CN103817370B - 三轴多头龙门加工设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三轴多头龙门加工设备,包括：机床床身、移动式龙门架、紧凑型模块化夹具、Z向进给移动头、Y向进给移动头；所述机床床身上设有X向直线导轨，所述移动式龙门架安装于X向直线导轨上，所述移动式龙门架上方设有机床台面；所述紧凑型模块化夹具位于机床台面上；所述移动式龙门架上设有Y向导轨和Z向导轨，Y向进给移动头安装于Y向导轨上；所述Z向进给移动头安装于Z向导轨上。本发明中通过改变加工思维，以定型材动机械的加工理念，通过设置多个移动头完成全方位同时加工，通过一次定位完成全面加工，加工精度高，速度快。

Description

三轴多头龙门加工设备

技术领域

本发明涉及铝型材深加工领域、门窗幕墙加工领域中的加工设备，具体是一种实现空间万向加工的三轴多头龙门加工设备。

背景技术

目前，铝型材门窗加工行业中，对于铝型材的铣削加工以单次单根型材加工为主要加工形式，对于复杂型材，需要加工多个端面的，加工以定设备动型材为主要加工理念，型材每加工一个空间位置的端面就需要从加工设备中取出，重新定位调整定位加工角度，再次加工，加工操作复杂，加工效率低下；

再则，由于本行业的特殊性,对于铣削得精度要求偏低，其存在该问题的主要原因是：在单次单根型材加工生产形式下再要求产品的精度，生产效率就变得及其低下，无法满足高速的工厂作业化生产。

发明内容

发明目的：是针对现有技术存在的不足，提供一种可以进行单次多根型材加工生产的三轴多头龙门加工设备，同时该设备能够实现多根型材的全方位同时加工。

技术方案：为实现上述目的，本发明提供了一种三轴多头龙门加工设备,包括：机床床身、移动式龙门架、紧凑型模块化夹具、Z向进给移动头、Y向进给移动头；上述各部件的连接关系为：所述机床床身上设有X向直线导轨，所述移动式龙门架安装于X向直线导轨上，所述移动式龙门架上方设有机床台面；所述紧凑型模块化夹具位于机床台面上；所述移动式龙门架上设有Y向导轨和Z向导轨，Y向进给移动头安装于Y向导轨上；所述Z向进给移动头安装于Z向导轨上。

本发明中还包括伺服电机；所述移动式龙门架、Z向进给移动头、Y向进给移动头通过伺服电机驱动在导轨上运动；本发明中采用伺服电机作为移动式龙门架、Z向进给移动头、Y向进给移动头的动力源，更稳定，更节能，产品使用寿命更长。

上述三轴多头龙门加工设备的工作原理是：伺服电机驱动移动式龙门架沿着X向直线导轨运动，实现X向上的位移，移动式龙门架X向运动的同时带动位于移动式龙门架上方的Z向进给移动头和Y向进给移动头在X向运动；伺服电机驱动Y向进给移动头沿Y向导轨运动实现Y向位移，而Z向进给移动头沿Z向导轨运动实现Z向位移，通过三条导轨位置的巧妙设计，实现了X、Y、Z向加工位置的任意调整，可以实现全空间任意位置加工，加工不受空间限制，并且同时设置了Z向进给移动头和Y向进给移动头，两个移动头同时加工，大大提高了加工的效率。

本发明中还设置了配重气缸，所述配重气缸一端固定在所述移动式龙门架，另一端与Z向进给移动头连接；所述配重气缸工作原理为：设备生产加工时，由气泵提供有压气源经过调压阀调整到所需压力值，抵消Z向进给移动头重力作用确保机床上所述Z向进给移动头处于悬浮状态，因Z向进给移动头进行加工时产生的压力高于所提供的气源压力，通过采用快排阀迅速排掉增加的气压，同时在此过程中平衡了重力因素的巨大惯量，通过配重气缸延长了各部件的使用寿命，使得所述Z向进给移动头运行更加平稳，并且能有效降低源气压的压力值。

