数控机床

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数控机床\n技术领域\n[0001] 本发明涉及一种数控机床。\n[0002] 更详细地，本发明涉及一种可移动龙门式的数控铣床，下文的说明将具体涉及该可移动龙门式的数控铣床，因而不会失去其一般性质。\n背景技术\n[0003] 众所周知，传统上称为“龙门”式的数控铣床或钻床基本包括：具有高刚性结构的长水平主支撑横梁，其在距地面预定高度水平地且垂直于机床的纵向轴地延伸，并且具有两个轴向端，所述轴向端构造为以轴向滑动的方式稳定地置设于两个水平直线导轨上，所述导轨在从底座升高的两个侧壁或扶壁顶部平行于机床的纵向轴延伸；可移动滑轨，其突出且以轴向滑动的方式固定在一系列直线导轨上，所述直线导轨沿着主支撑横梁的侧面平行于所述横梁的纵向轴延伸，以便在水平方向上沿着横梁局部平行于该横梁的纵向轴延伸；可移动垂直塔架，其以垂直姿势固定到该可移动滑轨上，还能够相对于该滑轨在垂直方向上移动，以便改变距下方地面的距离；最后，工具架头，其固定到该可移动垂直塔架的下端，通常能够绕垂直轴和/或水平轴旋转，以便到达保持在主支撑横梁下方的底座上的物体的任一点。\n[0004] 不利的是，“龙门”式数控铣床不能执行要求精度超过百分之一微米的去除材料的机加工，除非机床的主支撑横梁相对于传统应用而言具有大型超规格尺寸的结构，而这涉及成本的明显增加。\n[0005] 实际上，在此类的数控机床上，滑轨和垂直塔架突出地固定到主支撑横梁的侧面上，因此与这两个部件关联的重力在垂直面上产生机械力矩，该机械力矩趋于使可移动垂直塔架翻倒，将滑轨从主支撑横梁的侧面撕裂。此机械力矩明显地释放到主支撑横梁的本体上，同时伴随由于两个部件的重量导致的正常机械弯曲应力，并且由于滑轨沿主支撑横梁的瞬时位置以及固定到垂直塔架的下端上的工具架头的重量而趋于使横梁的本体以可变方式扭转。\n[0006] 在目前出售的“龙门”式铣床上，主支撑横梁的扭转和弯曲变形通过所述主支撑 横梁的适当超规格尺寸的结构而保持在合理的界限内。此方案明显严重影响机床的总的生产成本。\n[0007] 然而，不利的是，当水平主支撑横梁的长度超过4-6米且滑轨和垂直塔架的总重量超过2000Kg时，主支撑横梁的扭转变形的限制在技术上和经济上受到抑制，因此横梁的扭转和弯曲变形开始不利地影响固定到工具架头上的工具的定位精度。这就是为何大型“龙门”式铣床和钻床不能以合理的成本确保与较小尺寸的铣床或钻床提供相同的精度的原因。\n发明内容\n[0008] 因此本发明的目的是消除或至少显著地减小通常的大型“龙门”式铣床或钻床的水平主支撑横梁的过度变形的问题，但不会增加此类数控机床的生产成本。\n[0009] 按照这些目的，根据本发明，一种如权利要求1的数控机床，并且优选但不是必须地，如其从属权利要求中的任一项所限定地实现。\n附图说明\n[0010] 现在将参照示出本发明的非限制性实施例的附图对本发明进行描述，其中[0011] 图1是根据本发明的数控铣床的三维视图，为清晰起见，部分部件被移除；\n[0012] 图2是图1的数控铣床的侧视图，为清晰起见，部分部件以剖面显示，部分部件被移除；而\n[0013] 图3以放大比例显示了图2的铣床的细节，并且为清晰起见，部分部件以剖面显示，部分部件被移除；以及\n[0014] 图4以放大比例显示了图3的数控铣床的细节的不同实施例，为清晰起见，部分部件以剖面显示，部分部件被移除。\n具体实施方式\n[0015] 参照图1和2，附图标记1整体指示可移动支撑横梁式的数控机床，在本实施例中为“龙门”式铣床或镗床，其特别利于在对大型金属物体进行铣削或镗切中使用。