一种立轨式车铣复合机床论文和设计

全文摘要

本发明涉及一种立轨式车铣复合机床，包括机床底座、主轴传动装置、油压尾座、Z轴进给装置、X轴进给装置；所述Z轴滑台的上方固定设置有X轴进给装置，X轴进给装置上设有伺服动力机壳，其中伺服动力机壳上还设有可以沿Y方向移动的伺服动力机头；顶尖通过所述复合轴承与双列圆锥滚子轴承支承于顶尖座内，迷宫密封盖设置在顶尖的一端，与顶尖座形成动态迷宫式密封连接，尾部封盖设置于顶尖的另一端，与顶尖座固定，本发明不但可以实现车铣复合加工；还能够实现导轨的轻量化，尤其是在Y方向上的操控性得到了有效提高；回转顶尖组件使用复合轴承支承，结构简单紧凑，可同时承受径向和轴向载荷，大大提高了顶尖动态稳定性，以及机床加工精度。

主设计要求

1.一种立轨式车铣复合机床，包括机床底座、主轴传动装置、油压尾座、Z轴进给装置、X轴进给装置；其特征在于：主轴传动装置包括回转油缸、伺服电主轴单元和主轴卡盘，主轴传动装置和油压尾座的轴线重合；Z轴进给装置包括Z轴伺服电机、Z轴滚珠丝杆、Z轴导轨和Z轴滑台，所述Z轴滑台的上方固定设置有X轴进给装置，X轴进给装置包括X轴伺服电机、X轴滚珠丝杆、X轴导轨和伺服动力机壳，所述伺服电机和相应的滚珠丝杆通过联轴器相连，导轨和相应的滑台滑动连接；所述油压尾座包括回转顶尖组件、油压装置和尾座滑台，所述尾座滑台与尾座导轨滑动连接，所述尾座导轨、Z轴进给装置和主轴传动装置均固设于机床底座上，伺服动力机壳上还设有可以沿Y方向移动的伺服动力机头，所述伺服动力机头内部设置有动力刀塔伺服动力马达和动力刀塔回转伺服马达，其中动力刀塔伺服动力马达驱动铣刀，动力刀塔回转伺服马达驱动刀塔回转；回转顶尖组件还包括顶尖、复合轴承、双列圆锥滚子轴承、顶尖座、迷宫密封盖、尾部封盖，顶尖通过所述复合轴承与双列圆锥滚子轴承支承于顶尖座内，迷宫密封盖设置在顶尖的一端，与顶尖座形成动态迷宫式密封连接，尾部封盖设置于顶尖的另一端，与顶尖座固定；复合轴承包括一个圆柱滚子轴承元件和两个推力球轴承元件共用的中圈、具有第一负载面和第二负载面的外圈、内圈，所述中圈包括环形中间段以及其两侧的第一凸台部和第二凸台部，环形中间段径向外侧设置圆柱滚子内滚道，两凸台部沿着轴向外侧分别设置有第一钢球内滚道和第二钢球内滚道；外圈的所述第一负载面沿着顶尖轴向上延伸，其上布置有圆柱滚子外滚道，外圈的第二负载面沿着径向延伸，其上布置有第一钢球外滚道，所述第一负载面、圆柱滚子、所述环形中间段构成所述圆柱滚子轴承元件；所述第二负载面、第一钢球、所述第一凸台部形成第一推力球轴承元件，内圈、第二钢球、所述第二凸台部形成第二推力球轴承元件。

设计方案

回转顶尖组件还包括顶尖、复合轴承、双列圆锥滚子轴承、顶尖座、迷宫密封盖、尾部封盖，顶尖通过所述复合轴承与双列圆锥滚子轴承支承于顶尖座内，迷宫密封盖设置在顶尖的一端，与顶尖座形成动态迷宫式密封连接，尾部封盖设置于顶尖的另一端，与顶尖座固定；

