技术领域
[0001] 本
发明涉及龙门式加工中心设备技术领域，具体涉及一种龙门式加工中心的横梁机构。
背景技术
[0002] 传统的龙门式加工中心，其
主轴箱布置在横梁的外侧面上，这种结构形式，横梁在
主轴箱的重
力和轴向切削力的作用下会产生弯曲
变形，进而带动主轴箱倾斜，破坏机床的静态几何
精度。
[0003] 为此，中国实用新型
专利CN202606882U提供的一种双立柱立式加工中心机主轴箱中置式构造，包括床身及置于其上的横梁，该横梁上设有主轴用于装配主轴箱，所述的主轴与横梁通过中置式配合组装连接。该
申请通过主轴箱的中置式布置，主轴箱重力和轴向切削抗力作用在横梁中心，减少了横梁的弯曲，提高机床的动态几何精度，由于主轴箱及主轴的中置式布置，使横梁热变形对称分布。通过该实用新型加工的产品，加
工件的平面度、平行度和垂直度精度增加。但是该实用新型专利提供的双立柱立式加工中心机主轴箱中置式构造具有以下缺点：
[0004] (1)主轴箱与横梁直接通过中置式配合组装连接，主轴箱的截面大小必须适配于横梁中心的条形通孔的截面大小，主轴箱的截面较大，重量较大，导致生产成本增加；
[0005] (2)直接通过控制主轴的升降实现主轴在Z轴方向上的上下移动，主轴
刚度较低，在上下移动的过程中容易发生晃动导致主轴下端连接的工具轨迹发生偏移，导致加工的工件精
密度降低；
[0006] (3)Y轴
导轨设置在横梁的外侧，需要在横梁的侧面设置开槽，降低了横梁的刚度，导致横梁弯曲。
[0007] 有鉴于此，需要对龙门式加工中心的横梁机构进行改进，以降低横梁机构的占用空间和整机成本,增强横梁与主轴箱所组成工艺系统的刚性和
稳定性。
发明内容
[0008] 本发明所要解决的技术问题是现有龙门式加工中心的横梁机构主轴箱重量大、占用空间大和整机成本高，横梁与主轴箱所组成工艺系统的刚性和稳定性差的问题。
[0009] 为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：
[0010] 一种龙门式加工中心的横梁机构，包括横梁箱以及设置在所述横梁箱内的主轴组件，
[0011] 所述横梁箱的顶面和底面上分别设有一组Y轴导轨副；
[0012] 所述主轴组件包括：
[0013] 相对设置的上连接板和下连接板，呈环状，所述上连接板的底面和所述下连接板的顶面的四
角分别设置一个Y轴滑
块；
[0014] 四组相对设置的上
固定板和下固定板，所述上固定板与所述下固定板为直角弯板，一端固定Z轴滑块，另一端分别与所述上连接板和所述下连接板固定；
[0015] 主轴箱，为箱型
框架结构，其左右两侧分别设置一组Z轴导轨副，所述主轴箱的顶面上设置主轴
电机，所述主轴箱内设置主轴和连轴器，所述主轴的上端通过连轴器与所述主轴电机的下端连接，通过所述主轴电机驱动所述主轴工作；
[0016] Z轴进给机构，设置在所述上连接板和所述下连接板上，并与所述主轴箱的侧面固定，用于驱动所述主轴箱沿所述Z轴导轨副上下移动。
[0017] Y轴进给机构，与所述主轴箱垂直设置，通过Y轴
螺母座与所述上连接板和所述下连接板固定连接为刚性框架，用于驱动所述主轴箱沿所述Y轴导轨副左右移动。
[0018] 在本方案中，所述横梁机构还包括立柱，设置在所述横梁箱的左右两端，其顶面与所述横梁箱的底面固定，其底面上设置X轴滑块；所述立柱的内侧设置连接
耳和斜筋；
[0019] 在本方案中，所述Z轴进给机构包括：
[0020] Z轴进给电机，用于驱动Z轴
丝杠副转动；
[0021] Z轴丝杠副，为滚珠丝杠副，包括Z轴滚珠丝杠和Z轴
滚珠螺母，所述Z轴丝杠副的顶端通过连轴器与所述Z轴进给电机连接，其底端设置在Z轴
轴承座内；
[0022] Z轴电机座，其底面与所述上连接板的顶面固定，所述Z轴进给电机固定在所述Z轴电机座的顶面上，所述Z轴丝杠副的一端设置在所述Z轴电机座内；
