CN102172860B - 多轴联动数控飞边毛刺切割机床 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及多轴联动数控飞边毛刺切割机床，包括数控系统，相互连接的多轴传动机构，磨削工具，其中：在多轴传动机构的末端上装有用于固定工件的气动夹具；在数控系统对多轴传动机构的控制下，工件和磨削工具各自在空间作灵活自如的运动；磨削时，工件与磨削工具作相对运动，完成工件的飞边及毛刺的切割和清理；磨削过程产生的粉尘落在在密闭床身内，通过人工或粉尘收集装置收集。本发明加工效率高，工装更换简单，操作方便；本发明还具备安装面积小、程序编制简单、安全性好等优点。
Description
技术领域
本发明涉及机床领域，特别是涉及一种利用多轴联动数控技术原理用于铸件、锻件飞边毛刺清理的切割机床。
背景技术
使用模具制造的铸、锻件毛坯均存在着飞边和毛刺，这些飞边和毛刺给后续机械加工和外观质量均带来了一定的影响，需要在毛坯成型后将这些飞边和毛刺清除。目前采用的清除方法是：通过手提砂轮进行切割和磨削，或者采用钳工工具手工铲除，这些方法既存在效率低下、劳动强度大、粉尘污染严重的问题，还容易造成毛坯的损伤和后续尺寸的不统一，难以适应大批量、外形复杂毛坯生产的需要，特别是无法满足对工人劳动保护的要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种多轴联动数控飞边毛刺切割机床，以解决上述现有技术存在的问题和不足。
本发明解决其技术问题采用以下的技术方案：
本发明提供的多轴联动数控飞边毛刺切割机床，包括数控系统、相互连接的多轴传动机构、磨削工具，在多轴传动机构的末端上装有用于固定工件的气动夹具；在数控系统对多轴传动机构的控制下，工件和磨削工具各自在空间作灵活自如的运动；磨削时，工件与磨削工具作相对运动，完成工件的飞边及毛刺的切割和清理；磨削过程产生的粉尘落在在密闭床身内，通过人工或粉尘收集装置收集。
所述的多轴传动机构，其由X轴装置、Y轴装置、Z轴装置、A轴装置和B轴回转装置组成，其中：Z轴装置带动X轴装置、Y轴装置和A轴装置作上下运动；X轴装置带动Y轴装置、A轴装置作左右方向0～180°范围的旋转运动； Y轴装置带动A轴装置作前后方向0～180°范围的旋转运动；A轴装置的输出轴绕自身轴线作360°旋转运动，在A轴装置上安装气动夹具；B轴回转装置安装在床身上，该装置绕自身轴线作0～130°范围的旋转运动，在B轴回转装置上安装主磨削工具。
所述的磨削工具由主磨削工具和副磨削工具组成，其中：主磨削工具绕B轴转动，水平位置时向上作90°的旋转，向下作40°的旋转；副磨削工具以铰链安装在主磨削工具上并在气缸推动下绕主磨削工具上作90°的旋转。
所述的Z轴装置由交流伺服电机、盘式减速器、滚珠丝杠、滑板以及床身组成，其中：交流伺服电机驱动盘式减速器、滚珠丝杆带动滑板在床身导轨内作上、下运动，其上下运动量大于或等于250mm；滑板上安装X轴装置。
所述的X轴装置、Y轴装置和A轴装置均由交流伺服电机、盘式减速器、输出轴、支撑臂组成，其中：X轴装置的支撑臂装在Z轴装置的滑板上，Y轴装置的支撑臂装在X轴装置的输出轴上，A轴装置的支撑臂装在Y轴装置的输出轴上；X轴装置由交流伺服电机通过盘式减速器带动输出轴控制Y轴装置作水平左右摆动，Y轴装置由交流伺服电机通过盘式减速器带动输出轴控制A轴装置水平作前后摆动，A轴装置通过交流伺服电机驱动盘式减速器带动输出轴控制气动夹具和工件绕自身作360°的旋转。
所述的B轴回转装置安装在床身上，该装置由交流伺服电机、盘式减速器、输出轴组成，其中：输出轴上固定有主磨削工具，在交流伺服电机作用下，通过盘式减速器带动主磨削工具作0～130°范围的旋转。
本发明还设有操作控制盘，在操作控制盘上装有数控系统的输入装置、电源指示灯、用于输入数控程序的按键和机床的总电源开关、以及Z轴装置、X轴装置、Y轴装置、A轴装置和B轴回转装置的手动控制按钮；数控系统的输入装置为键盘式。
