CN103213021A - 包括碎屑收集槽的通用机床 - Google Patents

Abstract

一种机床，包括：一尺寸刚性的机床立柱；一工件主轴，所述工件主轴在（X，Z）坐标轴方向上，依靠一电动机在沿着机床立柱的导轨上可移动，所述工件主轴用于接收一切削装置；一机床床身，所述机床床身设置在所述机床立柱的前端，在所述机床床身的顶面设置有用于工件台的水平导轨，以及一直线电动机，所述直线电动机用于在水平直线导轨上沿着坐标轴（Z）方向移动工件台。一排屑槽集成在所述机床床身的顶面中，以用于当工件被加工时收集积聚的碎屑，所述排屑槽的纵轴在坐标轴（Z）方向上延伸，直线电动机侧设置在机床床身的顶面上，并与所述排屑槽平行，水平直线导轨的第一和第二导轨相对地设置直线电动机两对边，以引导一工件台。

Description

包括碎屑收集槽的通用机床

技术领域

本发明涉及一种用于加工工件的通用机床，该通用机床为权利要求1前序部分定义的通用类型机床。

背景技术

DE10061934B4和DE10245058A1揭露了本发明提到的通用机床类型的机床，其特征在于，具有特定的刚度，因此也具有了较高的切割精度以及在加工操作过程中具有高准确度。该机床具有一尺寸刚性的机床立柱，在机床立柱的前端一工件主轴在导轨上被引导，且可以在水平和垂直方向进行移动。该通用机床包括一高刚度机床床身，该机床床身设置在机床立柱的前端，机床床身的顶面容纳有一用于工件台的水平直线导轨，依靠一直线电动机可以在沿着机床床身Z轴方向上移动该工件台。

通用机床的碎屑积聚非常广泛。因此，如何保护机床加工单元和组件远离飞扬的碎屑以及积聚的碎屑的收集和移除一直是通用机床金属加工过程中固有的问题。

因此，在机床设计过程中现在技术也提出了碎屑收集和移除槽。例如，DE19830391A1提出了一铣削机床，在该机床中工件主轴在悬臂梁装置中可以被引导地移动，一碎屑收集槽相对于机床床身横向地延伸，该收集槽位于机床工件台的后端，并与工件台的工件夹具表面邻近。然而，该设计并不特别适合于机床床身上纵向方向水平可移动的工件台，这是因为在这种情况下，不能保证可以对碎屑进行可靠的收集和移除。

另外，配置碎屑收集槽会存在相应的设计限制，涉及到机床框架的基本配置以及机床立柱的基本配置。在这里，一个重要的方面是要保证机床立柱和机床床身有足够高的刚度。

StarragHeckert公司的产品CWK400D加工中心已经提出了一重型加工中心，重型加工中心可以保证工作区域碎屑的可靠和快速处理。然而，该加工中心的机床配置为一床身交叉设计，具有一倾斜机床床身，非常地复杂，不够精简。

发明内容

因此，本发明的一目的在于提供一种一般类型的通用机床，该机床非常紧凑，提高了收集和移除积聚的碎屑的能力，同时也不会降低机床框架的刚度。

该发明目的可以通过权利要求1中的通用机床来达到，其从属权利要求为本发明的优选实施例。

本发明通用机床具有结构稳定的机床立柱，沿着机床立柱一工件主轴被引导，依靠一电动机可以在X、Y坐标轴方向的导轨上移动所述工件主轴，所述工件主轴可用于接收一切削工具。在机床立柱的前端依附有一机床床身，机床床身的顶面设置有一水平直线导轨，以用于工件台和直线电动机，从而在一坐标轴方向的水平直线导轨上移动一工件。

根据本发明，当加工工件时，在机床床身中或机床床身上，可提供一用于收集碎屑的排屑槽，该排屑槽的纵轴在水平方向上沿着机床床身延伸，其中，在机床床身的顶面侧设置有一直线电动机，该直线电动机与排屑槽平行。用于引导工件台的水平直线导轨的第一和第二导轨相对地设置在直线电动机的两边，即，直线电动机位于水平直线导轨的两导轨之间。两根导轨侧设置在机床床身的顶面上，并与直线电动机相邻。

当对工件进行加工时，在机床床身纵向方向上的排屑槽的布局提高了收集和移除积聚的碎屑的能力，同时不会影响机床床身的稳定性。

为工件台侧设置的、与排屑槽相邻的直线电动机可以有效地防止积聚飞扬的碎屑。另外，根据本发明的优选方式，本发明直线电动机和排屑槽的设置以及在直线电动机两边导轨的设置使得可以为通用机床安装不同的工件台。

