一種帶有w形筋板的臥式加工中心立柱的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及制造領(lǐng)域，涉及一種帶有W形筋板的臥式加工中心立柱。帶有W形筋板的臥式加工中心立柱為一體成型的雙柱體框架式結(jié)構(gòu)，包含左右兩個(gè)支撐柱，兩個(gè)支撐柱之間設(shè)有上橫梁和下橫梁；兩個(gè)支撐柱包含外壁板、內(nèi)壁板與前壁板；上橫梁和下橫梁包含上壁板、前壁板與下壁板；兩個(gè)支撐柱、上橫梁和下橫梁內(nèi)部均設(shè)置有若干W形筋板；支撐柱、上橫梁、下橫梁和W形筋板一次鑄造成型。本發(fā)明的支撐柱內(nèi)部的W形筋板與外壁板、內(nèi)壁板之間形成了抗彎、抗扭剛度極佳的三角形框架，這使得立柱整體結(jié)構(gòu)緊湊、抗振性好、剛性更強(qiáng)；雙柱體結(jié)構(gòu)使得立柱安裝穩(wěn)固、承重均勻、布局合理。
【專利說(shuō)明】—種帶有W形筋板的臥式加工中心立柱

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及制造領(lǐng)域，涉及一種帶有W形筋板的臥式加工中心立柱。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國(guó)汽車、模具、航空航天、電力電子、塑料、合金工業(yè)等領(lǐng)域的快速發(fā)展，現(xiàn)代加工制造業(yè)對(duì)數(shù)控機(jī)床的加工精度、穩(wěn)定性、可靠性等要求越來(lái)越高，低端普通數(shù)控機(jī)床已經(jīng)不能滿足國(guó)防工業(yè)、航空航天工業(yè)以及高科技產(chǎn)業(yè)的要求，數(shù)控機(jī)床的發(fā)展正向著高速、大功率、高精度、高度集成以及高可靠性的方向發(fā)展。雖然我國(guó)數(shù)控機(jī)床行業(yè)發(fā)展迅速，產(chǎn)量已經(jīng)位居世界第一，但是技術(shù)水平相對(duì)落后因此，其中關(guān)鍵技術(shù)、配套設(shè)備仍依賴于進(jìn)口。因此，加速開發(fā)具有我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高端國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床是國(guó)內(nèi)各專業(yè)制造商的當(dāng)務(wù)之急和重點(diǎn)發(fā)展方向。
[0003]國(guó)外的數(shù)控機(jī)床制造強(qiáng)國(guó)主要有瑞士、德國(guó)、日本等。瑞士機(jī)床主要以中小型為主，機(jī)床以精密、技術(shù)含量高而聞名著稱于世界，但普及不高，同時(shí)機(jī)床的價(jià)格昂貴。德國(guó)作為老牌的工業(yè)強(qiáng)國(guó)，機(jī)床種類齊全，基本每一種數(shù)控裝備都代表了世界最先進(jìn)水平的產(chǎn)品，但價(jià)格也較高。日本機(jī)床主要在伺服驅(qū)動(dòng)及控制等方面技術(shù)較高，機(jī)床主要以中高端產(chǎn)品為主,機(jī)床性價(jià)比高。同國(guó)外相比，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的大多數(shù)臥式加工中心都是以大、中規(guī)格的產(chǎn)品為主，其機(jī)床整體的結(jié)構(gòu)粗放、笨重，材料冗余大，制造成本較高。雖然我國(guó)對(duì)數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)的物力、財(cái)力投入較多，但成效并不大，最重要的原因在于缺乏系統(tǒng)的深入的研究，對(duì)國(guó)外產(chǎn)品進(jìn)行長(zhǎng)期的仿制，沒有進(jìn)行統(tǒng)籌周密的發(fā)展規(guī)劃，盲目的追求數(shù)量上的優(yōu)勢(shì)，忽略了質(zhì)量保證以及技術(shù)價(jià)值，對(duì)零部件、控制系統(tǒng)以及整臺(tái)機(jī)床的質(zhì)量水平缺乏系統(tǒng)的研究與知識(shí)儲(chǔ)備。