数控铣床铣头刚度补偿结构的制作方法

本发明涉及数控机床技术领域，具体地，涉及一种数控铣床铣头刚度补偿结构。

背景技术

叶片作为航空发动机的关键部件，具有型面复杂、薄壁刚度弱、加工精度要求高以及设计制造周期长等特点。航空发动机叶片的制造水平直接决定着发动机性能，提高叶片的制造技术对改善航空发动机性能、缩短研制周期和降低制造费用具有重要的作用。

五轴联动叶片加工中心是叶片加工专用机床。由于叶片加工工艺复杂，其要求五轴联动数控铣床刚性好、稳定性好和精度高，最大限度的减小叶片的加工变形，从而提高叶片的表面质量和几何尺寸精度。现有技术中，五轴联动叶片加工中心采用的是具有ab回转运动形式的加工中心，即ab摆式五轴联动加工中心。其铣头包括主轴组件、主轴箱组件和b轴组件。其主轴箱组件结构优化了“刀心距”问题，但是主轴箱组件重心和b轴旋转中心不重合，造成了主轴箱组件产生翻倾力矩，翻倾力矩为不平衡惯性力矩，会增大零部件的内应力和各零部件运动副中的摩擦力，增大主轴箱组件的变形，严重降低机床的刚度，造成铣刀的位置误差，使机床本身的工作精度及可靠性降低，降低叶片的表面加工质量和几何尺寸精度，同时降低机床工作效率和使用寿命。

技术实现要素：

鉴于以上问题，本发明的目的是提供一种数控铣床铣头刚度补偿结构，以解决现有技术中主轴箱组件产生翻倾力矩，增大零部件的内应力和各零部件运动副中的摩擦力，从而增大主轴箱组件的变形，并降低机床的刚度的问题。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明所述数控铣床铣头刚度补偿结构，安装在铣头上，所述铣头包括固定连接的主轴箱组件和b轴组件，所述b轴组件安装在滑枕上，所述刚度补偿结构包括第一直线导轨机构和第二直线导轨机构，所述第一直线导轨机构安装在所述主轴箱组件的后端面，所述第二直线导轨机构安装在所述b轴组件的前端面，所述第一直线导轨机构与所述第二直线导轨机构通过联接轴联接，所述b轴组件带动所述主轴箱组件绕b轴转动，同时所述第一直线导轨机构带动所述第二直线导轨机构工作，所述主轴箱组件通过所述刚度补偿结构与所述滑枕联接。

优选地，所述第一直线导轨机构包括：第一导轨、第一滑块、第一轴承和第一轴承端盖，所述第一导轨竖直安装在所述主轴箱组件的后端，所述第一滑块安装在所述第一导轨内部且沿所述第一导轨做直线运动，所述第一轴承安装在所述第一滑块内部，所述联接轴的一端安装在所述第一轴承中，所述第一轴承端盖安装在所述第一滑块上，且位于所述第一轴承的端部。

优选地，所述第一直线导轨机构还包括第一螺母，所述第一螺母安装在所述联接轴的端部，用于调整所述第一轴承的轴向间隙。

优选地，所述第二直线导轨机构包括：第二导轨、第二滑块、第二轴承和第二轴承端盖，所述第二导轨水平安装在所述b轴组件的前端，所述第二滑块安装在所述第二导轨内部且沿所述第二导轨做直线运动，所述第二轴承安装在所述第二滑块内部，所述联接轴的另一端安装在所述第二轴承中，所述第二轴承端盖安装在所述第二滑块上，且位于所述第二轴承的端部。

优选地，所述第二直线导轨机构还包括第二螺母，所述第二螺母安装在所述联接轴的端部，用于调整所述第二轴承的轴向间隙。

优选地，所述第一滑块与所述第二滑块贴合在一起。

优选地，所述b轴组件的中部设置有两个半径呈阶梯状递减的圆孔，位于所述b轴组件前端面一侧的圆孔直径大于位于所述滑枕一侧的圆孔直径，位于所述b轴组件前端面一侧的圆孔用于连接所述主轴箱组件，位于所述滑枕一侧的圆孔用于安装b轴电机。

