双柱立式数控钻床的制作方法

专利名称：双柱立式数控钻床的制作方法
技术领域：
双柱立式数控钻床
一、 技术领域 本实用新型涉及精密轴承套圈端面钻孔技术，特别是涉及一种双柱立式数控钻床。
二、 背景技术 目前拥有钻孔、攻螺纹等工序的机床，通常为在支柱上设置可升降的万向臂或横 梁，并在万向臂或横梁末端安装有钻机或铣刀等主轴箱装置，或者同时在主轴箱装置下方 设置有固定的操作台。上述机床在对工件加工时很难保证有足够的精确度，多数机床还是 靠人工摆动万向臂或横梁操作，精确度很低，无法确保高精度生产需求。双立柱机床具有很 好的对称性，能较好地解决受力平衡问题，然而目前的双立柱卧式机床采用液压推进，其横 梁沿立柱做整体升降运动，可控度和精确度都较差。 本专利主要针对大型盘类零件钻孔、攻丝及径向铣键槽等工序加工而设计的，该
机床主要不同于普通龙门式铣床或钻床之处有第一，主轴采用滑枕结构，移动大行程时刚
性保持性好，钻深孔、铣长槽时更容易保证精度，现有龙门铣或龙门钻大都是套筒式主轴，
移动距离不能太长，加工深孔、长槽时精度不易保证；第二，工作台采用带角度编码器的大
型回转工作台，工作台仅进行回转分度运动，不做直线运动，从而更好地保证了分度精度；
现有龙门式机床大都采用移动工作台，加工圆周孔时，必须换算成直角坐标，编程费时费
力，且加工精度受到一定影响。第三，横梁大跨距、阶梯式导轨结构，大大增强了主轴移动时
的刚性，现有龙门铣或龙门钻横梁导轨一般采用在一平面内的平行导轨，加工悬伸量大的
部位时，刚性明显受到影响。
三、 实用新型内容 本实用新型的目的是为了解决现有技术中存在的不足，提供一种双柱立式数控钻 床。 技术方案 —种双柱立式数控钻床，包括竖向固定在机床底座上的左、右立柱，水平固定安装 在左、右立柱上端的横梁，横梁两侧对称设置有刀架结构，所述两侧刀架结构包括可控水平 运动机构和可控升降机构，主轴箱装置活动安装在可控升降机构上，刀架即为可控水平运 动机构和可控升降机构的组合支撑体，并在横梁下方的机床底座上固定安装有一个转台装 置，所述转台装置包括底座和与底座铰接安装的上转盘，其中左、右立柱和所述上转盘工作 面采用热对称结构。上转盘(工作台)和转台装置底座均为整体铸造加工来保证机床刚性。 所述转台装置的上转盘(包括工作台)通过中心轴与转台底座铰接安装，在转台 底座内侧水平固定有一伺服电机和一水平安装的蜗杆，该伺服电机的转轴通过减速机后与 水平蜗杆传动连接，在所述上转盘内侧固定安装有一大涡轮，所述水平安装的蜗杆与大涡 轮互相啮合传动连接。 在上转盘与转台底座之间至少设置一对对称的锁紧油缸。 一般为对称的多对锁紧
3油缸，例如六对。 为了减少工作台热变形对加工精度的影响，采用热对称结构，以便达到工作台较
小的热变形并在左、右方向相同的热变形。保证工作台长期稳定地工作。 工作台采用主轴固定性短主轴结构，在主轴上装有一套双列短圆柱滚子轴承，通
过调整径向间隙，以保证工作台高精度回转，并且有高的工作寿命。 考虑机床的高精度，工作台采用静压导轨，以减小回转摩擦力矩，工作台导轨为恒 流静压导轨，由一定数量的等量分油器和相应油腔恒流供油(十二点等量分油器对12个油 腔恒流供油)。在静压导轨面设有油膜测厚装置，当油膜厚度小于0. 04mm时，工作台停止工 作。 在工作台静压导轨上设有油膜测厚保护装置、断电保护装置及流量保护措施等， 使导轨处于良好状态。当油膜小于0. 04mm时，或没有流量时，及时给出信号以便尽快停止 工作台运转。 工作台主传动由发格FXM55. 20A. 10. 010(17. 3N. M)交流伺服电机驱动，经定比降 速传动副，实现主轴的转速范围。主轴传动链的末端采用涡轮蜗杆啮合结构，通过调整蜗杆 相对蜗轮的轴向位置，消除蜗轮蜗杆的反向间隙，其传动比为1 : 400，模数为6.3，以保证