所述的密闭床身主要由一个铸铁底座和密闭罩组成，其中：密闭罩由钢板焊接而成，固定装在铸铁底座上；在密闭罩的正前方有通过铰链连接的活动门，活动门上开有用有机玻璃隔开的观察窗。
在密闭床身的底部安装粉尘收集装置，其结构为一圆形孔洞，孔洞上设有开启的活动门。孔洞的边缘有凸台，该凸台通过软管可与负压抽风装置的抽风机相连。
本发明与现有技术相比具有以下主要的优点：
1. 工件在气动夹具的固定下通过上下移动的多轴传动机构实现空间灵活自如的运动，并配备有主、副两套磨削工具，可以对重量在30kg以下任意复杂形状的铸件、锻件内外周飞边和毛刺进行切割清理加工，加工范围广。
2. 通过通用数控系统集中控制、自动化操作，比传统手工方法加工提高效率15倍以上，且被加工的工件尺寸一致性好。
3. 采用气动方式装夹工件，操作方便，尤其适于对大批量中小型铸件的飞边毛刺的切割加工。
4. 采用封闭式床身结构，安全性好、安装面积小，清洁卫生并能实现金属粉尘的收集，无粉尘污染。
5. 采用通用数控系统，程序编制简单，易操作。
总之，本发明针对现行毛坯飞边、毛刺清理技术的不足，利用多轴联动数控技术开发一种切割机床，使其能够满足大批量毛坯飞边毛刺清理加工的需要，做到加工质量好、操作容易、生产效率高、工人劳动强度低、清洁卫生并能对金属粉尘进行收集。
附图说明
图1为本发明一个实施例的总体结构主视图。
图2为图1中夹具的主视图。
图3为图1中主、副磨削工具的主视图。
图中：1.主磨削工具； 2.副磨削工具； 3.操作控制盘； 4.数控系统； 5. Z轴装置；6. X轴装置； 7. Y轴装置； 8. A轴装置； 9.粉尘收集口； 10.密闭式床身； 11.气动夹具；12. B轴回转装置。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合具体的实施例和附图进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
本发明提供的多轴联动数控飞边毛刺切割机床，其结构如图1、图2、图3所示，设有主磨削工具1、副磨削工具2、操作控制盘3、数控系统4、Z轴装置5、X轴装置6、Y轴装置7、A轴装置8、粉尘收集口9、密闭式床身10以及气动夹具11和B轴回转装置12。其中：Z轴装置5、X轴装置6、Y轴装置7和A轴装置8为数控系统4控制下的4轴联动伺服驱动装置。Z轴装置5带动X轴装置6、Y轴装置7和A轴装置8作上下运动；X轴装置6带动Y轴装置7、A轴装置8作左右0～180°范围旋转运动；Y轴装置7带动A轴装置8作前后0～180°范围旋转运动；A轴装置8绕自身轴线作360°旋转运动；B轴回转装置12绕自身轴线作0～130°范围旋转运动。被加工工件由气动夹具11固定在A轴装置8上，在Z轴装置5、X轴装置6、Y轴装置7和A轴装置8联合作用下，实现空间运动，并与安装在B轴回转装置12上的高速旋转的主磨削工具1、副磨削工具2产生相对运动，完成工件飞边及毛刺的切割和清理。所有动作由数控系统4控制，并在操作控制盘3上集中操作。磨削过程产生的粉尘在密闭式床身10内，通过粉尘收集口9收集。
所述Z轴装置5由交流伺服电机、盘式减速器、滚珠丝杠、滑板以及床身组成。交流伺服电机驱动盘式减速器、滚珠丝杆带动滑板在床身导轨内作上、下运动，其上下运动量大于250mm。滑板上安装X轴装置6。
所述X轴装置6由交流伺服电机、盘式减速器、输出轴、支撑臂组成。支撑臂安装在Z轴装置5的滑板上。输出轴上安装有Y轴装置7的支撑臂。X轴装置6中由交流伺服电机通过盘式减速器带动输出轴控制Y轴装置7作水平左右摆动，摆动范围达180°。
所述Y轴装置7由交流伺服电机、盘式减速器、输出轴、支撑臂组成。支撑臂安装在X轴装置6的输出轴上。Y轴装置7的输出轴上安装有A轴装置8的支撑臂。Y轴装置7由交流伺服电机通过盘式减速器带动输出轴，并且控制A轴装置7水平前后摆动，摆动范围达180°。
