CN104308668A

CN104308668A - 微型多功能复合加工中心

Info

Publication number: CN104308668A
Application number: CN201410534018.XA
Authority: CN
Inventors: 续宗耀
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-10-12
Filing date: 2014-10-12
Publication date: 2015-01-28

Abstract

一种微型多功能复合加工中心，包括刀库、数控系统、两个主轴、三个自由度进给轴、两个自由度旋转轴。刀库安装在机床正面，主轴箱正前方最高点位置，其自动刀具交换装置机械臂纵向布置在机床右侧。数控系统安装在机床右侧，通过两段连杆机构连接，可在连杆机构运动范围内自由活动，并可使用锁紧把手锁紧该机构使数控系统位置固定。三个自由度进给轴，分别为X轴、Y轴、Z轴；两个自由度旋转轴，分别为A轴和B轴，其中A轴同时作为车削主轴使用，并可拆除以增加工作台以及机床X轴的有效行程。本机床特点为外形体积小，重量轻，随处皆可放置，可以在楼房上使用；功耗低，可直接使用照明电源供电；功能极其丰富，结构灵活可控，含刀库，可自动换刀，可实现五轴联动，可完成车削、铣削、镗削、刨削、磨削、插削、钻削、攻丝、滚齿等加工工艺。

Description

微型多功能复合加工中心

技术领域

本发明属于数控机床领域，具体地说，涉及一种微型多功能复合加工中心。

背景技术

加工中心是高度自动化的机械加工设备，其特点为：具备刀库，可以完成自动换刀工作，工件一次装夹后，根据事先编制好的数控加工程序，机床可以自动选择加工方式、更换刀具、自动对刀、自动改变主轴转速、进给量等，可连续完成多种工序，减少了工件装夹、测量和机床调整等辅助工序时间。

现有技术中的加工中心设备多是为工业生产加工而设计，其体积庞大，重达数吨，普通的家庭制造爱好者，或者学校实验室，一般无法提供工业加工中心所需的空间与地基要求；供电必须使用三相动力电，即使安装了变相设备，工业加工中心的功率也非照明电源所能承受；工业加工中心的设计目的是为生产使用，其结构特点为高效率，高稳定性，机床的功能越多，其效率与稳定性就越差，因此工业加工中心功能往往较为单调。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种微型多功能复合加工中心，要求体积小、重量轻、支持照明电源、功能丰富满足各种加工需求。

为解决上述技术问题，本发明提出了一种微型多功能复合加工中心。其特点为：专为家庭或教学以及小零件快速打样设计；其外形体积小，最大外形尺寸仅1.2米，重量轻，整体重量约280KG，随处皆可放置，可以在楼房上使用；功耗低，可直接使用照明电源供电；功能极其丰富，结构灵活可控，含刀库，可自动换刀，拥有两个主轴，五个自由度，可实现五轴联动，可完成车削、铣削、镗削、刨削、磨削、插削、钻削、攻丝、滚齿等加工工艺。

本发明的技术方案为：一种微型多功能复合加工中心，包括刀库、数控系统、两个主轴、三个自由度进给轴、两个自由度旋转轴。所述两个主轴，其一为可受刀库操作完成自动换刀的刀具主轴，另一主轴为装夹工件进行车削加工的工件主轴，另外此主轴还作为机床旋转轴的A轴使用。

所述刀库安装在机床正面，主轴箱正前方最高点位置，其自动刀具交换装置机械臂纵向布置在机床右侧。

所述数控系统安装在机床右侧，通过两段连杆机构连接，可在连杆机构运动范围内自由活动，并可使用锁紧把手锁紧该机构使数控系统位置固定。

所述三个自由度进给轴，分别为X轴、Y轴、Z轴，其空间分布为：Y轴安装在机床底座上，运动部件为X轴滑枕；X轴安装在X轴滑枕上，运动部件为机床工作台；Z轴安装在机床立柱上，机床立柱安装在机床底座上，Z轴的运动部件为旋转轴B轴涡轮箱。

所述两个自由度旋转轴，分别为A轴和B轴，其中A轴同时作为车削主轴使用，采用大功率大惯量伺服电机直驱，高速时可完成车削加工，低速时可做联动铣削，分度等功能；A轴与其配对的尾坐作为分体的组件，可以安装在工作台上进行工作，也可拆除增加工作台空间和机床X轴行程，A轴组件上设有定位机构，确保其拆装后位置精度可靠。