加上國(guó)外在數(shù)控機(jī)床關(guān)鍵技術(shù)上對(duì)中國(guó)保密，導(dǎo)致我國(guó)的數(shù)控機(jī)床在效率、精度、可靠性等方面與國(guó)外相比還有很大差距。因此提高數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)制造的研究水平，打破國(guó)外廠商的技術(shù)壟斷成為當(dāng)前亟需解決的問(wèn)題，這對(duì)于我國(guó)數(shù)控裝備產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重大意義。
[0004]立柱是臥式加工中心的重要零件之一，主要作用在于連接主軸、滑鞍等零部件與床身，并承受加工時(shí)產(chǎn)生的切削力。主軸作X方向的移動(dòng)主要依靠滑鞍等零部件整體在立柱矩形導(dǎo)軌上作X方向的移動(dòng)，整臺(tái)機(jī)床剛度的好壞在一定程度上取決于立柱的剛度。過(guò)去的立柱結(jié)構(gòu)多為組合形式，柱體與橫梁采用螺栓連接而成，并且結(jié)構(gòu)整體多數(shù)采用單層筋板加筋條的形式，這種結(jié)構(gòu)的缺陷在于當(dāng)滑鞍及主軸等零部件在一側(cè)時(shí)，立柱局部受力過(guò)大，結(jié)構(gòu)承重不均勻，并且組合形式的立柱結(jié)構(gòu)固定方式本身也不穩(wěn)定。目前的立柱內(nèi)部結(jié)構(gòu)多數(shù)采用縱橫交錯(cuò)的“井”字形筋板結(jié)構(gòu)，雖然這種結(jié)構(gòu)能夠承受一定的彎曲載荷，抗彎剛度較好，但其扭轉(zhuǎn)剛度較差。而W形筋板結(jié)構(gòu)與立柱壁板形成了穩(wěn)定的三角形框架，抗彎、抗扭剛度均較好，這種結(jié)構(gòu)能有效抵抗機(jī)床加工時(shí)的振動(dòng)，提高機(jī)床的加工精度。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于加強(qiáng)機(jī)床立柱的精度和可靠性，提供一種帶有W形筋板的臥式加工中心立柱。
[0006]為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明的技術(shù)方案如下:帶有W形筋板的臥式加工中心立柱為一體成型的雙柱體框架式結(jié)構(gòu)，包含左右兩個(gè)支撐柱，兩個(gè)支撐柱之間設(shè)有上橫梁和下橫梁。兩個(gè)支撐柱包含外壁板、內(nèi)壁板與前壁板。支撐柱的外壁板、內(nèi)壁板和前壁板組成后面開口其余三面封閉的開式結(jié)構(gòu)，支撐柱的內(nèi)部為中空形式。這使得立柱整體制造加工容易簡(jiǎn)單，同時(shí)結(jié)構(gòu)消耗的材料較少。上橫梁和下橫梁包含上壁板、前壁板與下壁板。下橫梁的上壁板和下壁板與支撐柱之間為圓弧形連接，由于圓弧形成的預(yù)彎曲使得下橫梁連接兩端立柱的剛度、強(qiáng)度增加。上橫梁和下橫梁的外壁板、內(nèi)壁板和前壁板組成后面開口其余三面封閉的開式結(jié)構(gòu)，支撐柱的內(nèi)部為中空形式。兩個(gè)支撐柱、上橫梁和下橫梁內(nèi)部均設(shè)置有若干W形筋板。支撐柱、上橫梁、下橫梁和W形筋板一次鑄造成型。
[0007]上橫梁內(nèi)部布置有W形筋板，W形筋板左右對(duì)稱。下橫梁內(nèi)部設(shè)有八塊W形筋板，W形筋板上下、左右對(duì)稱。兩個(gè)支撐柱的內(nèi)部各設(shè)置兩塊W形筋板，W形筋板上下對(duì)稱。各W形筋板的斜筋與支撐柱的內(nèi)壁板、外壁板形成了三角形框架，這種結(jié)構(gòu)形式具有抗彎、抗扭剛度好的優(yōu)點(diǎn)，能有效抵抗機(jī)床加工過(guò)程中發(fā)生的振動(dòng)。
