一种高强度大台面数控加工中心的制作方法

本发明涉及一种数控加工中心。

背景技术：

随着市场竞争的日益激烈,客户端对产品质量和功能不断提出新的要求,客户需求加工条件逐渐丰富并且大型多元化。提高生产效率,降低不良率,稳定生产作业,缩短加工周期,满足加工产品形体大型多元化模组化，提高企业竞争力,已成为企业发展的趋势。随着企业职业安全卫生体系的实施,提高工作安全性也是企业一直追求的目标之一。我司先前研发的中型数控加工中心因工作台台面较小且工作台强度及稳定性仍有空间提升工作台与床鞍结合之最佳跨距及应用强度。从而加工之工件大小长度局限性较大，在多块物料同时定位加工条件下，结构强度与滑动区间有限致使加工较长工件无法正常一次性加工。仍需二次装夹，从而大大较低了工作效率；且装夹时定位精度无法有效保证，使其二次定位后加工精度与原精度衔接误差。从整套外罩钣金结构防护等级分析，市面上大部份加工中心为外罩一体式成型，但与刀库间防护及非加工区域有直接连通形式，长期加工后将会严重影响工作车间环境。

现有技术的缺点：中小型数控加工中心X轴行程较短，无法满足客户端大盘面长工件的加工需求。各轴快速进给速度较低，无法满足客户有效的加工效率。底座、立柱铸件刚性需进一步加强，满足客户高强度的加工性能。刀库系统互换性单一，换刀系统效率较低。中轻负荷线轨设计，无法满足重切削的基础，且使用时间久磨耗较大，维护频率较高。工作台面积较小，无法满足客户多种工件同时定位加工的需求。机械式润滑系统润滑异常无检测系统，存在一定安全隐患。外罩钣金半封闭式，切连接结构复杂，清洁不便，且对操作者存在安全隐患。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明目的在于提供一种高强度大台面数控加工中心，能提高加工中心的工作效率，降低生产成本和维护安装成本。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种高强度大台面数控加工中心，包括：

底座模组，所述底座模组包括底座、Y轴伺服马达、Y轴马达座、Y轴丝杠、Y轴轴承座、Y轴轴承盖，所述Y轴马达座位于所述底座上，所述Y轴伺服马达通过Y轴马达座固定于底座的正上方，所述Y轴丝杠的一端与所述Y轴伺服马达连接，所述Y轴丝杠的另一端与所述Y轴轴承座连接，所述Y轴轴承座与所述Y轴轴承盖连接，所述底座的两侧设有Y轴线轨；

立柱模组，所述立柱模组包括Z轴立柱、Z轴伺服马达、Z轴马达座、Z轴球螺杆、Z轴线轨，所述Z轴马达座固定于所述立柱上，所述Z轴马达座的侧边连接所述Z轴伺服马达，并在所述马达座内部设有斜角滚珠轴承支撑，所述Z轴球螺杆两侧极限位置设有防撞块，所述Z轴线轨位于所述Z轴立柱上，所述Z轴轴承座与所述Z轴马达座同时支撑所述Z轴球螺杆；

主轴模组，所述主轴模组包括主轴座、主轴、主轴马达、打刀缸、打刀缸座，所述主轴座放置于Z轴线轨上并与Z轴球螺杆相连，所述主轴内穿在所述主轴座上，并侧边锁固，所述打刀缸位于所述打刀缸座上，所述打刀缸座位于所述主轴座上，所述主轴马达与所述主轴座连接，并通过皮带轮带动所述主轴旋转；

床鞍模组，包括床鞍、X轴线轨滑块、X轴伺服马达、X轴马达座、防撞块、X轴球螺杆、床鞍轴承座、床鞍轴承盖，所述X轴马达座锁固于所述床鞍上， 所述X轴伺服马达固定于所述X轴马达座侧边，在X轴马达座内部设有斜角滚珠轴承作为支撑，所述床鞍的另一侧通过所述床鞍轴承座的侧边固定，所述床鞍的内部设有斜角滚珠轴承支撑，并与所述X轴球螺杆连接，所述床鞍两侧设有X轴线轨滑块；

刀库模组，所述刀库模组包括刀库支架、刀库组；所述刀库组位于所述刀库支架上，所述刀库组上设有30把刀具。

优选地，还包括工作台模组，所述工作台模组包括工作台、X轴右护罩，X轴左护罩、Y轴前护罩、Y轴后护罩，所述工作台两侧分别通过所述X轴右护罩、X轴左护罩构成全封闭式防护，所述Y轴前护罩、Y轴后护罩分别位于所述床鞍模组的前后。

