[发明专利]车削加工中心底座的加强筋构造体

说明书

技术领域

本发明涉及机床底座，更具体地讲，涉及车削加工中心的底座加强筋（Rib）的构造。

背景技术

机床尤其车削加工中心的底座通过铸造成型来制作，如图1所示，在底座10上部组装有卡紧工件的主轴机架20、用于利用刀具加工工件的转塔刀架40和刀具台50、以及用于按各轴（X、Y、Z）输送转塔刀架40和刀具台50的输送系统或输送装置30。

在通常的加工中心的情况下，由于是对称构造因而通过实时补偿可控制因外部温度变化而引起的铸件的热位移，但如图2a所示，就车削加工中心而言，由于底座10的形状为非对称构造，尤其输送装置30与主轴机架20的位置为非对称构造，因而不仅难以实时补偿，而且需要确保在最大切削力的作用方向的静刚度（Static Stiffness）。而且，在底座10内部存在加强筋（Rib），而通常的底座加强筋形状设计成方形盒且设计成根据底座上部组装体的重量调整加强筋的间距。

如图2b所示，由于车削加工中心的非对称构造，因外部温度变化而引起的热变形呈线性和非线性模式混合的形态，且非线性变形使得车削加工中心热位移难以控制。而且，在考虑了最大切削力条件的载荷条件下，静刚度（Static Stiffness）特性也不理想。

图3a和图3b图示了现有车削加工中心底座和底座内部的加强筋的形状。

现有车削加工中心底座10的形状未考虑外部温度变化的影响，仅考虑了在最大切削力条件下的静刚度，因而如图3a所示，现有车削加工中心的底座10具有上部底座11和下部底座12的上下部二级构造，如图3b所示，具有底座10内部加强筋单元11-1（12-1）、11-2（12-2）、11-3（12-3）、11-4（12-4）的间距为1:1:1:1的等间距形状。

但在现有车削加工中心底座构造中，根据试验条件在工件和刀具端点的相对热位移量呈现相当大的值（例如：20～30μm），而在高速、高精密加工条件下呈现更大的热变形量。

旨在减少机床底座的温度梯度或由此而引起的热位移的方案之一就是如使用热特性优良的铸造材料等来改进机床底座的材质。但这样一来，存在不仅费用方面的负担较大，而且仅凭这种对策就无法根本上大幅度降低因热环境的变化而引起的局部温度梯度的产生所导致的热位移的问题。

发明内容

技术课题

本发明是为了解决这种现有技术的问题而研究出的，本发明的目的在于研究出使车削加工中心底座各部位的温度响应速度均匀化而减少局部温度梯度的产生从而能够提高加工精确度的车削加工中心的底座形状。

技术上解决方法

为了达到上述的目的，本发明应用拓扑最优化（Topology Optimization）技法来提供减少因外部温度变化而引起的车削加工中心的热变形并确保最大切削力条件下的静刚度而能够减少在刀具和工件端点的相对位移的底座加强筋形状，从而改进加工质量。

具体来讲，本发明是组装有卡紧工件的主轴机架20、用于利用刀具加工工件的转塔刀架40和刀具台50、以及用于输送上述转塔刀架40和刀具台50的输送装置30的车削加工中心的底座10，上述底座10包括由多个加强筋单元13-1、13-2、13-3、13-4构成的加强筋13。

而且其特征是，上述加强筋单元包括位于组装上述主轴机架20的底座10的下部的第一加强筋单元13-1和位于组装上述输送装置30的上述底座10的下部的第二加强筋单元13-2，并构成为上述第一加强筋单元13-1的间距α小于上述第二加强筋单元13-2的间距β。

通过拓扑最优化技法最优化结果，第一加强筋单元13-1的间距的相对比率α为0.5<α<0.6，且第二加强筋单元13-2的间距的相对比率β为1.37<β<1.55，此时工件半径方向（x轴）静刚度为极大化（提高25%），且热变形为最小化（减少10%）。

另一方面，以左右对称形状制作构成底座10的加强筋单元13-1、13-2、13-3、13-4为宜。

即、构成为上述加强筋单元进一步包括与上述第二加强筋单元13-2相邻而配置的第三加强筋单元13-3和第四加强筋单元13-4，构成为第三加强筋单元13-3的间距与第二加强筋单元13-2的间距β相同，并构成为上述第四加强筋单元13-1的间距与上述第一加强筋单元13-1的间距α相同。

而且其特征是，上述加强筋13由一体化的单一构造构成。

发明效果