CN105108214B - 一种新型单主轴五面体加工数控铣床 - Google Patents
一种新型单主轴五面体加工数控铣床 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公布了一种新型单主轴五面体加工数控铣床，属于数控机床领域，涉及五面体的加工机床，它包括床身和立柱，以及水平进给系统和垂直进给系统，所述垂直进给系统通过主轴分度装置可360°角度转动地连接着主轴；所述水平进给系统可360°角度转动地连接着工作台分度装置。本发明的目的是提供一种新型单主轴五面体加工数控铣床，实现单主轴五面体加工，同时提高加工传动精度以及分度精度，扩大加工范围，提高加工效率，降低加工成本。
Description
一种新型单主轴五面体加工数控铣床
技术领域
[0001]本发明属于数控机床领域，涉及五面体的加工机床，具体为一种新型单主轴五面 体加工数控铣床。
背景技术
[0002]现有的普通数控铣床，在一次安装的条件下只能加工一个面及其孔(不能任意角 度加工），或三轴铣削简单曲面;装夹次数多，加工精度特别是形位精度不高，工艺范围不 宽，且加工效率不高，大大限制了数控铣的使用。而且在传动分度方面，其采用的齿轮或者 丝杆及蜗轮蜗杆的传动方式，其齿间间隙无法消除，而且会随着使用的同时磨损，更进一步 降低了分度和加工精度。
[0003]而最近出现的五面体加工中心多是龙门式的多主轴加工方式，其造价高，对中小 零件的加工非常不经济。
[0004] 通过专利检索，存在以下已知的现有技术方案：
[0005] 专利1:中国专利申请号CN200910193359.4,申请日2009.10.23,公开（公告）日 2010.04.21，公开了本发明涉及一种高精度五面体加工机床，包括机床床身、工作台、横梁、 左立柱、右立柱、电气控制箱、操纵台、主传动箱、滑枕、拖板、刀库、自动头库、直角铣头和排 屑器;导轨包括分别设置于机床床身左、右侧的直线滚动导轨和设置于机床床身中间的一 条镶钢滚动导轨;镶钢滚动导轨包括镶钢块、滚动块和滚动块的固定块;在直角铣头主轴的 中心设置有套设蝶形弹簧的拉杆，该拉杆的右端连接卡爪;还包含有油缸松刀装置;头库壳 体的埋入部埋设在右立柱内部。具有加工精度高、装配容易、机床零件的互换性好、减少机 床的占用空间、提高换头的速度的优点。
[0006] 专利2:中国专利申请号CN201110309614.4,申请日2011.10.13,公开（公告）日 2012.04.25,公开了一种数控机床，尤其是涉及一种数控龙门五面体加工机床。其主要是解 决现有技术所存在的五面体加工中心的直角功能头刚性差，换直角功能头耗费的时间较 多，并且加工精度较低等的技术问题。本发明由数控龙门立卧复合机床与回转工作台组成， 其包括床身、复合立柱，所述的复合立柱上端固定连接有横梁，横梁通过横梁导轨活动连接 有横梁滑鞍，一侧复合立柱通过立柱导轨活动连接有立柱滑鞍，另一侧复合立柱固定有刀 库，横梁滑鞍上设有立式主轴箱，立柱滑鞍上设有卧式主轴箱，立式主轴箱、卧式主轴箱设 有丝杆驱动装置，床身上设有工作台，工作台上设有可旋转的回转工作台，丝杆驱动装置都 连接电气数控装置。
[0007] 专利3:中国专利申请号0吧01120138979.0，申请日2011.05.03，公开（公告）日 2012.02.15,公开了一种数控龙门铣床的五面体主轴，其包括立轴及卧轴，立轴的一端可与 动力源联接，其另一端可固定刀具，卧轴的延伸方向与立轴的延伸方向相互垂直，其一端可 固定刀具，立轴与卧轴通过一对相互啮合的伞齿轮传动连接。上述五面体主轴的立轴转动 的同时，可通过伞齿轮带动卧轴一同转动，立轴上的刀具可加工工件与工作台平行的表面， 而卧轴上的刀具可加工工件的侧面，工件一次装夹即可进行至少两个面的加工，可减少因 多次装夹工件面占用机床的工作时间，还可减少因重新装夹移动工件造成定位误差带来的 加工误差，极大地提高了工件加工的效率与精度。
[0008]通过以上的检索发现，以上技术方案不能影响本发明的新颖性;并且以上专利文 件的相互组合不能破坏本发明的创造性。
发明内容
[0009]本发明的目的是针对以上问题，提供一种新型单主轴五面体加工数控铣床，实现 单主轴五面体加工，同时提高加工传动精度以及分度精度，扩大加工范围，提高加工效率， 降低加工成本。
