CN104308668A - 微型多功能复合加工中心 - Google Patents
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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
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(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 (6)
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。
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