專(zhuān)利名稱(chēng)：復(fù)雜曲面多軸聯(lián)動(dòng)加工機(jī)床的垂直軸配重裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種復(fù)雜曲面多軸聯(lián)動(dòng)加工機(jī)床的配重裝置。
背景技術(shù)：
隨著現(xiàn)代科技的迅猛發(fā)展，許多尖端裝備需要各種典型結(jié)構(gòu)與復(fù)雜面形的高精度零件，這些零件的制造大多采用高精度多軸聯(lián)動(dòng)加工機(jī)床來(lái)實(shí)現(xiàn)，如仿生光學(xué)復(fù)眼自由曲面、光學(xué)晶體微缺陷的曲面修復(fù)等等復(fù)雜曲面零件，均需要三軸或五軸聯(lián)動(dòng)的精密超精密機(jī)床來(lái)實(shí)現(xiàn)其加工。在復(fù)雜曲面多軸聯(lián)動(dòng)加工機(jī)床的研制過(guò)程中，大多采用由三個(gè)直線移動(dòng)軸和兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸構(gòu)成五軸聯(lián)動(dòng)的加工系統(tǒng)，其中的三個(gè)直線軸中有一個(gè)軸為垂直軸，垂直軸可采用直線電機(jī)平臺(tái)或滾珠絲杠導(dǎo)軌來(lái)完成。在機(jī)床設(shè)計(jì)時(shí)，需要在垂直軸上安裝旋轉(zhuǎn)電機(jī)和微銑削刀具主軸等，這將使得該部分的質(zhì)量增大，并造成其質(zhì)心遠(yuǎn)偏離垂直移動(dòng)軸滑塊平面，因而使得該直線移動(dòng)軸的工作性能、微量進(jìn)給精度及其穩(wěn)定性等受到很大的影響。為了滿足復(fù)雜型面零件多軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床的加工精度和工作性能的要求，必須對(duì)垂直軸進(jìn)行相應(yīng)的有效配重，以減少甚至消除相關(guān)因素給垂直移動(dòng)軸的工作性能等帶來(lái)的影響， 由此提高多軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床的整體加工精度和使用性能。在高精度多軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床的設(shè)計(jì)和制造過(guò)程中，垂直移動(dòng)軸如何穩(wěn)定可靠地實(shí)現(xiàn)其配重是多軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床研制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，這正是本發(fā)明的意義所在。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為解決在復(fù)雜曲面多軸聯(lián)動(dòng)加工機(jī)床的垂直軸上應(yīng)用的直線電機(jī)平臺(tái)或滾珠絲杠導(dǎo)軌的承載能力有限及質(zhì)心偏離等核心問(wèn)題，提供一種復(fù)雜曲面多軸聯(lián)動(dòng)加工機(jī)床的垂直軸配重裝置。本發(fā)明的復(fù)雜曲面多軸聯(lián)動(dòng)加工機(jī)床的垂直軸配重裝置，用以平衡直線電機(jī)平臺(tái)或滾珠絲杠導(dǎo)軌的滑塊部分質(zhì)量和載荷質(zhì)量，解決其質(zhì)心偏離問(wèn)題。從而，使多軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床在復(fù)雜結(jié)構(gòu)或自由曲面零件加工過(guò)程中，垂直軸所承受的載荷在允許的范圍之內(nèi)，以保證零件加工工作的正常進(jìn)行。同時(shí)，該裝置通過(guò)合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以及選擇合適的配重質(zhì)量、 繩索彈性系數(shù)以及繩索斜拉角度，使得垂直軸的受力狀況達(dá)到最佳，從而保證垂直軸在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中能達(dá)到最佳的工作性能，以確保垂直軸的微量進(jìn)給精度及其運(yùn)動(dòng)平衡性。