在这里，可转动的转台可以在第一和第二导轨上被引导，优选地，依靠球状物或直线轧辊轴承被引导。

在一优选实施例中，为了达到本发明目的，本发明机床结构具有第三导轨，该导轨设置在与第一导轨相对的排屑槽的对边，因此，一工件台导承的底部会与排屑槽重叠，该工件台导承携带有一NC转台，该工件台导承沿着三根导轨被引导。当直线电动机被驱动时，该工件台导承在排屑槽整个纵面上直接在排屑槽上方移动。这种布局使得在NC转台上夹住的工件被加工时，可以实现最优的碎屑收集。

在一可选实施例中，通用机床可以（为5轴机床）装配旋转转台，优选地，依靠球状物或直线轧辊轴承，该旋转转台也可以在第一和第二导轨上被引导。其中，工件台导承的底部位于直线电动机上方。

优选地，旋转转台装配有一旋转轴，该旋转轴使得旋转转台的旋转角度可以大于180°，优选地，为220°，从而将旋转转台旋转到一颠倒位置，在该颠倒位置下，在工件台上夹住的工件可以由工件主轴进行加工，这样，碎屑会直接掉入排屑槽中。

在一优选实施例中，排屑槽被插入到机床床身的顶面中，排屑槽具有两侧壁，侧壁朝向底部区域陡峭地倾斜着。另外，尖角导板直接安装在转台上，向下伸入到排屑槽中，以保证积聚的碎屑被直接传送到排屑槽中。

在一优选实施例中，如图1和图2所示，排屑槽沿着Z轴方向在机床床身中央延伸。

有益地，用于移除排屑槽中碎屑的碎屑转送螺旋50在排屑槽底部沿水平方向被提供。

本发明通用机床机床床身的配置特别有益于通用机床的移动立柱-机床床身设计，这是因为在这里精确加工所需要的加工稳定性可以得到可靠地保证。

在用于加工工件的本发明机床一特别稳定的设计中，机床立柱装配有三根垂直的平行导轨，沿着这三根导轨引导工件主轴。其中，中间导轨携带有负载，该负载由在垂直方向上移动工件主轴的直线电动机磁力产生。这种情况下，机床设计在移动立柱区域的稳定性可以进一步被提高，而不需要增加体积来提高稳定性。令人惊讶地，这在移动立柱-机床床身型机床的情况中特别有益，其中，在机床中移动立柱被制成一三角的封闭盒状设计，与（例如）DE10245058A1开始描述的情形一样，这是因为当移动高速主轴时，这种类型的机床模型的稳定性可以被大大地提高。

本发明机床床身的装配思想可以较佳地移除加工碎屑，而不需要对机床作进一步地的修改，这些加工碎屑可以产自具有NC转台的装配、用于5轴加工的旋转转台的装配。本发明基本装配可根据使用条件或用户期望使用NC转台以及旋转转台来实现，而不需要进一步修改，在两种情况下在工件台的整个加工传送过程中，碎屑都可以被可靠地移除。

附图说明

通过结合附图，后续本发明包括排屑槽的通用机床的实施例描述揭露了本发明进一步的细节和有益效果，其中：

图1示出了本发明通用机床的第一实施例示意图，所述通用机床包括一NC转台；

图2示出了本发明通用机床的进一步实施例示意图，所述通用机床包括一排屑槽，在所述排屑槽上安装有一旋转转台；

图3示出了本发明通用机床的一实施例的横截面示意图，所述通用机床包括一排屑槽和一如图1所示的NC转台；

图4示出了本发明通用机床的一实施例的横截面示意图，所述通用机床包括一排屑槽和一如图2所示的旋转转台；

图5示出了一旋转转台的一实施例示意图，所述旋转转台可用于安装在本发明所述的通用机床上；以及

图6示出了本发明通用机床的一示意图以用于描述旋转转台的旋转范围，所述通用机床包括一旋转转台。

具体实施方式

图1示出了本发明第一实施例中包括一数控（NC）转台的通用机床的倾斜前视立体图。采用移动立柱-床身设计的该通用机床包括前机床床身2和后固定移动立柱3，前机床床身2为一盒状设计，后固定移动立柱3的前端依附在盒状机床床身2上。在图1所示的该实施例中，立柱由两部分组成，包括一底部4以及一移动立柱部5，底部4永久地固定在机床床身2上，移动立体部5可以在两个导轨6和7中沿X方向依靠一直线电动机进行移动。移动立柱部5具有一前侧面，该前侧面包括三个垂直导轨8、9、10，一带有主轴头12的垂直导承11通过一直线电动机70可移动地设置在这些导轨上，其中，主轴头12用于接收一切削工具。中间导轨9用于携带磁驱动的负载。机床床身则通过支撑在机床床身底部的支撑件2a、2b支撑。