[0008]所述帶有W形筋板的臥式加工中心立柱的上部后側(cè)為斜角形式，換句話說(shuō)，帶有W形筋板的臥式加工中心立柱的上部在長(zhǎng)度方向的尺寸逐漸減小。
[0009]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0010]I)結(jié)構(gòu)對(duì)稱，易于制造，質(zhì)量較輕，成本較低；
[0011]2)采用W形式的筋板結(jié)構(gòu)，承載力強(qiáng)、抗振性好、剛度與強(qiáng)度高；
[0012]3)結(jié)構(gòu)整體緊湊、承重均勻、安裝穩(wěn)定、布局合理。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1:一種帶有W形筋板的臥式加工中心立柱的背面的示意圖；
[0014]圖2:支撐柱、上橫梁和下橫梁的示意圖；
[0015]圖3: —種帶有W形筋板的臥式加工中心立柱的正面的示意圖；
[0016]圖4:將帶有W形筋板的臥式加工中心立柱應(yīng)用于某高速臥式加工中心的機(jī)床的示意圖；
[0017]圖5:現(xiàn)有的高速臥式加工中心的機(jī)床的示意圖；
[0018]圖6:機(jī)床X方向的振幅頻響曲線；
[0019]圖7:機(jī)床Y方向的振幅頻響曲線；
[0020]圖8:機(jī)床Z方向的振幅頻響曲線；
[0021]附圖標(biāo)號(hào):I一上橫梁，2—支撐柱，2A—外壁板，2B—內(nèi)壁板，2C—前壁板，3—W形筋板，4一導(dǎo)軌槽，5—絲杠電機(jī)座，6—限位器的凸臺(tái)，7—局部加強(qiáng)筋，8—減重工藝孔，9-底部螺栓孔，10—下橫梁；
[0022]圖6、圖7和圖8中的實(shí)線為現(xiàn)有的高速臥式加工中心的機(jī)床的振幅頻響曲線，虛線為應(yīng)用W形筋板的臥式加工中心立柱的高速臥式加工中心的機(jī)床的振幅頻響曲線。

【具體實(shí)施方式】
[0023]下面將結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。
[0024]帶有W形筋板的臥式加工中心立柱為一體成型的雙柱體框架式結(jié)構(gòu)，包含左右兩個(gè)支撐柱2，兩個(gè)支撐柱之間設(shè)有上橫梁I和下橫梁10。兩個(gè)支撐柱2包含外壁板2A、內(nèi)壁板2B與前壁板2C。支撐柱的外壁板、內(nèi)壁板和前壁板組成后面開口其余三面封閉的開式結(jié)構(gòu)，支撐柱的內(nèi)部為中空形式。上橫梁I和下橫梁10包含上壁板、前壁板與下壁板。兩個(gè)支撐柱、上橫梁和下橫梁內(nèi)部均設(shè)置有若干W形筋板3。
[0025]下橫梁10的上壁板和下壁板與支撐柱之間為圓弧形連接，由于圓弧形成的預(yù)彎曲使得下橫梁連接兩端柱體的剛度、強(qiáng)度增加。
[0026]上橫梁I內(nèi)部布置有兩塊W形筋板3，W形筋板左右對(duì)稱。下橫梁10內(nèi)部設(shè)有八塊W形筋板3，W形筋板上下、左右對(duì)稱。兩個(gè)支撐柱2的內(nèi)部各設(shè)置兩塊W形筋板3，W形筋板上下對(duì)稱。各W形筋板的斜筋與立柱的內(nèi)、外壁板形成了三角形框架，這種結(jié)構(gòu)形式具有抗彎、抗扭剛度好的優(yōu)點(diǎn)，能有效抵抗機(jī)床加工過(guò)程中發(fā)生的振動(dòng)。
[0027]支撐柱的上部后側(cè)為斜角形式。
[0028]有W形筋板的臥式加工中心立柱的頂面設(shè)有凸臺(tái)，凸臺(tái)上設(shè)有螺紋孔，用來(lái)與機(jī)床冷卻系統(tǒng)的電機(jī)連接。
