车削加工中心底座的加强筋构造体制造技术

本发明专利技术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），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）。根据本发明专利技术，其特征是通过拓扑最优化而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），理想的是，其特征是上述第一加强筋单元（13-1）的间距的相对比率（α）为0.5<α<0.6，且上述第二加强筋单元（13-2）的间距的相对比率（β）为1.37<β<1.55。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及机床底座，更具体地讲，涉及车削加工中心的底座加强筋(Rib)的构造。
技术介绍
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 30 μ m)，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。
技术实现思路
技术课题本专利技术是为了解决这种现有技术的问题而研究出的，本专利技术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,本专利技术应用拓扑最优化(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，本专利技术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。S卩、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相邻而配置的第二加强筋单兀13-3和第四加强筋单兀13-4,构成为第二加强筋单兀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。专利技术效果根据本专利技术，利用拓扑最优化(Topology Optimization)技法调节加强筋单元中位于组装主轴机架20的底座10的下部的第一加强筋单元13-1的间距的相对比率α和位于组装输送装置30的底座10的下部的第二加强筋单元13-2的间距的相对比率β而改进热阻较大的部分的温度响应速度，而整体上均匀化底座各部位的温度响应速度从而能够防止局部温度梯度的产生，由此能够减少热位移而提高加工精确度。尤其，在使第一加强筋单元13-1的间距的相对比率α为0.5〈 α〈0.6，且使第二加强筋单元13-2的间距的相对比率β为1.37〈β〈1.55的情况下，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%)。附图说明图1是车削加工中心的铸件组装图。图2a是用于说明车削加工中心底座的非对称构造的图。图2b是用于说明车削加工中心底座的不均匀温度分布的图。图3a和图3b是图示了根据现有技术的车削加工中心底座的构造的图。图4a和图4b是用于说明根据本专利技术的拓扑最优化适用原理和设计区域的图。图5a和图5b是表示了在所考虑的外部环境温度和最大切削力条件下定义的设计区域内的拓扑最优化过程的图。图6a和图6b是图示了适用拓扑最优化而设计的本专利技术的车削加工中心底座构造的图。图7a和图7b是比较并图示了根据现有技术和本专利技术的车削加工中心底座的各轴方向热位移的图。符号说明10—底座，11—上部底座，12—下部底座，11-1 11-4(12-1 12-4)—加强筋单兀，13—加强筋，13-1 13-4—第一至第四加强筋单兀，20—主轴机架，30—输送系统(输送装置)，40—转塔刀架，50—刀具台，α—第一加强筋单元的间距的相对比率，β —第二加强筋单元的间距的相对比率。具体实施例方式下面参照附图详细说明本专利技术的实施例。根据本专利技术，为了减少因车削加工中心的外部温度变化而引起的热变形并为了进行高速、高精密加工而改进在最大切削力条件下的静刚度，而通过拓扑最优化(TopologyOptimization)要导出在最大切削力所作用的方向确保足够的刚度且使因外部环境温度变化而引起的在刀具和工件端点的相对热位移最小化的最优底座加强筋形状。图4a和图4b是用于说明根据本专利技术的拓扑最优化适用原理和设计区域的图。如图4a和图4b所示，除了设置于底座的铸件(主轴机架、输送装置、转塔刀架、刀具台等)的设置空间(C、D)之外对刀具的端点(B)和工件的端点(A)中的相对位移δ进行控制而使δ最小化的底座内部空间的剩余区域被定义为设计空间(design space)。图5a和图5b表示了在所考虑的外部环境温度和最大切削力条件下定义的设计区域内的拓扑最优化过程。如图所示，构成底座10内部加强筋13的第一加强筋单元13-1、第二加强筋单元13-2、第三加强筋单元13-3、以及第四加强筋单元13-4的相对间距通过拓扑最优化过程而被最优设计。图6a和图6b图示了通过图5a和图5b的拓扑最本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种车削加工中心的底座（10），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），其特征在于，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），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），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）。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.09.06 KR 10-2010-00868151.一种车削加工中心的底座(10)，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)，其特征在于， 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)， 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)， 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 )。2.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：李相奎，
申请(专利权)人：斗山英维高株式会社，
类型：发明
国别省市：韩国;KR