复合轴承包括一个圆柱滚子轴承元件和两个推力球轴承元件共用的中圈、具有第一负载面和第二负载面的外圈、内圈，所述中圈包括环形中间段以及其两侧的第一凸台部和第二凸台部，环形中间段径向外侧设置圆柱滚子内滚道，两凸台部沿着轴向外侧分别设置有第一钢球内滚道和第二钢球内滚道；外圈的所述第一负载面沿着顶尖轴向上延伸，其上布置有圆柱滚子外滚道，外圈的第二负载面沿着径向延伸，其上布置有第一钢球外滚道，所述第一负载面、圆柱滚子、所述环形中间段构成所述圆柱滚子轴承元件；所述第二负载面、第一钢球、所述第一凸台部形成第一推力球轴承元件，内圈、第二钢球、所述第二凸台部形成第二推力球轴承元件。

2.根据权利要求1所述的一种立轨式车铣复合机床，其特征在于：所述伺服动力机壳为半包围结构，包括后板、顶板、右板和前板。

3.根据权利要求2所述的一种立轨式车铣复合机床，其特征在于：所述伺服动力机壳上后侧固定设置有Y轴伺服电机，Y轴伺服电机通过联轴器与Y轴滚珠丝杆固定传动连接，Y轴滚珠丝杆上滚动连接有Y轴滚珠丝杆螺母，所述Y轴滚珠丝杆螺母固定设置在所述伺服动力机头内部；所述伺服动力机壳内侧凸起两条与Y方向平行的导轨，分别位于伺服动力机壳的右板和顶板中央，所述伺服动力机头的顶部和右侧对应设置有滑槽，所述滑槽与所述伺服动力机壳内部设置的两条导轨滑动连接。

4.根据权利要求1所述的一种立轨式车铣复合机床，其特征在于：使用时将回转顶尖组件安装到油压尾座内，复合轴承的外圈、中圈、内圈均套设在顶尖上，其中内圈轴向外侧抵靠在顶尖的尖头部一侧的定位台肩上，自内圈负载面一侧沿着顶尖轴向依此装配有第二钢球、中圈、第一钢球、外圈，外圈的与其第二负载面相对一侧抵靠在顶尖座上，中圈的环形中间段径向向外依次为圆柱滚子和外圈的第一负载面，外圈的第一负载面相对的一侧抵靠在顶尖座内周面上。

设计说明书

技术领域

本发明属于数控机床技术领域，具体涉及一种立轨式车铣复合机床。

背景技术

数控车床的外形与普通车床相似，即由床身、主轴箱、刀架、进给、冷却系统和润滑系统等部分组成，但是数控车床的传动系统和普通车床有质的飞跃，传统的普通车床有进给箱和交换齿轮架，而数控车床直接用伺服电机通过滚珠丝杠驱动实现进给。

发明人蒋木勇有三项在先申请，分别为：一种双主轴双刀塔数控机床（CN205702457U）、一种立轨式数控车床（CN202963464U）、一种立轨式数控车床（CN205816826U），本申请在上述内容的基础上作出进一步的改进。

数控车床一般配有单刀架，如四工位卧式转位刀架或多工位转塔式自动转位刀架，然而其功能单一，多用于加工盘轴类零件；目前的三轴进给系统由于其结构层层相叠，过于繁重，在水平Y方向移动时需要克服其巨大的惯性从而导致其可控性较差。

回转顶尖在机床加工时，尤其针对轴部件的加工，因高速旋转，会同时产生较大的径向力和轴向力，往往会引起顶尖振动，严重影响机床的加工精度，现有技术中为提高回转顶尖旋转稳定性，往往用多个轴承进行支承，使得顶尖组件结构复杂，尺寸增大，也使得成本升高。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种立轨式车铣复合机床，不但可以实现车铣复合加工；还能够实现导轨的轻量化，尤其是在Y方向上的操控性得到了有效提高；回转顶尖组件使用复合轴承支承，结构简单紧凑，可同时承受径向和轴向载荷，大大提高了顶尖动态稳定性，以及机床加工精度。

