高精度定梁式数控龙门镗铣床.pdf

本发明涉及一种定梁式数控龙门镗铣床。主要由床身、工作台、立柱、横梁、拖板、滑枕、X轴导轨及其传动系统、Y轴导轨及其传动系统、Z轴导轨及其传动系统组成，在现有Y轴两条重载滚柱直线导轨的基础上增加一套与直线滚动导轨副并列的滑动副，利用复合导轨过定位“共同载荷”原理，采用可调的贴塑斜镶条调节滑动副的载荷，使之达到合适的动静磨擦比。同样地，滑动副贴塑面由斜镶条施加的预载不同会产生不同的减震效果。从而提高机床的承载能力和切削抗振性，大大地提高机床的精度和精度稳定性。

1、  一种高精度定梁式数控龙门镗铣床，主要包括床身(501)、工作台(502)、立柱(503)、横梁(504)、拖板(505)、滑枕(506)、以及设置在工作台与床身之间的X轴导轨及其传动系统、设置在横梁(504)与拖板(505)之间的Y轴导轨及其传动系统、设置在拖板(505)与滑枕(506)之间的Z轴导轨及其传动系统、设置在滑枕(506)上的主轴变速箱(507)和主轴(508)，所述Y轴导轨包括主导轨(220)和侧导轨(221)，主导轨和侧导轨均为直线滚动导轨，其特征在于：在侧导轨(221)的上方设置一套与直线滚动导轨并列的滑动副(222)，滑动副(222)由设置在横梁上的水平滑动面(504’)、与所述水平滑动面配合且位于其上方的拖板滑动面(505’)、以及位于横梁水平滑动面和拖板滑动面之间的贴塑斜镶条(224)构成，贴塑斜镶条的一面是平面，与横梁水平滑动面平行滑动配合，贴塑斜镶条的另一面是1∶100的斜面，斜面贴紧拖板滑动面，拖板滑动面与贴塑斜镶条的斜面直接触的面也是1∶100的斜面，两斜面互相配合，贴塑斜镶条(224)左右对称设置两条，位于拖板滑动面的下方，每条贴塑斜镶条(224)通过其外端的连接板(225)和内侧的定位板(226)连接在拖板上，在连接板(225)上，设有贴塑斜镶条调节装置，由一个调节螺丝(227)和位于调节螺丝两侧的两个固定螺丝(228)构成。

2、  根据权利要求1所述的龙门镗铣床，其特征在于：所述X轴导轨及其传动系统包括设置在床身(501)与工作台(502)之间的重载滚柱直线导轨和X轴传动系统，所述重载滚柱直线导轨由主导轨(511)、中间导轨(521)和侧导轨(531)构成。

3、  根据权利要求2所述的龙门镗铣床，其特征在于：所述X轴传动系统包括设置在工作台(502)下方的传动齿条(541)和X轴驱动系统(100)，所述X轴驱动系统由驱动电机(101)、减速器(111)和消隙变速箱(120)组成，减速器的输出轴上的齿轮为斜齿轮(112)，消隙变速箱包括：
A)设置在消隙变速箱壳体前后壁之间的I#传动轴(191)、II#传动轴(192)和III#传动轴(193)；
B)设置在I#传动轴(191)上的输入双联消隙齿轮和一对输出齿轮，所述双联消隙齿轮由主齿轮(131)、副齿轮(133)和位于主齿轮和副齿轮之间的调整垫(132)组成，双联消隙齿轮与减速器上的输出斜齿轮(112)啮合，也是斜齿轮；所述输出齿轮包括一对大小相等、齿数相等但斜向相反的第一输出斜齿轮(196)和第二输出斜齿轮(195)；
C)设置在II#传动轴(192)上的一个输入齿轮(150)和一个输出齿轮(180)，II#传动轴上的输入齿轮(150)为斜齿轮，与I#传动轴上的第一输出斜齿轮(196)啮合；
D)设置在III#传动轴(193)上的一个输入齿轮(160)和一个输出齿轮(170)，III#传动轴上的输入齿轮(160)为斜齿轮，与I#传动轴上的第二输出斜齿轮(195)啮合；
