一种具有高刚性结构的转盘式车铣复合数控机床

1.本发明涉及数控机床技术领域，特别涉及一种具有高刚性结构的转盘式车铣复合数控机床。


背景技术：

2.数控机床是一种装有程序控制系统的自动化机床，该控制系统能够逻辑地处理具有控制编码或其他符号指令规定的程序，并将其译码，用代码化的数字表示，通过信息载体输入数控装置，经运算处理由数控装置发出各种控制信号，控制机床的动作，按图纸要求的形状和尺寸，自动地将零件加工出来。
3.为了提高数控机床的使用功能，车铣复合数控机床越来越多，目前的车铣复合机床的机床主轴的为达到零件的车铣功能，需要在机床上进行运动，传统的带动机床主轴的运动结构多是采用十字滑台结构，利用十字滑台结构可以带动机床主轴达到行程范围内的任意一点，但是，十字滑台结构存在双向悬轨，支撑部位较少，在对零件车铣时，运行不稳，影响加工精度。


技术实现要素：

4.本发明的主要目的在于提供一种具有高刚性结构的转盘式车铣复合数控机床，可以有效解决背景技术中的问题。
5.为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种具有高刚性结构的转盘式车铣复合数控机床，其包括：
6.基座；
7.立架，其包括底架和顶架，底架和顶架之间通过立柱连接；
8.工件平台，其设在底架上；
9.加工平台，其设在底架和顶架之间且与立柱滑动连接，加工平台包括旋转单元和线性平移单元，线性平移单元安装在旋转单元上且在旋转单元带动下水平旋转；
10.加工元件，其设在线性平移单元上且在线性平移单元上线性滑动；
11.数控单元，其包括数控面板，数控面板通过支杆固定在基座上。
12.优选的，还包括机床罩，所述机床罩的侧壁嵌入安装有透明观察窗，顶架上安装升降气缸，所述升降气缸的输出伸缩部与机床罩连接。
13.优选的，所述工件平台包括上托环、下托环、旋转盘和转动环，所述转动环设于上托环和下托环之间且顶面固定连接旋转盘，上托环和下托环置于底架内且与底架固定连接，转动环的外侧设有凸起环状结构且凸起环状结构上设有环形齿条一，下托环上安装有电机一，电机一的输出端固定连接有轴杆一，轴杆一上固定连接有与环形齿条一啮合的驱动齿轮一，上托环和下托环之间设有若干个圆周分布的轴承固定座一，每个轴承固定座一上均安装有两个锥形滚珠轴承一，两个所述锥形滚珠轴承一分别位于凸起环状结构的上下侧且贴合设置。
14.优选的，所述旋转单元包括外环架和旋转架，所述旋转架相对外环架转动设置，线性平移单元安装在旋转架上，所述外环架外侧固定连接有圆周分布的丝母滑台，立柱内侧设有与丝母滑台相匹配的滑槽，底架和顶架之间活动连接有z轴丝杆且底架上安装有与z轴丝杆传动连接的电机二，所述z轴丝杆与丝母滑台螺纹连接。
15.优选的，所述外环架内侧固定连接有若干个圆周分布的轴承固定座二，每个轴承固定座二上均安装有两个锥形滚珠轴承二，所述旋转架的外侧设有凸起环状结构且凸起环状结构上设有环形齿条二，两个锥形滚珠轴承二分别位于凸起环状结构的上下侧且贴合设置，所述外环架的上下端面分别固定连接有上封环和下封环且上封环和下封环之间活动连接有轴杆二，轴杆二上固定连接有与环形齿条二啮合的驱动齿轮二，外环架外侧安装有电机三，电机三的输出端通过传动带与轴杆二的一端传动连接，所述外环架的内侧设有限位架，所述限位架为两个且上下分布设置，所述轴承固定座二上的上下两个锥形滚珠轴承二分别活动穿过上下两个限位架。
16.优选的，所述线性平移单元包括对称固定在旋转架内侧的x轴导轨，两个x轴导轨内分别设有一个双面对称丝杆，两个x轴导轨的两端均设有固定在旋转架上的传动箱，两个传动箱与两个x轴导轨上的双面对称丝杆均传动连接。
17.优选的，所述传动箱的一侧安装有电机四，所述传动箱内设有分别与两个双面对称丝杆活动连接的同步轮，电机四的输出部传动连接有驱动轮，所述驱动轮与同步轮之间通过双驱同步带连接。