蜗轮蜗杆有足够的刚性。蜗杆通过一对消隙齿轮与高降速比(i : io)的减速箱连接，减速
箱采用台湾光用低背隙AB系列减速箱与伺服电机连接，保证了传动链的传动准确性，又提
高了工作台的传动扭矩。其转速为0. 63rpm < lrpm，扭矩为40. 928KN. M > 37. 437KN. M，此
为工作台的额定扭矩，如计算过载扭矩为额定扭矩5倍，其完全满足工作要求。 主轴为闭环控制，工作台装有角度编码器，以便实现刀架的每转的进给量及恒速
切削、铣削进给和分度功能。编码器系统精度为士2〃 ，完全满足工作台定位检测要求。 主轴分度时，设计六个锁紧油缸锁紧，有阻尼结构，完成分度后自动夹紧工作台。
以便使工作台在任意位置进行钻孔、攻丝加工。 工作台面按标准设计T型槽和配置四套标准卡爪。 横梁上任一侧安装的可控水平运动机构包括一个伺服电机和由该伺服电机带动 的滚珠丝杠，所述滚珠丝杠前、后两端均通过轴承安装在对应轴承座内，所述伺服电机、前 后两轴承座依次固定在横梁上，在所述滚轴丝杠上套装有匹配的丝杠螺母座，该丝杠螺母 座与横梁上侧的导轨滑动配合安装。 可控升降机构的支架安装在所述丝杠螺母座上，所述可控升降机构包括一个伺服 电机和由伺服电机带动的滚珠丝杠，所述滚珠丝杠两端均通过上、下轴承安装在对应轴承 座内，所述伺服电机、上下两轴承座均横向固定在可控升降机构支架上，在所述滚轴丝杠上 套装有匹配的丝杠螺母座，该丝杠螺母座与可控升降机构支架一侧导轨或导槽滑动配合安 装。 所述伺服电机转轴通过联轴器与滚轴丝杠传动连接。 横梁上安装的可控水平运动机构和可控升降运动机构的轴承由自动润滑装置供 油，实现定时定量。在横梁水平导轨装有不锈钢板伸縮式防护罩。 机床左、右立柱、横梁等主要部件均通过计算机有限元计算，具有高刚性的特点。 机床大件采用树脂砂造型的高强度低应力铸铁件，使机床具有较高的刚度，并经二次时效， 消除应力，机床具有较大的强度和较高的刚度，确保机床的精度具有长期保持性和稳定性。[0022] 垂直钻削刀架其水平和垂直运动皆由西门子交流伺服电机驱动，都采用滚珠丝杠
传动，滚珠丝杠为国产的高精度、高使用寿命的滚珠丝杠。 滑枕重量由液压平衡油缸平衡，使滑枕上、下重力接近，运动平稳。 刀架各导轨面及传动件由自动润滑装置供油进行定时定量润滑。 滑枕上设有钻铣主轴，滑枕上部固定驱动主轴旋转的交流主轴电动机(工作电机)。 所述可控升降机构的丝杠螺母座与主轴箱装置一侧的滑枕固定在一起，主轴箱装
置一侧的滑枕与可控升降装置一侧导轨具有匹配的滑动配合结构。可伸出导轨350mm，既不
影响装卸工件，又提高了主轴的刚性，确保机床的精度具有长期保持性和稳定性。 所述主轴箱装置包括工作电机、减速机和钻机主轴依次传动连接，其中减速机输