\n[0016] 该“龙门”式数控机床1主要包括：置设于地面上的底座2，该底座2配设有两个彼此平行且并排的纵向直线导轨3，所述导轨3在底座2的上表面彼此相距预定的距离、且同时保持平行于第一参考轴X基本水平地延伸；具有高刚性结构并且长度优选超过4米的直线主支撑横梁4，该横梁4在底座2上方距地面预定的高度、保持局部平行于第二参考轴Y、基本水平且局部垂直于X轴地延伸，并且具有两个轴向端4a， 所述轴向端4a分别被构造为以轴向滑动的方式稳定地置设在底座2的各自的纵向直线导轨3上，使得整个主支撑横梁4能在底座2上总是保持与底座自身平行地移动；以及优选地由电力或液压控制的第一移动装置5，该第一移动装置5构造为使主支撑横梁4的两个轴向端4a在底座2的相应直线导轨3上以同步的方式移动，以便根据指令使整个主支撑横梁4在底座2上沿平行于X轴的方向dx移动。\n[0017] 在图示的实施例中，底座2优选，但不是必须配设有两个升高的侧壁或扶壁6，所述侧壁或扶壁6在机床的垂直中心面的相对侧平行于所述参考轴X延伸，并且两个纵向直线导轨3分别定位在底座2的各自的侧壁或扶壁6的顶部。\n[0018] 每个纵向直线导轨3优选但不是必须地由一系列直线轨道7组成，所述轨道7彼此平行且相邻，并且不中断地在底座2上平行于轴X延伸，或者更好地在升高的侧壁或扶壁6顶部平行于轴X延伸。\n[0019] 在图示的实施例中，特别地，每个纵向直线导轨3包括两个直线轨道7，所述轨道7彼此平行且相邻，并且不中断地在底座2的升高的侧壁或扶壁6上延伸，优选在所述升高的侧壁或扶壁6的整个长度上延伸。\n[0020] 参照图1和2，另一方面，主支撑横梁4的两个轴向端4a中的每一个与中间可移动支架8成一体，或者以另外的方式刚性固定到该中间可移动支架8，所述中间可移动支架8在横梁4的轴向端4a直接下方以轴向滑动的方式直接装配到/置设在纵向直线导轨3上，并且移动装置5构造为根据指令使中间可移动支架8沿纵向直线导轨3移动。\n[0021] 在图示的实施例中，特别地，中间可移动支架8优选地跨越形成纵向直线导轨3的所有直线轨道7定位，并且优选地通过适当数量的旋转滑块9置设在每一个直线轨道7上。\n[0022] 优选但不是必须地，移动装置5另一方面包括直线齿条10，该齿条10在底座2的升高的扶壁6顶部平行于轴X并且基本邻接于形成纵向直线导轨3的直线轨道7延伸，以便穿过中间可移动支架8；驱动齿轮(未示出)，该驱动齿轮以轴向旋转的方式固定在中间可移动支架8上，以便稳固地接合在直线齿条10上；以及电动机或液压马达(未示出)，该电动机或液压马达定位在中间可移动支架8的边缘，并且机械连接到该驱动齿轮以便旋转地拖拉所述驱动齿轮，并由此导致中间可移动支架8在直线导轨3上的被迫平移。\n[0023] 参照图1和2，“龙门”式数控机床1还包括：可移动滑轨11，其突出地固定在主支撑横梁4的侧面4b上，且能够在基本平行于横梁的纵向轴或平行于轴Y的方向dy上沿主支撑横梁4的本体移动；以及基本直线的、可移动垂直塔架12，其与基本正交于轴X和Y所在平面的第三参考轴Z同轴地延伸，并且以基本垂直的姿势固定在可移动滑轨11上，该可移动垂直塔架12能够相对于可移动滑轨11在基本垂直的、或平行于轴Z且正交于轴X和Y所在平面的方向dz上平移。\n[0024] 该“龙门”式数控机床1还设有优选地由电力或液压控制的第二移动装置(未示出)，该第二移动装置构造为使滑轨11沿主支撑横梁4的本体移动，以便根据指令改变可移动滑轨11在主支撑横梁4上的位置；以及优选地由电力或液压控制的第三移动装置(未示出)，该第三移动装置构造为使可移动塔架12相对于可移动滑轨11移动，以便根据指令改变可移动塔架12距下方底座2的距离。