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—種帶有w形筋板的臥式加工中心立柱

描述

本發明屬于數控機床結構設計及制造領域，涉及一種帶有W形筋板的臥式加工中心立柱。

背景

隨著我國汽車、模具、航空航天、電力電子、塑料、合金工業等領域的快速發展，現代加工制造業對數控機床的加工精度、穩定性、可靠性等要求越來越高，低端普通數控機床已經不能滿足國防工業、航空航天工業以及高科技產業的要求，數控機床的發展正向著高速、大功率、高精度、高度集成以及高可靠性的方向發展。雖然我國數控機床行業發展迅速，產量已經位居世界第一，但是技術水平相對落后因此，其中關鍵技術、配套設備仍依賴于進口。因此，加速開發具有我國自主知識產權的高端國產數控機床是國內各專業制造商的當務之急和重點發展方向。

國外的數控機床制造強國主要有瑞士、德國、日本等。瑞士機床主要以中小型為主，機床以精密、技術含量高而聞名著稱于世界，但普及不高，同時機床的價格昂貴。德國作為老牌的工業強國，機床種類齊全，基本每一種數控裝備都代表了世界最先進水平的產品，但價格也較高。日本機床主要在伺服驅動及控制等方面技術較高，機床主要以中高端產品為主，機床性價比高。同國外相比，國內生產的大多數臥式加工中心都是以大、中規格的產品為主，其機床整體的結構粗放、笨重，材料冗余大，制造成本較高。雖然我國對數控機床產業的物力、財力投入較多，但成效并不大，最重要的原因在于缺乏系統的深入的研究，對國外產品進行長期的仿制，沒有進行統籌周密的發展規劃，盲目的追求數量上的優勢，忽略了質量保證以及技術價值，對零部件、控制系統以及整臺機床的質量水平缺乏系統的研究與知識儲備。加上國外在數控機床關鍵技術上對中國保密，導致我國的數控機床在效率、精度、可靠性等方面與國外相比還有很大差距。因此提高數控機床設計制造的研究水平，打破國外廠商的技術壟斷成為當前亟需解決的問題，這對于我國數控裝備產業的發展具有重大意義。

立柱是臥式加工中心的重要零件之一，主要作用在于連接主軸、滑鞍等零部件與床身，并承受加工時產生的切削力。主軸作X方向的移動主要依靠滑鞍等零部件整體在立柱矩形導軌上作X方向的移動，整臺機床剛度的好壞在一定程度上取決于立柱的剛度。過去的立柱結構多為組合形式，柱體與橫梁采用螺栓連接而成，并且結構整體多數采用單層筋板加筋條的形式，這種結構的缺陷在于當滑鞍及主軸等零部件在一側時，立柱局部受力過大，結構承重不均勻，并且組合形式的立柱結構固定方式本身也不穩定。目前的立柱內部結構多數采用縱橫交錯的“井”字形筋板結構，雖然這種結構能夠承受一定的彎曲載荷，抗彎剛度較好，但其扭轉剛度較差。而W形筋板結構與立柱壁板形成了穩定的三角形框架，抗彎、抗扭剛度均較好，這種結構能有效抵抗機床加工時的振動，提高機床的加工精度。

內容

本發明的目的在于加強機床立柱的精度和可靠性，提供一種帶有W形筋板的臥式加工中心立柱。

為解決上述問題，本發明的技術方案如下：帶有W形筋板的臥式加工中心立柱為一體成型的雙柱體框架式結構，包含左右兩個支撐柱，兩個支撐柱之間設有上橫梁和下橫梁。兩個支撐柱包含外壁板、內壁板與前壁板。支撐柱的外壁板、內壁板和前壁板組成后面開口其余三面封閉的開式結構，支撐柱的內部為中空形式。這使得立柱整體制造加工容易簡單，同時結構消耗的材料較少。上橫梁和下橫梁包含上壁板、前壁板與下壁板。下橫梁的上壁板和下壁板與支撐柱之間為圓弧形連接，由于圓弧形成的預彎曲使得下橫梁連接兩端立柱的剛度、強度增加。上橫梁和下橫梁的外壁板、內壁板和前壁板組成后面開口其余三面封閉的開式結構，支撐柱的內部為中空形式。兩個支撐柱、上橫梁和下橫梁內部均設置有若千W形筋板。支撐柱、上橫梁、下橫梁和W形筋板一次鑄造成型。