[0023] Z轴轴承座，与所述下连接板的底面固定；所述Z轴丝杠副通过轴承与所述Z轴轴承座连接；
[0024] 所述Z轴丝杠副的顶端通过
锁定螺母、角
接触球轴承和轴承压盖与所述Z轴电机座双向
定位支承，其底端通过
角接触球轴承与所述Z轴轴承座简支支承。
[0025] 在本方案中，所述Z轴滚珠螺母通过Z轴螺母座与所述主轴箱的侧面固定。
[0026] 在本方案中，所述Z轴进给机构设置弹性
垫块，用于限制所述Z轴丝杠副的行程。
[0027] 在本方案中，所述Y轴进给机构包括：
[0028] Y轴进给电机，用于驱动Y轴丝杠副转动；
[0029] Y轴丝杠副，为滚珠丝杠副，包括Y轴滚珠丝杠和Y轴滚珠螺母；所述Y轴丝杠副的顶端通过连轴器与所述Y轴进给电机连接，其底端设置在Y轴轴承座内；
[0030] Y轴电机座，固定在所述横梁箱的一端，所述Y轴进给电机固定在所述Y轴电机座的顶面上，所述Y轴丝杠副的一端设置在所述Y轴电机座内；
[0031] Y轴轴承座，固定在所述横梁箱的另一端；所述Y轴丝杠副通过轴承与所述Y轴轴承座连接；
[0032] 所述Y轴丝杠副的顶端通过锁定螺母、角接触球轴承和轴承压盖与所述Y轴电机座双向定位支承，其底端和所述Y轴轴承座预拉伸支承。
[0033] 在本方案中，所述Y轴滚珠螺母设置在Y轴螺母座内，所述Y轴螺母座的顶面和底面分别与所述上连接板和所述下连接板固定。
[0034] 在本方案中，所述主轴箱的侧面设置盖板。
[0035] 在本方案中，所述锁紧螺母的内侧设置
垫片。
[0036] 与
现有技术相比，本发明提供的横梁机构，主轴箱为箱型框架结构，通过上连接板和下连接板及设置在横梁箱上下面上的滚柱导轨副将主轴箱部件与横梁箱连接，主轴箱的截面只需要与上下连接板相适配，降低了主轴箱的截面大小。本发明，通过上连接板和下连接板以及上固定板和下固定板直接将Y轴滑块和Z轴滑块连接起来，使相对应滑块的空间距离最小，降低了主轴箱的占用空间和整机成本；Y轴进给机构，与主轴箱垂直设置，并通过Y轴螺母座与所述上连接板和所述下连接板固定连接为刚性框架，增强横梁与主轴箱所组成工艺系统的刚性和稳定性。
附图说明
[0037] 图1为本发明中横梁机构的立体图；
[0038] 图2为本发明中主轴箱的立体图；
[0039] 图3为本发明中主轴箱另一个角度的立体图；
[0040] 图4为本发明中主轴组件的立体图；
[0041] 图5为本发明中立柱的立体图。
具体实施方式
[0042] 本发明提供了一种龙门式加工中心的横梁机构，有效解决了整体结构的稳定问题。下面结合
说明书附图和具体实施方式对本发明做出详细说明。
[0043] 如图1所示，本发明提供的龙门式加工中心的横梁机构包括横梁箱10以及设置在横梁箱10内的主轴组件20，横梁箱10的底面上设置立柱30。横梁箱10的顶面设有一组上Y轴导轨副111，横梁箱10的底面设有一组下Y轴导轨副。其中，X轴方向为垂直于横梁箱的前侧面和后侧面的方向，Y轴方向为垂直于横梁箱左侧面和右侧面的方向，Z轴方向为垂直于横梁箱的顶面和底面的方向
[0044] 主轴组件20包括主轴箱21、Z轴进给机构22和Y轴进给机构23，主轴组件20通过上连接板24和下连接板25以及四个上固定板26和四个下固定板27安装在横梁箱10内。
[0045] 如图2所示，上连接板24和下连接板25呈环形，上下相对设置，套设在主轴箱21上。上连接板24的底面的四角分别设置一个上Y轴滑块240，上Y轴滑块240与上Y轴导轨111相适配，下连接板25的顶面的四角分别设置一个下Y轴滑块250，下Y轴滑块250与下Y轴导轨相适配，四个上Y轴滑块240和四个下Y轴滑块250将主轴组件20安装在横梁箱10上，并使主轴组件20在Y轴进给机构23的驱动下沿Y轴方向左右移动。
[0046] 上固定板26和下固定板27为上下相对设置的直角弯板，包括相互垂直的固定部和滑块安装部。上固定板26的固定部通过