\n[0025] 在图示的实施例中，特别地，主支撑横梁4优选地设有一系列直线导轨13，所述导轨13在主支撑横梁4的侧面4b上平行于所述横梁的纵向轴，即平行于轴Y，不中断地延伸。\n[0026] 优选地，可移动滑轨11包括刚性支撑外壳14，该外壳14配设有平行于轴Z定位的直线通道，并且优选地通过一系列钩挂滑块15以滑动的方式固定/附接在主支撑横梁4的侧面\n4b上，所述钩挂滑块15中的每一个以轴向滑动的方式基本无机械间隙地装配到/联接到直线导轨13上，以便使得基本对于所述横梁的整个长度，可移动滑轨11的支撑外壳14都能够沿主支撑横梁4自由运行。\n[0027] 另一方面，可移动塔架12具有大致棱柱的形状，并优选地以轴向滑动的方式嵌入/插入可移动滑轨11的支撑外壳14的直线通道中，使得在所述滑轨的相对侧，可移动塔架12的两个端部突出超过支撑外壳14。\n[0028] 参照图1和2，机床1还包括工具架头16，该工具架头16以刚性且稳定的方式，但易于拆装地固定于可移动塔架12的下端，优选地，该工具架头16能够绕第一参考轴，优选但不是必须地与可移动塔架12的纵向轴局部重合地，或者与轴Z局部重合地旋转，和/或绕第二参考轴，优选但不是必须地局部正交于可移动塔架12的纵向轴旋转。\n[0029] 优选地，机床1还设有控制单元(未示出)，该控制单元设计为控制存在于机床1上的各种移动装置，以便以完全自动的方式移动暂时安装在工具架头13上的工具。\n[0030] 主支撑横梁4构造为稳定地支撑其自重以及具有相对移动装置的可移动滑轨11、可移动塔架12和工具架头16的重量，如存在。\n[0031] 换句话说，主支撑横梁4作为用于安装在工具架头16上的工具的正确空间定位的唯一静态参照。\n[0032] 参照图1、2和3，与当前已知的“龙门”式铣床或钻床不同，机床1还包括基本直线的、辅助支撑横梁17，该辅助支撑横梁17在主支撑横梁4旁边基本在主支撑横梁的整个长度上延伸，以便直接且局部地面向直接支撑可移动滑轨11的横梁的侧面4b，并且与该侧面4b适当地隔开。此外优选地，辅助支撑横梁17基本平行于主支撑横梁4，即基本平行于轴Y。\n[0033] 辅助支撑横梁17的两个轴向端17a中的每一个都刚性固定/连接到主支撑横梁4的紧邻的轴向端4a，或者更好地，连接到与主支撑横梁4的轴向端4a成一体的中间可移动支架\n8，从而迫使辅助支撑横梁17与主支撑横梁4一起在底座2的纵向直线导轨3上水平移动。\n[0034] 此外，可移动滑轨11的支撑外壳14还配设有至少一个刚性突出臂18，该突出臂18朝向辅助支撑横梁17突出，直至其远端18a处于辅助支撑横梁17上方，并且通过反作用构件\n19的插入使所述远端18a置设于辅助支撑横梁17上，该反作用构件19构造为能够改变其高度h，同时在突出臂18上施加优选地仅具有垂直定向的矢量分量的向上的推力f。\n[0035] 该向上的推力f的值设置为在主支撑横梁4上产生附加机械力矩Mc，该附加机械力矩Mc与机械力矩Mp基本相等且相反，由于存在于可移动滑轨11和可移动塔架12的重心与支撑可移动滑轨11的侧面4b之间，或者更好地，与直接支撑可移动滑轨11的直线导轨13的垂直面之间的距离或臂，机械力矩Mp由可移动滑轨11和可移动塔架12的重量在主支撑横梁4上自然地产生。