出轴与钻机主轴通过皮带轮传动连接。 所述主轴箱装置的主轴下端安装有钻头或铣刀。 本实用新型机床除上述部分外，另外还有数控系统、电控箱、液压供油装置、防护装置、水冷却及排屑装置等部分组成。所述伺服电机或工作电机均对应安装有编码器，所述伺服电机或工作电机均通过数控系统统一控制。[0030] 本实用新型的有益效果 1、本实用新型机床的总体布局设计为龙门式热对称结构，并在横梁下方增设有可回转的工作台结构，以便于圆周孔的分度，横梁坐落在左、右立柱上，与工作台底座构成框架式结构，经有限元计算，使机床大件与整机具有高强度、高刚度、高吸振性的特点。适用于是大型精密轴承套圈端面各孔的钻孔、攻螺纹的加工，并可以磨削齿轮的边缘倒角。也可用于其它大型环形零件、盘类零件的端面孔的钻孔、攻螺纹的加工。 2、在横梁上左右分布设计为两刀架在横梁上水平移动，各支撑一个可垂直移动的主轴箱，主轴箱采用滑枕式结构，可伸出导轨350mm，既不影响装卸工件，又提高了主轴的刚性，确保机床的精度具有长期保持性和稳定性。 3、为了减少转动机构工作台热变形对加工精度的影响，采用热对称结构，以便达到工作台较小的热变形并在左、右方向相同的热变形。保证工作台长期稳定地工作。[0034] 工作台采用主轴固定性短主轴结构，在主轴上装有一套双列短圆柱滚子轴承，通过调整径向间隙，以保证工作台高精度回转，并且有高的工作寿命。 工作台导轨为恒流静压导轨，以减小回转摩擦力矩，提高精度，工作台导轨为恒流静压导轨，并在工作台静压导轨上设有油膜测厚保护装置、断电保护装置及流量保护措施等，使导轨处于良好状态。当油膜小于0.04mm时，或没有流量时，及时给出信号以便尽快停
止工作台运转。 4、本实用新型还配有数控系统、电控箱、液压供油装置、防护装置、水冷却及排屑装置等部分组成，按加工零件编程进行操作实现数控操作，同时还可以手动操作所需的动作。 5、本实用新型的双柱立式数控钻床是吸取了当代先进的设计制造技术，采用CAD优化设计方法，执行国家现行最新精度标准及我公司刚度标准，配置国内，外先进的功能部件，结构性能上实现了强力切削，工作台超重载荷、机床动、静态刚度高，各项运动安全可靠，使用寿命长，加工效率高的高科技机电一体化产品。非常利于推广实施。四、
图1是本实用新型的双柱立式数控钻床正面结构示意图； 图2是图1的俯视结构示意图； 图3是图1的横梁及两端刀架结构示意图； 图4是图1的C向(左视图)结构示意图； 图5是图4的局部放大结构示意图(可控升降机构及与主轴箱连接结构)； 图6是可控水平运动机构的外观结构示意图； 图7是图6的内部结构示意图； 图7-1是图7的A-A剖视图； 图7-2是图7的B-B剖视图； 图7-3是图7的C-C剖视图； 图7-4是图7的D-D剖视图; 图7-5是图7的A部放大结构示意图； 图7-6是图7的B部放大结构示意图； 图8是转台装置侧面结构示意图； 图9是图8的俯视结构示意图； 图10是转台装置剖面结构示意图； 图11是图10的E-E剖面结构示意图； 图12是转台装置底座俯视结构示意图。 图中编号la为左支柱，lb为右支柱，2为可控升降机构，3为转台装置，4为机床 底座，5为主轴箱装置，6为可控水平运动机构，7为横梁，8为静压导轨，9为横梁上的导轨， 10a为左下滑板，10b为右下滑板，11为冷却水管接头，12为冷却水管支座，13为冷却水管， 14为聚四氟乙烯PTFE中低压软管总成，15为滑枕，16为盖板，17为管架，18a为中间导轨防 护罩，18b为左侧导轨防护罩，18c为右侧导轨防护罩，19为可控水平运动机构的伺服电机， 20为前轴承座，21为丝杠螺母座，23为滚轴丝杠，24为后轴承座，25为精密锁紧螺母，26为 后轴承座的压盖，27为后组合角接触深沟球轴承，28为垫圈，27为前组合角接触深沟球轴 承，30为联轴器，31为平键，32为限位垫，33为上转盘(包括工作台)，34为转台底座，35为 中心轴，36为盖板，37为大涡轮，38为调整块，39为锁紧油缸，40为径向縮进螺母，41为盖 