优选地，还包括外罩钣金模组，所述外罩钣金模组包括前饰板、左侧外罩、后罩、上方护罩盖板、上方护罩、横梁转接板、操作面板、右侧外罩、面板支撑架、前下罩，所述左侧外罩与所述右侧外罩位于所述底座模组与立柱模组上，并形成大包围状，所述后罩固定于所述立柱模组后方，所述上方护罩锁固于所述左侧外罩、右侧外罩两边并与所述上方护罩盖板配合使用，将主轴模组上方完全封住闭盖住，所述横梁转接板为L型摆臂形式并锁固于右侧外罩上，并与所述面板支撑架相互卡置，所述面板支撑架通过旋转轴连接至所述操作面板。可方便操作者在操作位置任意角度操作机床面板，使机台操作更为便利简单。

优选地，所述左侧外罩、右侧外罩内部设有活动门滚轮装置，使其左右活动门均在特定轨道上进行平稳的滑动。

优选地，还包括水箱模组，所述水箱模组包括水箱、泵浦盖板、水箱盖板，所述水箱可活动式插入至所述外罩钣金模组与底座模组之间。

优选地，还包括除屑机模组，所述除屑机模组包括除屑机，所述除屑机放置于水箱内部。可有效防护切屑水与铁屑99.9%落入除屑机开口内，保证了整体加工环境的干净整洁。

如上所述，本发明提供的一种高强度大台面数控加工中心，具有以下有益效果：通过增强底座、立柱、床鞍、工作台、主轴本体结构性能，提高主轴马达驱动系统的功率与扭力；加强床鞍的设计跨距与工作之间的应力回流分析，Y轴的最大跨距与工作台行程比例为黄金1:0.85，工作台行程使相互运作效果更为强劲稳定，并加大了工作台的尺寸与X轴行程使加工条件更为多元化广泛化；采用NSK线性滑轨，配合FANUC α系列AC伺服马达带动各轴伺服轴驱动，各轴快速进给速度可达36m/min；全机铸件采用高刚性铸铁，确保极佳的加工刚性；五大铸件采用对称结构设计，提供稳定而高强度的机械结构；立柱采用大跨距设计，提供主轴稳固的支撑；30把刀刀具自动交换系统，提供快速的换刀效率，选配24把刀精巧型伺服刀库；利用主轴冷却机冷却轴承，可减少主轴热変位，延长使用年限；全封闭式外罩钣金设计，兼顾清洁与安全性能；各进给轴均采用超荷重型滚柱线性滑轨经热处理且精密研磨并以大跨距设计达成最大的强度与精度；搭配C3等级大直径(∮45)高精密滚珠螺杆确保最高的精度与耐用度；各伺服进给轴均采用直结式伺服马达，可最有效的将马达功率扭力传递至各进给系统。

附图说明

图1为高强度大台面数控加工中心的整体结构示意图。

图2为底座模组和床鞍模组部分的结构示意图。

图3为主轴模组和立柱模组部分的结构示意图。

图4为刀库模组部分的结构示意图。

11、底座，12、Y轴伺服马达，13、Y轴马达座，14、Y轴丝杠,15、Y轴线轨，16、Y轴轴承座，17、Y轴轴承盖，30、Z轴立柱，31、刀库支架，32、刀库组，33、Z轴伺服马达，34、Z轴马达座，35、防撞块，36、Z轴球螺杆，37、主轴马达，38、打刀缸，39、打刀缸座，40、主轴，41、Z轴线轨，43、Z轴轴承座，44、Z轴轴承盖，45、主轴全封闭式钣金，50、工作台，51、X轴右护罩，52、X轴左护罩，53、Y轴前护罩，54、Y轴后护罩，61、床鞍，62、X轴线轨滑块，63、X轴伺服马达，64、X轴马达座，65、防撞块，66、X轴球螺杆，67、床鞍轴承座，68、床鞍轴承盖，80、前饰板，81、左侧外罩，82、后罩，83、上方护罩盖板，84、上方护罩，85、横梁转接板，86、操作面板，87、右侧外罩，88、面板支撑架，89、前下罩，9、除屑机，90、左侧活动门，91、右侧活动门，92、水箱。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

请参阅图1至图4。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

本发明专利公开了一种高强度大台面数控加工中心，通过增强底座、立柱、床鞍、工作台、主轴本体结构性能，提高主轴马达驱动系统的功率与扭力；加强床鞍的设计跨距与工作之间的应力回流分析，并加大了工作台得尺寸与X轴行程使加工条件更为多元化广泛化，综合性提高了机台的高强度、高刚性机械结构与重切削、高稳定性的加工条件。