本發(fā)明為解決上述問(wèn)題采取的技術(shù)方案是一種復(fù)雜曲面多軸聯(lián)動(dòng)加工機(jī)床的垂直軸配重裝置，所述垂直軸配重裝置包括配重單元和導(dǎo)輪單元；所述配重單元包括配重塊、 吊環(huán)螺釘、四個(gè)光軸支承座墊片、四個(gè)光軸支承座、六個(gè)限位彈簧、四個(gè)法蘭直線軸承和兩個(gè)光軸；所述配重塊包括大配重塊和兩個(gè)小配重塊；所述導(dǎo)輪單元包括繩索、導(dǎo)輪支撐件、 兩個(gè)支承軸、導(dǎo)輪支撐連接件、兩個(gè)導(dǎo)線輪、四個(gè)軸端擋圈和兩個(gè)導(dǎo)輪連接板；大配重塊的上端面與兩個(gè)小配重塊連接，兩個(gè)小配重塊相對(duì)于大配重塊的豎直方向的中心線對(duì)稱(chēng)設(shè)置，大配重塊的上端面的中心處連接有吊環(huán)螺釘，大配重塊上沿其厚度方向加工有兩個(gè)軸承通孔，兩個(gè)軸承通孔相對(duì)于大配重塊的豎直方向的中心線對(duì)稱(chēng)設(shè)置，并靠近大配重塊的外側(cè)壁設(shè)置，每個(gè)軸承通孔內(nèi)裝有兩個(gè)相對(duì)設(shè)置的法蘭直線軸承，每個(gè)法蘭直線軸承與大配重塊連接，每?jī)蓚€(gè)相對(duì)設(shè)置的法蘭直線軸承的內(nèi)孔中裝有一根光軸， 法蘭直線軸承與光軸滑動(dòng)配合，每根光軸的上端面和下端面各與一個(gè)光軸支承座連接，每個(gè)光軸支承座與機(jī)床本體相鄰的一側(cè)端面上固定有一個(gè)光軸支承座墊片，每根光軸上套裝有三個(gè)限位彈簧，配重單元通過(guò)四個(gè)光軸支承座和四個(gè)光軸支承座墊片與機(jī)床本體連接；兩個(gè)導(dǎo)輪連接板并列設(shè)置，兩個(gè)導(dǎo)輪連接板之間垂直設(shè)置有兩個(gè)支承軸，每個(gè)支承軸的兩端分別通過(guò)一個(gè)軸端擋圈與兩塊導(dǎo)輪連接板連接，每個(gè)導(dǎo)線輪通過(guò)軸孔配合與支承軸連接，繩索繞過(guò)兩個(gè)導(dǎo)線輪，繩索的一端與吊環(huán)螺釘連接，繩索的另一端與負(fù)載連接， 導(dǎo)輪支撐件的上端與兩塊導(dǎo)輪連接板連接，且導(dǎo)輪支撐件的上端設(shè)置在兩個(gè)導(dǎo)線輪之間， 導(dǎo)輪支撐件的下端與導(dǎo)輪支撐連接件連接，配重單元通過(guò)導(dǎo)輪支撐連接件與機(jī)床本體連接。本發(fā)明的有益效果是1、本發(fā)明的裝置可以通過(guò)對(duì)小配重塊質(zhì)量的精確調(diào)整，并在這兩個(gè)小配重塊上添加若干個(gè)不同質(zhì)量的調(diào)整墊片，由此可以很好的平衡負(fù)載部分的重量，從而能夠有效改善直線電機(jī)平臺(tái)或滾珠絲杠導(dǎo)軌的受力狀況；2、當(dāng)多軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床意外掉電或失控時(shí)，該裝置安裝有限位彈簧，對(duì)負(fù)載部分可有效的起到緩沖和限位的作用，由此防止直線電機(jī)平臺(tái)或滾珠絲杠導(dǎo)軌受到剛性沖擊；另外可防止刀具與工件之間發(fā)生碰撞，以保護(hù)刀具的完好性；3、配重塊在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中由兩根光軸對(duì)其進(jìn)行導(dǎo)向，并且其間的摩擦系數(shù)極小，該機(jī)構(gòu)有效地確定了配重塊的運(yùn)動(dòng)方向，減小了配重塊的質(zhì)心偏離，對(duì)負(fù)載部分實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定可靠的配重。4、通過(guò)改變繩索的材質(zhì)，亦即改變繩索的彈性系數(shù)，可以調(diào)整該機(jī)械系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能，使其處于最佳工作狀態(tài)。5、本發(fā)明的裝置整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，裝配和拆卸都很方便，因而便于維護(hù)。