板，42a为上轴承，42b为下轴承，43为编码器，44为涡杆，45为蜗杆轴套，46为齿轮，47为端 盖，48为传动箱，49为转台装置的伺服电机，50为减速机，51为调节垫片，52为主轴箱的工 作主轴，53为平键，54为圆锥孔双列圆柱滚子轴承，55为接头式压注油杯，56为减速机座， 57为锁紧螺母，58为大皮带轮(与主轴安装一起)，59为小皮带轮(与减速机输出轴安装 一起)，60为升降机构的伺服电机，61为减速机，62为工作电机，63为编码器固定座，64为 拉杆，65为编码器，66为可控升降机构的滚珠丝杠，67为可控升降机构的丝杠螺母座，68为 滚轴丝杠上轴承座，69为滚轴丝杠下轴承座，70为花键套。
五具体实施方式
实施例一 参见图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图7-1-图7_6、图8、图9、图
610、图11、图12，一种双柱立式数控钻床，包括竖向固定在机床底座上的左、右立柱la、lb，水平固定安装在左、右立柱上端的横梁7，总体布局为龙门式热对称结构。在横梁上左、右分布设计为两刀架，两刀架各支撑主轴箱装置5可在横梁7上作水平运动和竖直运动(刀架包括可控水平运动机构6和可控升降机构2，主轴箱上设有滑枕15活动安装在可控升降机构一侧的导轨或导槽内)，并在横梁7下方的机床底座4上固定安装有一个转台装置3，转台装置为回转结构，以便于圆周孔的分度，经有限元计算，使机床大件与整机具有高强度、高刚度、高吸振性的特点。所述转台装置3包括底座34和与底座铰接安装的上转盘33 (包括操作台)，其中左、右立柱和转台装置上转盘工作面采用热对称结构。工作台33和转台装置底座34均为整体铸造加工来保证机床刚性。 为了减少工作台热变形对加工精度的影响，采用热对称结构，以便达到工作台较
小的热变形并在左、右方向相同的热变形。保证工作台长期稳定地工作。 工作台33采用主轴固定性短主轴结构，在主轴上装有一套双列短圆柱滚子轴承，
通过调整径向间隙，以保证工作台高精度回转，并且有高的工作寿命。 考虑机床的高精度，工作台采用静压导轨，以减小回转摩擦力矩，工作台导轨为恒流静压导轨，由多头等量分油器(十二点等量分油器)对12个油腔恒流供油。在静压导轨面设有油膜测厚装置，当油膜厚度小于0. 04mm时，工作台停止工作。 在工作台静压导轨上设有油膜测厚保护装置、断电保护装置及流量保护措施等，使导轨处于良好状态。当油膜小于0. 04mm时，或没有流量时，及时给出信号以便尽快停止工作台运转。 经计算，其产生的摩擦力矩为637N. M，另工作台惯性力距为22KN. M，蜗轮惯性力距为5. 1KN. M，工件(130. 45. 2800)惯性力距为10KN. M，故工作台所需总扭矩为37. 437KN.M。 工作台主传动由发格FXM55. 20A. 10. 010(17. 3N. M)交流伺服电机驱动，经定比降速传动副，实现主轴的转速范围。主轴传动链的末端采用涡轮蜗杆啮合结构，通过调整蜗杆相对蜗轮的轴向位置，消除蜗轮蜗杆的反向间隙，其传动比为1 : 400，模数为6.3，以保
证蜗轮蜗杆有足够的刚性。蜗杆通过一对消隙齿轮与高降速比(i : io)的减速箱连接，