盒状机床床身2的顶面设置有一水平直线导轨的三根导轨13、14、15，在这些导轨上工件台16在直线电动机的引导下可以沿着Z方向移动。在这里用于移动工件台导承的该直线电动机（在图1中未示出）被设置在导轨14和15之间，并且在朝着顶部方向，工件台导承有一个盖子20保护。

工件台导承18携带有一NC转台21，在NC转台21的顶面上携带有一夹具22以用于夹住一工件（未示出）。在这里，工件台导承18的底部可移动地、直线地设置在排屑槽19上面，图3更清晰地描述了工件台导承18的结构。

在机床床身的前部区域，一U型凹口25设置在机床床身2中，以用于连接一夹具交换器（图1未示出）。排屑槽19直接与机床床身的U型壁部邻接。根据本发明，排屑槽19的空间布局使得机床床身配置具有一最佳的空间效率。因此，当通用机床被设计为一包括有夹具交换器的加工中心时该通用机床也是非常紧凑的。

图2示出了本发明通用机床进一步实施例的倾斜前视图。该实施例与图1中实施例的区别在于，本实施例的机床床身2携带有一旋转转台30，另外，一夹具交换器40依附在机床床身2的前部区域，该夹具交换器包括一可交换的夹具41，以用于与旋转转台30支撑的夹具31交换。

旋转转台30包括一下导承部32，下导承部32由导轨14、15引导，并携带有一盒状转台壳33。用于旋转机床工件台上控制台34的驱动电动机依附或容纳在盒状壳33中或盒状壳33处。通过该电动机，工件台的工作面可以被旋转，这些将在后面参考图5和图6详细进行描述。围绕旋转轴通过旋转控制台34可以将工件台的工作面颠倒过来，使之位于颠倒的位置，图6示出了这种情形。因此，工件台的工作面35可以被旋转至颠倒的位置，这样工作面35可以被转到直接位于排屑槽19上面。

夹具交换器40依附在机床床身2的前部头端，并插入在具有U型截面的凹口中，如图1所示。首先，由于夹具可以直接依附在机床床身部，而机床床身部与排屑槽邻接，使得整个结构非常紧凑，这样一方面保证了在交换夹具时，夹具交换器只需要移动一小段距离，另一方面，就算是在夹具交换器的初始交换位置，工件台也是直接位于排屑槽的上方。

图3示出了图1所示实施例中机床床身2的截面图，所述截面图描述了机床床身2中排屑槽19。

排屑槽19由两个几乎垂直的斜面壁19a、19b形成。排屑槽19的底部区域由稍微倾斜的底部19c、19d形成。在排屑槽19底部最低点区域容纳有一输送螺旋50，以用于移除堆积的碎屑。尖角导板25a、25b安装在工件台上，保证了当被夹在夹具22上的工件被加工时，积聚的碎屑直接进入排屑槽中，以特别防止对水平直线导轨和直线电动机17的污染。这些尖角导板25a、25b可以安装在机床床身的轴向方向，优选地，安装在工件台的前、后侧上，这些尖角导板可以在机床床身的前端移动，直到夹具交换器的凹口处，或直到用于接收尖角导板的机床床身部，以及在立柱前端和为了接收尖角导板而形成的凹口之间移动。这样，工件台的冲程不会受到导板的限制。

在底部，工件台16设置有工件台导承18，在工件台导承18的底部安装有直线轧辊轴承13a、14a、15a，这些轴承由导轨13、14、15引导。工件台导承18依靠直线电动机17可以在图1所示的Z方向上移动，其中，直线电动机的主动部分17a与工件台导承18的控制台连接，并沿着直线电动机从动部分17b被引导，从动部分17b形成于磁路段。在主动部分17a与工件台导承18控制台的连接中，有益地，直线电动机主动部分17a和直线电动机从动部分17b可以设置在导轨14、15之间的横向方向上，与排屑槽19平行，而排屑槽19沿着整个导轨13、14、15延伸且与导轨13、14、15平行。