优选地，所述b轴组件的前端面上设置有多个凹槽，多个凹槽分布在所述圆孔的周边。

优选地，所述主轴箱组件包括底座、主轴安装件和悬臂梁结构，所述悬臂梁结构的一端连接所述主轴安装件，所述悬臂梁结构的另一端连接所述底座，所述主轴安装件用于安装主轴，所述底座与所述b轴组件固定连接。

优选地，所述第一直线导轨机构安装在所述主轴箱组件的后端面的上侧，所述第二直线导轨机构安装在所述b轴组件的前端面的上侧。

与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：

本发明所述数控铣床铣头刚度补偿结构通过第一直线导轨机构和第二直线导轨机构将主轴箱组件和滑枕联接在一起，此刚度补偿结构随主轴箱组件转动时运动，不影响主轴箱组件本身的转动，通过滑枕提供一克服翻倾力矩的反力矩，减小各运动零部件的摩擦，降低主轴箱组件由于翻倾力矩产生的变形，补偿主轴箱组件的刚度，减小主轴箱组件在加工叶片过程中的振动问题，减小铣刀在加工过程中由于刚度不足造成的误差，提高加工中心的加工精度，提高叶片的表面质量和几何形状尺寸。

附图说明

图1为本发明中数控铣床铣头的结构示意图；

图2为未安装主轴箱组件和主轴的铣头的结构示意图；

图3为图1中所示铣头的左视局部剖视图；

图4为图3中a处放大图；

图5为图1中所示铣头的俯视局部剖视图；

图6为图5中b处放大图；

图7为图1中所示铣头安装在铣床床身的结构示意图。

具体实施方式

下面将参考附图来描述本发明所述的实施例。本领域的普通技术人员可以认识到，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式或其组合对所描述的实施例进行修正。因此，附图和描述在本质上是说明性的，而不是用于限制权利要求的保护范围。此外，在本说明书中，附图未按比例画出，并且相同的附图标记表示相同的部分。

在五轴数控铣床中，设置在床身上的工作台可以环绕x轴回转，定义为a轴；设置在床身上的主轴箱组件可以绕y轴回转，定义为b轴，本发明适用于具有ab回转运动形式的五轴联动加工中心的铣头刚度补偿，以平衡倾翻力矩，降低主轴箱组件的变形，提高机床的加工精度。

下面结合图1-图7来详细说明本发明。

图1为本发明中数控铣床铣头的结构示意图，图2为未安装主轴箱组件和主轴的铣头的结构示意图，如图1和图2所示，所述数控铣床铣头包括主轴箱组件4、b轴组件6和刚度补偿结构，其中，主轴箱组件4和b轴组件6固定连接，刚度补偿结构包括第一直线导轨机构3和第二直线导轨机构2，第一直线导轨机构3安装在主轴箱组件4的后端面(主轴箱组件4与b轴组件6接触的一面即是主轴箱组件4的后端面)，主轴箱组件4的后端为封闭结构并联接其前端，第二直线导轨机构2安装在b轴组件6的前端面(b轴组件6与主轴箱组件4接触的一面即是b轴组件6的前端面)，第一直线导轨机构3与第二直线导轨机构2通过联接轴7联接，b轴组件6带动主轴箱组件4绕b轴转动，同时第一直线导轨机构3带动第二直线导轨机构2工作，主轴箱组件4通过刚度补偿结构与滑枕1联接，如图7所示，滑枕1安装在加工中心的床身8上，且可沿床身8做上下直线运动，从而通过滑枕提供克服倾翻力矩的反力矩，降低主轴箱组件4的变形，补偿刚度，减小主轴箱组件4在叶片加工过程中的振动，减小铣刀在加工过程中由于刚度不足造成的误差，提高加工精度，提高加工叶片的表面质量和几何形状尺寸。

本发明中，b轴组件6的中部设置有两个半径呈阶梯状递减的圆孔，位于b轴组件6前端面一侧的圆孔直径大于位于滑枕1一侧的圆孔直径，位于b轴组件6前端面一侧的圆孔用于连接主轴箱组件4，位于滑枕1一侧的圆孔用于安装b轴电机。

为了减少b轴组件的加工制作材料，减轻重量，节约成本，本发明的一个可选实施例中，b轴组件6的前端面上设置有多个凹槽，多个凹槽分布在圆孔的周边，多个凹槽均匀或不均匀分布均可。