E)II#传动轴(192)上的输出齿轮(180)和III#传动轴(193)上的输出齿轮(170)均为直齿轮，且并排设置在消隙变速箱壳体的外侧，作为消隙变速箱的输出齿轮，两个输出齿轮同时与工作台(502)下方的传动齿条(541)相啮合；
F)设置在I#传动轴上(191)后端上的消隙调节装置，所述调节装置包括蝶形弹簧(141)和蝶形弹簧调整垫(142)。

4、  根据权利要求1、2或3所述的龙门镗铣床，其特征在于：主轴变速箱(507)的输出轴与主轴(508)的连接采用弹性涨套膜片联轴器无侧隙连接，所述弹性涨套膜片联轴器包括筒状传动轴(348)、设置在筒状传动轴两端可分别与变速箱(507)的输出轴和主轴(508)连接的涨套(343)、置于传动轴中间的气管(346)、置于传动轴(348)两端的气管端面中心定位保持架(345)、置于传动轴内部的气管中间保持架(347)、以及设置在涨套(343)与传动轴(348)端面之间的弹性膜片(344)。

5、  根据权利要求4所述的龙门镗铣床，其特征在于：设置润滑油路监测装置，由设置在润滑油路最高处的润滑油压力检测开关(330)构成，压力检测开关分别与润滑油路连接和与机床控制系统电连接，当润滑油路的压力达到设定的压力时，压力检测开关就发送正常信号给PLC，如果润滑油路的压力低于设定的压力时，压力检测开关则发出欠压信号给PLC。

高精度定梁式数控龙门镗铣床
技术领域：
本发明涉及一种大型机械加工设备技术领域，尤其是一种定梁式数控龙门镗铣床。
背景技术：
定梁式数控龙门镗铣床，主要由床身、工作台、左右立柱、横梁、滑板、滑枕、主减速箱、操纵台、电气控制箱、液压控制箱以及X轴、Y轴和Z轴导轨及其驱动控制装置构成。零件一次装夹后，可自动完成铣、钻、铰、镗等多工序加工，适用于各行业大、中型零件的粗、精加工。
由于X轴、Y轴和Z轴导轨及其驱动控制装置直接影响目标定位和加工精度。在现有的机床中，主要存在如下缺点：
1、Y轴两条重载滚柱直线导轨，在重切削加工时由于机床切削力以及移动惯量较大，机床精度以及精度稳定性受震动的影响也越来越大。
2、X轴驱动采用交流伺服电机经德国ZF减速箱(二级传动背隙较大)经无齿隙弹性联轴器带动消隙的双齿轮驱动齿条传动。无齿隙弹性联轴器在重切削加工时弹性联轴体发生变形，从而使X轴运动产生轴向窜动，影响加工精度。
3、主变速箱的输出轴与主轴的连接采用花键连接，花键与主轴，花键与齿轮变速箱的输出轴之间都有侧隙，大大地降低了输出扭矩，同时滑枕上两端孔的同轴度要求较高，增加了滑枕的加工难度。如果侧隙控制不好，机床在强烈切削时，就会产生震动。
4、在机床运行加工过程中，需要对各机械运行系统进行自动间歇加油润滑，现有的润滑方式采用稀油润滑，由自动加油站即油泵实施完成，但是，由于各种原因，油路漏油或者在高处压力不足而导致缺油的现象时有发生，现有润滑油路故障的发现依赖于人工定期或不定期检查，因此，故障的发现以及排除具有滞后性。如果故障没有及时发现和排除，机械运行系统缺油润滑，将直接会影响机械加工精度，严重时会导致零部件过度发热报废。
发明内容：
本发明的目的在于针对上述存在问题，提出改进方案，提供一种高精度定梁式数控龙门镗铣床。
本发明，主要包括床身、工作台、立柱、横梁、拖板、滑枕、以及设置在工作台与床身之间的X轴导轨及其传动系统、设置在横梁与拖板之间的Y轴导轨及其传动系统、设置在拖板与滑枕之间的Z轴导轨及其传动系统、设置在滑枕上的主轴变速箱和主轴，所述Y轴导轨包括主导轨和侧导轨，主导轨和侧导轨均为直线滚动导轨，在侧导轨的上方设置一套与直线滚动导轨并列的滑动副，滑动副由设置在横梁上的水平滑动面、与所述水平滑动面配合且位于其上方的拖板滑动面、以及位于横梁水平滑动面和拖板滑动面之间的贴塑斜镶条构成，贴塑斜镶条的一面是平面，与横梁水平滑动面平行滑动配合，贴塑斜镶条的另一面是1∶100的斜面，斜面贴紧拖板滑动面，拖板滑动面与贴塑斜镶条的斜面直接触的面也是1∶100的斜面，两斜面互相配合，贴塑斜镶条左右对称设置两条，位于拖板滑动面的下方，每条贴塑斜镶条通过其外端的连接板和内侧的定位板连接在拖板上，在连接板上，设有贴塑斜镶条调节装置，由一个调节螺丝和位于调节螺丝两侧的两个固定螺丝构成。