所述B轴安装在B轴涡轮箱上，B轴涡轮箱内含两只蜗杆，一为左旋，一为右旋，一个涡轮，两只蜗杆同时与涡轮啮合，使用一台伺服电机驱动其中一只蜗杆，同步带经过同步轮连接两个蜗杆使其同步，其中一个同步轮使用卷簧与蜗杆连接。

所述B轴与B轴涡轮箱之间使用一圆锥面连接，B轴运动面为一锥形运动体，其固定体为一锥环，使用16只螺钉连接锥环与B轴涡轮箱，其中8只固定螺钉，8只顶起螺钉，两者交替分布。

本机床所使用车刀、刨刀、插刀等刀柄为自行设计，其特点为刀刃中心点过刀柄轴线。

本发明的工作过程如下：

本机床第一实施例，作为常见普通三轴数控加工中心使用，即只启用本机床刀库，机床运动轴X轴、Y轴、Z轴，即可实现此工作，如工作台空间不足，亦可拆除车削主轴与尾坐来增加工作台空间。

本机床第二实施例，作为常见普通四轴数控加工中心使用，即在第一实施例的基础上，再启用A轴，即可实现此工作。

本机床第三实施例，作为第四轴为B轴的四轴数控加工中心使用，即在第一实施例的基础上，再启用B轴，即可完成此工作。

本机床第四实施例，作为五轴联动数控加工中心使用，即在第一实施例的基础上，再启用A轴、B轴，即可实现此工作。

本机床第五实施例，作为车削加工中心使用，即启用本机床刀库7，机床运动轴X轴、Y轴、Z轴、车削主轴、B轴，在机床主轴上装入车刀刀柄，车削主轴上装夹工件，X轴与Z轴联动即可完成车外圆、车端面等工作，B轴旋转90度使刀柄与车削主轴轴线平行，即可实现车内圆工作，还可使用多轴联动完成复杂型面的车削工作。

本机床第六实施例，作为五轴联动车铣复合数控加工中心使用，即在第四实施例的基础上，结合第五实施例功能，两者工序交替进行，实现车铣复合数控加工。

本机床第七实施例，作为常见普通三轴数控平面磨床使用，即在第一实施例的基础上，再启用B轴，使用其分度功能，使主轴箱组件6旋转90度，在主轴上装入磨削砂轮，即可实现此工作。

本机床第八实施例，作为常见普通数控万能磨床使用，即在第五实施例的基础上，在主轴上装入磨削砂轮，即可实现此工作。

本机床第九实施例，作为常见普通刨床使用，即在第一实施例的基础上，在主轴上装入刨刀，机床X轴快速往复运动作为主运动，Y、Z轴进给运动，即可实现此工作。

本机床第十实施例，作为常见普通插床使用，即在第一实施例的基础上，在主轴上装入插刀，机床Z轴快速往复运动作为主运动，X、Y轴进给运动，即可实现此工作。

本机床第十一实施例，作为常见普通滚齿机使用，即在第二实施例的基础上，在主轴上装入滚刀，机床主轴与A轴联动切削齿坯，X、Y轴进给运动，即可实现此工作。

本机床第十二实施例，在以上全部实施例基础上随意搭配工艺工序，自动化完成多种多类工序，即称为多功能复合加工中心。

本发明的有益效果在于：1、外形体积小，最大外形尺寸仅1.2米，重量轻，整体重量约280KG，随处皆可放置，可以在楼房上使用；2、功耗低，可直接使用照明电源供电；3、功能极其丰富，结构灵活可控，含刀库，可自动换刀，拥有两个主轴，五个自由度，可实现五轴联动，可完成车削、铣削、镗削、刨削、磨削、插削、钻削、攻丝、滚齿等加工工艺；4、使用了一种高刚性无背隙的旋转轴设计，解决了普通旋转轴设计方案精度差或刚性低的问题；5、利用旋转轴的灵活特点，将刀库的自动刀具交换装置机械臂纵向安置，省去了换刀行程，使机床Z轴行程的利用率大为提高；6、自行开发研制的数控系统，可实现前述所有机械运动功能的控制。

