CN101870063B - 龙门立式五轴联动数控磨铣加工中心 - Google Patents

Abstract

本发明龙门立式五轴联动数控磨铣加工中心，含有床体、龙门架、旋转工作台架、电器控制箱、刀具、主轴箱、操作面板，以及旋转工作台、X、Y、Z轴传动丝杠和旋转刀库，旋转工作台由大旋转工作台和小旋转工作台构成，形成绕A轴和绕B轴转动；龙门架设在床体上，通过床体两侧的X轴传动丝杠前后移动，YZ轴连接块通过龙门架内的Y轴传动丝杠左右运动，主轴箱内的主轴通过YZ轴连接块上的Z轴传动丝杠上下运动，形成五轴联动；龙门架两侧的旋转刀库内设有32把磨刀和铣刀，由换刀机械手进行换刀；本发明的积极效果是：实现了“一机多能”，可一次装夹进行多达五个界面的加工，减少了装夹次数，省时、省工、省地，且设备易于维护。

Description

龙门立式五轴联动数控磨铣加工中心

【技术领域】

本发明涉及机床设计与制造技术领域，具体的是一种能实现数字化、自动化加工的龙门立式五轴联动数控磨铣加工中心。

【背景技术】

机床是现代工业制造业中广泛使用的设备。随着技术的发展和现代产品的要求，机床的门类、种类越来越多，产品档次越来越高，精密机床、数控机床已对现代制造业产生了广泛的影响。

但总的来说，多数机床的加工方式还是比较单一的，在制造基地同时排列着各种各样的加工设备的情况并不显见。机床的通常分类为：

①按类型分，有数控车床、数控铣床、数控磨床、线切割机床等；

②按用途分，有专用机床、通用机床、流水线、机器手等；

③按工艺分，有一般数控机床、数控加工中心、多坐标轴数控机床；

④按功能分，有经济型、全功能型、精密型数控机床等。

从节约资源、方便加工、减少占地、降低成本的角度来说，“一机多能”的机床显然更受企业的欢迎。

【发明内容】

本发明的目的在于，尝试打破现有机床的分类模式，结合铣床与磨床的结构特征，用一台加工中心(机床)实现多台机床的加工功能，从而减少工件装夹次数，减少加工时间，提高加工精度，降低生产成本，减少场地使用，为此，本发明提供一种龙门立式五轴联动数控磨铣加工中心，其工作台可实现五轴联动，一次装夹可完成五个表面的加工，并可进行大尺寸、复杂曲面的加工。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种龙门立式五轴联动数控磨铣加工中心，含有床体、龙门架、设置在床体前端的旋转工作台架、刀具、主轴箱、电器控制箱和操作面板，其特征是，含有旋转工作台、X轴传动丝杠结构、Y轴传动丝杠结构、Z轴传动丝杠结构和旋转刀库；

——旋转工作台由大旋转工作台和小旋转工作台构成，大旋转工作台设置在旋转工作台架的凹槽内，通过大旋转工作台伺服电机带动大旋转工作台蜗轮和大旋转工作台蜗杆的分度运动进行-90度至+90度转动，是为绕A轴转动；在大旋转工作台上设有小旋转工作台，小旋转工作台通过小旋转工作台伺服电机带动小旋转工作台蜗杆和小旋转工作台蜗轮的分度运动进行0度至360度的转动，是为绕B轴转动；绕A轴转动和绕B轴转动在计算机控制下形成两轴联动；

——龙门架设置在床体上，通过设在床体两侧的X轴传动丝杠前后移动，X轴传动丝杠嵌装在X轴直线导轨滑块内，由设置在床体两侧的X轴丝杠驱动伺服电机驱动，其同步运转由计算机系统进行控制；

YZ轴连接块上的Y轴通过设在龙门架内的Y轴传动丝杠左右运动，之间设有Y轴直线导轨滑块，Y轴传动丝杠由设在龙门架上的Y轴丝杠驱动伺服电机驱动；

——主轴箱连接在YZ轴连接块上，主轴转子设置在主轴箱内，在主轴转子上绕有主轴伺服电机线圈，主轴通过主轴伺服电机轴承固定在主轴箱内成为一个单独的伺服电机，上连主轴测速发电机，下面直接驱动主轴刀具夹头，中间无其它传动装置；主轴通过连接在YZ轴连接块上的Z轴传动丝杠上下运动，之间设有Z轴直线导轨滑块，Z轴传动丝杠由设在YZ轴连接块顶部的Z轴丝杠驱动伺服电机驱动；