18.优选的，所述加工元件包括机床主轴，所述机床主轴上安装有加工刀具，所述机床主轴上两侧设有丝母块，丝母块与双面对称丝杆螺纹连接，且机床主轴上连接有线束管路，顶架的顶部通过立块固定连接有线架，所述线束管路通过轴承与线架连接。
19.与传统技术相比，本发明产生的有益效果是：本发明通过在立架上滑动连接加工平台，并且加工平台的旋转单元和线性平移单元配合使用形成平面运动轨迹，从而带动加工元件达到行程内任意一点，相比于十字滑台结构，支撑点多，刚性强，结构稳定，确保了加工元件的运行稳定，零件的加工精度高；且相同体积下加工范围更大，节省了占地面积。
附图说明
20.图1为本发明的整体结构立体示意图；
21.图2为本发明的部分结构立体示意图；
22.图3为本发明的工件平台立体示意图；
23.图4为本发明的工件平台部分结构立体示意图；
24.图5为本发明的加工平台立体结构示意图；
25.图6为本发明的加工平台部分拆解示意图一；
26.图7为本发明的加工平台部分拆解示意图二；
27.图8为本发明的加工平台部分拆解示意图三。
28.图中：1、基座；101、控制器；2、立架；201、底架；202、顶架；203、立柱；2031、滑槽；204、z轴丝杆；205、电机二；206、立块；207、线架；3、工件平台；301、上托环；302、下托环；303、旋转盘；304、转动环；305、环形齿条一；306、电机一；307、轴杆一；308、驱动齿轮一；309、轴承固定座一；310、锥形滚珠轴承一；4、加工平台；41、旋转单元；4101、外环架；4102、
旋转架；4103、丝母滑台；4104、轴承固定座二；4105、锥形滚珠轴承二；4106、环形齿条二；4107、上封环；4108、下封环；4109、轴杆二；4110、驱动齿轮二；4111、电机三；4112、传动带；4113、限位架；42、线性平移单元；4201、x轴导轨；4202、双面对称丝杆；4203、传动箱；4204、电机四；4205、同步轮；4206、驱动轮；4207、同步带；5、加工元件；501、机床主轴；502、加工刀具；503、丝母块；504、线束管路；6、数控单元；601、数控面板；602、支杆；7、机床罩；701、透明观察窗；8、升降气缸。
具体实施方式
29.为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
30.如图1-8所示，本实施例提供了一种具有高刚性结构的转盘式车铣复合数控机床，其包括：基座1，基座1内部设有控制器仓101，基座1的顶部固定有立架2，立架2包括底架201和顶架202，底架201和顶架202之间通过立柱203连接，具体的，立柱203为四个且圆周分布，四个立柱203支撑相比于现有的单面单立柱支撑主轴加工结构刚性更强更稳定，切削力较大时不易发结构生形变加工精度稳定性更好，控制器101仓设于底架201下方，底架201上设有工件平台3，工件平台3用于放置待加工零件，在底架201和顶架202之间设有加工平台4，加工平台4包括旋转单元41和线性平移单元42，线性平移单元42安装在旋转单元41上且在旋转单元41带动下水平旋转，旋转单元41与立柱203内侧滑动连接，线性平移单元42上设有加工元件5，加工元件5在线性平移单元42上线性滑动，数控单元6，其用于操控该复合数控机床，其包括数控面板601，数控面板601通过支杆602固定在基座1上。
31.通过在立架2上滑动连接加工平台4，并且加工平台4的旋转单元41和线性平移单元42配合使用形成平面运动轨迹，从而带动加工元件5达到行程内任意一点，相比于十字滑台结构，支撑点多，刚性强，结构稳定，确保了加工元件5的运行稳定，零件的加工精度高；且相同体积下加工范围更大，节省了占地面积。