本发明所述三轴多头龙门加工设备中，要通过实现多根型材同时加工，来提高加工效率，就需要根据加工型材的根数来设置所述紧凑型模块化夹具，使所述紧凑型模块化夹具能够同时夹持多根型材，为了进一步提高加工效率，夹持定位越简单、快速、精确，加工速度就越快，加工质量就越得到保证。

为了实现上述目的，所述紧凑型模块化夹具设计成模块化，由多个夹具模块构成，每根型材对应一个模块，几个型材同时加工就放置几个夹具模块。

所述紧凑型模块化夹具包括：端面基准和至少一个夹具模块；所述端面基准位于夹具模块的一端；

所夹具模块包括：夹具固定基准端、夹具活动边、夹具活动块、夹具活动滑座、压紧气缸、导轴、下垫板、过气路垫板；

所述夹具固定基准端通过下垫板和过气路垫板固定于底板上；所述压紧气缸通过导轴与夹具活动滑座连接；所述夹具活动滑座安装于下垫板和过气路垫板上；所述夹具活动滑座上表面设有水平滑槽，所述夹具活动边下端设有与水平滑槽相适配的垂直凸起；所述夹具活动边通过垂直凸起沿水平滑槽进行水平运动；所述夹具活动边的内侧设有垂直滑槽；所述夹具活动块背面设有与垂直滑槽相适配的水平凸起；所述夹具活动块通过水平凸起沿垂直滑槽进行垂直运动。

本发明中所述紧凑型模块化夹具中的夹具模块以满足加工材料尺寸的夹紧范围限度为基础，对于不同型材的加工更换时，无需更换夹具，只需调整基准部的相对位置和夹具模块的对应尺寸即可，夹具模块将所需夹紧型材尺寸均涵盖在内即可完成夹持；每个，夹具模块都配备单独的压紧气缸，通过压紧气缸的伸缩运动控制实现夹具的夹紧和放松，夹具模块化的设置能够满足多根型材的同时夹紧，再则由于夹具为长条形，可根据型材的长度设置多个夹具模块，避免了夹紧时虚夹以及夹紧面积过小的现象的产生。

本发明中所述Z向进给移动头和Y向进给移动头可以设置各种加工器具，如：加工锯、齿轮、铣刀、毛刷等；如下选取最常用的铣刀为例。

所述Z向进给移动头和Y向进给移动头中的移动头优选采用多轴铣；所述多轴铣包括：驱动电机、联轴器、主动轮、从动轮、同步带、从动轴、主动轴、轴承安装箱体、铣刀；所述驱动电机通过联轴器与主动轴连接；所述主动轴上固定主动轮，主动轮通过同步带与从动轮连接；所述从动轮与从动轴固定连接；所述主动轴、从动轴穿过轴承安装箱体与铣刀固定连接。

上述多轴铣的工作原理如下：驱动电机带动联轴器运动，联轴器带动与之连接的主动轴旋转，主动轴带动固定在其上的主动轮旋转，在同步带的带动下，主动轮带动从动轮运动，从动轮带动与之连接的从动轴运动，主动轴和从动轴底端都装有铣刀，主动轴和从动轴通过轴承安装箱体的定位保证运动中不发生旋转偏移，保证了加工精度。

本发明中还公开了三轴多头龙门加工设备的加工方法，具体步骤如下：

（A）根据所需加工型材的形状和宽度调整紧凑型模块化夹具的夹紧范围和定位基准，同时根据加工型材的根数确定紧凑型模块化夹具的组数，一根加工型材对应一组夹具；

（B）调整好紧凑型模块化夹具后，将多根待加工的型材送入紧凑型模块化夹具内，型材通过紧靠夹具的夹具固定基准端、端面基准放置实现型材的基准定位，同时压紧气缸驱动夹具活动边沿夹具活动滑座运动夹紧型材；

（C）移动式龙门架沿着机床床身上的X向直线导轨移动，实现定床身动龙门的龙门加工结构，伺服电机驱动移动式龙门架实现X方向运动；在移动式龙门架的基础上，在其上设置Y向导轨和Z向导轨，通过伺服电机驱动实现Y向进给移动头、Z向进给移动头的Y向和Z向的移动；在X、Y、Z向的移动过程中，Y向进给移动头、Z向进给移动头完成型材的加工；