上橫梁內部布置有W形筋板，W形筋板左右對稱。下橫梁內部設有八塊W形筋板， w形筋板上下、左右對稱。兩個支撐柱的內部各設置兩塊w形筋板，w形筋板上下對稱。各 w形筋板的斜筋與支撐柱的內壁板、外壁板形成了三角形框架，這種結構形式具有抗彎、抗扭剛度好的優點，能有效抵抗機床加工過程中發生的振動。

所述帶有W形筋板的臥式加工中心立柱的上部后側為斜角形式，換句話說，帶有W 形筋板的臥式加工中心立柱的上部在長度方向的尺寸逐漸減小。

與現有技術相比，本發明具有以下優點：

1)結構對稱，易于制造，質量較輕，成本較低；

2)采用W形式的筋板結構，承載力強、抗振性好、剛度與強度高；

3)結構整體緊湊、承重均勻、安裝穩定、布局合理。

實施

下面將結合附圖和具體實施例對本發明做進一步說明。

帶有W形筋板的臥式加工中心立柱為一體成型的雙柱體框架式結構，包含左右兩個支撐柱2,兩個支撐柱之間設有上橫梁1和下橫梁10。兩個支撐柱2包含外壁板2A、內壁板2B與前壁板2C。支撐柱的外壁板、內壁板和前壁板組成后面開口其余三面封閉的開式結構，支撐柱的內部為中空形式。上橫梁1和下橫梁10包含上壁板、前壁板與下壁板。兩個支撐柱、上橫梁和下橫梁內部均設置有若干W形筋板3。

下橫梁10的上壁板和下壁板與支撐柱之間為圓弧形連接，由于圓弧形成的預彎曲使得下橫梁連接兩端柱體的剛度、強度增加。

上橫梁1內部布置有兩塊W形筋板3, W形筋板左右對稱。下橫梁10內部設有八塊W形筋板3, W形筋板上下、左右對稱。兩個支撐柱2的內部各設置兩塊W形筋板3, W形筋板上下對稱。各W形筋板的斜筋與立柱的內、外壁板形成了三角形框架，這種結構形式具有抗彎、抗扭剛度好的優點，能有效抵抗機床加工過程中發生的振動。

支撐柱的上部后側為斜角形式。

有W形筋板的臥式加工中心立柱的頂面設有凸臺，凸臺上設有螺紋孔，用來與機床冷卻系統的電機連接。

支撐柱的外壁板上設有凸臺，凸臺上設有螺紋孔，用來與機床其余的附屬結構連接。

支撐柱的正面設有限位器的凸臺6,限位器的凸臺上設有螺紋孔，用來與限位器連

接。

帶有W形筋板的臥式加工中心立柱的正面的上部和下部分別設有矩形的導軌槽

4, 導軌槽4通過螺紋孔連接矩形導軌條。絲杠電機座5上安裝驅動滾珠絲杠的電機，通過上下同步的滾珠絲杠可實現主軸箱及滑鞍等零部件在矩形導軌上的移動。導軌槽4與所述帶有W形筋板的臥式加工中心立柱之間有加強筋7以提高導軌的局部剛度，防止導軌變形過大。

支撐柱的下部設有工藝孔8,工藝孔8為左右對稱的通孔，用作電器控制柜的線路通道。支撐柱的底部設有螺栓孔9,通過高強度的螺栓連接機床床身，兩端共有十四個螺栓孔，可實現立柱與床身的穩固連接。

將本發明提出的帶有W形筋板的臥式加工中心立柱應用于某高速臥式加工中心的機床中，如圖4所示。通過在機床主軸的三個方向上施加相同的簡諧力，分析主軸靠近刀具的參考點振幅頻響曲線，如圖6、圖7和圖8所示。現有的高速臥式加工中心的機床如圖

5, 該立柱結構質量較輕，同時整機振幅值得到了大幅下降，并且在高頻下的振幅較小，波動平緩，這說明本發明的立柱結構改善了整機的動態精度，提高了加工效率，實現了機床高精高效及高可靠性的發展要求。

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