减速箱采用台湾光用低背隙AB系列减速箱50与伺服电机49连接，保证了传动链的传动准确性，又提高了工作台的传动扭矩。其转速为0. 63rpm < lrpm，扭矩为40. 928KN. M >37. 437KN.M，此为工作台的额定扭矩，如计算过载扭矩为额定扭矩5倍，其完全满足工作要求。 主轴35为闭环控制，工作台装有角度编码器，以便实现刀架的每转的进给量及恒速切削、铣削进给和分度功能。编码器系统精度为士2〃 ，完全满足工作台定位检测要求。[0065] 主轴分度时，设计六个锁紧油缸锁紧39，有阻尼结构，完成分度后自动夹紧工作台。以便使工作台在任意位置进行钻孔、攻丝加工。[0066] 工作台面按标准设计T型槽和配置四套标准卡爪。 横梁7上任一侧安装的可控水平运动机构2包括一个伺服电机19和由该伺服电机带动的滚珠丝杠23 (如图6、7所示)，所述滚珠丝杠23前、后两端均通过轴承安装在对应轴承座20、24内，所述伺服电机19、前后两轴承座20、24依次固定在横梁7上，在所述滚轴丝杠23上套装有匹配的丝杠螺母座21，该丝杠螺母座21与横梁上侧的导轨滑9动配合安装。 横梁7上设置的可控升降机构2和可控水平运动机构6的轴承由自动润滑装置供 油，实现定时定量。在横梁水平导轨装有不锈钢板伸縮式防护罩。 机床左、右立柱、横梁等主要部件均通过计算机有限元计算，具有高刚性的特点。 机床大件采用树脂砂造型的高强度低应力铸铁件，使机床具有较高的刚度，并经二次时效， 消除应力，机床具有较大的强度和较高的刚度，确保机床的精度具有长期保持性和稳定性。 可控升降机构2的支架直接或通过滑板安装在所述丝杠螺母座21上，所述可控升 降机构2包括一个伺服电机60和由伺服电机带动的滚珠丝杠66，所述滚珠丝杠66两端均 通过上、下轴承68、69安装在对应轴承座内，所述伺服电机、上下两轴承座均横向固定在可 控升降机构2支架上，在所述滚轴丝杠66上套装有匹配的丝杠螺母座67，该丝杠螺母座67 与可控升降机构支架一侧导轨或导槽滑动配合安装。 上述伺服电机转轴通过联轴器与滚轴丝杠传动连接。 垂直钻削刀架其水平和垂直运动皆由西门子交流伺服电机驱动，都采用滚珠丝杠 传动，滚珠丝杠为国产的高精度、高使用寿命的滚珠丝杠。 所述可控升降机构的丝杠螺母座67与主轴箱装置一侧的滑枕15固定在一起，主
轴箱装置5 —侧的滑枕15与可控升降机构一侧导轨具有匹配的滑动配合结构。 滑枕15重量由液压平衡油缸平衡，使滑枕上、下重力接近，运动平稳。 刀架各导轨面及传动件由自动润滑装置供油进行定时定量润滑。 所述主轴箱装置包括工作电机62、减速机61和钻机主轴52依次传动连接，其中减
速机输出轴与钻机主轴通过皮带轮传动连接。 滑枕上设有钻铣主轴52，滑枕上部固定驱动主轴旋转的交流主轴电动机(工作电 机)62。 所述主轴箱装置的主轴下端安装有钻头或铣刀。 本机床除上述部分外，另外还有数控系统、电控箱、液压供油装置、防护装置、水冷 却及排屑装置等部分组成。 本实施例的双柱立式数控钻床适用于大型精密轴承套圈端面各孔的钻孔、攻螺纹 的加工，并可以磨削齿轮的边缘倒角。也可用于其它大型环形零件、盘类零件的端面孔的钻 孔、攻螺纹的加工。 按照大型精密轴承套圈端面各孔的位置度要求和钻孔、攻螺纹的加工要求，本机 床要求具有高定位精度和高刚性要求。另外，按照大型精密轴承规格要求，本机床基本参数
如下1.1最大钻削直径①3500mm1.2最大回转直径①3500mm1.3最大钻削高度①350mm1.4工作台承重8t1.5工作台直径①2500mm1.6工作台最高转速< lr/min1.7架横向行程1250mm1.8主轴滑鞍纵向行程350mm[0090] 1.9主轴电机功率 7. 5Kw