附图说明

图1是本发明的整体结构等轴侧视图。

图2是本发明的整体结构主视图。

图3是本发明的整体结构轴侧视图。

图4是本发明的旋转轴正面结构剖视图。

图5是本发明的旋转轴外形示意图。

图6是本发明的旋转轴侧面结构剖视图。

图7是本发明的旋转轴驱动方法示意图。

具体实施方式

以下结合附图具体说明本发明。

如图1所示，本发明包括机床底座1、X轴滑枕2、车削主轴（A轴组件）3、机床立柱4、B轴蜗轮箱组件5、主轴箱组件6、刀库7、刀库支架8、数控系统9、尾坐10、工作台11、油盘12、卡盘13、数控系统支架14、数控系统支架锁紧机构15、刀具主轴16、自动刀具交换装置机械臂17，其中：工作台11为机床X之轴运动部件、X轴滑枕2为机床Y轴运动部件、B轴蜗轮箱组件5为Z轴运动部件、卡盘13为机床A轴运动部件、主轴箱组件6为B轴运动部件。

刀库7安装在机床正面，主轴箱组件6正前方最高点位置，其自动刀具交换装置机械臂17纵向布置在机床右侧；数控系统9安装在机床右侧，通过两段连杆机构的数控系统支架14连接，可在连杆机构运动范围内自由活动，并可使用数控系统支架锁紧机构15锁紧该机构使数控系统位置固定；X轴、Y轴、Z轴的空间分布为：Y轴安装在机床底座1上，X轴安装在X轴滑枕2上，Z轴安装在机床立柱3上，机床立柱3安装在机床底座1上。

两个自由度旋转轴分别为A轴和B轴，其中A轴组件3同时作为车削主轴使用，采用大功率大惯量伺服电机直驱，高速时可完成车削加工，低速时可做联动铣削，分度等功能；A轴组件3与其配对的尾坐10作为分体的组件，可以安装在工作台11上进行工作，也可拆除增加工作台11空间和机床X轴行程，A轴组件3上设有定位机构，确保其拆装后位置精度可靠。

主轴箱组件6安装在B轴涡轮箱组件5上，B轴涡轮箱组件5内含两只蜗杆20和蜗杆25，一为左旋，一为右旋，一个涡轮31，两只蜗杆同时与涡轮31啮合，使用一台伺服电机18驱动其中一只蜗杆，同步带23经过同步轮22和同步轮28连接两个蜗杆使其同步，其中一个同步轮28使用卷簧26与蜗杆25连接，利用蜗轮的自锁性，在卷簧仅需较小弹力的前提下也可完全排除蜗轮31的回程间隙。

主轴箱组件6与B轴涡轮箱组件5之间使用一圆锥面连接，主轴箱组件6运动面为一锥形运动体，其固定体为一压盖锥环40，使用16只螺钉连接锥环与B轴涡轮箱36，其中8只螺钉39为固定螺钉，8只螺钉41为顶起螺钉，两者交替分布，调整压盖锥环40与主轴箱箱体32之间的间隙，完成压盖锥环40的固定工工作。

本机床在实行某些工艺时，如车削、刨削等，需要锁定主轴，目前采取伺服电机自锁，和刀具刀柄设计减轻扭转力矩的方法来解决，具体如下，所有车刀，刨刀，插刀等，刀刃中心点过刀柄轴线，使用此方法制造车刀柄基本不会产生扭转力矩，相对于强力主轴锁定更有利于切削稳定。

本发明的工作过程如下：

本机床第一实施例，作为常见普通三轴数控加工中心使用，即只启用本机床刀库7，机床运动轴X轴（运动部件为工作台11）、Y轴（运动部件为X轴滑枕2）、Z轴（运动部件为主轴箱组件6），即可实现此工作，如工作台空间不足，亦可拆除车削主轴（A轴组件）3与尾坐10来增加工作台空间。

本机床第二实施例，作为常见普通四轴数控加工中心使用，即在第一实施例的基础上，再启用A轴（运动部件为卡盘13），即可实现此工作。

本机床第三实施例，作为第四轴为B轴的四轴数控加工中心使用，即在第一实施例的基础上，再启用B轴（运动部件为B轴蜗轮箱组件5），即可完成此工作。

本机床第四实施例，作为五轴联动数控加工中心使用，即在第一实施例的基础上，再启用A轴（运动部件为卡盘13）、B轴（运动部件为B轴蜗轮箱组件5），即可实现此工作。

本机床第五实施例，作为车削加工中心使用，即启用本机床刀库7，机床运动轴X轴（运动部件为工作台11）、Y轴（运动部件为X轴滑枕2）、Z轴（运动部件为主轴箱组件6）、车削主轴（运动部件为卡盘13）、B轴（运动部件为B轴蜗轮箱组件5），在机床主轴上装入车刀刀柄，车削主轴上装夹工件，X轴与Z轴联动即可完成车外圆、车端面等工作，B轴旋转90度使刀柄与车削主轴轴线平行，即可实现车内圆工作，还可使用多轴联动完成复杂型面的车削工作。