（D）加工完成后，龙门架退回零位，松开压紧气缸，取出已加工完成的型材；完成型材的加工。

有益效果：本发明具有以下优点：

1、本发明中通过改变加工思维，以定型材动机械的加工理念，通过设置多个移动头完成全方位同时加工，通过一次定位完成全面加工，加工精度高，速度快；

2、本发明以单次多根型材加工方式取代过去以往单次单根型材铣削加工的加工方式，提高加工效率，机器操作简便，维护方便。

3、本发明中因为夹持定位模块化的理念，使加工数根据需要快速方便的调整，提高了机械的通用性，和加工适用性。

4、本发明中所述夹具为通用性夹具，对于不同的型材，只需调整夹具的基准部完成定位即可，适用性广泛。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明中三轴多头龙门加工设备的侧视图；

图3为本发明中所述紧凑型模块化夹具的结构示意图；

图4为本发明所述实施例中三轴铣结构示意图。

其中，机床床身1、移动式龙门架2、紧凑型模块化夹具3、Z向进给移动头4、Y向进给移动头5、电箱6、机床工作台面7、配重气缸8、伺服电机9、抽屉10；

夹具固定基准端301、端面基准302、端面斜坡模块303、夹具活动边304、夹具活动块305、牛筋306、夹具活动滑座307、托垫308、端面基准平板309、压紧气缸310、导轴311、下垫板312、过气路垫板313、分气块314；

安装板401、驱动电机402、联轴器403、主动轮404、从动轮405、压紧轮406、同步带407、从动轴408、主动轴409、轴承安装箱体410、铣刀411、角接触球轴承412、弹簧夹头413、加强板414。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

实施例：

如图1、2所示的一种三轴多头龙门加工设备,包括：机床床身1、移动式龙门架2、紧凑型模块化夹具3、Z向进给移动头4、Y向进给移动头5、电箱6、机床工作台面7、配重气缸8、伺服电机9、抽屉10；

上述各部件的连接关系如下；所述机床床身1上设有X向直线导轨，所述移动式龙门架2安装于X向直线导轨上，所述移动式龙门架2上方设有机床台面7；所述紧凑型模块化夹具3位于机床台面7上；所述移动式龙门架2上设有Y向导轨和Z向导轨，Y向进给移动头5安装于Y向导轨上；所述Z向进给移动头4安装于Z向导轨上；所述电箱6为设备运转提供电能；所述移动式龙门架2、Z向进给移动头4、Y向进给移动头5通过伺服电机驱动在导轨上运动，所述抽屉10位于机床床身1下部。

如图3所述的紧凑型模块化夹具3包括：三组夹具模块组和端面基准302、端面斜坡模块303、端面基准平板309；所述夹具模块包括：夹具固定基准端301、夹具活动边304、夹具活动块305、弹性件306、夹具活动滑座307、托垫308、压紧气缸310、导轴311、下垫板312、过气路垫板313、分气块314；三个夹具模块组并列设置，每个夹具模块组中设有两个纵向对齐的夹具模块；

上述各部件的连接关系如下：所述夹具模块中夹具固定基准端301通过下垫板312和过气路垫板313固定于底板上；所述压紧气缸310通过导轴311与夹具活动滑座307连接；所述夹具活动滑座307安装于下垫板312和过气路垫板313上；所述夹具活动滑座307上表面设有水平滑槽315，所述夹具活动边304下端设有与水平滑槽相适配的垂直凸起；所述夹具活动边304通过垂直凸起沿水平滑槽进行水平运动；所述夹具活动边304的内侧设有垂直滑槽316；所述夹具活动块305背面设有与垂直滑槽316相适配的水平凸起；所述夹具活动块通过水平凸起沿垂直滑槽进行垂直运动；所述弹性件306固定于夹具活动块305的内侧；所述夹具固定基准端301内侧面设有托垫固定槽，所述托垫308通过托垫固定槽固定在夹具固定基准端301内侧；所述分气块位于过气路垫板313的一端；所述分气块314一侧设有一个气源连接的总进气端、一个与外界连接的总出气端，另一侧设有至少一个与压紧气缸310进气端连接的分进气端，和至少一个与压紧气缸310出气端连接的分出气端；所述端面基准302通过端面基准平板309固定在底板上，并位于夹具模块的端面；所述端面斜坡模块303固定于所述端面基准302的上方。