权利要求一种双柱立式数控钻床，包括竖向固定在机床底座上的左、右立柱，水平固定安装在左、右立柱上端的横梁，主轴箱装置分别通过可控水平运动机构和可控升降机构活动安装在横梁上，其特征是在横梁的两侧对称位置上分别设置有一个主轴箱装置，并在横梁下方的机床底座上固定安装有一个转台装置，所述转台装置包括底座和与底座铰接安装的上转盘，其中左、右立柱和所述上转盘工作面采用热对称结构。
2. 根据权利要求1所述的双柱立式数控钻床，其特征是所述转台装置的上转盘通过中心轴与转台底座铰接安装，在转台底座内侧水平固定有一伺服电机和一水平安装的蜗杆，该伺服电机的转轴通过减速机后与水平蜗杆传动连接，在所述上转盘内侧固定安装有一大涡轮，所述水平安装的蜗杆与大涡轮互相啮合传动连接。
3. 根据权利要求2所述的双柱立式数控钻床，其特征是在上转盘与转台底座之间至少设置一对对称的锁紧油缸。
4. 根据权利要求2所述的双柱立式数控钻床，其特征是上转盘工作台采用恒流静压导轨，由一定数量的等量分油器和相应的油腔恒流供油。
5. 根据权利要求4所述的双柱立式数控钻床，其特征是在静压导轨面上还设置有油膜测厚保护装置、断电保护装置及流量保护装置。
6. 根据权利要求1所述的双柱立式数控钻床，其特征是横梁上任一侧安装的可控水平运动机构包括一个伺服电机和由该伺服电机带动的滚珠丝杠，所述滚珠丝杠前、后两端均通过轴承安装在对应轴承座内，所述伺服电机、前后两轴承座依次固定在横梁上，在所述滚轴丝杠上套装有匹配的丝杠螺母座，该丝杠螺母座与横梁上侧的导轨滑动配合安装。
7. 根据权利要求6所述的双柱立式数控钻床，其特征是可控升降机构的支架安装在所述丝杠螺母座上，所述可控升降机构包括一个伺服电机和由伺服电机带动的滚珠丝杠，所述滚珠丝杠两端均通过上、下轴承安装在对应轴承座内，所述伺服电机、上下两轴承座均横向固定在可控水平机构支架上，在所述滚轴丝杠上套装有匹配的丝杠螺母座，该丝杠螺母座与可控升降机构支架一侧导轨或导槽滑动配合安装。
8. 根据权利要求6或7任一权利要求所述的双柱立式数控钻床，其特征是所述伺服电机转轴通过联轴器与滚轴丝杠传动连接。
9. 根据权利要求7所述的双柱立式数控钻床，其特征是所述可控升降机构的丝杠螺母座与主轴箱装置一侧的滑枕固定在一起，主轴箱装置一侧的滑枕与可控升降机构一侧导轨具有匹配的滑动配合结构。
10. 根据权利要求1或9任一权利要求所述的双柱立式数控钻床，其特征是所述主轴箱装置包括工作电机、减速机和钻机主轴依次传动连接，其中减速机输出轴与钻机主轴通过皮带轮或齿轮传动连接。
专利摘要本实用新型涉及一种双柱立式数控钻床，包括竖向固定在机床底座上的左、右立柱，水平固定安装在左、右立柱上端的横梁，主轴箱装置分别通过可控水平运动机构和可控升降机构活动安装在横梁上，在横梁下方的机床底座上固定安装有一个转台装置，转台装置包括底座和与底座铰接安装的上转盘。本实用新型机床的在横梁下方增设有可回转的工作台结构，以便于圆周孔的分度，横梁坐落在左、右立柱上，与工作台底座构成框架式结构。适用于是大型精密轴承套圈端面各孔的钻孔、攻螺纹的加工，并可以磨削齿轮的边缘倒角。也可用于其它大型环形零件、盘类零件的端面孔的钻孔、攻螺纹的加工。确保机床的精度具有长期保持性和稳定性。各项运动安全可靠，使用寿命长，非常利于推广实施。
文档编号B23Q1/25GK201455338SQ20092009202
公开日2010年5月12日 申请日期2009年7月29日 优先权日2009年7月29日
发明者兀治军, 张海龙, 牛万东, 蔡帅强 申请人:三门峡合鑫机床有限公司