32.如图1-2所示，作为进一步的结构优化，该车铣复合数控机床还包括机床罩7，机床罩7的侧壁嵌入安装有透明观察窗701，顶架202上安装升降气缸8，升降气缸8的输出伸缩部与机床罩7连接，具体的，机床罩7为四面结构，且在每面上均嵌入有透明观察窗701，利用升降气缸8带动机床罩7升降，在升起时，可从四面安装固定工件，方便安装，同时利用透明观察窗701可以实时观察工件的加工状况。
33.对工件平台3进一步优化，工件平台3可以绕着底架201旋转，能够实现对工件的立体化车铣工作，同时可以进行车削较大直径的工件。
34.如图3、4所示，工件平台3具体结构包括上托环301、下托环302、旋转盘303和转动环304，转动环304设于上托环301和下托环302之间且顶面固定连接旋转盘303，上托环301和下托环302置于底架201内且与底架201固定连接，转动环304的外侧设有凸起环状结构且凸起环状结构上设有环形齿条一305，下托环302上安装有电机一306，电机一306的输出端固定连接有轴杆一307，轴杆一307上固定连接有与环形齿条一305啮合的驱动齿轮一308，上托环301和下托环302之间设有若干个圆周分布的轴承固定座一309，每个轴承固定座一309上均安装有两个锥形滚珠轴承一310，两个所述锥形滚珠轴承一310分别位于凸起环状结构的上下侧且贴合设置。
35.电机一306带动驱动齿轮一308旋转，利用驱动齿轮一308与环形齿条一305啮合，带动转动环304旋转，进而带动转动环304上的旋转盘303转动，且圆周设置的上下两排锥形滚珠轴承一310对转动环304上的凸起环结构进行上下滚动限位支撑，保证了转动环304的转动稳定性，且设置锥形滚柱轴承一采用锥面相结合，贴合更紧密，运动中不存在额外摩擦，使得结构运行更加稳定，并且驱动结构设置为两个且对称设置，即电机一306为两个，相匹配的驱动齿轮一308也为两个，采用双边对称驱动可消除齿轮间隙大大提高传动精度，同时环形齿轮一采用高精度斜齿轮，进一步提高传动精度。
36.如图1、5、6所示，对旋转单元41进一步优化，旋转单元41包括外环架4101和旋转架4102，旋转架4102相对外环架4101转动设置，线性平移单元42安装在旋转架4102上，外环架4101外侧固定连接有圆周分布的丝母滑台4103，立柱203内侧设有与丝母滑台4103相匹配的滑槽2031，底架201和顶架202之间活动连接有z轴丝杆204且底架201上安装有与z轴丝杆204传动连接的电机二205，z轴丝杆204与丝母滑台4103螺纹连接。
37.电机二205为伺服电机，电机二205带动z轴丝杆204旋转，使得丝母滑台4103在z轴丝杆204上相对升降，从而带动旋转单元41在z轴上升降，每个立柱203上均设有滑槽2031，相匹配的z轴丝杆204和丝母滑台4103也为四个，确保了旋转单元41升降的平稳性，提高工件的加工精度，并且旋转架4102在外环架4101内旋转，带动线性平移单元42转动，两者配合使用，达到平面任意一点的运动轨迹，运行稳定，精度高。
38.如图5、6、7所示，进一步的，外环架4101内侧固定连接有若干个圆周分布的轴承固定座二4104，每个轴承固定座二4104上均安装有两个锥形滚珠轴承二4105，旋转架4102的外侧设有凸起环状结构且凸起环状结构上设有环形齿条二4106，两个锥形滚珠轴承二4105分别位于凸起环状结构的上下侧且贴合设置，外环架4101的上下端面分别固定连接有上封环4107和下封环4108且上封环4107和下封环4108之间活动连接有轴杆二4109，轴杆二4109上固定连接有与环形齿条二4106啮合的驱动齿轮二4110，外环架4101外侧安装有电机三4111，电机三4111的输出端通过传动带4112与轴杆二4109的一端传动连接，外环架4101的内侧设有限位架4113，所述限位架4113为两个且上下分布设置，轴承固定座二4104上的上下两个锥形滚珠轴承二4105分别活动穿过上下两个限位架4113。
