CN107336018A - 一种万向车铣复合装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种万向车铣复合装置，包括车床、车床主轴以及万向车铣复合动力头装置；车床包括车床主体以及水平设置且垂直于车床主体的车床横架，车床主轴可360°转动的设置在车床主体面向车床横架的一侧面上；车床横架上设有沿车床横架长度方向设置的Z轴导轨，车铣复合万向动力头装置可在Z轴导轨上左右移动；万向车铣复合动力头装置包括箱体、可在箱体内上下移动的Y轴升降本体、一体式车铣静止及动力回转主轴装置以及设置在Y轴升降本体上用于驱动一体式车铣静止及动力回转主轴装置360°回转的C轴旋转装置；箱体与Z轴导轨之间设有一Z轴移动托板，箱体的底部设有一X轴移动托板；本发明可实现五轴联动，能够进行任意角度上的复杂加工工序。
Description
技术领域
本发明涉及数控机床领域，特别涉及一种万向车铣复合装置。
背景技术
随着对数控机床加工技术要求的提高，在对某种工件的加工过程中为了达到任意角度上的车削、铣削、钻孔、镗孔、攻牙、磨削、雕刻及曲面等复杂加工工序时，使用通用机床或数控机床都是通过N次更换装夹方式和N次装夹来完成，因多次操作而必然产生的装夹定位误差无可避免，包括目前市场上比较先进的数控车铣复合机床，均存在以下不足之处：传统的通用机床与数控车床由于在加工过程中弊端太多，技术上没有可比性，所以在此不作论述，在此只以目前市场上较为先进的数控车铣复合机床和一个名称为一种车铣复合多轴动力头装置，专利号为201310734437.3的发明专利来作比较。
目前较为先进的数控车铣复合机床均采用旋转式VDI动力刀塔来实现车铣复合加工，铣削动力刀具与静止车削刀具均安装在VDI动力刀塔的端面及圆柱面上，这就形成了刀具越多刀塔直径越大，从而必会出现严重的空间不足的问题，并且刀塔直径越大则可加工工件的几何尺寸越小，而且刀塔直径越大，重切削的可切削性越小，此为设备结构性问题，无可避免。由于VDI动力刀塔的结构性限制，任意角度的斜面、斜孔及曲面特征加工无法实现。VDI动力刀塔端面动力头与圆柱面上的动力头由两套不同的伺服来控制，浪费了有限的机床可用空间，不同动力头的传动是由变换齿轮啮合来完成，结构太过复杂，众所周知，在运动过程中实现完全啮合是世界性技术难题，不可控因素太多一旦出现故障，非制造厂家的专业人员很难维修，停机待修是很令人头疼的问题。
目前有一种已公布的发明专利：一种车铣复合多轴动力头装置，专利号201310734437.3，解决了车铣复合机床的一部份不足，但却产生了新的不足：第一，体积庞大且安装不易，至使空间不足；第二，结构复杂，一台电机带动多轴，且全部采用齿轮传动，弊端一为一个齿轮出现问题则所有轴均不能工作，弊端二为电机起动后所有轴因长期空转而空耗电机动力，弊端三为所有轴不但因空转耗费动力，而且因轴太多轴距太近，加工过程中所产生的铁屑与轴相互缠绕，轻则空耗宝贵的动力，重则因轴或刀具因铁屑相互缠绕而发生故障出现危险；第三，可用刀具工位不足，一台车铣复合机床，最多只有8把刀具可用，严重不足。
因此，全方位多功能的动力装置具有广阔的市场前景。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种结构简单，占用空间小、可实现五轴联动、能够进行任意角度上的复杂加工工序的车铣复合装置。
为达到上述目的，本发明的技术方案如下：
一种万向车铣复合装置，包括车床、设置在车床上的车床主轴以及可移动的安装在车床上的车铣复合万向动力头装置，车床主轴用于夹持被加工工件；所述车床包括车床主体以及水平设置且垂直于车床主体的车床横架，车床主轴可360°转动的设置在车床主体面向车床横架的一侧面上；
车床横架上设有沿车床横架长度方向设置的Z轴导轨，万向车铣复合动力头装置可在Z轴导轨上沿其轴向左右移动；
万向车铣复合动力头装置包括箱体、可在箱体内上下移动的Y轴升降本体、一体式车铣静止及动力回转主轴装置以及设置在Y轴升降本体上用于驱动一体式车铣静止及动力回转主轴装置360°回转的C轴旋转装置；