圖1是本發(fā)明的復(fù)雜曲面多軸聯(lián)動(dòng)加工機(jī)床的垂直軸配重裝置的受力分析圖，圖 2是本發(fā)明裝置中的配重塊的位移分析簡(jiǎn)圖，圖3是本發(fā)明裝置的整體結(jié)構(gòu)主視圖，圖4是圖3的左視圖。
具體實(shí)施例方式具體實(shí)施方式
一結(jié)合圖1和圖2說(shuō)明，本實(shí)施方式的復(fù)雜曲面多軸聯(lián)動(dòng)加工機(jī)床的垂直軸配重裝置，所述垂直軸配重裝置包括配重單元和導(dǎo)輪單元；所述配重單元包括配重塊34、吊環(huán)螺釘22、四個(gè)光軸支承座墊片25、四個(gè)光軸支承座1、六個(gè)限位彈簧2、四個(gè)法蘭直線軸承3和兩個(gè)光軸7 ；所述配重塊34包括大配重塊4和兩個(gè)小配重塊5 ；所述導(dǎo)輪單元包括繩索8、導(dǎo)輪支撐件10、兩個(gè)支承軸13、導(dǎo)輪支撐連接件9、兩個(gè)導(dǎo)線輪11、四個(gè)軸端擋圈12和兩個(gè)導(dǎo)輪連接板14 ；大配重塊4的上端面與兩個(gè)小配重塊5連接，兩個(gè)小配重塊5相對(duì)于大配重塊4 的豎直方向的中心線對(duì)稱(chēng)設(shè)置，大配重塊4的上端面的中心處連接有吊環(huán)螺釘22，大配重塊4上沿其厚度方向加工有兩個(gè)軸承通孔，兩個(gè)軸承通孔相對(duì)于大配重塊4的豎直方向的中心線對(duì)稱(chēng)設(shè)置，并靠近大配重塊4的外側(cè)壁設(shè)置，每個(gè)軸承通孔內(nèi)裝有兩個(gè)相對(duì)設(shè)置的法蘭直線軸承3，每個(gè)法蘭直線軸承3與大配重塊4連接(通過(guò)內(nèi)六角螺釘23連接)，每?jī)蓚€(gè)相對(duì)設(shè)置的法蘭直線軸承3的內(nèi)孔中裝有一根光軸7，法蘭直線軸承3與光軸7滑動(dòng)配合 (即法蘭直線軸承3可以在光軸7上順利滑動(dòng)，由于光軸7與法蘭直線軸承3之間的間隙很小，大配重塊4在豎直方向上滑動(dòng)時(shí)，其重心基本不會(huì)偏離豎直位置，因此，大配重塊4的運(yùn)動(dòng)是穩(wěn)定可靠的)，每根光軸7的上端面和下端面各與一個(gè)光軸支承座1連接，每個(gè)光軸支承座1與機(jī)床本體沈相鄰的一側(cè)端面上固定有一個(gè)光軸支承座墊片25 (可保證大配重塊 4不與機(jī)床本體沈產(chǎn)生干涉)，每根光軸7上套裝有三個(gè)限位彈簧2 (它們?cè)诖笈渲貕K4上下運(yùn)動(dòng)時(shí)起著緩沖的作用，以保護(hù)直線電機(jī)平臺(tái)或滾珠絲杠導(dǎo)軌在斷電等意外情況下不會(huì)受到剛性沖擊，可最大限度地保證機(jī)床垂直軸的直線運(yùn)動(dòng)精度及工作安全)，配重單元通過(guò)四個(gè)光軸支承座1和四個(gè)光軸支承座墊片25與機(jī)床本體沈連接；兩個(gè)導(dǎo)輪連接板14并列設(shè)置，兩個(gè)導(dǎo)輪連接板14之間垂直設(shè)置有兩個(gè)支承軸13， 每個(gè)支承軸13的兩端分別通過(guò)一個(gè)軸端擋圈12與兩塊導(dǎo)輪連接板14連接，每個(gè)導(dǎo)線輪11 通過(guò)軸孔配合與支承軸13連接，繩索8繞過(guò)兩個(gè)導(dǎo)線輪11，繩索8的一端與吊環(huán)螺釘22連接，繩索8的另一端與負(fù)載27連接，導(dǎo)輪支撐件10的上端與兩塊導(dǎo)輪連接板14連接(通過(guò)螺釘連接)，且導(dǎo)輪支撐件10的上端設(shè)置在兩個(gè)導(dǎo)線輪11之間，導(dǎo)輪支撐件10的下端與導(dǎo)輪支撐連接件9連接(通過(guò)螺釘連接)，配重單元通過(guò)導(dǎo)輪支撐連接件9與機(jī)床本體沈連接。
具體實(shí)施方式
二 結(jié)合圖1和圖2說(shuō)明，本實(shí)施方式的套裝在每根光軸7上三個(gè)限位彈簧2的具體設(shè)置位置如下與每根光軸7的上端面連接的光軸支承座1至大配重塊4 的上端面之間設(shè)置有一個(gè)限位彈簧2，與每根光軸7的下端面連接的光軸支承座1至大配重塊4的下端面之間設(shè)置有兩個(gè)限位彈簧2。其它與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
