CN105033660B - 一种机床模块机械接口装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机床模块机械接口装置，包括座体和接口连接板，接口连接板安装在座体上方；在座体和接口连接板之间靠近四角位置设置有三组主支撑和一组辅助支撑，在座体和接口连接板之间还设置有等压拉压机构。本发明的机床模块机械接口装置通过三处主支撑和一个辅助支撑，结合等压拉压机构，使模块化机床组装后的几何精度及刚度实现较大范围的调整，且接口刚度和接口平面能够根据实际加工条件灵活调节，满足了产品的实际加工需求；结构简单，操作方便，定位准确牢靠。

Description

一种机床模块机械接口装置

技术领域

本发明属于机械设备技术领域，涉及一种机床模块机械接口装置。

背景技术

近年来市场对新产品的需求正向着多样化、高质量、低成本、短交货周期方向发展，同一零件族的新产品迅速更新换代、层出不穷，产品的生命周期变得越来越短，而企业为了在日趋激烈的竞争中保持旺盛的竞争力，对产品的加工要求也越来越高，主要有三个方面的要求即生产的高质量、高效率和低成本。在这种状况下，企业为了应对大批量定制生产模式，采用大量的数控机床、加工中心等具有高加工柔性但价格昂贵的设备来组建生产线，成本极高且造成了很多不必要的功能浪费。

模块化机床及可重构机床，能够根据产品的加工特征及工艺方案进行机床模块的重组，来满足产品的加工需求，从而在大批量定制生产模式下，能较好的解决生产柔性与加工高效、低成本之间的矛盾。目前机床模块机械接口的常见形式有：利用定位面定位，螺纹紧固件直接刚性接口；利用圆锥面定位，插接接口，再用螺纹连接件紧固连接。

但是，目前机床模块在进行接口连接时，由于原装机械接口设计的局限性，在多变的加工条件下(机床结构多样性、加工受载情况的多样性等)，使得机床组装后的几何精度及刚度调整受到较大限制，且模块结合部对机床的动态特性影响较大，这一因素也是制约模块化机床及可重构机床发展与应用的关键因素之一。

发明内容

本发明的目的是提供一种机床模块机械接口装置，解决了现有技术机床模块在进行接口连接时，由于原装机械接口设计的局限性，在多变的加工条件下(机床结构多样性、加工受载情况的多样性等)，使得机床组装后的几何精度及刚度调整受到较大限制，且模块结合部对机床的动态特性影响较大的问题。

本发明采用的技术方案是，一种机床模块机械接口装置，包括座体和接口连接板，接口连接板安装在座体上方；在座体和接口连接板之间靠近四角位置设置有三组主支撑和一组辅助支撑，在座体和接口连接板之间还设置有等压拉压机构。

本发明的机床模块机械接口装置，其特征还在于：

三处主支撑中，位于一个对角的两处主支撑的结构均采用梳齿方式互相嵌入，第三处主支撑与辅助支撑位于另一对角位置，该第三处主支撑的结构在于支撑凸台的顶面为环形槽结构，三组主支撑的轴心均开有通透的通孔。

每组主支撑包括对应设置在座体台面上的一个支撑凸台和设置在接口连接板中的一个凸台顶座，其中对角的两个支撑凸台及对应的凸台顶座接触面为梳齿形状，该两组的齿向沿水平面互相垂直；第三处主支撑的支撑凸台及对应的凸台顶座为平面接触。

支撑凸台为薄壁空心壳体，在支撑凸台的壳体内设置有锥台，锥台的上锥面与支撑凸台的壳体内壁之间的空腔中填充有钢球。

在支撑凸台薄壁上开挖有窄方槽、或钻有圆孔。

主支撑的具体结构是，在支撑凸台对应的座体下方底部的锥孔中安装有锥台，锥台下端设置有端盖，端盖与座体通过螺纹连接；在凸台顶座对应接口连接板上端口沿中设置有球面垫圈一，锁紧螺钉一头部坐在球面垫圈一中，锁紧螺钉一的杆端向下依次穿过凸台顶座、支撑凸台、锥台，锁紧螺钉一杆端的下端头与锥台螺纹连接。