箱体垂直于车床横架设置，箱体与Z轴导轨之间设有一Z轴移动托板，Z 轴移动托板可在Z轴导轨上左右移动，箱体底部设有一X轴移动托板，X轴移动托板可在Z轴移动托板上前后移动；
箱体内部中空，两侧面上设有直线导轨、滚珠丝杠，Y轴升降本体的两侧面上设有导轨滑块，导轨滑块可在直线导轨上上下移动，从而带动Y轴升降本体在箱体内上下移动；
C轴旋转装置包括安装在Y轴升降本体内部的C轴旋转装置程控伺服马达、与C轴旋转装置程控伺服马达输出轴连接的C轴旋转芯轴盘；C轴旋转芯轴盘可转动，C轴旋转芯轴盘的轴心线与车床主轴轴心线相垂直，且用于连接一体式车铣静止及动力回转主轴装置；
一体式车铣静止及动力回转主轴包括壳体、设置在壳体内的动力主轴芯体、与动力主轴芯体连接的刀柄以及驱动动力主轴芯体转动的动力主轴程控伺服马达。
在本发明的一个实施例中，Z轴导轨为三根。
在本发明的一个实施例中，箱体内置4根导轨，一支精密滚珠丝杠及滚珠丝杠固定底座。
在本发明的一个实施例中，Y轴升降本体为中心有一通孔的四方体，两侧装有4只导轨滑块和滚珠丝杠方型螺母。
在本发明的一个实施例中，所述Y轴升降本体由Y轴升降本体程控伺服马达驱动。
在本发明的一个实施例中，所述刀柄为通用BT刀柄，可以安装各种加工功能的切削刀具。
在本发明的一个实施例中，所述C轴旋转装置还包括两个将C轴旋转芯轴盘固定在Y轴升降本体内的角接触轴承及一个锁紧端盖，角接触轴承包括第一双列角接触轴承和第二角接触轴承，第一双列角接触轴承的外圈与Y轴升降本体内孔固定连接，第一双列角接触轴承的内圈与C轴旋转芯轴盘的中部固定连接；第二角接触轴承的外圈与Y轴升降本体内孔连接，第二角接触轴承的内圈与C轴旋转芯轴盘的底部连接并由锁紧端盖锁紧固定。
在本发明的一个实施例中，一体式车铣静止及动力回转主轴还包括刀柄拉钉自锁紧拉爪结构，拉钉自锁紧拉爪结构由刀柄拉钉、拉刀结构拉爪、拉刀结构芯体、密封销螺栓、蝶簧以及为自动换刀供气的迷宫空气回路所构成。
在本发明的一个实施例中，一体式车铣静止及动力回转主轴还包括由气路回路块、动力轴止动销套及内置的弹簧、动力轴止动销以及动力主轴定向气管接头。
通过上述技术方案，本发明的有益效果是：
本发明结构简单、占用空间小、加工刚性强、加工精度高、兼容性好、可实现五轴联动，能够进行任意角度上的复杂加工工序。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明主视图；
图3为本发明侧视图；
图4为本发明Y轴升降本体、一体式车铣静止及动力回转主轴装置以及C 轴旋转装置安装时的剖视图；
图中数字和字母所表示的相应部件名称：
100、车床主体 110、车床主轴 200、车床横架 210、Z轴导轨 300、工件 400、箱体410、Z轴移动拖板 420、X轴移动托板 430、直线导轨 440、滚珠丝杠 500、Y轴升降本体510、导轨滑块 520、Y轴升降本体程控伺服马达 600、一体式车铣复合静止及回转动力主轴装置 610、刀柄 611、动力轴端盖 612、动力主轴芯体 613、角接触轴承 614、气路回路块615、动力轴止动销 616、动力轴止动销套 617、动力主轴定向气管接头 618、拉刀结构迷宫进出气回路环 619、动力主轴伺服马达安装环 620、拉刀结构密封销螺栓 621、动力主轴程控伺服马达 622、通用BT刀柄拉钉 623、拉刀结构卡爪 624、拉刀结构芯体 625、蝶簧 700、C轴旋转装置 710、 C轴中继连接法兰盘 720、C轴连接法兰盘 730、C轴回转芯轴盘 740、C轴旋转装置程控伺服马达 760、第一双列角接触轴承 770、第二角接触轴承 780、锁紧端盖。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
参见图1至图4所示，本发明公开了一种万向车铣复合装置，包括车床、设置在车床上的车床主轴110以及可移动的安装在车床上的万向车铣复合动力头装置。