三結(jié)合圖1和圖2說(shuō)明，本實(shí)施方式的每個(gè)小配重塊5的上端面與至少一個(gè)調(diào)整墊片28連接(通過(guò)雙頭螺柱21連接，這兩個(gè)小配重塊5的質(zhì)量可改變，并且可在這兩個(gè)小配重塊5上添加若干個(gè)不同質(zhì)量的調(diào)整墊片觀，根據(jù)直線電機(jī)或滾珠絲杠工作平臺(tái)部分及負(fù)載的質(zhì)量變化，可起到綜合調(diào)節(jié)整個(gè)配重部分質(zhì)量的作用)。其它與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
四結(jié)合圖1和圖2說(shuō)明，本實(shí)施方式的繩索為鋼絲繩。其它與具體實(shí)施方式
一、二或三相同。對(duì)本發(fā)明的復(fù)雜曲面多軸聯(lián)動(dòng)加工機(jī)床的垂直軸配重裝置進(jìn)行如下理論分析對(duì)于直線電機(jī)平臺(tái)或滾珠絲杠導(dǎo)軌來(lái)說(shuō)，其負(fù)載27主要包括四部分，即滑塊29、 旋轉(zhuǎn)電機(jī)30、電主軸31和連接件32，上述四部分的質(zhì)量分別定義為滑塊四的質(zhì)量Hi1、旋轉(zhuǎn)電機(jī)30的質(zhì)量m2、電主軸31的質(zhì)量m3以及連接件32的質(zhì)量m4，如圖1所示。設(shè)負(fù)載27 的總重量為G1，即有G1 = (m1+m2+m3+m4) g (1)設(shè)整個(gè)負(fù)載27的重心在點(diǎn)A處，且點(diǎn)A到機(jī)床本體沈右側(cè)面(即與滑塊四相鄰的側(cè)面)的距離設(shè)為L(zhǎng)2 ；設(shè)配重塊34的總重量為( ，其重心在點(diǎn)B處；繩索8的一端與配重塊34相連，另一端與負(fù)載27的C點(diǎn)相連；設(shè)C點(diǎn)與機(jī)床本體沈右側(cè)面(即與滑塊四相鄰的側(cè)面)的距離為レ。當(dāng)滑塊四處于零位時(shí)，繩索8與負(fù)載27連接的一端的延長(zhǎng)線恰 好能交于負(fù)載27的重心A點(diǎn)處，此時(shí)，兩個(gè)導(dǎo)線輪11中與負(fù)載27相鄰的ー個(gè)導(dǎo)線輪11與 繩索8相切的點(diǎn)至C點(diǎn)的垂直距離為H，并且繩索8與垂直線的角度為e。在滑塊四處于零位吋，通過(guò)適當(dāng)選取配重塊34的質(zhì)量，使得負(fù)載27所受繩索8 的拉カT與負(fù)載27的重量G1的合力垂直于機(jī)床本體沈的右側(cè)面(即與滑塊四相鄰的側(cè) 面)，此時(shí)右側(cè)移動(dòng)副33僅承受正壓カ；有以下關(guān)系式G2 = T(2)Tcos 0 = G1(3)由以上(1) (2)⑶式可得:
權(quán)利要求
1.一種復(fù)雜曲面多軸聯(lián)動(dòng)加工機(jī)床的垂直軸配重裝置，其特征在于所述垂直軸配重裝置包括配重單元和導(dǎo)輪單元；所述配重單元包括配重塊(34)、吊環(huán)螺釘(22)、四個(gè)光軸支承座墊片(25)、四個(gè)光軸支承座(1)、六個(gè)限位彈簧O)、四個(gè)法蘭直線軸承C3)和兩個(gè)光軸(7)；所述配重塊(34)包括大配重塊(4)和兩個(gè)小配重塊(5)；所述導(dǎo)輪單元包括繩索 (8)、導(dǎo)輪支撐件(10)、兩個(gè)支承軸(13)、導(dǎo)輪支撐連接件(9)、兩個(gè)導(dǎo)線輪(11)、四個(gè)軸端擋圈(12)和兩個(gè)導(dǎo)輪連接板(14)；大配重塊的上端面與兩個(gè)小配重塊( 連接，兩個(gè)小配重塊( 相對(duì)于大配重塊 (4)的豎直方向的中心線對(duì)稱(chēng)設(shè)置，大配重塊(4)的上端面的中心處連接有吊環(huán)螺釘(22)， 