为实现上述目的，本发明提供一种立轨式车铣复合机床，包括机床底座、主轴传动装置、油压尾座、Z轴进给装置、X轴进给装置，主轴传动装置包括回转油缸、伺服电主轴单元和主轴卡盘，主轴传动装置和油压尾座的轴线重合；Z轴进给装置包括Z轴伺服电机、Z轴滚珠丝杆、Z轴导轨和Z轴滑台，所述Z轴滑台的上方固定设置有X轴进给装置，X轴进给装置包括X轴伺服电机、X轴滚珠丝杆、X轴导轨和伺服动力机壳，所述伺服电机和相应的滚珠丝杆通过联轴器相连，导轨和相应的滑台滑动连接；所述油压尾座包括回转顶尖组件、油压装置和尾座滑台，所述尾座滑台与尾座导轨滑动连接，所述尾座导轨、Z轴进给装置和主轴传动装置均固设于机床底座上。伺服动力机壳上还设有可以沿Y方向移动的伺服动力机头，所述伺服动力机头内部设置有动力刀塔伺服动力马达和动力刀塔回转伺服马达，其中动力刀塔伺服动力马达驱动铣刀，动力刀塔回转伺服马达驱动刀塔回转。

作为上述技术方案的一种优选，所述伺服动力机壳为半包围结构，包括后板、顶板、右板和前板。

作为上述技术方案的一种优选，所述伺服动力机壳上后侧固定设置有Y轴伺服电机，Y轴伺服电机通过联轴器与Y轴滚珠丝杆固定传动连接，Y轴滚珠丝杆上滚动连接有Y轴滚珠丝杆螺母，所述Y轴滚珠丝杆螺母固定设置在所述伺服动力机头内部；所述伺服动力机壳内侧凸起两条与Y方向平行的导轨，分别位于伺服动力机壳的右板和顶板中央，所述伺服动力机头的顶部和右侧对应设置有滑槽，所述滑槽与所述伺服动力机壳内部设置的两条导轨滑动连接。

作为上述技术方案的一种优选，回转顶尖组件包括顶尖、复合轴承、双列圆锥滚子轴承、顶尖座、迷宫密封盖、尾部封盖，顶尖通过复合轴承与双列圆锥滚子轴承支承于顶尖座内，迷宫密封盖设置在顶尖的一端，与顶尖座形成动态迷宫式密封连接，尾部封盖设置于顶尖另一端，与顶尖座固定。

作为上述技术方案的一种优选，复合轴承包括一个圆柱滚子轴承元件和两个推力球轴承元件共用的中圈、具有第一负载面和第二负载面的外圈、内圈，所述中圈包括环形中间段以及其两侧的第一凸台部和第二凸台部，环形中间段径向外侧设置圆柱滚子内滚道，两凸台部沿着轴向外侧分别设置有第一钢球内滚道和第二钢球内滚道；外圈的所述第一负载面沿着顶尖轴向上延伸，其上布置有圆柱滚子外滚道，外圈的第二负载面沿着径向延伸，其上布置有第一钢球外滚道，所述第一负载面、圆柱滚子、所述环形中间段构成所述圆柱滚子元件；所述第二负载面、第一钢球、所述第一凸台部形成第一推力球轴承元件，内圈、第二钢球、所述第二凸台部形成第二推力球轴承元件。

作为上述技术方案的一种优选，使用时将回转顶尖组件安装到机床尾座内，复合轴承的外圈、中圈、内圈均套设在顶尖上，其中内圈轴向外侧抵靠在顶尖的靠尖头部一侧的定位台肩上，自内圈负载面一侧沿着顶尖轴向依此装配有第二钢球、中圈、第一钢球、外圈，外圈的与其第二负载面相对一侧抵靠在顶尖座上，中圈的环形中间段径向向外依次为圆柱滚子和外圈第一负载面，外圈第一负载面相对的一侧抵靠在顶尖座内周面上。

本发明的有益效果在于：

（1）本发明设计的是一种立轨式车铣复合机床，通过在伺服动力机头内部设置有动力刀塔伺服动力马达和动力刀塔回转伺服马达，使其不但具备普通数控车床的加工能力，同时可以完成数控铣床的加工任务，实现了车铣复合加工。

（2）本发明通过在伺服动力机壳上设置可以沿Y方向移动的伺服动力机头，实现了Y方向的进给，可以更好的完成车铣工作。

（3）本发明通过在伺服动力机壳上固定设置Y轴伺服电机，并使Y轴伺服电机带动伺服动力机头沿着Y方向运动，不同于传统的进给结构，由于其在水平Y方向（即相对于主轴传动装置夹持轴类零件的径向方向）的整体结构简单，质量轻，惯性小，因而其不但实现了导轨的轻量化，更重要的是其在Y方向上的操控性得到了有效提高，具备更佳的制动性。