辅助支撑的结构是，在座体台面上开有一个安装盲孔，安装盲孔中螺纹套接有空心支撑套，空心支撑套外圆通过锁紧螺母与座体上端面锁紧，在空心支撑套上表面的球窝里设置有球面支撑垫圈，锁紧螺钉二头部安装在接口连接板中的球面垫圈一中，锁紧螺钉二杆端向下依次穿过球面垫圈一、球面支撑垫圈、空心支撑套，锁紧螺钉二杆端端头与座体螺纹连接。

等压拉压机构的具体结构是，

在座体台面沿中心点轴对称分别设置有内外圈各四个竖直盲孔，即在座体台面中心部位总共设置有八个竖直盲孔，内圈的四个竖直盲孔位于一个较小矩形的四角；外圈的四个竖直盲孔位于一个较大矩形的四角；在接口连接板上对应座体内圈矩形总共设置有另外的四个安装通孔；

在座体的外圈四个竖直盲孔中分别安装有一个液压顶杆，每个液压顶杆通过一个密封圈与所在竖直盲孔顶部口沿密封套接，每个液压顶杆下部通过一个密封环与所在竖直盲孔壁密封套接；四个液压顶杆下端面对外共同连通有一个液压油路一，该液压油路一的一个端口设置有一个堵头一，该液压油路一的另一端口还设置有一个顶油螺钉一；

在座体与接口连接板对应的内圈四个竖直盲孔中分别安装有一个液压拉杆，在座体的安装孔中，每个液压拉杆通过一个密封圈与所在竖直盲孔顶部口沿密封套接，每个液压拉杆下部通过一个密封环与所在竖直盲孔密封套接，每个液压拉杆向上穿过接口连接板安装通孔中的球面垫圈二后与拉杆螺母螺纹连接；四个液压拉杆下端密封圈与密封环之间的部位对外共同连通有一个液压油路二，该液压油路二的一个端口设置有一个堵头二，该液压油路二的另一端口设置有一个顶油螺钉二。

接口连接板上表面沿纵横交叉的两个中心线外端分别设置有一个U形键槽。

本发明的有益效果是，在多变的加工条件下(机床结构多样性、加工受载情况的多样性等)使得机床组装后的几何精度及刚度可实现较大范围的调整，来满足实际加工需求；结构简单，操作方便，定位准确牢靠，且接口刚度和接口平面可根据实际加工条件可调，应用起来灵活可靠；设计有结构简单、便于调力的等压拉压机构支撑，既对接口起支撑作用又可起到加工时的减震作用。

附图说明

图1为本发明装置的整体结构示意图；

图2为本发明装置的另一视角整体结构示意图；

图3为本发明中的座体3的结构示意图；

图4为本发明中的接口连接板7上表面的结构简图；

图5为本发明中的接口连接板7下表面的简图(未显示辅助支撑)；

图6为本发明支撑凸台22在薄壳外壁开设窄方槽的示意图；

图7为本发明支撑凸台22在薄壳外壁开设圆孔的示意图；

图8为本发明装置的俯视全剖图；

图9为图8中的B-B截面剖视图；

图10为图8中的C-C截面剖视图；

图11为本发明装置剖开辅助支撑与一个主支撑的结构示意图；

图12为本发明装置剖开三个主支撑的结构示意图；

图13为本发明液压顶杆9、液压拉杆10及各自液压油路的俯视全剖图；

图14为图13中的A-A截面剖视图；

图15为本发明装置剖开后的液压顶杆9与液压油路一的结构剖视图；

图16为本发明装置剖开后的液压拉杆10与液压油路二的结构剖视图；

图17为本发明装置剖开后的液压油路一的剖视图；

图18为本发明装置剖开后的液压油路二的剖视图。

图中，1.端盖，2.锥台，3.座体，4.锁紧螺钉一，5.锥台，6.钢球，7.接口连接板，8.球面垫圈一，9.液压顶杆，10.液压拉杆，11.锁紧螺钉二，12.大球面支撑垫圈，13.空心支撑套，14.锁紧螺母，15.堵头一，16.拉杆螺母，17.球面垫圈二，18.密封圈，19.密封环，20.顶油螺钉一，21.U形键槽，22.支撑凸台，23.凸台顶座，24.堵头二，25.顶油螺钉二。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