螺栓与上连接板24的顶面固定，下固定板27的固定部通过螺栓与下连接板25的底面固定。上固定板26和下固定板27的滑块安装部设置在上连接板24和下连接板25的内侧，并与主轴箱21的左侧面和右侧面相对设置，每个滑块安装部上固定有一个Z轴滑块260。
[0047] 主轴箱21为箱型框架结构，垂直的侧边之间设置
水平的加强筋。主轴箱21的左右两侧分别设置一组Z轴导轨副210，Z轴导轨副210与Z轴滑块260相适配，Z轴导轨副210将主轴箱21连接在上固定板26和下固定板27上，并使主轴箱21在Z轴进给机构22的驱动下沿Z轴方向上下移动。再结合图3所示，主轴箱21的顶面上设置主轴电机211，主轴箱21内设置主轴212，主轴212的顶端通过连轴器与主轴电机211连接，主轴212的底端连接加工刀具，主轴电机211驱动主轴212对零件进行加工。主轴箱21的侧面设置盖板213，用于防尘。
[0048] 如图2和图3所示，Z轴进给机构22与主轴箱21平行，设置在上连接板24和下连接板25内。Z轴进给机构22包括Z轴丝杠副221和用于驱动Z轴丝杠副221转动的Z轴进给电机222以及Z轴电机座223和Z轴轴承座224。
[0049] Z轴丝杠副221为滚珠丝杠副，包括Z轴滚珠丝杠和Z轴滚珠螺母，Z轴丝杠副221的顶端通过连轴器与Z轴进给电机222连接。Z轴丝杠副221的顶端设置锁定螺母、角接触球轴承和轴承压盖，锁定螺母的内侧设置垫片，通过锁定螺母、角接触球轴承和轴承压盖，Z轴丝杠副221与Z轴电机座223双向定位支承。Z轴丝杠副221的底端设置角接触球轴承，通过角接触球轴承，Z轴丝杠副221与Z轴轴承座224简支支承。Z轴进给机构22设置弹性垫块，用于限制Z轴丝杠副221的行程。
[0050] Z轴电机座223设置在上连接板24上，其顶面与Z轴进给电机222固定，其与上连接板24的顶面固定。Z轴丝杠副221设置在Z轴电机座223内，Z轴杠副221的底端贯穿出Z轴电机座223。
[0051] Z轴轴承座224为一方形连接板，Z轴轴承座224的一端固定在下连接板25的底面上，另一端设有通孔，Z轴丝杠副221设置在通孔内，通过角接触球轴承与Z轴轴承座224简支支承。
[0052] Z轴丝杠副221还包括Z轴螺母座225，Z轴螺母座225为一直角弯板，包括固定部和螺母安装部，固定部与主轴箱21的侧面固定，螺母安装部与Z轴滚珠螺母相适配，Z轴滚珠螺母固定在螺母安装部内，通过Z轴螺母座225与主轴箱21的侧面固定。Z轴进给电机222驱动Z轴丝杠副221转动，使Z轴滚珠螺母沿Z轴滚珠
丝杆上下移动，从而带动主轴箱21上下移动。
[0053] 如图1和图4所示，Y轴进给机构23与横梁箱10平行，设置在横梁箱10内。Y轴进给机构23包括Y轴丝杠副231和用于驱动Y轴丝杠副231转动的Y轴进给电机232以及Y轴电机座233和Y轴轴承座234。
[0054] Y轴丝杠副231为滚珠丝杠副，包括Y轴滚珠丝杠和Y轴滚珠螺母，Y轴丝杠副231的顶端通过连轴器与Y轴进给电机232连接。Y轴丝杠副231的两端设置锁定螺母、角接触球轴承和轴承压盖，锁定螺母的内侧设置垫片，Y轴丝杠副231的顶端与Y轴电机座223双向定位支承，其底端与Y轴轴承座预拉伸支承。
[0055] Y轴电机座233呈筒状，其顶面设置连接片，用于固定有Y轴进给电机231，Y轴电机座233的底面与横梁箱21的左侧面固定。Y轴轴承座234呈筒状，固定在横梁箱21的右侧面上，Y轴丝杠副231插装在Y轴轴承座234内。
[0056] Y轴丝杠副231还包括Y轴螺母座235，Y轴螺母座235为片状的
支架，与主轴箱21的侧面平行设置，其顶面和底面分别与上连接板24和下连接板25固定，形成刚性框架。Y轴丝杠副231的侧边向外凸出形成Y轴螺母安装座，Y轴滚珠螺母固定在Y轴螺母安装座内。Y轴进给电机232驱动Y轴丝杠副231转动，使Y轴滚珠螺母沿Y轴滚珠丝杆移动，通过Y轴螺母座236带动主轴箱21沿Y轴方向左右移动。