（4）本发明的伺服动力机壳为半包围结构，便于通风散热且其左侧和下侧的开放式结构便于维护，且不会影响动力刀塔的动作。另外伺服动力机壳上的Y方向导轨设置的方位位于机壳右侧和上侧，能够最大限度的避免废屑和灰尘的堆积。

（5）本发明的回转顶尖使用复合轴承支承，可同时承受径向和轴向载荷，大大提高了顶尖动态稳定性，提高了机床的加工精度；其结构简单紧凑，进一步缩小了顶尖组件的尺寸；在顶尖尾部设置双列圆锥滚子轴承，起到平衡作用的同时，与复合轴承联合使用提高了同轴度，使得顶尖运转更加稳定，减小噪声。

附图说明

图1是本发明立轨式车铣复合机床的主视图；

图2是本发明立轨式车铣复合机床的俯视图；

图3是本发明的主视图中A-A方向的剖视图；

图4是本发明的剖视图方向的伺服动力机壳结构示意图；

图5是本发明的回转顶尖组件结构示意图；

图6是本发明的复合轴承的中圈具体结构示意图；

附图标识：

1、机床底座；2、回转油缸；3伺服电主轴单元；4、主轴卡盘；5、Z轴伺服电机；6、Z轴滚珠丝杆；7、Z轴导轨；8、Z轴滑台；9、油压尾座；90、回转顶尖组件；91、顶尖；911、尖头部；912、定位台肩；913、顶尖转杆；914、顶尖尾部台阶；92、迷宫密封盖；93、顶尖座；94、尾部封盖；95、双列圆锥滚子轴承；96、复合轴承；961、内圈；962、第二钢球；963、中圈；964、第一钢球；965、圆柱滚子；966、外圈；967、第一凸台部；968、第二凸台部；969、环形中间段；10、X轴伺服电机；11、X轴滚珠丝杆；12、X轴导轨；13、伺服动力机壳；131、后板；132、顶板；133、右板；134、前板；135、Y轴导轨； 14、Y轴伺服电机；15、Y轴滚珠丝杆；16、Y轴滚珠丝杆螺母；17、伺服动力机头；18动力刀塔；

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行进一步说明，通过下面参照附图对本发明实施例的详细描述，本发明的上述和其他特点和优点将会变得更清楚。

本发明中所称方位的“上”、“下”、“左”和“右”是相对于主视图而言的，也就是机床安放于地面时操作员正对加工位置时的上下左右。另外机床靠近加工位置的一侧为前侧，Z轴导轨所在的一侧为后侧。

如图1-2所示；本发明的一种立轨式车铣复合机床包括机床底座1、主轴传动装置、油压尾座9、Z轴进给装置、X轴进给装置，其中主轴传动装置包括回转油缸2、伺服电主轴单元3和主轴卡盘4，主轴传动装置和油压尾座的轴线重合；Z轴进给装置包括Z轴伺服电机5、Z轴滚珠丝杆6、Z轴导轨7和Z轴滑台8，所述Z轴滑台的上方固定设置有X轴进给装置，X轴进给装置包括X轴伺服电机10、X轴滚珠丝杆11、X轴导轨12和伺服动力机壳13，所述伺服电机和相应的滚珠丝杆通过联轴器相连，导轨和相应的滑台滑动连接；所述油压尾座9包括回转顶尖组件90、油压装置和尾座滑台，所述尾座滑台与尾座导轨滑动连接，所述尾座导轨、Z轴进给装置和主轴传动装置均固设于机床底座上。伺服动力机壳上还设有可以沿Y方向移动的伺服动力机头17，所述伺服动力机头17内部设置有动力刀塔伺服动力马达和动力刀塔回转伺服马达，其中动力刀塔伺服动力马达驱动铣刀，动力刀塔回转伺服马达驱动刀塔回转。