[0029]支撐柱的外壁板上設(shè)有凸臺(tái)，凸臺(tái)上設(shè)有螺紋孔，用來(lái)與機(jī)床其余的附屬結(jié)構(gòu)連接。
[0030]支撐柱的正面設(shè)有限位器的凸臺(tái)6，限位器的凸臺(tái)上設(shè)有螺紋孔，用來(lái)與限位器連接。
[0031]帶有W形筋板的臥式加工中心立柱的正面的上部和下部分別設(shè)有矩形的導(dǎo)軌槽4，導(dǎo)軌槽4通過(guò)螺紋孔連接矩形導(dǎo)軌條。絲杠電機(jī)座5上安裝驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠的電機(jī)，通過(guò)上下同步的滾珠絲杠可實(shí)現(xiàn)主軸箱及滑鞍等零部件在矩形導(dǎo)軌上的移動(dòng)。導(dǎo)軌槽4與所述帶有W形筋板的臥式加工中心立柱之間有加強(qiáng)筋7以提高導(dǎo)軌的局部剛度，防止導(dǎo)軌變形過(guò)大。
[0032]支撐柱的下部設(shè)有工藝孔8，工藝孔8為左右對(duì)稱的通孔，用作電器控制柜的線路通道。支撐柱的底部設(shè)有螺栓孔9，通過(guò)高強(qiáng)度的螺栓連接機(jī)床床身，兩端共有十四個(gè)螺栓孔，可實(shí)現(xiàn)立柱與床身的穩(wěn)固連接。
[0033]將本發(fā)明提出的帶有W形筋板的臥式加工中心立柱應(yīng)用于某高速臥式加工中心的機(jī)床中，如圖4所示。通過(guò)在機(jī)床主軸的三個(gè)方向上施加相同的簡(jiǎn)諧力，分析主軸靠近刀具的參考點(diǎn)振幅頻響曲線，如圖6、圖7和圖8所示。現(xiàn)有的高速臥式加工中心的機(jī)床如圖5，該立柱結(jié)構(gòu)質(zhì)量較輕，同時(shí)整機(jī)振幅值得到了大幅下降，并且在高頻下的振幅較小，波動(dòng)平緩，這說(shuō)明本發(fā)明的立柱結(jié)構(gòu)改善了整機(jī)的動(dòng)態(tài)精度，提高了加工效率，實(shí)現(xiàn)了機(jī)床高精高效及高可靠性的發(fā)展要求。
【權(quán)利要求】
1.一種帶有W形筋板的臥式加工中心立柱，為一體成型的雙柱體框架式結(jié)構(gòu)，包含左右兩個(gè)支撐柱，兩個(gè)支撐柱之間設(shè)有上橫梁和下橫梁，其特征在于，兩個(gè)支撐柱包含外壁板、內(nèi)壁板與前壁板，支撐柱的外壁板、內(nèi)壁板和前壁板組成后面開口其余三面封閉的開式結(jié)構(gòu)，支撐柱的內(nèi)部為中空形式；上橫梁和下橫梁包含上壁板、前壁板與下壁板，下橫梁的上壁板和下壁板與支撐柱之間為圓弧形連接，上橫梁和下橫梁的上壁板、下壁板和前壁板組成后面開口其余三面封閉的開式結(jié)構(gòu)，上橫梁和下橫梁的內(nèi)部為中空形式；所述兩個(gè)支撐柱、上橫梁和下橫梁內(nèi)部均設(shè)置有若干W形筋板；支撐柱、上橫梁、下橫梁和W形筋板一次鑄造成型。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種帶有W形筋板的臥式加工中心立柱，其特征在于，所述上橫梁內(nèi)部設(shè)有W形筋板，W形筋板左右對(duì)稱；下橫梁內(nèi)部設(shè)有W形筋板，W形筋板上下、左右對(duì)稱；兩個(gè)支撐柱的內(nèi)部各設(shè)有W形筋板，W形筋板上下對(duì)稱。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種帶有W形筋板的臥式加工中心立柱，其特征在于，所述帶有W形筋板的臥式加工中心立柱的上部后側(cè)為斜角形式。
【文檔編號(hào)】B23Q1/01GK104384939SQ201410532610
【公開日】2015年3月4日 申請(qǐng)日期:2014年10月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月10日
【發(fā)明者】劉成穎, 譚鋒, 王立平, 蔡釗勇, 黃子凌 申請(qǐng)人:清華大學(xué)