大配重塊(4)上沿其厚度方向加工有兩個(gè)軸承通孔，兩個(gè)軸承通孔相對(duì)于大配重塊的豎直方向的中心線對(duì)稱(chēng)設(shè)置，并靠近大配重塊的外側(cè)壁設(shè)置，每個(gè)軸承通孔內(nèi)裝有兩個(gè)相對(duì)設(shè)置的法蘭直線軸承(3)，每個(gè)法蘭直線軸承C3)與大配重塊(4)連接，每?jī)蓚€(gè)相對(duì)設(shè)置的法蘭直線軸承C3)的內(nèi)孔中裝有一根光軸(7)，法蘭直線軸承C3)與光軸(7)滑動(dòng)配合，每根光軸(7)的上端面和下端面各與一個(gè)光軸支承座(1)連接，每個(gè)光軸支承座(1)與機(jī)床本體06)相鄰的一側(cè)端面上固定有一個(gè)光軸支承座墊片(25)，每根光軸(7)上套裝有三個(gè)限位彈簧O)，配重單元通過(guò)四個(gè)光軸支承座(1)和四個(gè)光軸支承座墊片0 與機(jī)床本體06)連接；兩個(gè)導(dǎo)輪連接板(14)并列設(shè)置，兩個(gè)導(dǎo)輪連接板(14)之間垂直設(shè)置有兩個(gè)支承軸 (13)，每個(gè)支承軸(1 的兩端分別通過(guò)一個(gè)軸端擋圈(1 與兩塊導(dǎo)輪連接板(14)連接， 每個(gè)導(dǎo)線輪(11)通過(guò)軸孔配合與支承軸(1 連接，繩索(8)繞過(guò)兩個(gè)導(dǎo)線輪(11)，繩索 (8)的一端與吊環(huán)螺釘02)連接，繩索(8)的另一端與負(fù)載(XT)連接，導(dǎo)輪支撐件(10) 的上端與兩塊導(dǎo)輪連接板(14)連接，且導(dǎo)輪支撐件(10)的上端設(shè)置在兩個(gè)導(dǎo)線輪(11)之間，導(dǎo)輪支撐件(10)的下端與導(dǎo)輪支撐連接件(9)連接，配重單元通過(guò)導(dǎo)輪支撐連接件(9) 與機(jī)床本體06)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種復(fù)雜曲面多軸聯(lián)動(dòng)加工機(jī)床的垂直軸配重裝置，其特征在于套裝在每根光軸(7)上三個(gè)限位彈簧( 的具體設(shè)置位置如下與每根光軸(7)的上端面連接的光軸支承座(1)至大配重塊(4)的上端面之間設(shè)置有一個(gè)限位彈簧0)，與每根光軸(7)的下端面連接的光軸支承座(1)至大配重塊(4)的下端面之間設(shè)置有兩個(gè)限位彈簧⑵。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種復(fù)雜曲面多軸聯(lián)動(dòng)加工機(jī)床的垂直軸配重裝置，其特征在于每個(gè)小配重塊(5)的上端面與至少一個(gè)調(diào)整墊片08)連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的一種復(fù)雜曲面多軸聯(lián)動(dòng)加工機(jī)床的垂直軸配重裝置， 其特征在于繩索為鋼絲繩。
全文摘要
復(fù)雜曲面多軸聯(lián)動(dòng)加工機(jī)床的垂直軸配重裝置，本發(fā)明涉及一種復(fù)雜曲面多軸聯(lián)動(dòng)加工機(jī)床的配重裝置。為解決在復(fù)雜曲面多軸聯(lián)動(dòng)加工機(jī)床的垂直軸上應(yīng)用的直線電機(jī)平臺(tái)或滾珠絲杠導(dǎo)軌的承載能力有限及質(zhì)心偏離問(wèn)題。大配重塊與兩個(gè)小配重塊連接，大配重塊與吊環(huán)螺釘連接，大配重塊的每個(gè)軸承通孔內(nèi)裝有法蘭直線軸承，每?jī)蓚€(gè)法蘭直線軸承的內(nèi)孔中裝有一根光軸，法蘭直線軸承與光軸滑動(dòng)配合，每根光軸與兩個(gè)光軸支承座連接，每根光軸上套裝有限位彈簧，兩個(gè)導(dǎo)輪連接板之間垂直設(shè)置有兩個(gè)支承軸，每個(gè)支承軸與兩塊導(dǎo)輪連接板連接，每個(gè)導(dǎo)線輪通過(guò)軸孔配合與支承軸連接，繩索的兩端與吊環(huán)螺釘和負(fù)載連接。本發(fā)明用于復(fù)雜曲面多軸聯(lián)動(dòng)加工機(jī)床。
文檔編號(hào)B23Q11/00GK102357833SQ201110274788
公開(kāi)日2012年2月22日 申請(qǐng)日期2011年9月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月16日
發(fā)明者倪海波, 吳春亞, 姜艷, 田文蘭, 肖勇, 鄭庭, 陳明君 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)