本机床第七实施例，作为常见普通三轴数控平面磨床使用，即在第一实施例的基础上，再启用B轴（运动部件为B轴蜗轮箱组件5），使用其分度功能，使主轴箱组件6旋转90度，在主轴上装入磨削砂轮，即可实现此工作。

本发明不限于所展示的实施例，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化，这些变化都落入本发明专利的要求保护范围内。

Claims

1.一种微型多功能复合加工中心，其特征在于，包括机床底座（1）、X轴滑枕（2）、车削主轴（A轴组件）（3）、机床立柱（4）、B轴蜗轮箱组件（5）、主轴箱组件（6）、刀库（7）、刀库支架（8）、数控系统（9）、尾坐（10）、工作台（11）、油盘（12）、卡盘（13）、数控系统支架（14）、数控系统支架锁紧机构（15）、刀具主轴（16）、自动刀具交换装置机械臂（17），所述X轴滑枕（2）通过直线导轨安装在机床底座（1）上方，工作台（11）通过直线导轨安装在X轴滑枕（2）上方，车削主轴（A轴组件）（3）与尾坐（10）对称安装在工作台上方的一侧，机床立柱（4）安装在机床底座（1）上方后端，其上装有刀库支架（8）、数控系统支架（14），B轴蜗轮箱组件（5）通过直线导轨安装在机床立柱（4）前方，主轴箱组件（6）安装在B轴涡轮箱组件（5）上，刀具主轴（16）安装在主轴箱组件（6）内，刀库（7）安装在机床正面，主轴箱组件（6）正前方最高点位置，数控系统（9）安装在机床右侧，工作台（11）为机床X轴运动部件、X轴滑枕（2）为机床Y轴运动部件、B轴蜗轮箱组件（5）为Z轴运动部件、卡盘（13）为机床A轴运动部件、主轴箱组件（6）为B轴运动部件。

2.根据权利要求1所述的微型多功能复合加工中心，其特征在于，刀库（7）的自动刀具交换装置机械臂（17）纵向布置在机床右侧；数控系统（9）安装在机床右侧，通过两段连杆机构的数控系统支架（14）连接，数控系统支架（14）上装有数控系统支架锁紧机构（15）；X轴、Y轴、Z轴的空间分布为：Y轴安装在机床底座（1）上，X轴安装在X轴滑枕（2）上，Z轴安装在机床立柱（3）上，机床立柱（3）安装在机床底座（1）上。

3.根据权利要求1所述的微型多功能复合加工中心，其特征在于，两个自由度旋转轴分别为A轴和B轴，其中A轴组件（3）同时作为车削主轴使用， A轴组件（3）与其配对的尾坐（10）作为分体的组件，可以安装在工作台（11）上进行工作，也可拆除增加工作台（11）空间和机床X轴行程，A轴组件（3）上设有定位机构。

4.根据权利要求1所述的微型多功能复合加工中心，其特征在于，B轴涡轮箱组件（5）内含两只蜗杆（20）和蜗杆（25），一为左旋，一为右旋，一个涡轮（31），两只蜗杆同时与涡轮（31）啮合，使用一台伺服电机（18）驱动其中一只蜗杆，同步带（23）经过同步轮（22）和同步轮（28）连接两个蜗杆使其同步，其中一个同步轮（28）使用卷簧（26）与蜗杆（25）连接。

5.根据权利要求1所述的微型多功能复合加工中心，其特征在于，主轴箱组件（6）与B轴涡轮箱组件（5）之间使用一圆锥面连接，主轴箱组件（6）运动面为一锥形运动体，其固定体为一压盖锥环（40），使用16只螺钉连接锥环与B轴涡轮箱（36），其中8只螺钉（39）为固定螺钉，8只螺钉（41）为顶起螺钉，两者交替分布。

6.根据权利要求1所述的微型多功能复合加工中心，其特征在于，本机床所使用车刀、刨刀、插刀等刀柄为自行设计，其特点为刀刃中心点过刀柄轴线。