[0057] 如图1和图5所示，立柱30对称设置在横梁箱10的底面的左右两端，其顶面与横梁箱10的顶面固定，其底面上设置X轴滑块31。立柱30的内侧的上端向内伸出耳板32，耳板32与立柱30主体之间设置斜筋33，耳板32可以增大立柱30与横梁箱10之间的接触面积，从而提高横梁机构的结构刚性和稳定性。
机身的顶面上设有X轴进给机构和X轴导轨，立柱30的底面向下凸出设置X轴进给机构安装部34，当立柱30安装在加工中心的机身上时，X轴进给机构通过X轴进给机构安装部34与立柱30固定，从而驱动横梁机构沿X轴前后移动。
[0058] 本发明的使用方法(工作过程)如下：
[0059] 横梁机构通过立柱30安装在龙门式加工中心机身的立柱底座上，立柱底座上设置X轴导轨和X轴进给机构。主轴212的末端安装加工工具，并在主轴电机211驱动下对需要加工的零件进行加工作业。在加工零件的过程中，主轴箱21可以通过安装在立柱30上的X轴进给机构的驱动下沿X轴方向前后移动，立柱30底面上的X轴滑块31在X轴导轨上前后滑动，以确保横梁机构在X轴方向上稳定移动；同时Y轴进给机构23可以驱动主轴箱21沿Y轴导轨左右移动，Z轴进给机构22可以驱动主动轴21沿Z轴方向上下移动，Z轴滑块260沿Z轴导轨210滑动，以确保横梁机构在Z轴方向上稳定移动。
[0060] 与现有技术相比，横梁机构通过立柱装配在龙门式加工中心的床身部件的立柱底座上，可以通过将立柱更换到立柱底座高度不同的龙门加工中心的床身上，从而实现对不同高度的零件进行加工。
[0061] 本申请中，主轴箱设置在上连接板和下连接板内，通过上连接板和下连接板以及上固定板和下固定板与横梁箱连接，主轴箱的截面大小只需要与上连接板和下连接板的大小相适配即可，不必与横梁箱中心的条形通孔相适配，因此，可以减小主轴箱的截面大小，从而减轻主轴箱的体积，降低主轴箱的重量，降低横梁箱的负重和生产成本。
[0062] 本申请中，通过上连接板和下连接件以及上固定板和下固定板直接将Y轴滑块和Z轴滑块连接起来，上连接件的底面设置上Y轴滑块，Z轴滑块通过上固定板固定在上连接件上，下连接件的顶面设置下Y轴滑块，Z轴滑块通过下固定板固定在下连接件上，上Y轴滑块与Z轴滑块、下Y轴滑块与Z轴滑块之间距离小，降低了横梁机构占用的空间大小，提高了横梁机构的结构工艺性和整体刚度，适合模块设计和批量生产。
[0063] 本申请中，Z轴进给机构与主轴箱平行设置在上连接板和下连接板内，通过Z轴螺母座与主轴箱连接，通过主轴箱沿Z轴方向上下移动实现主轴的上下移动，具有良好的结构稳定性，防止主轴在移动过程中加工轨迹发生偏移，可以提高加工零件的精确性。
[0064] 本申请中，Y轴进给机构设置在横梁箱内，并与主轴箱垂直设置，通过Y轴螺母座与上连接件和下连接件固定连接形成刚性框架，不用在横梁箱的侧面设置开槽，保证了横梁箱侧面结构的完整性，提高了横梁箱的结构刚度，避免横梁箱发生弯曲。增强了横梁与主轴箱所组成的工艺系统的刚性和稳定性
[0065] 在本申请中，Z轴丝杠副和Y轴丝杠副都为滚珠丝杠副，通过滚珠丝杠旋转带动滚珠螺母移动，使主轴箱沿Z轴和Y轴移动，将回转运动转化为直线运动，摩擦损失小、传动效率高，提高了加工中心对主轴
位置的控制程度，提高了工件的加工精度。
[0066] 主轴箱采用框架结构，主轴箱垂直的侧边之间设置水平的加强筋，提高了主轴箱的结构刚度，降低了主轴箱的整体重量，降低了生产成本，还降低了横梁箱的承重压力，提高横梁机构的灵活性。
[0067] 本发明并不局限于上述最佳实施方式，任何人应该得知在本发明的启示下做出的结构变化，凡是与本发明具有相同或相近的技术方案，均落入本发明的保护范围之内。