参照图1、图2，本发明机床模块机械接口装置的结构是，包括座体3和接口连接板7，接口连接板7安装在座体3上方，在座体3和接口连接板7之间设置有等压拉压机构；在接口连接板7上表面沿纵横交叉的两个中心线外端分别设置有用于定位的一个U形键槽21，纵横方向各一对总共是四个U形键槽21；

参照图3、图4、图5，在座体3和接口连接板7之间靠近四角位置设置有三组主支撑和一组辅助支撑，三处主支撑结构基本相同，位于一个对角的两处主支撑的结构采用梳齿方式互相嵌入紧密接触，第三处主支撑与辅助支撑位于另一对角位置，该第三处主支撑的结构不同之处在于支撑凸台22的顶面为环形槽结构；

三组主支撑的轴心均开有通透的通孔；每组主支撑包括对应设置在座体3台面上的一个支撑凸台22和设置在接口连接板7中的一个凸台顶座23，其中对角的两个支撑凸台22及对应的凸台顶座23接触面为梳齿形状，称为两组梳齿方式，该两组的齿向沿水平面互相垂直，座体3和接口连接板7通过两组梳齿方式的互相嵌入实现定位；另外一个支撑凸台22及对应的凸台顶座23为平面接触。

参照图6、图7，由于支撑凸台22为薄壁空心壳体，其在接口面沿法向的刚度较弱，支撑凸台22在薄壁上开挖窄方槽、钻出圆孔或其他形状的孔槽，在支撑凸台22的壳体内设置有锥台5，锥台5的上锥面与支撑凸台22的壳体内壁之间的空腔中密实填充有大量的钢球6，通过旋紧锥台5后将所有钢球6在支撑凸台22的壳体内压实，以此大幅提高薄壁壳体的支撑刚度，提供本发明装置的整体刚度。

参照图8、图9，图9的左半部分为一组主支撑的梳齿方式截面示意图，该主支撑的具体结构是，在支撑凸台22对应的座体3下方底部的锥孔中安装有锥台2，锥台2下端设置有端盖1，端盖1与座体3通过螺纹连接，端盖1旋紧后将锥台2压紧在座体3底部的锥孔中；在凸台顶座23对应接口连接板7上端口沿中设置有球面垫圈一8，锁紧螺钉一4头部坐在球面垫圈一8中，锁紧螺钉一4的杆端向下依次穿过凸台顶座23、支撑凸台22、锥台5，锁紧螺钉一4杆端的下端头与锥台2螺纹连接，实现该组主支撑(凸台顶座23与支撑凸台22)的定位连接。图9的中间部分显示出安装状态的液压拉杆10及液压顶杆9，图9的右半部分显示出辅助支撑的结构。

参照图10，辅助支撑的结构是，在座体3台面上开有一个安装盲孔，安装盲孔中螺纹套接有空心支撑套13，空心支撑套13外圆通过锁紧螺母14与座体3上端面锁紧，在空心支撑套13上表面的球窝里设置有球面支撑垫圈12，锁紧螺钉二11头部安装在接口连接板7中的球面垫圈一8中，锁紧螺钉二11杆端向下依次穿过球面垫圈一8、球面支撑垫圈12、空心支撑套13，锁紧螺钉二11杆端端头与座体3螺纹连接，实现座体3与接口连接板7的辅助连接。

参照图11、图12，分别是三个主支撑和一个辅助支撑的两种装配位置截面示意图。

参照图13、图14，等压拉压机构的具体结构是，在座体3台面沿中心点轴对称分别设置有内外圈各四个竖直盲孔，即在座体3台面中心部位总共设置有八个竖直盲孔，内圈的四个竖直盲孔位于一个较小矩形的四角，用于安装液压拉杆10；外圈的四个竖直盲孔位于一个较大矩形的四角，用于安装液压顶杆9；在接口连接板7上对应座体3内圈矩形总共设置有另外的四个安装通孔，通过四个液压拉杆10将座体3和接口连接板7连接拉紧；

在座体3的外圈四个竖直盲孔中分别安装有一个液压顶杆9，每个液压顶杆9通过一个密封圈18与所在竖直盲孔顶部口沿密封套接，每个液压顶杆9下部通过一个密封环19与所在竖直盲孔壁密封套接；四个液压顶杆9下端面对外共同连通有一个液压油路一，该液压油路一的一个端口设置有一个堵头一15，该液压油路一的另一端口还设置有一个顶油螺钉一20；