本发明专利是数控加工中心的提高型结构强度、布局、外观设计，增加各轴行程与工作台大小，可满足客户端大长工件的性能；采用超高性能滚柱线轨，使各轴运作更加稳定，满足较强的加工性能；全机铸件采用高刚性铸铁，立柱采用大跨距设计，提供主轴稳固的支撑，避免因立柱结构强度不够，因主轴负载过大而引起的报警功能；并里利用主轴冷却剂冷却轴承，可减少主轴热変位，延长使用年限。

本发明专利一种加强、加大、优化型数控加工中心，增强中级切削能力与加工范围，并结合加大台面式工作台与加大行程X轴进给系统能够满足客户多元化加工需求。该机型包括底座模组、床鞍模组、立柱模组、主轴模组、刀库模组、工作台模组、外罩钣金模组、水箱模组、除屑机模组等。各部分均已模组化并规模化，方便现场组装人员的组装及售后人员的维修，减轻工人的作业强度。

如图2所示，底座模组包括底座11、Y轴伺服马达12、Y轴马达座13、Y轴丝杠14、Y轴轴承座16、Y轴轴承盖17，所述Y轴马达座13锁固于所述底座11上，所述Y轴伺服马达12通过Y轴马达座13侧边固定于底座11的正上方，所述Y轴丝杠14的一端与所述Y轴伺服马达12连接，所述Y轴丝杠14的另一端与所述Y轴轴承座16连接，所述Y轴轴承座16与所述Y轴轴承盖17上方锁固连接，所述底座11的两侧设有Y轴线轨15。

底座采用了低重心设计方法，且运用有限元素分析结合对称结构设计，让一体成型床台结构提供稳定而高强度的机械结构达到优化设计，机械强度较传统设计增加 30%，为该产品可以保持长期重切削下的加工精度， 并且具有较为耐用的刀具使用寿命；具高效能加强肋之床台不仅是一体铸造成型，而且采用高张力 FC35 米汉纳铸铁，并加上热流平衡设计，能满足长年加工使用之需求，也因 FC35 等级铸件能提供较大的防震阻尼及减低变形量，使得机台不但耐用而且具有特别突出的性能表现。底座模组中Y轴伺服马达12通过Y轴马达座13固定于底座11正上方，通过高精密型NSK斜角滚珠轴承支撑与Y轴马达座13内；另一侧通过Y轴轴承座16锁固于底座11上，并在Y轴轴承座16内部同样配置NSK斜角滚珠轴承，轴承采用高强度DBB排布形式，达到强有力的加工性能。在Y轴轴承座16后端配置Y轴轴承盖17，可有效减少避开外界恶劣环境对轴承的影响，且Y轴伺服马达12采用超规格 Fanuc αi系列绝对值AC伺服马达驱动以确保极致性能与精度。通过电能传递至Y轴伺服马达12，将其转换为机械能的过程。并将原伺服马达高速旋转运动轨迹转换为直线运动的能源转换过程。

如图3所示，所述立柱模组包括Z轴立柱30、Z轴伺服马达33、Z轴马达座34、Z轴球螺杆36、Z轴线轨41、Z轴轴承座43、Z轴轴承盖44，所述Z轴伺服马达33位于所述Z轴马达座34侧边，所述Z轴马达座锁固于所述Z轴立柱30上，所述Z轴马达座34的下方设有防撞块35，所述Z轴轴承座43的下方设有防撞块，可有效防止因机械过行程产生的零部件相撞损坏，所述Z轴轴承盖44位于所述Z轴轴承座43的下方，所述Z轴线轨41位于所述Z轴立柱30上，所述Z轴轴承座43与所述Z轴马达座34同时支撑所述Z轴球螺杆36，并在Z轴轴承座43与Z轴马达座34内部设有NSK高精密斜角滚珠轴承，保证传动精密稳定的效果；

如图3所示，所述主轴模组包括主轴马达37、打刀缸38、打刀缸座39、主轴40，所述打刀缸38座位于所述打刀缸座39上，所述打刀缸座39位于所述主轴本体上，所述主轴马达37与所述主轴本体相连接形成主轴模组，并在所述Z轴线轨41上附有线性滑块，保证主轴模组整体延直线轨迹运动。