由此形成绕A轴转动、绕B轴转动、以及X轴运动、Y轴运动和Z轴运动的五轴联动；

——在龙门架的两侧设有旋转刀库，旋转刀库旁设有换刀机械手，刀具设在旋转刀库的凹槽内，旋转刀库通过换刀机械手伺服电机带动刀库蜗杆和刀库蜗轮进行换刀分度工作，由换刀机械手通过旋转换位实现换刀；

——电器控制箱设置在床体的一侧，固定在地面上，通过电线电缆与加工中心本体连接，电器控制箱内设置计算机、PLC电路、仪器仪表盘、过载保护电路等控制电路模块；操作面板通过操作面板台和操作面板架连接在加工中心的另一侧；

——在主轴箱的下端设有冷却液喷嘴；在主轴箱下方、小旋转工作台上方的床体上设有机床照明灯；在旋转工作台架下方的床体下设有集屑盆；外置电缆设置在X轴电缆保护套、Y轴电缆保护套和主轴电缆保护套内缆。

在所述的电器控制箱上设有工作指示灯，能显示磨铣加工中心的工作状况。

所述的旋转刀库设有16把刀具，在龙门架左右各有一个旋转刀库，分别设置磨削所用的砂轮和铣刀。

所述的操作面板架通过连接臂连接在床体的一侧，操作面板架的一端为操作面板台，操作面板搁置在操作面板台上进行操作。

本发明龙门立式五轴联动数控磨铣加工中心的积极效果是：

(1)用一台数控铣磨加工机床实现了多台机床的功能和用途；

(2)减少了加工零件的装夹次数，使被加工零件的加工误差减小，表面精度提高；

(3)可一次装夹进行多达五个界面的加工；

(4)龙门式设计可以为机床带来可靠的刚性和最大零件加工尺寸；

(5)采用直动式主轴能减小设备体积，增加切削力转矩，设备维护也方便。

【附图说明】

附图1是本发明龙门立式五轴联动数控磨铣加工中心的正视结构示意图，

附图2是本发明龙门立式五轴联动数控磨铣加工中心的后视结构示意图，

附图3是本发明龙门立式五轴联动数控磨铣加工中心的结构分解示意图；

图中的标号分别为：

1、小旋转工作台伺服电机，    2、小旋转工作台蜗杆，

3、小旋转工作台蜗轮，      4、大旋转工作台，

5、小旋转工作台，          6、大旋转工作台蜗轮，

7、大旋转工作台蜗杆，      8、旋转工作台架，

9、集屑盆，                10、大旋转工作台伺服电机，

11、X轴传动丝杠，          12、X轴直线导轨滑块，

13、床体，                 14、换刀机械手伺服电机，

15、刀库蜗杆，             16、刀库蜗轮，

17、X轴电缆保护套，        18、X轴丝杠驱动伺服电机，

19、电器控制箱，           20、Z轴直线导轨滑块，

21、刀具，                 22、Y Z轴连接块，

23、龙门架，               24、工作指示灯，

25、Y轴电缆保护套          26、Z轴传动丝杠，

27、Z轴丝杠驱动伺服电机，  28、主轴箱，

29、主轴电缆保护套，       30、主轴伺服电机线圈，

31、主轴伺服电机轴承，     32、主轴测速发电机，

33、主轴转子，             34、Y轴直线导轨滑块，

35、Y轴丝杠驱动伺服电机，  36、旋转刀库，

37、Y轴传动丝杠            38、冷却液喷嘴，

39、换刀机械手，           40、主轴刀具夹头，

41、机床照明灯，           42、操作面板，

43、操作面板台，           44、操作面板架，