在座体3与接口连接板7对应的内圈四个竖直盲孔中分别安装有一个液压拉杆10，在座体3的安装孔中，每个液压拉杆10通过一个密封圈18与所在竖直盲孔顶部口沿密封套接，每个液压拉杆10下部通过一个密封环19与所在竖直盲孔密封套接，每个液压拉杆10向上穿过接口连接板7安装通孔中的球面垫圈二17后与拉杆螺母16螺纹连接；四个液压拉杆10下端密封圈18与密封环19之间的部位对外共同连通有一个液压油路二，该液压油路二的一个端口设置有一个堵头二24，该液压油路二的另一端口设置有一个顶油螺钉二25。

参照图15、图16、图17、图18，上述的液压油路一和液压油路二均位于座体3的主体中，液压拉杆10及液压顶杆9的液压油路在座体内部是各自相通的，堵头一15和堵头二24，分别用于对各自液压油路进行封堵；顶油螺钉一20和顶油螺钉二25，分别用于人工持续将顶油螺钉一20或顶油螺钉二25旋入，在此过程中使对应液压油路内的液压油获得不断增大的压力，对液压顶杆9及液压拉杆10分别施加向上的压力和向下的拉力。参见图13，高压油对液压拉杆10下部的密封环19施加向下的压力(每个液压拉杆10上套装的密封环19在作为活塞部件受到液压的向下作用力)，从而将液压拉杆10向下牵拉，通过拉杆螺母16、球面垫圈二17对接口连接板7施加向下的拉力。

本发明装置的使用方法是：

首先，将座体3和接口连接板7通过对角的两个主支撑互相垂直的两个方向的梳齿嵌入进行定位，装入三个锁紧螺钉一4和一个锁紧螺钉二11，对装置进行预连接。座体3和接口连接板7分别与两相邻机床模块采用螺纹连接件紧固连接，接口连接板7上的U形键槽21内嵌入键用于与机床定位。

然后，将三个主支撑下方的锥台5旋松，使座体3上的薄壁壳体处于低刚度状态。分别通过旋拧调节三个锁紧螺钉一4的连接力使各支撑点发生独立的变形位移，同时借助辅助支撑调整好后，通过旋紧三个主支撑下方的锥台5挤紧各薄壁壳体内的众多钢球6，从而提高各支撑点的支撑刚度，其刚度根据实际加工条件通过调节各锥台5的预紧力加以调整。此后，调节空心支撑套13推动球面支撑垫圈12压紧到接口连接板7上，将锁紧螺母14锁紧，再旋紧锁紧螺钉二11，完成接口连接板7的辅助支撑。

最后，分别旋入顶油螺钉一20和顶油螺钉二25，或采用其他方式向座体3内独立的两个液压油路供给预定压力的高压油，高压油对四个液压拉杆10或四个液压顶杆9施加相同的液压力，使得接口连接板7与座体3产生拉近预应力或顶开预应力。该等压拉压机构对接口连接板7起支撑作用又起到加工时的减震作用，液压拉杆10、液压顶杆9的数量越多，其支撑减震效果越好。

本发明的机床模块机械接口装置，在当前大批量定制生产模式下，模块化机床结构及加工受载情况多样性的加工条件下，通过三处主支撑和一个辅助支撑，结合等压拉压机构的配合，使模块化机床组装后的几何精度及刚度实现较大范围的调整，且接口刚度和接口平面能够根据实际加工条件灵活调节，满足了产品的实际加工需求；结构简单，操作方便，定位准确牢靠。

Claims (8)

1.一种机床模块机械接口装置，其特征在于：包括座体(3)和接口连接板(7)，接口连接板(7)安装在座体(3)上方；在座体(3)和接口连接板(7)之间靠近四角位置设置有三组主支撑和一组辅助支撑，在座体(3)和接口连接板(7)之间还设置有等压拉压机构，

所述的等压拉压机构的具体结构是，

在座体(3)台面沿中心点轴对称分别设置有内外圈各四个竖直盲孔，即在座体(3)台面中心部位总共设置有八个竖直盲孔，内圈的四个竖直盲孔位于一个较小矩形的四角；外圈的四个竖直盲孔位于一个较大矩形的四角；在接口连接板(7)上对应座体(3)内圈矩形总共设置有另外的四个安装通孔；