紧凑型模块化夹具3的工作原理如下：当确定要加工的型材后，一个气源为多个压紧气缸供气，通过分气块314分气；然后启动压紧气缸310，压紧气缸310驱动导轴311，导轴311带动夹具活动滑座307水平运动，根据加工型材的宽度调整夹具活动滑座307的位置，然后再调整夹具活动边304，实现水平方向的尺寸的微调；再调整夹具活动块305，实现垂直方向上尺寸的调节；根据待加工型材的尺寸完成夹具的夹持尺寸调整；然后通过夹具模块前端的端面基准302定位；如果型材的端面为坡面，在端面基准302的上端设置端面斜坡模块303定位端面为坡面的型材，本实施例中所述夹紧气缸的进气管和排气管嵌在过气路垫板下的凹槽中，连接到过气路垫板端部的分气块，所述分气块主要是起到高压气源分流的作用，实现单个气源同时推进多个气缸的目的。

如图所示的多轴铣包括：固定板401、驱动电机402、联轴器403、主动轮404、从动轮405、压紧轮406、同步带407、从动轴408、主动轴409、轴承安装箱体410、铣刀411、角接触球轴承412、夹紧螺母413、加强板414。

上述各部件的连接关系如下：所述固定板驱动电机401背面设有加强板414：所述固定板401的上端安装驱动电机402，下端安装所述轴承安装箱体410；所述驱动电机402通过联轴器403与主动轴408连接；所述主动轮404固定安装于主动轴409上，通过同步带407与从动轮405连接；所述从动轮405固定连接在从动轴408上；所述主动轴409和从动轴408穿过所述轴承安装箱体410上的定位孔定位；所述铣刀411安装于所述主动轴409和从动轴408下方；所述压紧轮406位于所述主动轮404和从动轮405之间，并压紧连接主动轮404和从动轮405的同步带407；所述铣刀411和主动轮404、从动轮405通过弹簧夹头连接，并通过夹紧螺母413固定；所述轴承安装箱体410上的定位孔与主动轴、从动轴之间设有角接触球轴承412。

上述各部件的工作原理如下：固定板401上的驱动电机402运动带动联轴器403旋转，联轴器403带动主动轴409同步旋转，主动轴409旋转进而带动固定在主动轴409上的主动轮404以主动轴为圆心自转；主动轮404通过同步带407带动从动轮405旋转，进而带动与从动轮固定连接的从动轴旋转，从而实现主动轴与从动轴的同步旋转，进而实现主动轴和从动轴下端的铣刀同步运转。

上述三轴多头龙门加工设备的加工方法，具体步骤如下：

（A）根据所需加工型材的形状和宽度调整紧凑型模块化夹具3的夹紧范围和定位基准，同时根据加工型材的根数确定紧凑型模块化夹具的组数，一根加工型材对应一组夹具；

（B）调整好紧凑型模块化夹具3后，将多根待加工的型材送入紧凑型模块化夹具内，型材通过紧靠夹具的夹具固定基准端301、端面基准302放置实现型材的基准定位，同时压紧气缸310驱动夹具活动边304沿夹具活动滑座307运动夹紧型材；

（C）移动式龙门架2沿着机床床身1上的X向直线导轨移动，实现定床身动龙门的龙门加工结构，伺服电机驱动移动式龙门架2实现X方向运动；在移动式龙门架的基础上，在其上设置Y向导轨和Z向导轨，通过伺服电机驱动实现Y向进给移动头5、Z向进给移动头4的Y向和Z向的移动；在X、Y、Z向的移动过程中，Y向进给移动头5、Z向进给移动头4完成型材的加工；

（D）加工完成后，龙门架退回零位，松开压紧气缸310，取出已加工完成的型材；完成型材的加工。

Claims (3)