\n[0036] 更详细地，此向上的推力f的值优选设置为在主支撑横梁4上产生与机械力矩Mp相反并且值为机械力矩Mp的至少70％的附加机械力矩Mc，由于存在于可移动滑轨11和可移动塔架12的重心与主支撑横梁4的侧面4b之间的距离或臂，该机械力矩Mp由可移动滑轨11和可移动塔架12的重量在主支撑横梁4上自然地产生。\n[0037] 换句话说，反作用构件19构造为将第二机械力矩Mc传递到主支撑横梁4，该第二机械力矩Mc能够或多或少地完全补偿由于可移动滑轨11和可移动塔架12的突出组 件所产生的机械力矩Mp，以便基本消除导致主支撑横梁4的扭转变形的机械应力。\n[0038] 优选地，由反作用构件19产生的向上的推力f的值也是暂时固定到可移动塔架12的下端的工具架头16的重量的函数。\n[0039] 参照图1，在图示的实旋例中，特别地，可移动滑轨11的支撑外壳14设有两个成对突出臂18，所述突出臂18优选地从垂直的可移动塔架12的相对侧开始并且优选地保持彼此平行且并排地朝向辅助支撑横梁17突出，直至它们的远端18a处于辅助支撑横梁17上方。每个突出臂18通过各自反作用构件19的插入而置设于辅助支撑横梁17上，该反作用构件19构造为能够改变其高度h，同时在突出臂18上施加仅具有垂直定向的矢量分量的预定值的向上的推力f。\n[0040] 由两个反作用构件19产生的向上的推力f的总和设置为在主支撑横梁4上产生附加机械力矩Mc，该附加机械力矩Mc与机械力矩Mp基本相等且相反，由于存在于可移动滑轨11和可移动塔架12的重心与支撑可移动滑轨11的直线导轨13的垂直面之间的距离或臂，该机械力矩Mp由可移动滑轨11和可移动塔架12的重量在主支撑横梁4上自然产生。\n[0041] 更详细地，由两个反作用构件19产生的向上的推力f的总和优选地设置为在主支撑横梁4上产生与机械力矩Mp相反，且值等于机械力矩Mp的至少70％的附加机械力矩Mc。\n[0042] 参照图3，在图示的实施例中，辅助支撑横梁17还优选地在上表面上设有直线轨道\n20，对于辅助支撑横梁17的整个长度，该轨道20无中断地延伸，优选地保持局部且基本平行于所述辅助支撑横梁17的纵向轴。\n[0043] 另一方面，每个反作用构件19优选地包括：滑块21，其以轴向滑动的方式置设于辅助支撑横梁17上，或者更好地，以轴向滑动的方式装配在该直线轨道上；液压千斤顶22，其以垂直姿势布置在滑块21与突出臂18的远端18a之间，以便向上推动突出臂18的远端18a；\n以及液压回路(未示出)，其设计为保持液压千斤顶22内的油压处于恒定且可调节的值。\n[0044] 液压千斤顶22机械地连接到滑块21和突出臂18，以便将由所述液压千斤顶22产生的推力的仅垂直定向的矢量分量传递到突出臂18的远端18a。\n[0045] 更详细地，在图示的实施例中，液压千斤顶22优选地插在滑块21与突出臂18的远端18a之间，能够在水平参考面P上相对于所述两个元件中的至少一个自由移动 /移位(即，在任意水平方向上自由移动/移位)，以便将由液压千斤顶22产生的推力的仅垂直定向的矢量分量传递到滑轨11的突出臂18，该矢量分量正交于参考面P指向，即由液压千斤顶22产生的推力的垂直定向的矢量分量。\n[0046] 参照图3，在图示的实施例中，特别地，液压千斤顶22具有上部和下部，该上部刚性地固定到突出臂18的远端18a，而该下部的轮廓设置为以自由滑动的方式，即无任何机械限制地置设于可移动滑块21的一个平坦和光滑部21a上，该下部水平延伸，以便在所述平坦和光滑部21a上沿任意方向自由滑动。以这种方式，液压千斤顶22能够将由液压千斤顶22产生的推力的仅垂直定向的矢量分量释放到辅助支撑横梁17上，并因此传递到突出臂18。