本发明，由于在现有Y轴两条重载滚柱直线导轨的基础上增加一套与直线滚动导轨副并列的滑动副，利用复合导轨过定位“共同载荷”原理，采用可调的贴塑斜镶条调节滑动副的载荷，使之达到合适的动静磨擦比。同样地，滑动副贴塑面由斜镶条施加的预载不同会产生不同的减震效果。从而提高机床的承载能力和切削抗振性，大大地提高机床的精度和精度稳定性。
本发明，所述X轴导轨及其传动系统包括设置在床身与工作台之间的重载滚柱直线导轨和X轴传动系统，所述重载滚柱直线导轨由主导轨、中间导轨、和侧导轨构成。
本发明，所述X轴传动系统包括设置在工作台下方的传动齿条和X轴驱动系统，所述X轴驱动系统主要由驱动电机、减速器和消隙变速箱组成，减速器的输出轴上的齿轮为斜齿轮，消隙变速箱包括：
A)设置在消隙变速箱壳体前后壁之间的I#传动轴、II#传动轴和III#传动轴；
B)设置在I#传动轴上的输入双联消隙齿轮和一对输出齿轮，所述双联消隙齿轮由主齿轮、副齿轮和位于主齿轮和副齿轮之间的调整垫组成，双联消隙齿轮与减速器上的输出斜齿轮啮合，也是斜齿轮；所述输出齿轮包括一对大小相等、齿数相等但斜向相反的第一输出斜齿轮和第二输出斜齿轮；
C)设置在II#传动轴上的一个输入齿轮和一个输出齿轮，II#传动轴上的输入齿轮为斜齿轮，与I#传动轴上的第一输出斜齿轮啮合；
D)设置在III#传动轴上的一个输入齿轮和一个输出齿轮，III#传动轴上的输入齿轮为斜齿轮，与I#传动轴上的第二输出斜齿轮啮合；
E)II#传动轴上的输出齿轮和III#传动轴上的输出齿轮均为直齿轮，且并排设置在消隙变速箱壳体的外侧，作为消隙变速箱的输出齿轮，两个输出齿轮同时与工作台下方的传动齿条相啮合；
F)设置在I#传动轴上后端上的消隙调节装置，所述调节装置包括蝶形弹簧和蝶形弹簧调整垫。
本发明，由于在现有X轴两条重载滚柱直线导轨增加到三条导轨，同时，X轴驱动采用交流伺服电机经减速箱带动预加负载消隙的双齿轮驱动齿条传动，既增加机床的接触刚性，又提高机床的精度和精度稳定性，也提高机床的使用寿命。
本发明，所述主轴变速箱的输出轴与主轴的连接采用弹性涨套膜片联轴器无侧隙连接，所述弹性涨套膜片联轴器包括筒状传动轴、设置在筒状传动轴两端可分别与变速箱的输出轴和主轴连接的涨套、置于传动轴中间的气管、置于传动轴两端的气管端面中心定位的保持架、置于传动轴内部的气管中间保持架、以及设置在涨套与传动轴端面之间的弹性膜片。
本发明，由于齿轮变速箱的输出轴与主轴的连接采用弹性涨套膜片联轴器无侧隙连接，大大地提高了主轴与变速箱的输出轴的连接刚性，同时也降低了滑枕的加工难度。
本发明，可设置润滑油路监测装置，由设置在润滑油路最高处的润滑油压力检测开关构成，压力检测开关分别与润滑油路连接和与机床控制系统电连接。
本发明，由于在润滑油路的最高处设置润滑油压力检测开关，当润滑油路的压力达到设定的压力时，压力检测开关就发送正常信号给PLC，如果润滑油路的压力低于设定的压力时，压力检测开关则发出欠压信号给PLC。利用压力检测开关发信，就能精确调整供油量，而最重要的是在管路泄漏时能够在电气上发出报警，提醒及时检修。
附图说明：
图1和图2为实施例整体结构示意图。