本发明中，主轴箱组件4包括底座、主轴安装件和悬臂梁结构，悬臂梁结构的一端连接主轴安装件，悬臂梁结构的另一端连接底座，主轴安装件用于安装主轴5，底座与b轴组件6固定连接，b轴组件6带动主轴箱组件4绕b轴转动时，主轴箱组件4带动其上安装的主轴5绕b轴转动。

在进行主轴箱组件4和b轴组件6的固定连接时，可以通过如下方式实现：在b轴组件6中部的两个圆孔的交界处的端面设置多个螺纹孔，底座设置为圆环状，在底座的端面设置有多个螺纹孔，且与b轴组件6中的螺纹孔的位置相对应，将圆环状底座插入较大直径的圆孔中，通过螺栓插入螺纹孔固定主轴箱组件4的底座与b轴组件6。

本发明的一个可选实施例中，第一直线导轨机构3安装在主轴箱组件4的后端面的上侧，第二直线导轨机构2安装在b轴组件6的前端面的上侧，以便于主轴箱组件4与b轴组件6的安装固定。

本发明中，第一直线导轨机构3和第二直线导轨机构2通过联接轴7联接，从而联接主轴箱组件4和滑枕1，进行刚度补偿。本发明的一个实施例中，第一直线导轨机构3和第二直线导轨机构2组成双滑块导轨配合连接的结构，联接主轴箱组件4和滑枕1，如图3-图6所示，第一直线导轨机构3包括：第一导轨31、第一滑块32、第一轴承35和第一轴承端盖33，第一导轨31竖直安装在主轴箱组件4的后端，第一滑块32安装在第一导轨31内部且沿第一导轨31做直线运动，第一轴承35安装在第一滑块32内部，联接轴7的一端安装在第一轴承35中，第一轴承端盖33安装在第一滑块32上，且位于第一轴承35的端部，对第一轴承35进行轴向定位。进一步地，第一直线导轨机构3还包括第一螺母34，第一螺母34安装在联接轴7的端部，且位于第一滑块32的内部，用于调整第一轴承35的轴向间隙。

第二直线导轨机构2包括：第二导轨21、第二滑块22、第二轴承25和第二轴承端盖23，第二导轨21水平安装在b轴组件6的前端，第二滑块22安装在第二导轨21内部且沿第二导轨21做直线运动，第二轴承25安装在第二滑块22内部，联接轴7的另一端安装在第二轴承25中，第二轴承端盖23安装在第二滑块22上，且位于第二轴承25的端部。进一步地，第二直线导轨机构2还包括第二螺母24，第二螺母24安装在联接轴7的端部，且位于第一滑块32的内部，用于调整第二轴承25的轴向间隙。第二导轨21的安装位置不与b轴组件6的前端面的凹槽和圆孔的位置发生干涉。

本发明中，在第一直线导轨机构3和第二直线导轨机构2运行过程中，第一滑块32与第二滑块22始终通过联接轴7贴合在一起，以进行主轴箱组件的刚度补偿。

在本发明的一个可选实施例中，第一轴承35和第二轴承25均可以是角接触球轴承，第一螺母34和第二螺母24均可以是圆螺母。第一导轨31可以是在主轴箱组件4后端面上制作的凹槽形成，第二导轨21可以是在b轴组件6的前端面上制作的凹槽形成，第一滑块32和第二滑块22分别嵌合在相应的凹槽中，且可沿凹槽滑动。

本发明所述数控铣床铣头刚度补偿结构的工作过程如下：

b轴组件6通过固联所述的主轴箱组件4带动所述的主轴箱组件4绕b轴转动，同时，所述的主轴箱组件4后端面的第一滑块32在第一导轨31内做直线运动，第一滑块32通过联接轴7带动第二滑块22的滑动，第二滑块22在第二导轨21内做直线随动运动。在主轴箱组件4绕b轴做±40°转动时，第一直线导轨机构3和第二直线导轨机构2同时做随动运动，且第一滑块32和第二滑块22通过联接轴7时刻贴合在一起，使主轴箱组件4通过所述铣头刚度补偿结构时刻与加工中心的滑枕1联接，通过滑枕1提供一克服主轴箱组件翻倾力矩的反力矩，从而提高主轴箱组件在加工过程中的刚度，减小主轴箱组件在叶片加工过程中的振动，降低加工误差，提高加工精度。

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