39.上下两个限位架4113分别对圆周分布的两排锥形滚珠轴承二4105进行限位，保证了锥形滚珠轴承二4105的运行稳定性，上下两排锥形滚珠轴承二4105对上的凸起环结构进行上下滚动限位支撑，保证了旋转架4102的转动稳定性，且设置的锥形滚柱轴承二采用锥面相结合，贴合更紧密，运动中不存在额外摩擦，使得结构运行更加稳定，电机三4111维伺服电机，电机三4111通过传动带4112带动轴杆二4109转动，轴杆二4109上的驱动齿轮二4110与环形齿条二4106啮合，利用齿轮传动原理，带动旋转架4102转动，转动精度高，便于控制旋转架4102的转动角度，并且驱动结构设置为两个且对称设置，即电机三4111为两个，相匹配的驱动齿轮二4110也为两个，采用双边对称驱动可消除齿轮间隙大大提高传动精度，同时环形齿轮二采用高精度斜齿轮，进一步提高传动精度
40.如图6-8所示，线性平移单元42包括对称固定在旋转架4102内侧的x轴导轨4201，两个x轴导轨4201内分别设有一个双面对称丝杆4202，两个x轴导轨4201的两端均设有固定在旋转架4102上的传动箱4203，两个传动箱4203与两个x轴导轨4201上的双面对称丝杆4202均传动连接，两个传动箱4203同时带动两个双面对称丝杆4202旋转，采用双面对称丝
杆4202驱动，可消除丝杆间隙，大大提高传动精度和结构稳定性，具体的，传动箱4203的一侧安装有电机四4204，电机四4204为伺服电机，传动箱4203内设有分别与两个双面对称丝杆4202活动连接的同步轮4205，电机四4204的输出部传动连接有驱动轮4206，驱动轮4206与同步轮4205之间通过同步带4207连接，电机四4204带动驱动轮4206旋转，利用同步带4207带动两个同步轮4205同步旋转，利用同步轮4205与双面对称丝杆4202固定连接，带动双面对称丝杆4202转动。
41.如图5-8所示，加工元件5包括机床主轴501，所述机床主轴501上安装有加工刀具502，加工刀具502包括有立式车刀、铣刀以及其他工件加工刀具，机床主轴501上两侧设有丝母块503，丝母块503与双面对称丝杆4202螺纹连接，利用双面对称丝杆4202旋转，带动机床主轴501在x轴导轨4201间滑动，移动精度高，提高了工件的加工精度，且机床主轴501上连接有线束管路504，顶架202的顶部通过立块206固定连接有线架207，线束管路504通过轴承与线架207连接，线束管路504用于穿入气管、数据、电流传输线束。
42.本发明的工作原理为：通过在立架上滑动连接加工平台，并且加工平台的旋转单元和线性平移单元配合使用形成平面运动轨迹，从而带动加工元件达到行程内任意一点，相比于十字滑台结构，支撑点多，刚性强，结构稳定，确保了加工元件的运行稳定，零件的加工精度高；且相同体积下加工范围更大，节省了占地面积。
43.以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，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对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。

技术特征：