所述A轴装置8由交流伺服电机、盘式减速器、输出轴、支撑臂组成。支撑臂安装在Y轴装置7的输出轴上，A轴装置8的输出轴上用于安装气动夹具11。A轴装置8通过交流伺服电机驱动盘式减速器，盘式减速器带动输出轴及气动夹具11绕自身旋转作360°旋转。
所述B轴回转装置12由交流伺服电机、盘式减速器、输出轴组成，B轴回转装置12安装在床身上，输出轴上固定有主磨削工具1。在交流伺服电机作用下，通过盘式减速器带动输出轴上的主磨削工具1作0～130°范围内的旋转。
所述主磨削工具1由电机座、交流伺服电机、金刚石砂轮组成，电机座安装在B轴回转装置12的输出轴上，交流伺服电机安装在电机座上，金刚石砂轮安装在交流伺服电机上。通过交流伺服电机，直接带动金刚石砂轮在1000～10000rev/min范围内旋转，并切割工件上的飞边毛刺。在B轴回转装置12的作用下，主磨削工具1可以绕B轴转动，水平位置时向上可以旋转90°，向下可以旋转40°。
所述副磨削工具2安装在主磨削工具1的电机座上，由副磨削工具电机座、交流伺服电机、金刚石砂轮、气动装置组成。其中：交流伺服电机通过副磨削工具电机座与主磨削工具1的电机座通过铰链相连，气动装置可以推动副磨削工具电机座绕主磨削工具1中的交流伺服电机旋转90°，并气动锁紧。副磨削工具2的交流伺服电机带动金刚石砂轮在1000～10000rev/min范围内旋转，并切割工件上的飞边毛刺。副磨削工具2上的金刚石砂轮直径只有主磨削工具1上的砂轮直径的1/6～1/8。
所述操作控制盘3上安装有数控系统4的输入装置和各种按钮、按键、电源指示灯，用于输入数控程序和机床的开关。数控系统4的输入装置为键盘式。除通过数控程序控制各交流伺服电机动作外，操作控制盘上还分别设有Z轴装置5、X轴装置6、Y轴装置7、A轴装置8、B轴回转装置12的手动控制按钮。
所述数控系统4为常规机床用数控系统，主要用于控制Z轴、X轴、Y轴、A轴、B轴和主副磨削工具的交流伺服电机以及气动夹具动作。其编程语言和编程方法由数控系统生产厂家提供。
所述密闭式床身10，主要由一个大的铸铁底座和立方形密闭罩组成。密闭罩由钢板焊接而成，固定装在底座上。在密闭罩的正前方有通过铰链连接的活动门，门上开有用有机玻璃隔开的观察窗。活动门主要在维修设备、装夹工件时开启，开启时通过限位开关切断机床电源，观察窗主要用于加工过程的监视。
所述粉尘收集装置9位于密闭式床身底部，其结构为一圆形孔洞，孔洞上有可以开启的活动门，孔洞的边缘有凸台。活动门开启时，可以通过手工收集金属粉尘，也可以连接一负压抽风装置自动收集粉尘，凸台用于联机负压抽风装置。
本发明提供的多轴联动数控飞边毛刺切割机床，其工作过程是：将需要切割飞边或毛刺的工件通过气动夹具11固定在A轴装置8上，并关闭密闭式床身10。从操作控制盘3上向数控系统4中输入加工程序，加工程序是根据需要被切割飞边或毛刺的尺寸和形状并用数控系统生产厂家提供的方法编制的。启动机床时，首先数控系统4发出指令，通过B轴回转装置12调整主副磨削工具的位置，位置确定后，主磨削工具1启动，工件在Z轴装置5、X轴装置6、Y轴装置7和A轴装置8联合作用下与主磨削工具1上的金刚石砂轮产生切割动作，完成飞边或毛刺的切割。在切割过程中，B轴回转装置12必须锁紧，不得有任何运动。当工件上飞边或毛刺所处的空间较小时，主磨削工具1停止工作，由副磨削工具2上的气缸推动副磨削工具2上的交流伺服电机和金刚石砂轮向前旋转90°，并启动副磨削工具2上的交流伺服电机，带动金刚石砂轮旋转，并切割工件上的飞边或毛刺，工件运动方式与主磨削工具1切割时相同，副磨削工具2工作时，B轴回转装置12同样必须锁紧，不得有任何运动。飞边或毛刺切割完成后，在数控系统4指令控制下，气动夹具11松开，开启密闭式床身10，取出工件。
Claims (8)