[0010]为实现以上目的，本发明采用的技术方案是:一种新型单主轴五面体加工数控铣 床，它包括床身（1)和立柱(2)，以及水平进给系统(3)和垂直进给系统(4);所述垂直进给系 统(4)通过主轴分度装置(6)可360°角度转动地连接着主轴(8);所述水平进给系统（3)可 360°角度转动地连接着工作台分度装置(7)。
[0011]进一步的，所述主轴分度装置(6)包括连接着垂直进给系统⑷的垂直进给连接件 (606)，垂直进给连接件(606)固定在可沿着立柱⑵上下滑动的滑板(602)末端;滑板(602) 内部中空成圆柱形，其内固定有主轴分度直驱电机(603);主轴分度直驱电机(603)的下方 固定有连接法兰(605)，连接法兰(605)将滑板(602)的中空封闭，在连接法兰(605)与滑板 (602)的侧壁接触处安装有滑动接触件;连接法兰(605)末端连接着主轴(8)。
[0012]进一步的，所述滑板(602)与立柱(2)相接触处为梯形燕尾结构，且立柱⑵在接触 处设置有梯形镶条(601)。
[0013]进一步的，所述连接法兰(605)与滑板(602)的侧壁接触处安装的滑动接触件为轴 承(604)。
[0014]进一步的，所述滑板(602)固定在主轴分度直驱电机(603)的定子上，所述连接法 兰(605)固定在主轴分度直驱电机(603)的转子上。
[0015]进一步的，所述工作台分度装置⑺包括连接着水平进给系统(3)的水平进给连接 件(707)，水平进给连接件(707)固定在水平支座连接件（706)上，水平支座连接件（706)上 固定有防水板(705);防水板(7〇5)与上方设置的工作台（7〇1)形成柱形中空，其内安装有工 作台直驱电机(702);在工作台（701)的下方与防水板(705)连接处设置有环形滑动接触件。 [0016]进一步的，所述工作台（701)下方设置有导轨滑块（704)，与之相连接的防水板 (705)上方对应地设置有环形导轨(703)。
[0017] 进一步的，所述水平支座连接件(706)的下方为梯形燕尾槽结构。
[0018] 进一步的，所述工作台（701)固定在工作台直驱电机(702)的转子上，工作台直驱 电机(702)的定子穿过防水板(705)后固定在水平支座连接件(706)上。
[0019] 进一步的，所述水平支座连接件(706)安装在叠加在一起的横向进给(31)、纵向进 给(32)上。
[0020] 本发明的有益效果：
[0021] 1、由于采用了旋转主轴以及旋转工作台，开创性地实现了单主轴加工五面体;机 床有水平X轴、Y轴，竖直Z轴，旋转B轴、C轴共五轴，可加工任意复杂的曲，面相对于龙门式多 主轴五面体加工，省时省力，生产成本以及加工成本更低。
[0022] 2、单主轴五面体加工有效减少了装夹次数，一次装夹可加工五个面及其孔，提高 了加工效率，降低了生产成本，提高了加工精度特别是形位精度。
[0023] 3、扩大工艺范围，既能立铣又能卧铣，实现五面体及复杂曲面(即任意角度)加工， 淘汰现有的立、卧式数控铣或立、卧式加工中心及镗床。
[0024] 4、主轴及工作台均能精密分度，还可加工普通数控铣床不能加工的齿轮，更复杂 的曲面等，可以实现新工艺:铣齿、滚齿，铣孔等。
[0025] 5、分度机构采用电机直接驱动，省去了机械传动，减少了误差，分度精度高且重复 精度高，重复误差低于1弧秒。
[0026] 6、直接驱动系统的性能、精度和可重复性不会像机械分度器那样随着时间而下 降。如果采用机械分度器，经过一段时间后部件会磨损，使精度和可重复度下降。
[0027] 7、机床故障时能零延时响应:如果相关过程出现错误，直接驱动系统会迅速停止。 机械分度器则需要几个周期才能停止，这样容易损坏加工部件和机器。
[0028] 8、很容易更改转位角度、速度、加速度以及停歇时间等运动参数。机械分度器不支 持灵活的运动轨迹。
附图说明
[0029]图1为本发明立体结构示意图。
[0030]图2为本发明一种状态下主视示意图。
[0031]图3为图1中工作台分度装置7立体结构示意图。
[0032]图4为图3中主剖视示意图。
[0033]图5为图4中C处局部放大示意图。
[0034]图6为图1中主轴分度装置6立体结构示意图 [0035]图7为图6中主剖视示意图（省略下方连接件）。