优选地，导轨可设置热对称直线测量表13b、14b、15b，这些测量表可显著地提高确定工件台位置的精度。

工件台导承18携带有一圆柱中间件21，中间件21的顶面支撑有一工件夹具22，从而依靠一适合的夹子夹住一工件。如图3所示，工件台导承18会与排屑槽在横向方向上重叠，工件台16设置有一顶面，在工件台16的顶面上工件（未示出）被夹住，这样在Y方向上在整个排屑槽上工件台16的顶面可移动地直接位于排屑槽的上方。

通过在三个导轨13、14、15上引导NC转台，可以增强引导的稳定性。为了对直线电动机实现最佳保护，以免受到积聚碎屑的影响，可以相对于排屑槽平面或NC转台的移动平面横向移动直线电动机。另外，本发明机床床身的结构使得机床和碎屑传送装置能够达到一个最佳的结合。

根据本发明，图4进一步描述了图2所示实施例中通用机床的一横截面。没有特定说明情况下，图4中数字引用的部件与图2和图3中引用的部件相同。

如图4所示的本发明，悬挂的旋转转台30安装在通用机床上，该转台可通过直线轧辊轴承14a、15a进行引导，而轴承14a、15a安装在转台壳33的底部、水平直线导轨的导轨14、15中。可以通过直线电动机17来驱动旋转转台30在Z方向上移动，电动机17设置在导轨14、15之间，而在横截面水平朝向的电机主动部分17a安装在旋转转台30的壳33底部，该电机主动部分17a可与直线电动机从动部分17b一起移动。如图1/图3以及图2所示的实施例，排屑槽沿着整个导轨14、15延伸，因此，在Z方向可移动的旋转转台30的每个操作位置都可以保证沉积的碎屑被可靠地掉入排屑槽中。

在旋转转台的初始位置，在工件台35上用于夹住工件的工作区域在凸出的控制台34上具有水平朝向，该工作区域设置在工件主轴12的下方。然而，依靠旋转轴（图4中未出），旋转转台30的控制台34可以围绕水平面上的旋转轴向上旋转。因此，旋转转台表面35可以设置在颠倒位置处的工件主轴的上方。

根据本发明的布局，在工件主轴和旋转转台的每个操作位置，沉积的碎屑都可以被移除到排屑槽中，以及无论旋转转台移动到工件台的任何旋转位置，通过排屑槽积聚的碎屑都可以被移除到排屑槽中。

在该发明实施例中，排屑槽具有几乎垂直的侧壁19a、19b，具有倾斜底部19c的底部部分依附在侧壁19a、19b上。如前述实施例所述，在图4所示的实施例中，在排屑槽的底部最低点设置有一碎屑输送螺旋50，该输送螺旋用于移除沉积的碎屑。

本发明通用机床床身中导轨、直线电动机以及排屑槽的布局保证了在NC转台和旋转转台两者的使用过程中，具体地，在移动立柱-床身模型通用机床中，工件台顶面直接位于排屑槽上方进行移动，这样保证了在每个操作位置碎屑可以被移除。由于排屑槽设置有陡峭侧壁，结合导板的侧面设置，实现了对碎屑的最佳收集，而这对于机床上的干燥工艺操作非常重要。

图5示出了与本发明机床配置一起使用的旋转转台的一优选实施例。在这里应注意，图5中所示的旋转转台不应限制只能与本发明机床配置一起使用，也可以用于传统机床中。

由于这个原因，可以对旋转转台的重要特征进行单独的保护。

本实施例中的旋转转台包括两个电动机37、38，以用于围绕图6所示的A轴转动和旋转转台30。在这里，电动机38安装在旋转转台外壳33的外面，电动机37安装在壳中的中央。根据本发明，电动机37、38中的至少一个设置在机床铸件外部壳33的范围内，优选地，两个都设置在机床铸件外部壳33的范围内，如图5所示的旋转转台。有益地，可方便对两个电动机进行操作，一方面，方便对电动机进行维修和更换，同时，此时电动机位于受热范围外，即：位于温度中立位置而不是位于控制台的悬挂位置，因此，电动机的功能不会受到铸件热传导的影响。另外，由于电动机37、38没有位于控制台34的悬挂位置处，因此，电动机37、38不会暴露在任何重量负载之下，从而增加了定位的精确性。

