面齿齿数之间不存在公约数；而主动齿轮(16-3a)和第二主动齿轮(16-3b)分别同时与齿数相等的从动齿轮(16-7b)和从动齿轮轴(16-7a)相啮合，且从动齿轮(16-7b)活套在从动齿轮轴(16-7a)上，第一中间齿轮(16-8a)与从动齿轮轴(16-7a)花键连结，第二中间齿轮(16-8b)与从动齿轮(16-7b)键连结；而第一中间齿轮(16-8a)和第二中间齿轮(16-8b)两者齿数相等；继而通过二级减速齿轮副构成的传动链驱动与A轴(14)固定连结的终端从动齿轮(16-8)。
3.根据权利要求1所述的五轴联动龙门数控铣床，其特征在于所说的C轴旋转驱动机构(17)，它是在伺服电机(17-1)所驱动的减速器(17-2)的动力输出轴上，固定连结或一体制作有具有端面齿的主动齿轮(17-3a)，在主动齿轮(17-3a)的中心螺孔内，通过螺纹连结有两头具有螺纹的短轴(17-4)，在短轴(17-4)上套装有具有与主动齿轮(17-3a)端面齿数相等的端面齿的第二主动齿轮(17-3b)，而螺母(17-5)经碟簧(17-6)与短轴(17-4)相拧接，而令主动齿轮(17-3a)和第二主动齿轮(17-3b)两者的端面齿既相互啮合而又可互相错开；而主动齿轮(17-3a)和第二主动齿轮(17-3b)两者的齿数相等，且它们的齿数与两者的端面齿数之间不存在公约数；而主动齿轮(17-3a)和第二主动齿轮(17-3b)分别同时与固定装设在C轴(15)上的从动齿轮(17-7)呈不同侧齿面相啮合。
4.根据权利要求1或2或3所述的五轴联动龙门数控铣床，其特征在于溜板(5)与横梁(4)两者的运动配合面系斜面，两者的配合系斜置配合；而在滑枕(6)上设有油缸式平衡机构(18)。
5.根据权利要求4所述的五轴联动龙门数控铣床，其特征在于，底座(1)与工作台(2)所构成的X向导轨和横梁(4)与溜板(5)所构成的Y向导轨，均系由直线滚珠导向块(19)、钢质淬硬嵌条(20)和耐磨塑料贴覆件(21)组成的复合式导轨；而溜板(5)与滑枕(6)所构成的Z向导轨，系由淬火铸铁导轨(22)和耐磨塑料贴覆件(23)所构成的滑动导轨。
6.根据权利要求5所述的五轴联动龙门铣床，其特征在于，它还具有C轴波纹管液压夹紧定位机构，且所说的液压夹紧定位机构是在C轴(15)与滑枕(6)之间设有波纹管(25)，且波纹管(25)与C轴(15)和滑枕(6)之间系小间隙配合，而波纹管(25)的一端抵靠在滑枕(6)的台肩上，其另一端与设在C轴(15)和滑枕(6)之间的活塞(26)相抵靠，在与滑枕(6)固定连结的端盖(27)上设有通达活塞(26)端部的油路(28)，且在与所说油路(28)相连接的管路上设有电磁阀，而该电磁阀与机床数控系统电连接。
7.根据权利要求6所述的五轴联动龙门数控铣床，其特征在于，它还具有A轴弹性环液压夹紧定位机构，且所说的弹性环液压夹紧定位机构是在与A轴固定连结的终端从动齿轮(16-8)的两个端面上，分别设有第一弹性圆环(29)和第二弹性圆环(30)，而第一弹性圆环装设在盖板(31)的圆环状槽内，且通过螺钉(32)与盖板(31)固定连结；而第二弹性圆环(30)通过螺钉(34)与垫块(33)固定连结；而第一弹性圆环(29)和第二弹性圆环(30)分别与终端从动齿轮(16-8)两个端面成小间隙配合而相互贴近；在盖板(31)上设有通达第一弹性圆环(29)端面的盖板油路(35)，在垫块(33)上设有通达第二弹性圆环(30)端面的垫块油路(36)；而在电主轴U型架(8)上设有能够分别与盖板油路(35)和垫块油路(36)相贯通的连接油路(37)；而盖板油路(35)与设在盖板(31)上的进出油口(40)相贯通；在与进出油口(40)相连接的管路上设有电磁阀，而所说电磁阀与机床数控系统电连接。
8.根据权利要求7所述的五轴联动龙门数控铣床，其特征在于，所说的机床数控系统系西门子840D数字控制系统。
专利摘要本实用新型所公开的是一种五轴联动龙门数控铣床，属于机械加工设备技术。它是在已有的龙门加工中心的基础上作改进，配置了带双摆角内藏式伺服电机直接驱动的电主轴头(7)，而电主轴头(7)通过A轴旋转驱动机构(16)和C轴旋转驱动机构(17)，实现了互相垂直的两个方向的转动，且工作台X轴驱动机构(9)，溜板Y轴驱动机构(10)，滑枕Z轴驱动机构(11)和所说的A、C轴旋转驱动(16、17)，分别通过光栅尺和角度编码器由机床数控系统控制，从而实现了五轴全闭环联动控制。本实用新型具有结构先进，自动化程度高，性价比高等特点，是一种能够满足复杂形面零件加工需要的五轴联动龙门数控铣床。
文档编号B23C1/10GK2644060SQ0327806
公开日2004年9月29日 申请日期2003年8月27日 优先权日2003年8月27日
发明者姚树建, 贲薇婷, 唐德威, 彭文, 刘伯军 申请人:江苏多棱数控机床股份有限公司