[0036]图中所述文字标注表示为：1、床身;2、立柱;3、水平进给系统;31、横向进给;32、纵 向进给;4、垂直进给系统;5、水平支座;6、主轴分度装置;7、工作台分度装置;8、主轴；
[0037] 601、梯形镶条;602、滑板;603、主轴分度直驱电机;604、轴承;605、连接法兰;606、 垂直进给连接件；
[0038] 701、工作台；702、工作台直驱电机;703、环形导轨;704、导轨滑块;705、防水板； 7〇6、水平支座连接件;7〇7、水平进给连接件。
具体实施方式
[0039]为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明进 行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本发明的保护范围有任何的限制 作用。
[0040]如图1-图2所示，本发明的具体结构为:一种新型单主轴五面体加工数控铣床，它 包括床身1和立柱2，以及水平进给系统3和垂直进给系统4;所述垂直进给系统4通过主轴分 度装置6可36〇°角度转动地连接着主轴&所述水平进给系统3可360。角度转动地连接着工 作台分度装置7。
[0041]优选的，如图6_图7所示，所述主轴分度装置6包括连接着垂直进给系统4的垂直进 给连接件606，垂直进给连接件606固定在可沿着立柱2上下滑动的滑板6〇2末端;滑板602内 部中空成圆柱形，其内固定有主轴分度直驱电机603;主轴分度直驱电机6〇3的下方固定有 连接法兰605,连接法兰605将滑板602的中空封闭，在连接法兰(3〇5与滑板6〇2的侧壁接触处 安装有滑动接触件;连接法兰605末端连接着主轴8。
[0042] 优选的，所述滑板602与立柱2相接触处为梯形燕尾结构，且立柱2在接触处设置有 梯形镶条601。
[0043] 优选的，所述连接法兰605与滑板602的侧壁接触处安装的滑动接触件为轴承604。
[0044] 优选的，所述滑板602固定在主轴分度直驱电机603的定子上，所述连接法兰605固 定在主轴分度直驱电机603的转子上。
[0045]优选的，如图3-图5所示，所述工作台分度装置7包括连接着水平进给系统3的水平 进给连接件707，水平进给连接件707固定在水平支座连接件706上，水平支座连接件706上 固定有防水板705;防水板705与上方设置的工作台701形成柱形中空，其内安装有工作台直 驱电机702;在工作台701的下方与防水板705连接处设置有环形滑动接触件。
[0046] 优选的，所述工作台701下方设置有导轨滑块704,与之相连接的防水板705上方对 应地设置有环形导轨70 3。
[0047] 优选的，所述水平支座连接件706的下方为梯形燕尾槽结构。
[0048] 优选的，所述工作台701固定在工作台直驱电机702的转子上，工作台直驱电机702 的定子穿过防水板705后固定在水平支座连接件706上。
[0049] 优选的，所述水平支座连接件706安装在叠加在一起的横向进给31、纵向进给32 上。
[0050] 本发明中关于主轴分度直驱电机603与工作台直驱电机702的电控系统以及电源 系统，其不本发明的主要内容;且现有技术根据本发明的结构以及功能需要可以很清晰明 白地设计出，此处不作具体描述。同时本发明的结构中省略了关于油路的布置以及控制部 分的内容。
[0051] 具体使用时：1)主轴分度:如图1、图6-图7所示，主轴分度直驱电机603内嵌在滑板 602之中，主轴分度直驱电机603转动带动连接法兰605转动，连接法兰605带动与之相连的 主轴8绕A轴转动，实现精准分度。当遇到特殊情况时，分度可以立即停止，无需经过机械传 动的间隙时间。
[0052] 2)工作台分度：如图1、图3-图5所示，工作台直驱电机702内嵌在工作台701之中， 工作台直驱电机702转动直接带动其上方的工作台701绕B轴转动，实现精准分度。当遇到特 殊情况时，分度可以立即停止，无需经过机械传动的间隙时间。
[0053]对比发现，我们知道，一个“高精度”行星齿轮头的背隙可以达到1弧分，这对于绝 对稳定驱动电机，这可能使负载移动1弧分;而标准直接驱动旋转伺服电机的重复误差小于 1弧秒。因此，直接驱动电机的位置保持能力比传统电机/齿轮头精度至少高60倍。
