高速加工中心的制作方法

1.本实用新型涉及数控加工中心技术领域，具体涉及高速加工中心。


背景技术：

2.随着社会和科技的发展，在机械制造领域，机械加工对机床的精度和加工效率要求越来越高，涌现出大量的全自动数控机床和加工中心等加工设备。
3.目前国内市场上大部分高速加工中心或铣床上多数还是采用伺服电机和滚珠丝杠来驱动直线坐标轴，采用直线电机驱动直线三轴或五轴的高速加工中心比较少，直线电机驱动直线三轴有速度快、效率高、刚性极佳等优点。直线电机驱动直线三轴的速度比伺服电机+滚动丝杠驱动直线三轴的速度快2
‑
3倍，伺服电机+滚动丝杠驱动直线三轴的给进速度一般在48m/min，而直线电机驱动直线三轴的给进速度在86m/min；由于伺服电机+滚动丝杠是传动形式，所以刚性没有直线电机好，但目前的用直线电机驱动的加工中心还存在发热量大、传动平稳性差以及造价昂贵的缺陷。


技术实现要素：

4.本实用新型针对上述背景技术中指出的缺陷，提供高速加工中心，具有优异的传动稳定性和传动速度，在工作中发热量小，且降低了造价成本。
5.为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
6.高速加工中心，包括大理石材质的底座、垂直设置在所述底座上的立柱以及设置在所述立柱上的横梁，所述底座上设置有加工台，所述加工台与底座之间设置有用于带动所述加工台沿y轴方向移动的y轴驱动装置，所述横梁上设置有x轴驱动装置和支撑溜板架，所述支撑溜板架设置在所述x轴驱动装置上，所述x轴驱动装置设置在所述横梁上，用于带动所述支撑溜板架沿x轴方向移动，所述支撑溜板架上设置有z轴驱动装置、主轴装置和平衡装置，所述主轴装置设置在所述z轴驱动装置上，所述平衡装置设置在所述主轴装置上，所述z轴驱动装置设置在所述支撑溜板架上，用于带动所述主轴装置沿z轴方向移动，所述底座的一侧还设置有对刀装置和刀库，所述刀库设置在所述底座的侧面上，所述对刀装置设置在所述刀库与所述加工台之间，用于校准所使用刀具的坐标值。
7.优选的，所述加工台包括伸缩底座和平面台或伸缩底座、b轴旋转装置以及c轴旋转装置，所述伸缩底座设置在所述y轴驱动装置上，所述平面台设置在所述伸缩底座上，或所述伸缩底座设置在所述y轴驱动装置上，所述b轴旋转装置和c轴旋转装置并列设置在所述伸缩底座上，所述b轴旋转装置与所述c轴旋转装置连接，用于带动c轴旋转装置旋转。
8.优选的，所述b轴旋转装置包括b轴电机安装座、b轴伺服电机以及b轴转动轴，所述b轴电机安装座设置在所述伸缩底座上，所述b轴伺服电机设置在b轴电机安装座内，所述b轴转动轴一端与b轴伺服电机的输出端连接，另一端与所述c轴旋转装置连接；所述c轴旋转装置包括c轴电机安装座、c轴伺服电机以及c轴转动盘，所述c轴电机安装座与所述b轴转动轴固定连接，所述c轴伺服电机设置在所述c轴电机安装座内，所述c轴转动盘设置在c轴伺
服电机上并与c轴伺服电机的输出轴连接。
9.优选的，所述y轴驱动装置包括y轴直线导轨组、y轴直线电机定子以及y轴直线电机动子，所述y轴直线导轨组固定设置在所述底座的中部上并与所述伸缩底座可滑动连接，所述y轴直线电机定子设置在所述y轴直线导轨组之间且与所述底座固定连接，所述y轴直线电机动子设置在所述伸缩底座的底部并与所述y轴直线电机定子相对应。
10.优选的，所述x轴驱动装置包括x轴直线导轨组、x轴直线电机定子以及x轴直线电机动子，所述x轴直线导轨组设置在所述横梁的侧面上并与所述支撑溜板架可滑动连接，所述x轴直线电机定子设置在所述x轴直线导轨组之间且与所述横梁固定连接，所述x轴直线电机动子设置在所述支撑溜板架的一侧上且与所述x轴直线电机定子相对应。
11.优选的，所述z轴驱动装置包括z轴直线导轨组、z轴直线电机定子以及z轴直线电机动子，所述z轴直线导轨组设置在所述主轴装置的两侧并与所述支撑溜板架可滑动连接，所述z轴直线电机定子设置在所述支撑溜板架的另一侧上，所述z轴直线电机动子设置在所述主轴装置上并与所述z轴直线电机定子相对应。