1.一种具有高刚性结构的转盘式车铣复合数控机床，其特征在于：其包括：基座；立架，其包括底架和顶架，底架和顶架之间通过立柱连接；工件平台，其设在底架上；加工平台，其设在底架和顶架之间且与立柱滑动连接，加工平台包括旋转单元和线性平移单元，线性平移单元安装在旋转单元上且在旋转单元带动下水平旋转；加工元件，其设在线性平移单元上且在线性平移单元上线性滑动；数控单元，其包括数控面板，数控面板通过支杆固定在基座上。2.根据权利要求1所述的一种具有高刚性结构的转盘式车铣复合数控机床，其特征在于：还包括机床罩，所述机床罩的侧壁嵌入安装有透明观察窗，顶架上安装升降气缸，所述升降气缸的输出伸缩部与机床罩连接。3.根据权利要求1所述的一种具有高刚性结构的转盘式车铣复合数控机床，其特征在于：所述工件平台包括上托环、下托环、旋转盘和转动环，所述转动环设于上托环和下托环之间且顶面固定连接旋转盘，上托环和下托环置于底架内且与底架固定连接，转动环的外侧设有凸起环状结构且凸起环状结构上设有环形齿条一，下托环上安装有电机一，电机一的输出端固定连接有轴杆一，轴杆一上固定连接有与环形齿条一啮合的驱动齿轮一，上托环和下托环之间设有若干个圆周分布的轴承固定座一，每个轴承固定座一上均安装有两个锥形滚珠轴承一，两个所述锥形滚珠轴承一分别位于凸起环状结构的上下侧且贴合设置。4.根据权利要求1所述的一种具有高刚性结构的转盘式车铣复合数控机床，其特征在于：所述旋转单元包括外环架和旋转架，所述旋转架相对外环架转动设置，线性平移单元安装在旋转架上，所述外环架外侧固定连接有圆周分布的丝母滑台，立柱内侧设有与丝母滑台相匹配的滑槽，底架和顶架之间活动连接有z轴丝杆且底架上安装有与z轴丝杆传动连接的电机二，所述z轴丝杆与丝母滑台螺纹连接。5.根据权利要求4所述的一种具有高刚性结构的转盘式车铣复合数控机床，其特征在于：所述外环架内侧固定连接有若干个圆周分布的轴承固定座二，每个轴承固定座二上均安装有两个锥形滚珠轴承二，所述旋转架的外侧设有凸起环状结构且凸起环状结构上设有环形齿条二，两个锥形滚珠轴承二分别位于凸起环状结构的上下侧且贴合设置，所述外环架的上下端面分别固定连接有上封环和下封环且上封环和下封环之间活动连接有轴杆二，轴杆二上固定连接有与环形齿条二啮合的驱动齿轮二，外环架外侧安装有电机三，电机三的输出端通过传动带与轴杆二的一端传动连接，所述外环架的内侧设有限位架，所述限位架为两个且上下分布设置，所述轴承固定座二上的上下两个锥形滚珠轴承二分别活动穿过上下两个限位架。6.根据权利要求5所述的一种具有高刚性结构的转盘式车铣复合数控机床，其特征在于：所述线性平移单元包括对称固定在旋转架内侧的x轴导轨，两个x轴导轨内分别设有一个双面对称丝杆，两个x轴导轨的两端均设有固定在旋转架上的传动箱，两个传动箱与两个x轴导轨上的双面对称丝杆均传动连接。7.根据权利要求6所述的一种具有高刚性结构的转盘式车铣复合数控机床，其特征在于：所述传动箱的一侧安装有电机四，所述传动箱内设有分别与两个双面对称丝杆活动连接的同步轮，电机四的输出部传动连接有驱动轮，所述驱动轮与同步轮之间通过双驱同步
带连接。8.根据权利要求1-7任意一项所述的一种具有高刚性结构的转盘式车铣复合数控机床，其特征在于：所述加工元件包括机床主轴，所述机床主轴上安装有加工刀具，所述机床主轴上两侧设有丝母块，丝母块与双面对称丝杆螺纹连接，且机床主轴上连接有线束管路，顶架的顶部通过立块固定连接有线架，所述线束管路通过轴承与线架连接。

技术总结
本发明公开了一种具有高刚性结构的转盘式车铣复合数控机床，其包括：基座；立架，其包括底架和顶架，工件平台，其设在底架上；加工平台，其设在底架和顶架之间且与立柱滑动连接，加工平台包括旋转单元和线性平移单元，线性平移单元安装在旋转单元上且在旋转单元带动下水平旋转；加工元件，其滑动在线性平移单元上；数控单元，其包括数控面板；本发明通过在立架上滑动连接加工平台，并且加工平台的旋转单元和线性平移单元配合使用形成平面运动轨迹，从而带动加工元件达到行程内任意一点，相比于十字滑台结构，支撑点多，刚性强，结构稳定，确保了加工元件的运行稳定，零件的加工精度高；且相同体积下加工范围更大，节省了占地面积。节省了占地面积。节省了占地面积。


技术研发人员：徐俊 倪帅 王敏 李镒 江付晨 许建强
受保护的技术使用者：安徽国防科技职业学院
技术研发日：2023.06.12
技术公布日：2023/9/23