车床包括车床主体100以及水平设置且垂直于车床主体的车床横架200，车床主轴110可360°转动的设置在车床主体100面向车床横架200的一侧面上，车床主轴110用于夹持被加工工件300，并可带动工件360°旋转，车床主轴110 位于车床横架200上方，使得被加工件300也位于车床横架200上方，提高了加工的便捷性。
车床横架200上设有沿车床横架长度方向设置的Z轴导轨210，Z轴导轨210 位于车床主轴110后方的车床横架200平面上，万向车铣复合动力头装置可在Z 轴导轨210上左右移动，可用于对被加工件上的不同径向加工点进行加工；本发明中的Z轴导轨210为3支，其也可以根据实际需要为别的支数，此处不加赘述。
万向车铣复合动力头装置包括箱体400、可在箱体内上下移动的Y轴升降本体500、一体式车铣复合静止及回转动力主轴装置600以及设置在Y轴升降本体中用于驱动一体式车铣复合静止及回转动力主轴装置360°转动的C轴旋转装置 700。
箱体400垂直于车床横架200设置，箱体400与Z轴导轨210之间设有一Z 轴移动拖板410，Z轴移动托板410安装在Z轴导轨210上，且可在Z轴导轨210 上左右移动；箱体400的底部设有一X轴移动托板420，X轴移动托板420安装在Z轴移动托板410上，且可在Z轴移动托板410上前后移动，从而带动整个万向车铣复合动力头装置在车床横架200平面上进行前后左右运动；箱体400 的内部中空，内部两侧面上设有直线导轨430、滚珠丝杠440。
Y轴升降本体500的两侧面上设有导轨滑块510，导轨滑块510可在直线导轨430上上下移动，工作时，通过固定在箱体400顶面的Y轴升降本体程控伺服马达520驱动箱体400侧面中间部位的滚珠丝杠440，从而带动Y轴升降本体 500在箱体400内部上下移动；上述设置使得整个万向车铣复合动力头装置可纵向X轴移动、上下Y轴移动以及横向Z轴左右移动，纵向X轴移动和横向Z轴移动由车床自带的伺服马达驱动，此处不加赘述；Y轴升降本体500由Y轴升降本体伺服马达520驱动，Y轴升降本体500轴心线垂直于车床主轴110轴心线安装。
C轴旋转装置700包括安装在Y轴升降本体500端面的C轴中继连接法兰盘 710、C轴连接法兰盘720、C轴回转芯轴盘730、C轴旋转装置程控伺服马达740 以及芯轴盘端部连接板(图中未标出)，工作时，经C轴旋转装置驱动程控伺服马达740驱动C轴回转芯轴盘730，可使整个一体式车铣静止及回转动力主轴装置600在所属平面内作任意角度回转。
C轴旋转装置700还包括两个将C轴旋转芯轴盘730可转动的固定在Y轴升降本体500内的角接触轴承及一个锁紧端盖780，角接触轴承包括第一双列角接触轴承760和第二角接触轴承770，第一双列角接触轴承760的外圈与Y轴升降本体内孔固定连接，第一双列角接触轴承760的内圈与C轴旋转芯轴盘730的中部固定连接；第二角接触轴承770的外圈与Y轴升降本体内孔连接，第二角接触轴承770的内圈与C轴旋转芯轴盘730的底部连接并由锁紧端盖780锁紧固定。
在本发明中，各组件之间环环相扣紧密配合，使整个C轴旋转装置可提供无摩擦旋转任意角度及自由升降。
一体式车铣静止及动力回转主轴600包括刀柄610、动力轴端盖611、动力主轴芯体612、角接触轴承613、气路回路块614、动力轴止动销615、内置弹簧的动力轴止动销套616、动力主轴定向气管接头617、拉刀结构迷宫进出气回路环618、动力主轴伺服马达安装环619、拉刀结构密封销螺栓620、动力主轴程控伺服马达621、通用BT刀柄拉钉622、拉刀结构卡爪623、拉刀结构芯体 624、蝶簧625以及为自动换刀供气的迷宫空气回路；刀柄610为通用BT刀柄，可以安装各种功能的切削刀具，此处不加赘述；动力轴端盖611用于密封防水；角接触轴承613用于辅助动力主轴芯体非摩擦磨损；当需要使动力主轴芯体612 进入车削状态时，由此注入空气推动动力轴止动销615进入动力主轴圆柱面定向销孔内，动力主轴芯体612则成为静止车削主轴；动力轴止动销套616退回时由弹簧顶回动力轴止动销，锁定动力主轴芯体612时由空气顶入，弹簧收缩；动力主轴定向气管接头617用于接入空气，以实现动力主轴芯体612定向锁紧或松开。