图3-图7为Y轴导轨结构示意图，其中图4为图3之Q部放大图，图5、图6和图7分别是图4之A-A、C-C和B-B剖视图。
图8-图11为X轴导轨及其传动结构示意图，其中图9和图11为消隙变速箱的结构示意图，图10为消隙变速箱输出齿轮与工作台传动齿条啮合状态示意图。
图12为主轴连接结构原理图。
图13为润滑油路监测装置示意图。
图中，100、X轴驱动系统  200、Y轴驱动系统  300、Z轴驱动系统400、冷却及排屑系统  501、床身  502、工作台  503、立柱  504、横梁  505、拖板  506、滑枕  507、主轴变速箱  508、主轴  511、主导轨  521、中间导轨  531、侧导轨  541、齿条  101、电机  111、减速器  112、变速箱输出轴斜齿轮  120、消隙变速箱  131、双联消隙齿轮中的主齿轮  132、双联消隙齿轮调整垫  133、双联消隙齿轮中的副齿轮  141、蝶形弹簧  142、蝶形弹簧调整垫  191、I#传动轴  192、II#传动轴  193、III#传动轴  196、I#传动轴第一输出齿轮  195、I#传动轴第二输出齿轮  150、II#传动轴输入齿轮  160、III#传动轴输入齿轮180、II#传动轴输出齿轮  170、III#传动轴输出齿轮  220、主导轨  221、侧导轨  222、滑动副  224、贴塑斜镶条  225、连接板  226、定位板227、调节螺  228、固定螺  330、压力检测开关  331、润滑油分配器  332、润滑点  333、四通接头  334、润滑油供给油路  343、涨套344、弹性膜片  345、气管端面带中心定位的保持架  346、气管  347、气管中间保持架  348、传动轴  349、焊接连接。
具体实施方式：
参照图1、图2，本高精度定梁式数控龙门镗铣床，主要包括床身501、工作台502、立柱503、横梁504、拖板505、滑枕506、设置在工作台与床身之间的X轴导轨及其传动系统、设置在横梁504与拖板505之间的Y轴导轨及其传动系统、设置在拖板505与滑枕506之间的Z轴导轨及其传动系统、设置在滑枕506上的主轴变速箱507和主轴508，以及电气控制装置、润滑装置、液压装置、冷却及排屑系统400等。其中：
参照图3-图7，所述Y轴导轨装置包括主导轨220和侧导轨221，主导轨和侧导轨均为直线滚动导轨，在侧导轨221的上方设置一套与直线滚动导轨并列的滑动副222，滑动副222由设置在横梁上的水平滑动面504’、与所述水平滑动面配合且位于其上方的拖板滑动面505’、以及位于横梁水平滑动面和拖板滑动面之间的贴塑斜镶条224构成，贴塑斜镶条的一面是平面，与横梁水平滑动面平行滑动配合，贴塑斜镶条的另一面是1∶100的斜面，斜面贴紧拖板滑动面，拖板滑动面与贴塑斜镶条的斜面接触的面也是1∶100的斜面，两斜面互相配合，贴塑斜镶条与拖板和横梁接触的两个面贴上厚1.7mm氟路耐软带，具有耐压、耐磨、摩擦系数小、寿命长等特点，参照图7，贴塑斜镶条224左右对称设置两条，位于拖板滑动面的下方，每条贴塑斜镶条224通过其外端的连接板225和内端的定位板226连接在拖板上，参照图4-图6，连接板225通过上部的三个螺丝与拖板505固定连接，连接板225下部的螺丝一排三个，两侧的两个为固定螺丝228，用于顶住镶条，使镶条位置固定，中间的一个为调节螺丝227，用于调节镶条，当调节调节螺丝227时，便可调节镶条224与做拖板产生横向位移时产生纵向的移动分量，从而调节滑动副的预压载荷。本调节机构仅由连接板225和设置在连接板上端三个螺丝构成，结构简单，调节方便。