45、连接臂。

【具体实施方式】

以下结合附图给出本发明龙门立式五轴联动数控磨铣加工中心的具体实施方式。

参见附图1和附图3。

一种龙门立式五轴联动数控磨铣加工中心，含有床体13、龙门架23、旋转工作台架8、电器控制箱19、刀具21、主轴箱28、操作面板42，以及旋转工作台、X轴传动丝杠11、Y轴传动丝杠37、Z轴传动丝杠26和旋转刀库36；电器控制箱19设置在床体13的左侧，固定在地面上，通过电线电缆与机床本体连接，电器控制箱19内部设置计算机、PLC电路、仪器仪表盘、过载保护电路等机床控制电路模块，电器控制箱19顶上可设置工作指示灯24，用以显示磨铣加工中心的工作状况；操作面板架44通过连接臂45连接在床体13的右侧，操作面板架44的一端为操作面板台43，操作面板42可搁置在操作面板台43上，操作人员可通过操作面板42来控制磨铣加工中心运作。

旋转工作台由大旋转工作台4和小旋转工作台5构成，大旋转工作台4设置在旋转工作台架8的凹槽内，通过大旋转工作台伺服电机10带动大旋转工作台蜗轮6和大旋转工作台蜗杆7的分度运动进行-90度至+90度转动，此转动为绕A轴转动；在大旋转工作台4上设置小旋转工作台5，小旋转工作台5通过小旋转工作台伺服电机1带动小旋转工作台蜗杆2和小旋转工作台蜗轮3的分度运动进行0度至360度的转动，此转动为绕B轴转动；绕A轴转动和绕B轴转动在计算机控制下形成两轴联动。

龙门架23设置在床体13的后部，由设置在床体13两侧的X轴传动丝杠11带动前后移动，X轴传动丝杠11嵌装在X轴直线导轨滑块12内，能减少摩擦，提高运动精度；X轴传动丝杠11由设置在床体13两侧的X轴丝杠驱动伺服电机18驱动，两侧X轴传动丝杠11的同步运转由计算机系统控制。

Y Z轴连接块22上的Y轴通过设置在龙门架23内的Y轴传动丝杠37进行左右运动，之间设置Y轴直线导轨滑块34用于减少摩擦，提高运动精度，Y轴传动丝杠37由设在龙门架23上的Y轴丝杠驱动伺服电机35驱动(参见附图2)。

主轴箱28连接在Y Z轴连接块22上，主轴转子33设置在主轴箱28内，主轴采用直动式电机模式，即：在主轴转子33上绕有主轴伺服电机线圈30，主轴通过主轴伺服电机轴承31固定在主轴箱28(定子)内成为一个单独的伺服电机，上连主轴测速发电机32，下面直接驱动主轴刀具夹头40，中间无其它传动装置。主轴通过连接在Y Z轴连接块22上的Z轴传动丝杠26上下运动，之间设置Z轴直线导轨滑块20用于减少摩擦，提高运动精度，Z轴传动丝杠26由设在Y Z轴连接块22顶部的Z轴丝杠驱动伺服电机27驱动。

由绕A轴转动、绕B轴转动、以及X轴运动、Y轴运动和Z轴运动的形成本发明的五轴联动，可一次装夹进行多达五个界面的加工。

在龙门架23的两侧各设一个旋转刀库36，一个旋转刀库36设置16把刀具，两侧分别设置磨削所用的砂轮和铣刀；在两个旋转刀库36旁各设一个换刀机械手39，刀具21嵌设在旋转刀库36周边的凹槽内，旋转刀库36通过换刀机械手伺服电机14带动刀库蜗杆15和刀库蜗轮16进行换刀分度工作，由换刀机械手39通过旋转换位实现准确换刀。

在主轴箱28的下端设置冷却液喷嘴38；在主轴箱28下方、小旋转工作台5上方的床体13上设置机床照明灯41，用以加工时的照明；在旋转工作台架8下方的床体13下设置集屑盆9，用以收集铁屑及分离冷却液；将外置电缆设置在X轴电缆保护套17、Y轴电缆保护套25和主轴电缆保护套29内。