12.优选的，所述主轴装置包括主轴安装架、主轴电机以及主轴，所述主轴安装架通过z轴直线导轨组与所述支撑溜板架连接，所述主轴电机设置在所述主轴安装架内，所述主轴的一端与所述主轴电机的输出端连接，另一端延伸至所述主轴安装架的下表面外。
13.优选的，所述平衡装置包括平衡气缸安装座、平衡气缸支架以及平衡气缸，所述平衡气缸安装座对称设置在所述主轴装置的两侧且与所述支撑溜板架固定连接，所述平衡气缸支架设置在所述主轴装置的顶部或两侧中部，所述平衡气缸固定设置在所述平衡气缸安装座上且伸缩端与所述平衡气缸支架连接。
14.优选的，所述刀库包括刀库安装架、刀库固定座、转动轴、转盘以及刀具卡扣，所述刀库安装架设置在所述底座的一侧，所述刀库固定座设置在所述刀库安装架上，所述转动轴设置在所述刀库固定座上，所述转盘设置在所述转动轴，所述刀具卡扣设置在所述转盘的外缘；所述对刀装置包括对刀仪固定座和对刀仪，所述对刀仪固定座设置在所述底座上，所述对刀仪设置在所述对刀仪固定座上。
15.优选的，所述主轴装置的顶端上还设置有用于放置拖链或气管的拖链架；所述横梁、支撑溜板架以及底座上均设有用于衡量x轴方向、z轴方向和y轴方向移动距离的光栅尺。
16.与现有技术相比较，本实用新型的有益效果是：
①
底座采用先进的大理石材料，具有优良的阻尼减振性能、低热膨胀系数、精度长久稳定性、高耐腐蚀性能，使得整机性能及其稳定性远高于基础件材料仍采用传统的铸铁结构机床底座；
②
x轴驱动装置、y轴驱动装置和z轴驱动装置均为直线电机驱动，在加工的过程中，xyz轴方向的移动所产生的摩擦力小，没有传统传动方式的丝杆热伸长现象发生，且具备惯量小、无反向间隙、响应速度快以及移动快速的优点；
③
主轴装置的主轴电机与主轴为同步电机主轴，在加工的时候，不会产生过多的热量，具有发热量小且扭力输出大的优点；
④
通过在在主轴装置上设置平衡装置，当主轴装置在失去升降动力的时候，设置在主轴装置两侧的平衡气缸则能够托住整个主轴装置，避免了主轴装置在没动力的时候发生滑落，而导致主轴的损坏等事情的发生，提高稳定性；
⑤
通过在横梁、支撑溜板架以及底座上设置用于衡量x轴方向、z轴方向和y轴方向移动距离的光栅尺，能够精确的计算移动的距离，提高加工精度。
附图说明
17.图1为本实用新型实施例1的立体结构示意图；
18.图2为本实用新型实施例2的立体结构示意图；
19.图3为本实用新型实施例1的主轴装置与平衡装置结构示意图；
20.图4为本实用新型实施例2的主轴装置与平衡装置结构示意图；
21.图5为本实用新型实施例2的b轴旋转装置和c轴旋转装置结构示意图；
22.图6为本实用新型的z轴驱动装置结构示意图；
23.图7为本实用新型的刀库结构示意图。
24.附图标记说明
25.1.底座；2.立柱；3.横梁；4.加工台；5.x轴驱动装置；6.y轴驱动装置；7.z轴驱动装置；8.主轴装置；9.平衡装置；10刀库；11.对刀装置；12.支撑溜板架；13.光栅尺；14.拖链架；41.伸缩底座；42.平面台；43.b轴旋转装置；44.c轴旋转装置；51.x轴直线导轨组；52.x轴直线电机定子；53.x轴直线电机动子；61.y轴直线导轨组；62.y轴直线电机定子；63.y轴直线电机动子；71.z轴直线导轨组；72.z轴直线电机定子；73.z轴直线电机动子；81.主轴安装架；82.主轴电机；83.主轴；91.平衡气缸安装座；92.平衡气缸支架；93.平衡气缸；101.刀库安装架；102.刀库固定座；103.转动轴；104.转盘；105.刀具卡扣；111.对刀仪固定座；112.对刀仪；431.b轴电机安装座；432.b轴伺服电机；433.b轴转动轴；441.c轴电机安装座；442.c轴伺服电机；443.c轴转动盘。
具体实施方式