1.一种多轴联动数控飞边毛刺切割机床，包括数控系统，其特征在于还包括相互连接的多轴传动机构、磨削工具，在多轴传动机构的末端上装有用于固定工件的气动夹具；在数控系统对多轴传动机构的控制下，工件和磨削工具各自在空间作灵活自如的运动；磨削时，工件与磨削工具作相对运动，完成工件的飞边及毛刺的切割和清理；磨削过程产生的粉尘落在密闭床身内，通过人工或粉尘收集装置收集；
所述的多轴传动机构由X轴装置、Y轴装置、Z轴装置、A轴装置和B轴回转装置组成，其中：Z轴装置带动X轴装置、Y轴装置和A轴装置作上下运动；X轴装置带动Y轴装置、A轴装置作左右方向0～180°范围的旋转运动；Y轴装置带动A轴装置作前后方向0～180°范围的旋转运动；A轴装置绕自身轴线作360°旋转运动，在A轴装置上安装气动夹具；B轴回转装置安装在床身上，该装置绕自身轴线作0～130°范围的旋转运动，在B轴回转装置上安装主磨削工具；
所述的磨削工具由主磨削工具和副磨削工具组成，其中：主磨削工具绕B轴转动，水平位置时可向上作90°的旋转，可向下作40°的旋转；副磨削工具以铰链安装在主磨削工具上并在气缸推动下可绕主磨削工具作90°的旋转。
2. 按权利要求1所述的多轴联动数控飞边毛刺切割机床，其特征在于所述的Z轴装置由交流伺服电机、盘式减速器、滚珠丝杠、滑板以及床身组成，其中：交流伺服电机驱动盘式减速器、滚珠丝杆带动滑板在床身导轨内作上、下运动，其上下运动量大于或等于250mm；滑板上安装X轴装置。
3. 按权利要求1所述的多轴联动数控飞边毛刺切割机床，其特征在于所述的X轴装置、Y轴装置和A轴装置均由交流伺服电机、盘式减速器、输出轴、支撑臂组成，其中：X轴装置的支撑臂装在Z轴装置的滑板上，Y轴装置的支撑臂装在X轴装置的输出轴上，A轴装置的支撑臂装在Y轴装置的输出轴上；X轴装置由交流伺服电机通过盘式减速器带动输出轴控制Y轴装置作水平左右摆动，Y轴装置由交流伺服电机通过盘式减速器带动输出轴控制A轴装置水平作前后摆动，A轴装置通过交流伺服电机驱动盘式减速器带动输出轴控制气动夹具和工件绕自身作360°的旋转。
4. 按权利要求1所述的多轴联动数控飞边毛刺切割机床，其特征在于所述的B轴回转装置安装在床身上，由交流伺服电机、盘式减速器、输出轴组成，输出轴上固定有主磨削工具，在交流伺服电机作用下，通过盘式减速器带动主磨削工具作0～130°范围的旋转。
5. 按权利要求1所述的多轴联动数控飞边毛刺切割机床，其特征在于该机床设有操作控制盘，在操作控制盘上装有数控系统的输入装置、电源指示灯、用于输入数控程序的按键和机床的总电源开关，以及Z轴装置、X轴装置、Y轴装置、A轴装置和B轴回转装置的手动控制按钮；数控系统的输入装置为键盘式。
6. 按权利要求1所述的多轴联动数控飞边毛刺切割机床，其特征在于密闭床身主要由一个铸铁底座和密闭罩组成；密闭罩由钢板焊接而成，固定装在铸铁底座上；在密闭罩的正前方有通过铰链连接的活动门，活动门上开有用有机玻璃隔开的观察窗。
7. 按权利要求6所述的多轴联动数控飞边毛刺切割机床，其特征是在密闭床身的底部安装粉尘收集装置，其结构为一圆形孔洞，孔洞上设有开启的活动门。
8. 按权利要求7所述的多轴联动数控飞边毛刺切割机床，其特征是孔洞的边缘有凸台，该凸台通过软管与负压抽风装置的抽风机相连。
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| Title |
|---|
| JP特开2010-58241A 2010.03.18 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103144010A (zh) * | 2013-03-26 | 2013-06-12 | 东华大学 | 一种高校实验室多功能试样抛磨切割机 |
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| CN102172860A (zh) | 2011-09-07 |
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