本发明龙门立式五轴联动数控磨铣加工中心的结构主要是围绕上述的绕A轴转动、绕B轴转动、以及X轴运动、Y轴运动和Z轴运动的五轴联动展开设计的，是一种打破现有机床的分类模式，结合磨床和铣床的特征进行设计的尝试，用一台加工中心实现了多台机床的加工功能，从而能减少工件装夹次数，减少加工时间，提高加工精度，降低生产成本，减少场地使用，对目前的工业化建设是有较大意义的。

Claims (4)

1.一种龙门立式五轴联动数控磨铣加工中心，含有床体、龙门架、设置在床体前端的旋转工作台架、刀具、主轴箱、电器控制箱和操作面板，其特征在于，含有旋转工作台、X轴传动丝杠结构、Y轴传动丝杠结构、Z轴传动丝杠结构和旋转刀库；

——旋转工作台由大旋转工作台和小旋转工作台构成，大旋转工作台设置在旋转工作台架的凹槽内，通过大旋转工作台伺服电机带动大旋转工作台蜗轮和大旋转工作台蜗杆的分度运动进行-90度至+90度转动，是为绕A轴转动；在大旋转工作台上设有小旋转工作台，小旋转工作台通过小旋转工作台伺服电机带动小旋转工作台蜗杆和小旋转工作台蜗轮的分度运动进行0度至360度的转动，是为绕B轴转动；绕A轴转动和绕B轴转动在计算机控制下形成两轴联动；

——龙门架设置在床体上，通过设在床体两侧的X轴传动丝杠前后移动，X轴传动丝杠嵌装在X轴直线导轨滑块内，由设置在床体两侧的X轴丝杠驱动伺服电机驱动，其同步运转由计算机系统进行控制；

YZ轴连接块上的Y轴通过设在龙门架内的Y轴传动丝杠左右运动，之间设有Y轴直线导轨滑块，Y轴传动丝杠由设在龙门架上的Y轴丝杠驱动伺服电机驱动；

——主轴箱连接在YZ轴连接块上，主轴转子设置在主轴箱内，在主轴转子上绕有主轴伺服电机线圈，主轴通过主轴伺服电机轴承固定在主轴箱内成为一个单独的伺服电机，上连主轴测速发电机，下面直接驱动主轴刀具夹头，中间无其它传动装置；主轴通过连接在YZ轴连接块上的Z轴传动丝杠上下运动，之间设有Z轴直线导轨滑块，Z轴传动丝杠由设在YZ轴连接块顶部的Z轴丝杠驱动伺服电机驱动；

由此形成绕A轴转动、绕B轴转动、以及X轴运动、Y轴运动和Z轴运动的五轴联动；

——在龙门架的两侧设有旋转刀库，旋转刀库旁设有换刀机械手，刀具设在旋转刀库的凹槽内，旋转刀库通过换刀机械手伺服电机带动刀库蜗杆和刀库蜗轮进行换刀分度工作，由换刀机械手通过旋转换位实现换刀；

——电器控制箱设置在床体的一侧，固定在地面上，通过电线电缆与加工中心本体连接，电器控制箱内设置计算机、PLC电路、仪器仪表盘、过载保护电路等控制电路模块；操作面板通过操作面板台和操作面板架连接在加工中心的另一侧；

——在主轴箱的下端设有冷却液喷嘴；在主轴箱下方、小旋转工作台上方的床体上设有机床照明灯；在旋转工作台架下方的床体下设有集屑盆；外置电缆设置在X轴电缆保护套、Y轴电缆保护套和主轴电缆保护套内。

2.根据权利要求1所述的龙门立式五轴联动数控磨铣加工中心，其特征在于，在所述的电器控制箱上设有工作指示灯，能显示磨铣加工中心的工作状况。

3.根据权利要求1所述的龙门立式五轴联动数控磨铣加工中心，其特征在于，所述的旋转刀库设有16把刀具，在龙门架左右各有一个旋转刀库，分别设置磨削所用的砂轮和铣刀。

4.根据权利要求1所述的龙门立式五轴联动数控磨铣加工中心，其特征在于，所述的操作面板架通过连接臂连接在床体的一侧，操作面板架的一端为操作面板台，操作面板搁置在操作面板台上进行操作。

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