26.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。
27.需要说明的是，当部件/零件被称为“设置在”另一个部件/零件上，它可以直接设置在另一个部件/零件上或者也可以存在居中的部件/零件。当部件/零件被称为“连接/联接”至另一个部件/零件，它可以是直接连接/联接至另一个部件/零件或者可能同时存在居中部件/零件。本文所使用的术语“连接/联接”可以包括电气和/或机械物理连接/联接。本文所使用的术语“包括/包含”指特征、步骤或部件/零件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、步骤或部件/零件的存在或添加。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关所列项目的任意的和所有的组合。
28.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的术语只是为了描述具体实施例的目的，而并不是旨在限制本申请。
29.实施例1
30.请参阅图1所示，高速加工中心，包括大理石材质的底座1、垂直设置在底座1上的立柱2以及设置在立柱上的横梁3，底座1上设置有加工台4，加工台4与底座1之间设置有用于带动加工台4沿y轴方向移动的y轴驱动装置6，横梁3上设置有x轴驱动装置5和支撑溜板架12，支撑溜板架12设置在x轴驱动装置5上，x轴驱动装置5设置在横梁3上，用于带动支撑溜板架12沿x轴方向移动，支撑溜板架12上设置有z轴驱动装置7、主轴装置8和平衡装置9，
主轴装置8设置在z轴驱动装置7上，平衡装置9设置在主轴装置8上，z轴驱动装置7设置在支撑溜板架12上，用于带动主轴装置8沿z轴方向移动，底座1的一侧还设置有对刀装置11和刀库10，刀库10设置在底座1的侧面上，对刀装置11设置在刀库10与加工台4之间，用于校准所使用刀具的坐标值。
31.请参阅图1所示，在一些实施例中，加工台4包括伸缩底座41和平面台42，伸缩底座41设置在y轴驱动装置6上，平面台42设置在伸缩底座41上。
32.请参阅图1所示，在一些实施例中，y轴驱动装置6包括y轴直线导轨组61、y轴直线电机定子62以及y轴直线电机动子63，y轴直线导轨组61固定设置在底座1的中部上并与伸缩底座41可滑动连接，y轴直线电机定子62设置在y轴直线导轨组61之间且与底座1固定连接，y轴直线电机动子63设置在伸缩底座41的底部并与y轴直线电机定子62相对应。
33.请参阅图1所示，在一些实施例中，x轴驱动装置5包括x轴直线导轨组51、x轴直线电机定子52以及x轴直线电机动53子，x轴直线导轨组51设置在横梁3的侧面上并与支撑溜板架12可滑动连接，x轴直线电机定子52设置在x轴直线导轨组51之间且与横梁3固定连接，x轴直线电机动子53设置在支撑溜板架12的一侧上且与x轴直线电机定子52相对应。
34.请参阅图6所示，在一些实施例中，z轴驱动装置7包括z轴直线导轨组71、z轴直线电机定子72以及z轴直线电机动子73，z轴直线导轨组71设置在主轴装置8的两侧并与支撑溜板架12可滑动连接，z轴直线电机定子72设置在支撑溜板架12的另一侧上，z轴直线电机动子73设置在主轴装置8上并与z轴直线电机定子72相对应。
35.请参阅3图所示，在一些实施例中，主轴装置8包括主轴安装架81、主轴电机82以及主轴83，主轴安装架81通过z轴直线导轨组71与支撑溜板架12连接，主轴电机82设置在主轴安装架81内，主轴83的一端与主轴电机82的输出端连接，另一端延伸至主轴安装架81的下表面外。
36.请参阅图3所示，在一些实施例中，平衡装置9包括平衡气缸安装座91、平衡气缸支架92以及平衡气缸93，平衡气缸安装座91对称设置在主轴装置8的两侧且与支撑溜板架12固定连接，平衡气缸支架92设置在主轴装置8的两侧中部，平衡气缸93固定设置在平衡气缸安装座91上且伸缩端与平衡气缸支架92连接。
