五轴联动数控加工中心的立柱的制作方法

本实用新型涉及机械制造技术领域，具体涉及机床制造，尤其是五轴联动数控加工中心，特别是五轴联动数控加工中心的立柱。

背景技术：

随着我国国民经济迅速发展和国防建设的需要，对高档数控机床提出了迫切的大量需求。机床是一个国家制造业水平的象征，而代表机床制造业最高水平的五轴联动数控机床则从某种意义上说反映了一个国家的工业发展的整体状况。

五轴联动数控机床又称为五轴联动加工中心。加工中心一般分为立式加工中心和卧式加工中心。立式加工中心的回转轴有两种方式，一种是工作台回转轴，另一种是依靠立式主轴头的回转。就前者而言，设置在底座上的工作台可以环绕X轴回转，定义为A轴，A轴一般工作范围+30度至-120度。工作台的中间还设有一个回转台，环绕Z轴回转，定义为C轴，C轴都是360度回转。这样通过A轴与C轴的组合，固定在工作台上的工件除了底面之外，其余的五个面都可以由立式主轴进行加工。A轴和C轴最小分度值一般为0.001度，这样又可以把工件细分成任意角度，加工出倾斜面、倾斜孔等。A轴和C轴如与XYZ三直线轴实现联动，就可加工出复杂的空间曲面。这种设置方式的优点是主轴的结构比较简单，主轴刚性非常好，制造成本比较低。但一般工作台不能设计太大，承重也较小，特别是当A轴回转大于等于90度时，工件切削时会对工作台带来很大的承载力矩。另一种是依靠立式主轴头的回转，主轴前端是一个回转头，能自行环绕Z轴360度，成为C轴，回转头上还有带可环绕轴旋转的A轴，一般可达±90度以上，实现上述同样的功能。这种设置方式的优点是主轴 加工非常灵活，工作台也可以设计的非常大，客机庞大的机身、巨大的发动机壳都可以在这类加工中心上加工。

中国发明专利申请200910028286公开了一种五轴联动数控加工中心，包括床身，龙门架，其包含左右两个龙门柱，以及设置于其间的龙门横梁，龙门立柱前部安装可使工作台同时绕AC轴转动的直驱式双轴精密转台。所述龙门架上设置有可X向运动的横梁，前部设置有Y向运动的溜板，溜板前部设有Z向运动的主轴。床身和龙门架之间的空腔内设有刀库。据称该发明具有占地少，节约空间，运行平稳，性能稳定，抗震性好，能长期保持精度等效果。

中国发明专利申请201310418350公开了一种五轴联动加工机床，包括，其包括底座、龙门立柱、加工部、工作台及摆动台，所述龙门立柱安装在所述底座上，所述加工部可移动地安装在所述龙门立柱上，并位于所述底座的上方，所述底座上设置有第一导轨和第一驱动装置，所述工作台可移动地安装在所述第一导轨上，并与所述第一驱动装置连接，所述摆动台安装在所述工作台上，所述摆动台的摆动轴线平行于所述第一导轨的延伸方向。据称该发明由于摆动台的摆动轴线平行于第一导轨的延伸方向，因此当工作台停止沿第一导轨移动时，摆动台不会因惯性而产生不必要的摆动，从而可以避免钟摆效应的产生，提高了加工精度。

然而，现有技术仍然存在加工中心占地面积过大，重心配重不匀，共振，稳定性不足，工件表面光洁度不佳等等问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服现有技术中存在的一个甚至多个技术问题。

本实用新型发明人意外发现，通过以下技术方案可以实现本实用新型的技术目的。

一种五轴联动数控加工中心的立柱，其特征在于，所述立柱采用上扩式门洞型结构，优选地，所述立柱采用一体式上扩式门洞型结构。

在一个优选的方面，所述立柱包括横梁(121)和两个柱脚(122)。在一个优选的方面，所述立柱由横梁(121)和两个柱脚(122)组成，并优选为整体结构一次成型，非采用螺丝连接结构，一体结构提高整体连接刚性。