如图3-4所示：所述伺服动力机壳13为半包围结构，包括后板131、顶板132、右板133和前板134；所述伺服动力机壳13后侧固定设置有Y轴伺服电机14，Y轴伺服电机14通过联轴器与Y轴滚珠丝杆15固定传动连接，Y轴滚珠丝杆15上滚动连接有Y轴滚珠丝杆螺母16，所述Y轴滚珠丝杆螺母16固定设置在所述伺服动力机头17内部；所述伺服动力机壳13内侧凸起两条与Y方向平行的导轨135，分别位于伺服动力机壳的右板133和顶板132中央，所述伺服动力机头17的顶部和右侧对应设置有滑槽，所述滑槽与所述伺服动力机壳13内部设置的两条导轨滑动连接。

如图5所示的回转顶尖组件，回转顶尖组件90包括顶尖91、复合轴承96、双列圆锥滚子轴承95、顶尖座93、迷宫密封盖92、尾部封盖94，顶尖91通过所述复合轴承96与双列圆锥滚子轴承95支承于顶尖座93内，迷宫密封盖92设置在顶尖91的一端，与顶尖座93形成动态迷宫式密封连接，尾部封盖94设置于顶尖91的另一端，与顶尖座93固定。

顶尖91包括尖头部911和顶尖转杆913，其中在靠近尖头部911一侧设置有径向突出的定位台肩911，在顶尖转杆913的靠近顶尖尾部一侧设置有顶尖尾部台阶914。

所述定位台肩911为复合轴承提供轴向定位，所述顶尖尾部台阶914为另一双列圆锥滚子轴承95提供轴向定位。

所述复合轴承包括圆柱滚子轴承元件和两个推力球轴承元件，其中复合轴承的径向圆柱滚子轴承元件主要用于承受径向载荷，复合轴承的两个推力球轴承元件主要用于承担轴向载荷。

复合轴承包括一个圆柱滚子轴承元件和两个推力球轴承元件共用的中圈963，如图6所示的中圈963包括环形中间段969以及位于其两侧、均朝着径向外侧延伸的第一凸台部967和第二凸台部968，环形中间段969沿着顶尖91的轴向延伸，环形中间段径向外侧设置圆柱滚子内滚道，两凸台部沿着轴向外侧分别设置有第一钢球内滚道和第二钢球内滚道；

复合轴承还包括外圈966，外圈966具有成90度角的两个负载面，第一负载面沿着顶尖轴向上延伸，其上布置有圆柱滚子外滚道，所述圆柱滚子外滚道和所述圆柱滚子内滚道之间布置多个圆柱滚子965，外圈966的第二负载面沿着径向延伸，其上布置有第一钢球外滚道，所述第一钢球内滚道和所述第一钢球外滚道之间布置有多个第一钢球964；

复合轴承还包括内圈961，内圈负载面沿着径向延伸，其上设置有第二钢球外滚道，所述第二钢球外滚道和所述第二钢球内滚道之间设置多个第二钢球962。

使用时将回转顶尖组件安装到机床的油压尾座9内，复合轴承的外圈966、中圈963、内圈961均套设在顶尖91上，其中内圈961轴向外侧，即非负载面一侧抵靠在顶尖的靠尖头部911一侧的定位台肩912上，自内圈961负载面一侧沿着顶尖轴向依此装配有第二钢球962、中圈963、第一钢球964、外圈966，外圈966的与其第二负载面相对一侧抵靠在顶尖座93上，中圈963的环形中间段径969向向外依次为圆柱滚子965和外圈第一负载面，外圈第一负载面相对的一侧抵靠在顶尖座93内周面上。外圈第一负载面、圆柱滚子965、中圈的环形中间段969构成圆柱滚子元件，主要承载径向载荷以及部分轴向载荷；外圈第二负载面、第一钢球964、中圈第一凸台部967形成第一推力球轴承元件，内圈961、第二钢球962、中圈第二凸台部968形成第二推力球轴承元件，以上两推力球轴承元件主要承载轴向载荷以及部分径向载荷。

顶尖尾部设置双列圆锥滚子轴承95，所述双列圆锥滚子轴承95一端抵靠顶尖尾部台阶914，一端抵靠尾部封盖94。

迷宫密封盖92具有中心孔，顶尖91穿设其中，迷宫密封盖92的径向外侧端部设置有迷宫密封结构，与顶尖座93端部可形成动态密封。顶尖座93的靠顶尖91的尾部一端与尾部封盖94固定。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

设计图

一种立轨式车铣复合机床论文和设计

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主设计要求

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设计说明书

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