用于将电力供应电缆连接到电动机的电缆携带系统安装在转台壳33后侧，从而当旋转转台30移动时，为操作电动机提供有效、可靠的电缆引导。用于绕轴旋转控制台的电动机38的驱动扭矩通过V传送带可传送到传动装置39。

图6示出了本发明旋转转台与本发明机床配置一起使用时的旋转范围。在图中，旋转轴（A轴）使得机床转台的工作面35的旋转角度可以达到220°，本发明旋转台最佳地可允许5轴加工。

考虑到该旋转范围，可以在颠倒位置对工件进行最佳加工，本发明旋转转台和机床配置的结合保证了沉积的碎屑可以通过排屑槽可靠地移除。

本发明进一步特征在于可取得的加速度或速度，对于A轴的加速度或速度值可以为20/S2和/或20每分钟，对于旋转轴的速度可以为30/S2和40每分钟。

本发明并不限于描述的实施例，但进一步包括本发明描述中提出的结构的结合，以对于本发明技术人员可根据使用需要得到进一步的实施例。

Claims (9)

1.用于加工工件的机床，所述机床包括：一尺寸刚性的机床立柱；一工件主轴（12），所述工件主轴（12）在（X，Z）坐标轴方向上，依靠一电动机在沿着机床立柱（5）的导轨（6-10）上可移动，所述工件主轴（12）用于接收一切削装置；

一机床床身（2），所述机床床身（2）设置在所述机床立柱（5）的前端，在所述机床床身（2）的顶面设置有用于工件台（16）的水平导轨（13-15），以及一直线电动机（17），所述直线电动机用于在水平直线导轨（13-15）上沿着坐标轴（Z）方向移动工件台（16）；其特征在于：

排屑槽（19）集成在所述机床床身（2）的顶面中，以用于当工件被加工时收集积聚的碎屑，所述排屑槽的纵轴在坐标轴（Z）方向上延伸，直线电动机（17）侧设置在机床床身（2）的顶面上，并与所述排屑槽（19）平行，水平直线导轨（13-15）的第一和第二导轨（14，15）相对地设置直线电动机（17）两对边，以引导一工件台。

2.如权利要求1所述的用于加工工件的机床，其特征在于，在所述机床床身的顶面上，水平直线导轨的第三导轨（13）设置在所述排屑槽（19）的一侧，该侧与另外两导轨（14，15）相对。

3.如权利要求2所述的用于加工工件的机床，其特征在于，所述机床包括一可移动NC转台（16），所述NC转台（16）的导承（18）在水平直线导轨的三根导轨（13-15）上通过轧辊轴承（13a-15a）引导，在横向方向上所述导承（18）与排屑槽（19）重叠，以通过直线电动机（17）直接在排屑槽（19）的上方移动NC转台。

4.如权利要求1所述的用于加工工件的机床，其特征在于，所述机床（3）包括一用于5轴加工的悬挂可移动NC旋转转台（30），所述NC旋转转台（30）包括一控制台（34），以携带一工件夹具，所述NC旋转转台（30）的导承在第一和第二导轨（14，15）上通过轧辊轴承（14a，15a）被引导，所述NC旋转转台（30）的导承在横向方向上位于直线电动机（17）上方。

5.如前述任一权利要求所述的用于加工工件的机床，其特征在于，沿着纵向方向在排屑槽（19）底部设置有一碎屑输送螺旋（50）。

6.如前述任一权利要求所述的用于加工工件的机床，其特征在于，所述机床床身一体成型，并具有三个支撑点。

7.如前述任一权利要求所述的用于加工工件的机床，其特征在于，尖角导板（25a，25b）侧固定在工件台（16；30）上，并伸入到所述工件台底部的排屑槽（19）中。

8.如权利要求4所述的用于加工工件的机床，其特征在于，所述旋转转台（30）具有一旋转轴，该旋转轴包括一至少为180°的旋转角度，以将移动工件台（30）倒转到一颠倒位置，在该位置由旋转转台（30）夹住的工件直接定位在排屑槽（19）上方。

9.如前述任一权利要求所述的用于加工工件的机床，其特征在于，所述机床立柱设置有三根垂直导轨（8，9，10），沿着所述三根垂直导轨（8，9，10）工件主轴（11）被引导，中间导轨（9）用于携带由直线电动机（29）磁力产生的负载，所述直线电动机（29）设置在垂直方向以用于移动所述工件主轴。

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