37.请参阅图7所示，在一些实施例中，刀库10包括刀库安装架101、刀库固定座102、转动轴103、转盘104以及刀具卡扣105，刀库安装架101设置在底座1的一侧，刀库固定座102设置在刀库安装架101上，转动轴103设置在刀库固定座102上，转盘104设置在转动轴103，刀具卡扣105设置在转盘104的外缘；对刀装置11包括对刀仪固定座111和对刀仪112，对刀仪固定座111设置在底座1上，对刀仪112设置在对刀仪固定座111上。刀具卡扣105上可以放置多种不同规格的刀具，在加工的时候，能够自动的根据不同的加工要求更换不同的刀具；对刀仪112能够在进行更换刀具的时候，进行走刀前校准刀具的坐标值，避免刀具与工件发生碰撞事故。
38.请参阅图3所示，在一些实施例中，主轴装置8的顶端上还设置有用于放置拖链或气管的拖链架14；横梁3、支撑溜板架12以及底座1上均设有用于衡量x轴方向、z轴方向和y轴方向移动距离的光栅尺13。
39.实例2
40.请参阅图2所示，高速加工中心，包括大理石材质的底座1、垂直设置在底座1上的
立柱2以及设置在立柱上的横梁3，底座1上设置有加工台4，加工台4与底座1之间设置有用于带动加工台4沿y轴方向移动的y轴驱动装置6，横梁3上设置有x轴驱动装置5和支撑溜板架12，支撑溜板架12设置在x轴驱动装置5上，x轴驱动装置5设置在横梁3上，用于带动支撑溜板架12沿x轴方向移动，支撑溜板架12上设置有z轴驱动装置7、主轴装置8和平衡装置9，主轴装置8设置在z轴驱动装置7上，平衡装置9设置在主轴装置8上，z轴驱动装置7设置在支撑溜板架12上，用于带动主轴装置8沿z轴方向移动，底座1的一侧还设置有对刀装置11和刀库10，刀库10设置在底座1的侧面上，对刀装置11设置在刀库10与加工台4之间，用于校准所使用刀具的坐标值。
41.请参阅图2所示，在一些实施例中，加工台4包括伸缩底座41、b轴旋转装置43以及c轴旋转装置44，伸缩底座41设置在y轴驱动装置6上，b轴旋转装置43和c轴旋转装置44并列设置在伸缩底座41上，b轴旋转装置43与c轴旋转装置44连接，用于带动c轴旋转装置44旋转。b轴旋转装置43和c轴旋转装置44还可以安装旋转光栅尺13提高精度。
42.请参阅图5所示，在一些实施例中，b轴旋转装置43包括b轴电机安装座431、b轴伺服电机432以及b轴转动轴433，b轴电机安装座431设置在伸缩底座41上，b轴伺服电机432设置在b轴电机安装座431内，b轴转动轴433一端与b轴伺服电机432的输出端连接，另一端与c轴旋转装置44连接；c轴旋转装置44包括c轴电机安装座441、c轴伺服电机442以及c轴转动盘443，c轴电机安装座441与b轴转动轴433固定连接，c轴伺服电机442设置在c轴电机安装座441内，c轴转动盘443设置在c轴伺服电机442上并与c轴伺服电机442的输出轴连接。
43.请参阅图2所示，在一些实施例中，y轴驱动装置6包括y轴直线导轨组61、y轴直线电机定子62以及y轴直线电机动子63，y轴直线导轨组61固定设置在底座1的中部上并与伸缩底座41可滑动连接，y轴直线电机定子62设置在y轴直线导轨组61之间且与底座1固定连接，y轴直线电机动子63设置在伸缩底座41的底部并与y轴直线电机定子62相对应。
44.请参阅图2所示，在一些实施例中，x轴驱动装置5包括x轴直线导轨组51、x轴直线电机定子52以及x轴直线电机动53子，x轴直线导轨组51设置在横梁3的侧面上并与支撑溜板架12可滑动连接，x轴直线电机定子52设置在x轴直线导轨组51之间且与横梁3固定连接，x轴直线电机动子53设置在支撑溜板架12的一侧上且与x轴直线电机定子52相对应。