[0054]本发明的分度方式，动力传动没有背隙，无须使用联轴器、齿形带、心轴以及其它 装配组件等传动部件，没有齿轮箱，不需要润滑，对大惯量负载进行快速分度操作，峰值转 矩可达9901b-ft。
[0055]采用了本发明的分度方式，使主轴分度和工作台分度的精度达到机床领域最高的 精度和重复定位精度。
[0056] 需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排 他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而 且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有 的要素。
[0057] 本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实例的说明 只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应 当指出，由于文字表达的有限性，而客观上存在无限的具体结构，对于本技术领域的普通技 术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进、润饰或变化，也可以将 上述技术特征以适当的方式进行组合;这些改进润饰、变化或组合，或未经改进将发明的构 思和技术方案直接应用于其它场合的，均应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1. 一种新型单主轴五面体加工数控铣床，它包括床身（1)和立柱(2)，以及水平进给系 统（3)和垂直进给系统（4);其特征在于，所述垂直进给系统(4)通过主轴分度装置(6)可 360°角度转动地连接着主轴(8);所述水平进给系统(3)可360°角度转动地连接着工作台分 度装置⑺； 所述主轴分度装置(6)包括连接着垂直进给系统(4)的垂直进给连接件(606)，垂直进 给连接件(606)固定在可沿着立柱(2)上下滑动的滑板(602)末端;滑板(602)内部中空成圆 柱形，其内固定有主轴分度直驱电机(6〇3);主轴分度直驱电机(603)的下方固定有连接法 兰(605)，连接法兰(605)将滑板(602)的中空封闭，在连接法兰(605)与滑板(602)的侧壁接 触处安装有滑动接触件;连接法兰(605)末端连接着主轴(8)。
2. 根据权利要求1所述的一种新型单主轴五面体加工数控铣床，其特征在于，所述滑板 (602)与立柱(2)相接触处为梯形燕尾结构，且立柱(2)在接触处设置有梯形镶条(601)。
3. 根据权利要求1所述的一种新型单主轴五面体加工数控铣床，其特征在于，所述连接 法兰(605)与滑板(602)的侧壁接触处安装的滑动接触件为轴承(604)。
4. 根据权利要求1所述的一种新型单主轴五面体加工数控铣床，其特征在于，所述滑板 (602)固定在主轴分度直驱电机(6〇3)的定子上，所述连接法兰(605)固定在主轴分度直驱 电机(603)的转子上。
5. 根据权利要求1所述的一种新型单主轴五面体加工数控铣床，其特征在于，所述工作 台分度装置（7)包括连接着水平进给系统（3)的水平进给连接件（707)，水平进给连接件 (707)固定在水平支座连接件(7〇6)上，水平支座连接件(706)上固定有防水板(705);防水 板(705)与上方设置的工作台（701)形成柱形中空，其内安装有工作台直驱电机(702);在工 作台（701)的下方与防水板(7〇5)连接处设置有环形滑动接触件;所述工作台（701)下方设 置有导轨滑块(704)，与之相连接的防水板(705)上方对应地设置有环形导轨(703);所述水 平支座连接件(706)的下方为梯形燕尾槽结构。
6. 根据权利要求5所述的一种新型单主轴五面体加工数控铣床，其特征在于，所述工作 台（701)固定在工作台直驱电机(702)的转子上，工作台直驱电机(702)的定子穿过防水板 (705)后固定在水平支座连接件(7〇6)上。
7. 根据权利要求5所述的一种新型单主轴五面体加工数控铣床，其特征在于，所述水平 支座连接件(706)安装在叠加在一起的横向进给(31)、纵向进给(32)上。
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