在一个优选的方面，所述横梁的中心点(123)和两个柱脚的中心点(124)重合或者不重合。

在一个优选的方面，所述横梁的端距(h1)大于两个柱脚的端距(h2)。

在一个优选的方面，所述横梁上安装自动换刀系统。

在一个优选的方面，所述横梁相对于柱脚突出的部分和位于横梁另一端的自动换刀系统平衡配重。

在一个优选的方面，所述横梁的结构主体采用交叉式互联筋肋布局(125)。在一个优选的方面，所述横梁与两个柱脚为一体式高刚性整体结构。

在一个优选的方面，所述加工中心的共振频率高于所述加工中心的加工频率。

以上优选方面之间可以相互组合，各个方面中的技术特征亦可彼此组合。

和现有技术相比，本实用新型具有以下一项或多项优势：

1.节省加工中心底座的占地面积，实现加工中心的小型化，提高加工中心使用的空间利用率；

2.保证足够的加工行程；

3.解决加工中心的重心配重问题；

4.保证主轴高速切削的超高刚性支撑能力；

5.提高立柱自身的共振频率，避免加工中心的共振问题；

6.提高加工中心的高速加工能力及零件的加工品质和表面光洁度。

附图说明

图1是本发明一个具体实施方案的立柱的立体示意图；

图2是本发明一个具体实施方案的立柱沿YZ平面的截面图。

具体实施方式

下面通过具体实施方案结合附图对本实用新型作进一步说明。

图1显示了本实用新型涉及的五轴联动数控加工中心的立柱的一个具体实施方案。

五轴联动数控加工中心(以下简称机床)可沿XYZ三轴滑动和AC两轴转动，并可沿XYZAC五轴联动。五轴联动数控机床一般包括以下部件：

底座；固定于底座上并可沿X轴滑动的横向基座；固定于横向基座上并可沿A轴和C轴转动的工件台；固定于底座上的立柱；固定于立柱上并可沿Y轴滑动的纵向基座；固定于纵向基座上并可沿Z轴滑动的主轴；和固定于立柱上的自动换刀系统。

参见图1-2，立柱采用倒锥形外扩式门洞型一体高刚性结构，区别于现有的上下等宽设计。从结构上说，立柱由横梁121和位于两侧的两个柱脚122形成，整体呈门洞形状。横梁121沿Y轴的投影宽度h1大于两个柱脚沿Y轴的投影宽度h2。在现有技术上下等宽的设计中，h1大致等于h2。

在本实施方案的设计中，从图2的截面来看，横梁明显向右侧突出，使得横梁的中心点123和两个柱脚的中心点124不重合，两者之间存在沿Y轴的投影距离。

当然，在某些技术方案中，横梁也可向左右侧等距离突出，由此横梁的中心点123和两个柱脚的中心点124重合。

本实用新型的这一上扩式门洞型结构设计可最大限度节省机床底座的占地面积，并同时保证足够的加工行程与机床的重心配重问题，可保证主轴进行高速切削时的超高刚性支撑能力。

另外，立柱内部，尤其是横梁的结构主体，采用交叉式互联筋肋布局125，如图2所示，这一防共振加强设计可以大大提高立柱自身 的共振频率，使得机床在高效率加工及高频率切削时不会出现共振问题，从而极大地提高机床的高速加工能力及零件的加工品质和表面光洁度。

上述设计特点的组合优化了机床立柱以及整个机床的共振频率区间，使得机床的共振频率大大高于机床加工频率，从而在根本上避免了共振问题的出现。

另一方面，使用外扩式门洞设计可有效的缩短立柱的中空跨度,提高立柱的整体刚性，使得横梁和柱脚成为一个整体的封闭结构，上宽下窄，保证主轴在立柱中部进行加工作业时不会出现超微量下垂的问题。

本领域一直使用上下等宽的设计，避免使用上宽下窄的外扩式结构，以免提升立柱的重心，导致机床加工时重心不稳。然而，本实用新型发明人意外发现，通过使立柱一侧的外扩量大于另一侧的外扩量，比如图2所示的右侧外扩量大于左侧的外扩量，主轴在Y轴的加工行程得以增加，此外，这一不平衡外扩更可以实现与左侧的自动换刀系统的平衡配重，使得立柱可左右承载均匀，不容易变形，还可减小立柱的安装支撑面积，实现机床的小型化，提高机床使用的空间利用率。

需要说明的是，限于篇幅，本实用新型没有详细描述五轴联动数控机床的更进一步的细节，比如沿着X，Y和Z轴滑动的实现方式，驱动电机，伺服电机，控制系统，刀具系统，换刀系统等等，然而这些技术方面的细节均在本领域技术人员的常识和能力范围之内。本领域技术人员亦可参考本实用新型引用的现有技术文献。本实用新型引用的文献以全文引用的方式并入本文，仿佛原文引述于此。