45.请参阅图6所示，在一些实施例中，z轴驱动装置7包括z轴直线导轨组71、z轴直线电机定子72以及z轴直线电机动子73，z轴直线导轨组71设置在主轴装置8的两侧并与支撑溜板架12可滑动连接，z轴直线电机定子72设置在支撑溜板架12的另一侧上，z轴直线电机动子73设置在主轴装置8上并与z轴直线电机定子72相对应。
46.请参阅图4所示，在一些实施例中，主轴装置8包括主轴安装架81、主轴电机82以及主轴83，主轴安装架81通过z轴直线导轨组71与支撑溜板架12连接，主轴电机82设置在主轴安装架81内，主轴83的一端与主轴电机82的输出端连接，另一端延伸至主轴安装架81的下表面外。
47.请参阅图4所示，在一些实施例中，平衡装置9包括平衡气缸安装座91、平衡气缸支架92以及平衡气缸93，平衡气缸安装座91对称设置在主轴装置8的两侧且与支撑溜板架12固定连接，平衡气缸支架92设置在主轴装置8的顶部，平衡气缸93固定设置在平衡气缸安装座91上且伸缩端与平衡气缸支架92连接。
48.请参阅图7所示，在一些实施例中，刀库10包括刀库安装架101、刀库固定座102、转
动轴103、转盘104以及刀具卡扣105，刀库安装架101设置在底座1的一侧，刀库固定座102设置在刀库安装架101上，转动轴103设置在刀库固定座102上，转盘104设置在转动轴103，刀具卡扣105设置在转盘104的外缘；对刀装置11包括对刀仪固定座111和对刀仪112，对刀仪固定座111设置在底座1上，对刀仪112设置在对刀仪固定座111上。刀具卡扣105上可以放置多种不同规格的刀具，在加工的时候，能够自动的根据不同的加工要求更换不同的刀具；对刀仪112能够在进行更换刀具的时候，进行走刀前校准刀具的坐标值，避免刀具与工件发生碰撞事故。
49.请参阅图4所示，在一些实施例中，主轴装置8的顶端上还设置有用于放置拖链或气管的拖链架14；横梁3、支撑溜板架12以及底座1上均设有用于衡量x轴方向、z轴方向和y轴方向移动距离的光栅尺13
50.在具体使用的时候，将需要加工的工件放置在加工台4上，通过y轴驱动装置6带动加工台4沿y轴方向往复前后移动，x轴驱动装置5带动主轴装置8沿x轴方向往复左右移动，z轴驱动装置7带动主轴装置8沿z轴方向往复上下移动，对工件进行加工；当三轴方向不足以加工的时候，可通过b轴旋转装置43和c轴旋转装置44调整加工角度，b轴旋转装置43能够带动c轴旋转装置44转动，从而带动工件转动，c轴旋转装置44可直接带动工件转动，从而根据加工需求调整加工角度；当需要更换刀具的时候，x轴驱动装置5带动主轴装置8移动至刀库10的上方，刀库10可根据需求将需要使用的刀具旋转至主轴83的正下方，以便于主轴83进行刀具的更换，当主轴83更换好刀具后，经过对刀仪112的对刀，调整走刀前的坐标值，放置刀具在移动的过程中与工件发生碰撞。
51.本实用新型通过底座1采用先进的大理石材料，具有优良的阻尼减振性能、低热膨胀系数、精度长久稳定性、高耐腐蚀性能，使得整机性能及其稳定性远高于基础件材料仍采用传统的铸铁结构机床底座；x轴驱动装置5、y轴驱动装置6和z轴驱动装置7均为直线电机驱动，在加工的过程中，x、y、z轴方向的移动所产生的摩擦力小，没有传统传动方式的丝杆热伸长现象发生，且具备惯量小、无反向间隙、响应速度快以及移动快速的优点；主轴装置8的主轴电机82与主轴83为同步电机主轴，在加工的时候，不会产生过多的热量，具有发热量小且扭力输出大的优点；通过在主轴装置8上设置平衡装置9，当主轴装置8在失去升降动力的时候，设置在主轴装置8两侧的平衡气缸93则能够托住整个主轴装置8，避免了主轴装置8在没动力的时候发生滑落，而导致主轴83的损坏等事情的发生，提高稳定性；通过在横梁3、支撑溜板架12以及底座1上设置用于衡量x轴方向、z轴方向和y轴方向移动距离的光栅尺13，能够精确的计算移动的距离，提高加工精度。
52.以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。