1.一种三轴多头龙门加工设备，包括：机床床身（1）、移动式龙门架（2）、紧凑型模块化夹具（3）、Z向进给移动头（4）、Y向进给移动头（5）；所述机床床身（1）上设有X向直线导轨，所述移动式龙门架（2）安装于X向直线导轨上，所述移动式龙门架（2）上方设有机床台面（7）；所述紧凑型模块化夹具（3）位于机床台面（7）上；所述移动式龙门架（2）上设有Y向导轨和Z向导轨，Y向进给移动头（5）安装于Y向导轨上；所述Z向进给移动头（4）安装于Z向导轨上，该设备还包括：配重气缸（8），所述配重气缸（8）一端固定在所述移动式龙门架（2），另一端与Z向进给移动头（4）连接；该设备还包括伺服电机（9）；所述移动式龙门架（2）、Z向进给移动头（4）、Y向进给移动头（5）通过伺服电机驱动在导轨上运动，其特征在于：所述紧凑型模块化夹具（3）包括：端面基准（302）和至少一个夹具模块；所述端面基准（302）位于夹具模块的一端；

所述夹具模块包括：夹具固定基准端（301）、夹具活动边（304）、夹具活动块（305）、夹具活动滑座（307）、压紧气缸（310）、导轴（311）、下垫板（312）、过气路垫板（313）；

所述夹具固定基准端（301）通过下垫板（312）和过气路垫板（313）固定于底板上；所述压紧气缸（310）通过导轴（311）与夹具活动滑座（307）连接；所述夹具活动滑座（307）安装于下垫板（312）和过气路垫板（313）上；所述夹具活动滑座（307）上表面设有水平滑槽（315），所述夹具活动边（304）下端设有与水平滑槽相适配的垂直凸起；所述夹具活动边（304）通过垂直凸起沿水平滑槽进行水平运动；所述夹具活动边（304）的内侧设有垂直滑槽（316）；所述夹具活动块（305）背面设有与垂直滑槽（316）相适配的水平凸起；所述夹具活动块通过水平凸起沿垂直滑槽进行垂直运动。

2.根据权利要求1所述的三轴多头龙门加工设备,其特征在于：所述Z向进给移动头（4）、Y向进给移动头（5）中的移动头是多轴铣；所述多轴铣包括：驱动电机（402）、联轴器（403）、主动轮（404）、从动轮（405）、同步带（407）、从动轴（408）、主动轴（409）、轴承安装箱体（410）、铣刀（411）；

所述驱动电机（402）通过联轴器（403）与主动轴（409）连接；所述主动轴（409）上固定主动轮（404），主动轮（404）通过同步带（407）与从动轮（405）连接；所述从动轮（405）与从动轴（408）固定连接；所述主动轴（409）、从动轴（408）穿过轴承安装箱体（410）与铣刀（411）固定连接。

3.一种三轴多头龙门加工设备的加工方法，其特征在于：具体步骤如下：

（A）根据所需加工型材的形状和宽度调整紧凑型模块化夹具（3）的夹紧范围和定位基准，同时根据加工型材的根数确定紧凑型模块化夹具的组数，一根加工型材对应一组夹具；

（B）调整好紧凑型模块化夹具（3）后，将多根待加工的型材送入紧凑型模块化夹具内，型材通过紧靠夹具的夹具固定基准端（301）、端面基准（302）放置实现型材的基准定位，同时压紧气缸（310）驱动夹具活动边（304）沿夹具活动滑座（307）运动夹紧型材；

（C）移动式龙门架（2）沿着机床床身（1）上的X向直线导轨移动，实现定床身动龙门的龙门加工结构，伺服电机驱动移动式龙门架（2）实现X方向运动；在移动式龙门架的基础上，在其上设置Y向导轨和Z向导轨，通过伺服电机驱动实现Y向进给移动头（5）、Z向进给移动头（4）的Y向和Z向的移动；在X、Y、Z向的移动过程中，Y向进给移动头（5）、Z向进给移动头（4）完成型材的加工；

（D）加工完成后，龙门架退回零位，松开压紧气缸（310），取出已加工完成的型材；完成型材的加工。