在座体(3)的外圈四个竖直盲孔中分别安装有一个液压顶杆(9)，每个液压顶杆(9)通过一个密封圈(18)与所在竖直盲孔顶部口沿密封套接，每个液压顶杆(9)下部通过一个密封环(19)与所在竖直盲孔壁密封套接；四个液压顶杆(9)下端面对外共同连通有一个液压油路一，该液压油路一的一个端口设置有一个堵头一(15)，该液压油路一的另一端口还设置有一个顶油螺钉一(20)；

在座体(3)与接口连接板(7)对应的内圈四个竖直盲孔中分别安装有一个液压拉杆(10)，在座体(3)的安装孔中，每个液压拉杆(10)通过一个密封圈(18)与所在竖直盲孔顶部口沿密封套接，每个液压拉杆(10)下部通过一个密封环(19)与所在竖直盲孔密封套接，每个液压拉杆(10)向上穿过接口连接板(7)安装通孔中的球面垫圈二(17)后与拉杆螺母(16)螺纹连接；四个液压拉杆(10)下端密封圈(18)与密封环(19)之间的部位对外共同连通有一个液压油路二，该液压油路二的一个端口设置有一个堵头二(24)，该液压油路二的另一端口设置有一个顶油螺钉二(25)。

2.根据权利要求1所述的机床模块机械接口装置，其特征在于：所述的三组主支撑中，位于一个对角的两组主支撑的结构均采用梳齿方式互相嵌入，第三组主支撑与辅助支撑位于另一对角位置，该第三组主支撑的结构在于支撑凸台(22)的顶面为环形槽结构，三组主支撑的轴心均开有通透的通孔。

3.根据权利要求2所述的机床模块机械接口装置，其特征在于：每组所述的主支撑包括对应设置在座体(3)台面上的一个支撑凸台(22)和设置在接口连接板(7)中的一个凸台顶座(23)，其中对角的两个支撑凸台(22)及对应的凸台顶座(23)接触面为梳齿形状，该两组的齿向沿水平面互相垂直；第三组主支撑的支撑凸台(22)及对应的凸台顶座(23)为平面接触。

4.根据权利要求2所述的机床模块机械接口装置，其特征在于：所述的支撑凸台(22)为薄壁空心壳体，在支撑凸台(22)的壳体内设置有锥台(5)，锥台(5)的上锥面与支撑凸台(22)的壳体内壁之间的空腔中填充有钢球(6)。

5.根据权利要求4所述的机床模块机械接口装置，其特征在于：所述的支撑凸台(22)薄壁上开挖有窄方槽、或钻有圆孔。

6.根据权利要求2所述的机床模块机械接口装置，其特征在于：所述的主支撑的具体结构是，在支撑凸台(22)对应的座体(3)下方底部的锥孔中安装有锥台(2)，锥台(2)下端设置有端盖(1)，端盖(1)与座体(3)通过螺纹连接；在凸台顶座(23)对应接口连接板(7)上端口沿中设置有球面垫圈一(8)，锁紧螺钉一(4)头部坐在球面垫圈一(8)中，锁紧螺钉一(4)的杆端向下依次穿过凸台顶座(23)、支撑凸台(22)、锥台(5)，锁紧螺钉一(4)杆端的下端头与锥台(2)螺纹连接。

7.根据权利要求2所述的机床模块机械接口装置，其特征在于：所述的辅助支撑的结构是，在座体(3)台面上开有一个安装盲孔，安装盲孔中螺纹套接有空心支撑套(13)，空心支撑套(13)外圆通过锁紧螺母(14)与座体(3)上端面锁紧，在空心支撑套(13)上表面的球窝里设置有球面支撑垫圈(12)，锁紧螺钉二(11)头部安装在接口连接板(7)中的球面垫圈一(8)中，锁紧螺钉二(11)杆端向下依次穿过球面垫圈一(8)、球面支撑垫圈(12)、空心支撑套(13)，锁紧螺钉二(11)杆端端头与座体(3)螺纹连接。

8.根据权利要求1所述的机床模块机械接口装置，其特征在于：所述的接口连接板(7)上表面沿纵横交叉的两个中心线外端分别设置有一个U形键槽(21)。