\n[0047] 显然，液压千斤顶22能由气压千斤顶代替，由此反作用构件19的液压回路将由气压回路代替，该气压回路设计为保持存在于气压千斤顶内部的空气压力处于恒定和可调节的值。\n[0048] 上述的机床1的一般功能与任意其他的“龙门”式数控铣床或钻床相同且无需进一步说明。\n[0049] 除上文所述之外，仍要指出的是，因为主支撑横梁4由于可移动滑轨11和可移动塔架12的突出组件而不再承受机械扭转应力，所以与当前的大型“龙门”式数控铣床或钻床相比，主支撑横梁4承受相当低的值的结构变形，并因此在对工具定位中确保更高的精度。\n[0050] 实际上，主支撑横梁4对于安装在工具架头16上的工具的正确空间定位来说是唯一的静态参照。\n[0051] 辅助支撑横梁17在不与主支撑横梁4直接相互作用的情况下也吸收由可移动滑轨\n11和可移动塔架12的突出组件产生的机械应力，因此它可能承受相当大的机械变形，而这在安装在工具架头16上的工具的空间定位中不会以任何方式有损于精度。\n[0052] 实际上，辅助支撑横梁17的弯曲变形通过反作用构件19的高度变化而得以实时补偿。\n[0053] 辅助支撑横梁17和反作用构件19的引入带来了许多优点。首先，由于可移动滑轨\n11和可移动塔架12的突出组件导致的机械力矩Mp的平衡机构的存在允许在不显著地增加机床生产成本的情况下，构造能够执行要求精度明显高于百分之一毫米的去除材料的机加工的“龙门”式数控铣床或钻床。\n[0054] 在相同的机床尺寸和/或精度的情况下，将由于可移动滑轨11和可移动塔架12的突出组件导致的机械力矩Mp释放到辅助支撑横梁17上的可能也简化和减轻了主支撑横梁4的结构，显著地节省材料并明显地降低要移动的质量。\n[0055] 总之，明显的是在不偏离本发明的范围的情况下，可对上述的数控机床1做出改变和变形。\n[0056] 例如，参照图4，在精密复杂程度较低的实施例中，液压千斤顶22可由预压缩的弹性组件23代替，该弹性组件23插在滑块21与突出臂18的远端18a之间，以便利用稍高于该预加载值的力压缩。\n[0057] 换句话说，弹性组件23的尺寸被设定为允许轴向偏移，而相对于该预加载值的反作用力没有相关变化。\n[0058] 在图示的实施例中，特别地，弹性组件23包括两个杯形体24和25，所述两个杯形体一个置设于滑块21上，而另一个置设于突出臂18的远端18a处，并且可伸缩地一个接合到另一个中，以便形成可变高度的容器；以及一系列预压缩的杯形弹簧26，所述弹簧26一个在另一个之上地堆叠，并装设在该可变高度的容器中，以便对比两个杯形体24和25的相互接近程度。\n[0059] 与液压千斤顶22类似，弹性组件23也机械联接到滑块21和突出臂18，以便将由所述弹性组件23产生的弹性反作用力的仅垂直定向的矢量分量传递到突出臂18。\n[0060] 更详细地，杯形体24具有底部，该底部成形为以自由滑动的方式，即无任何其他机械限制地置设于可移动滑块21的平坦和光滑部21a上，以便在所述平坦和光滑部21a上沿任意方向自由滑动。以这种方式，弹性组件23能够将抵抗弹性组件23的压缩的弹力f’的仅垂直定向的矢量分量释放到辅助支撑横梁17上，并因比传递到突出臂18。\n[0061] 此外，根据未示出的不同实施例，突出臂18越过辅助支撑横梁17以便使其远端18a定位在辅助支撑横梁17之下。同样在必情形中，显然，突出臂18的远端18a通过插入的反作用构件19而置设/钩挂在辅助支撑横梁17上，该反作用构件19构造为能够改变其高度h，同时在突出臂18上施加优选地仅具有垂直定向的矢量分量的向上的推力f。