如图2所示，床鞍模组包括床鞍61、X轴线轨滑块62、X轴伺服马达63、X轴马达座64、防撞块65、X轴球螺杆66、床鞍轴承座67、床鞍轴承盖68，所述X轴马达座64锁固于所述床鞍61上， 所述X轴伺服马达63固定于所述X轴马达座64侧边，在X轴马达座64内部设有斜角滚珠轴承作为支撑，所述床鞍61的另一侧通过所述床鞍轴承座67的侧边固定，所述床鞍61的内部同时设有斜角滚珠轴承支撑，并与所述X轴球螺杆66连接，所述床鞍61两侧设有X轴线轨滑块62。X轴马达座64锁固于床鞍61上，X轴伺服马达63固定于X轴马达座64的侧边，在X轴马达座64内部设有NSK高精密斜角滚珠轴承作为支撑，为高强度精密铣削性能提供了有效的依据。床鞍61另一侧通过床鞍轴承座67侧边固定，内部同时设有NSK高精密斜角滚珠轴承支撑，支撑轴承间同过高精密高强度X轴球螺杆66连接，为高速高精度定位系统提供了有力支持。并在床鞍61两侧设有高强度型X轴线轨滑块62，为工作台50提供了有力的运动轨迹。大台面型工作台50的面积大小为1400*710，通过X轴线轨滑块62坐落于床鞍61上，工作台50两侧分别通过X轴右护罩51、X轴左护罩52为其轨道提供的有效的全封闭式防护，床鞍轴承盖68锁固于床鞍轴承座67外侧，有效的为内部轴承提供了有效的防护措施。此X轴球螺杆66整体有效行程可达到1200，在床鞍模组前后配置Y轴前护罩53、Y轴后护罩54，为Y轴轨道15及Y轴丝杠14提供了有效的防护效果，并配合大台面型工作台50，为客户多元化加工条件提供了足有力的机构性能，为今后各种自动化配对条件提供了充足的配对条件。

如图4所示，所述刀库模组包括刀库支架31、刀库组32；所述刀库组32位于所述刀库支架上，所述刀库组上设有30把刀具。Z轴马达座34固定于Z轴立柱30上，侧边连接Z轴伺服马达33，并在Z轴马达座34内部设有NSK高精密斜角滚珠轴承支撑，Z轴轴承座43锁固于Z轴立柱30另一侧，并在内部同时设有DB配合形式高精密斜角滚珠轴承，在Z轴轴承座43外侧运用Z轴轴承盖44将其内部轴承与外界工作环境隔开，Z轴轴承座43内部轴承与Z轴马达座34内部轴承同时支撑Z轴球螺杆36，并在Z轴球螺杆36两侧极限位置安装防撞块，为机械极限提供了可靠保障。在Z轴伺服马达33与Z轴球螺杆36之间通过挠性联轴器连接，使Z轴伺服马达33通过电能转换为机械能。并在对称结构的Z轴立柱30两侧安装Z轴线轨滑块，为主轴40的高强度加工条件提供了稳固的基础。主轴40坐落于主轴本体上，并通过打刀缸座39连接打刀缸38，为其主轴定位换刀系统提供必备的顶出伸缩功能，当主轴40定位后，打刀缸38通过气动控制将顶头顶出，并顶至将主轴内部特定结构使其刀柄松开于主轴40头上，完成换刀效果。另在主轴40后端锁固主轴马达37，通过内部齿型皮带带动主轴头高速旋转，主轴40下方与Z轴线轨41相连，并结合Z轴球螺杆螺帽与立柱模组整体相连，使主轴模组可在Z轴线轨41上按照特定轨迹运动。在主轴模组外部配置主轴全封闭式钣金45，将其主轴模组内部相关不防水空间有效避开，保证了在长期恶劣加工条件下，主轴模组内部本身的整洁性与抗污染效果。

工作台模组，所述工作台模组包括工作台50、X轴右护罩51、X轴左护罩52、Y轴前护罩53、Y轴后护罩54，所述工作台50两侧分别通过所述X轴右护罩51、X轴左护罩52构成有效的全封闭式防护，所述Y轴前护罩53、Y轴后护罩54分别位于所述床鞍模组前后。

如图1所示，外罩钣金模组，所述外罩钣金模组包括前饰板80、左侧外罩81、后罩82、上方护罩盖板83、上方护罩84、横梁转接板85、操作面板86、右侧外罩87、面板支撑架88、前下罩89，左侧外罩81与右侧外罩87坐落于底座模组与立柱模组上，形成左右两边大包围形式，前下罩89连接左右外罩，后罩82固定于立柱模组后方用于盖住整体铸件保证铸铁部分不会不规则外露。上方护罩84锁固于左右侧外罩两边与上方护罩盖板82配合使用，将主轴模组上方完全封住闭盖住，可有效防护加工区域内部油雾与工作车间完全隔开，保证了工作环境的整洁与安全。横梁转接板85设计为L型摆臂形式锁固于右侧外罩87上，并与面板支撑架88相互卡置，之间通过旋转轴连接操作面板86，可方便操作者在操作位置任意角度操作机床面板，使机台操作更为便利简单。在左右侧外罩内部设有活动门滚轮装置，使其左右活动门均在特定轨道上进行平稳的滑动。该外罩钣金相互间配合简易拆装方便，维修人员可轻易进出机台内部上方。