参照图8，所述X轴导轨装置为设置在床身501与工作台502之间的重载滚柱直线导轨，所述重载滚柱直线导轨由主导轨511、中间导轨521和侧导轨531构成。
参照图9-图11，所述X轴传动系统包括设置在工作台502下方的传动齿条541和X轴驱动系统100，所述X轴驱动系统由驱动电机101、减速器111和消隙变速箱120组成，减速器选用德国公司提供的ZF减速器，减速器的输出轴上的齿轮为斜齿轮112，消隙变速箱包括：A)设置在壳体前后壁之间的I#传动轴191、II#传动轴192和III#传动轴193；B)设置在I#传动轴上的输入双联消隙齿轮和一对输出齿轮，所述双联消隙齿轮由主齿轮131、副齿轮133和位于主齿轮和副齿轮之间的调整垫132组成，双联消隙齿轮与减速器上的输出斜齿轮112啮合，也是斜齿轮；所述输出齿轮包括一对大小相等、齿数相等但斜向相反的第一输出斜齿轮196和第二输出斜齿轮195；C)设置在II#传动轴192上的一个输入齿轮150和一个输出齿轮180，II#传动轴上的输入齿轮150为斜齿轮，与I#传动轴上的第一输出斜齿轮196啮合；D)设置在III#传动轴193上的一个输入齿轮160和一个输出齿轮170，III#传动轴上的输入齿轮160为斜齿轮，与I#传动轴上的第二输出斜齿轮195啮合；E)II#传动轴192上的输出齿轮180和III#传动轴193上的输出齿轮170均为直齿轮，且并排设置在消隙变速箱壳体的外侧，作为消隙变速箱的输出齿轮，两个输出齿轮同时与工作台502下方的传动齿条541相啮合；F)设置在I#传动轴上191后端上的消隙调节装置，所述调节装置包括蝶形弹簧141和蝶形弹簧调整垫142。蝶形弹簧141的作用是，调整蝶形弹簧的压力可以通过斜齿轮的传递改变两个输出齿轮170、180与齿条541接触的齿面的位置，使两齿轮分别从两个方向贴紧齿条，从而消除间隙(如图10所示)。修磨调整垫142可以固定两个输出齿轮170、180与齿条541的位置。所述双联消隙齿轮的加工方法是：主齿轮131、副齿轮133和调整垫132装配完后当作一个齿轮加工，然后修磨调整垫132的厚度，便可以使双齿轮错开一定的位置，使错开的两齿轮分别接触减速器输出轴上的齿轮112的齿面两侧，从而消除其与主动齿轮啮合的间隙。
参照图12，所述主轴变速箱507的输出轴与主轴508的连接采用弹性涨套膜片联轴器无侧隙连接，弹性涨套膜片联轴器包括筒状传动轴348、设置在筒状传动轴两端可分别与变速箱507的输出轴和主轴508连接的涨套343、置于传动轴中间的气管346、置于传动轴348两端的气管端面中心定位的保持架345、置于传动轴内部的气管中间保持架347、以及设置在涨套343与传动轴348端面之间的弹性膜片344。筒状传动轴348由三部分组成，中间为筒状，两端为缩颈端头，气管端面中心定位的保持架345卡扣在缩颈端头上，缩颈端头上通过紧固件与气管端面中心定位的保持架345、弹性膜片344和涨套343固定连接在一起，气管中间保持架347通过螺钉固定在筒状传动轴348的内壁，装配完成后，筒状传动轴348中间的筒体部分与两端的缩颈端头再通过焊接的方式在349处固定连接。
在本实施例中，设置润滑油路监测装置，由设置在润滑油路最高处的润滑油压力检测开关构成，压力检测开关分别与润滑油路连接和与机床控制系统电连接，结构示意图如图13所示。当润滑油路的压力达到设定的压力时，压力检测开关就发送正常信号给PLC，如果润滑油路的压力低于设定的压力时，压力检测开关则发出欠压信号给PLC。利用压力检测开关发信，就能精确调整供油量，而最重要的是在管路泄漏时能够在电气上发出报警，提醒及时检修，确保机床正常运行。