如图1所示，水箱92可活动式插入至外罩钣金模组与底座模组之间，除屑机9放置于水箱内部，可将除屑机9与水箱92可整体移动至钣金与铸件间，形成迷宫槽连接，同时可有效防护切屑水与铁屑99.9%落入除屑机开口内，保证了整体加工环境的干净整洁。

本发明的工作原理：该高强度大台面数控加工中心，挟带着强大的切削性能与极致的加工精度，该高强度大台面数控加工中心结合了大马力、高刚性结构铸件与可选配形式伺服定位刀库，提供了高效率的铣削复合加工能力。此MA系列 CNC 数控加工中心凭借着优异的高强铣削性能，无论于缩短加工时间、提高切屑移除率以及加工特殊坚硬材质等各方面，皆较同级机种具有更为突出的表现。除此之外，搭配可提高生产效率的各式标准配置以及主轴冷却机冷却轴承，可减少主轴热变形，大大延长机器使用年限。使得该高强度大台面数控加工中心可以轻易达成客户端今日及未来的各种加工需求。通过主轴马达与伺服马达的传动将电能传换位机械能的运动系统；将各马达之圆周运动通过滚柱丝杆连接转换为直线运动的效果；并结合FANUC 0i-TF控制器系统使各轴加工定位精度达到极致。

通过增强底座、床鞍、立柱结构性能，提高主轴马达驱动系统的功率与扭力；增加各轴行程与工作台大小，可满足客户端大长工件的性能；采用超高性能滚柱线轨，使各轴运作更加稳定，满足较强的加工性能；全机铸件采用高刚性铸铁，并结合有限元素分析进行机械结构辅助设计，确保几家的加工刚性，克服以往加工时床身震动不稳定的缺点。立柱采用大跨距设计，提供主轴稳固的支撑，避免因立柱结构强度不够，而引起的主轴负载过大而引起的报警功能；并里利用主轴冷却剂冷却轴承，可减少主轴热変位，延长使用年限。

高级脱压式注油器与铜质油管，保证精度可靠持久。并设有管路压力检测开关，当润滑系统出现漏油盛油状况时，及时提供系统报警讯息，保证机台运作时的安全性能。避免因使用周期较长引起管路某部分润滑不到位而引起的传动不稳定、轨道接触过热导致的轨道烧坏现象。

新式大空间型全闭式外罩钣金结构模组化，相互间配合紧密、连接固定简单，方便安装拆卸，并保证较大的机台内部空间，全封闭式外罩钣金设计，可有效将加工区域的油雾隔开与外部工作区间，保证了工作环境的整洁，并且为操作人员提供安全可靠地工作环境解决了售服人员维护机台时因空间较小而不便操作，而大大缩小维护成本与安装成本。

本高强度大台面数控加工中心，挟带着强大的切削性能与极致的加工精度，结合了大马力、高刚性结构与大尺寸伺服定位刀库，提供了高效率的铣削功能。此系列 CNC加工中心，凭借着优异的重切削性能，无论于缩短加工时间、提高切屑移除率以及加工特殊大台面长料工件，皆较同级机种具有更为突出的表现。除此之外，搭配可提高生产效率的各式标准配备以及极为耐用的机器使用年限。使得 MA 系列可以轻易达成客户端今日及未来的各种加工需求。此装置满足以下几点:1.满足公司标准加工中心高端配置的要求且正常使用,即尽可能在提高性能的基础上适当保持成本；2.此高性能加工中心的总成本不宜过高且运输方便；3.此高性能加工中心将作为模组化设计，将大量运用于批量生产；4.此高性能加工中心工作台台面大小可达到1400×600；5.此高性能加工中心通过主轴冷却机冷却轴承，可减少主轴热変位延长使用寿命；6.此高性能加工中心结构紧密、重心低、立柱采用大跨距设计，提供主轴稳固支撑，采用FC35米汉纳铸铁并配置FEM优化设计使主体结构达到超高强度。7.整体外罩钣金全封闭式防护，使其加工区域与外部车间行程完全隔开空间，保证操作者工作环境整洁性。

综上所述，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。