本发明的工作原理如下：
当需要对被加工件300的径向面进行加工时(铣削、钻孔、镗孔、攻牙、磨削、雕刻及曲面加工)，万向车铣复合动力头装置通过Z轴移动托板410在Z 轴导轨210上移动至被加工件300的正后方，并通过X轴移动托板420在Z轴移动托板410上的前后移动进行前后位置调节，再通过Y轴升降本体500的上下移动，将安装有刀头的刀柄610置于被加工件300待加工位置上，此时，车床主轴110可配合工作，可实现在径向面上进行铣、钻、镗、绞、磨、攻牙以及各种复杂的曲面铣削加工工序；如果需要进行车削工序，则机床系统给出指令，自一体式车铣静止及动力回转主轴装置600上的定向结构进出气气管接头充入空气，空气经气路回路块将动力主轴止动销615压入动力主轴圆柱面的定向孔内，C轴旋转装置程控伺服马达740抱闸从而使动力主轴芯体612处于静止定向状态而成为车削主轴，反之当主轴需要实现钻铣镗功能时，系统控制电磁阀换向，空气经气路块回流，动力轴止动销套616内弹簧自动将动力轴止动销615顶回原始状态，C轴旋转装置程控伺服马达740开始运转使动力主轴芯体612形成动力回转，从而实现钻铣镗等回转运动；如果需要对被加工件任意角度进行加工，只需系统给出指令，C轴旋转装置700带动安装一体式车铣静止及回转动力主轴装置600回转至所需角度，然后Z轴和Y轴相互配合联动，即可实现任意角度上的任意角度加工工序，如果需要对被加工件的XY端面进行加工，则只需将一体式静止及回转动力主轴装置600旋转90度，使刀尖指向被加工件300的端面，再由X、Y轴联动，使刀头移动至指定坐标，Z轴左右移动即可对被加工件的端面进行加工。
本发明能进行Z轴、X轴、Y轴、车床主轴360°以及C轴旋转装置360°的5轴联动，一次装夹可轻松处理目前所有工序的加工需求。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，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和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (9)
1.一种万向车铣复合装置，包括车床、设置在车床上的车床主轴以及可移动的安装在车床上的万向车铣复合动力头装置，车床主轴用于夹持被加工工件；其特征在于，所述车床包括车床主体以及水平设置且垂直于车床主体的车床横架，车床主轴可360°转动的设置在车床主体面向车床横架的一侧面上；
车床横架上设有沿车床横架长度方向设置的Z轴导轨，万向车铣复合动力头装置可在Z轴导轨上沿其轴向左右移动；
万向车铣复合动力头装置包括箱体、可在箱体内上下移动的Y轴升降本体、一体式车铣静止及动力回转主轴装置以及设置在Y轴升降本体上用于驱动一体式车铣静止及动力回转主轴装置360°回转的C轴旋转装置；
箱体垂直于车床横架设置，箱体与Z轴导轨之间设有一Z轴移动托板，Z轴移动托板可在Z轴导轨上左右移动，箱体的底部设有一X轴移动托板，X轴移动托板可在Z轴移动托板上前后移动；
箱体内部中空，两侧面上设有直线导轨、滚珠丝杠，Y轴升降本体的两侧面上设有导轨滑块，导轨滑块可在直线导轨上上下移动，从而带动Y轴升降本体在箱体内上下移动；
C轴旋转装置包括安装在Y轴升降本体内部的C轴旋转装置程控伺服马达、与C轴旋转装置程控伺服马达输出轴连接的C轴旋转芯轴盘；C轴旋转芯轴盘可转动，C轴旋转芯轴盘的轴心线与车床主轴轴心线相垂直，且用于连接一体式车铣静止及动力回转主轴装置；
一体式车铣静止及动力回转主轴包括壳体、设置在壳体内的动力主轴芯体、与动力主轴芯体连接的刀柄以及驱动动力主轴芯体转动的动力主轴程控伺服马达。
2.根据权利要求1所述的一种万向车铣复合装置，其特征在于，Z轴导轨为三根。
3.根据权利要求1所述的一种万向车铣复合装置，其特征在于，箱体内置4根导轨，一支精密滚珠丝杠及滚珠丝杠固定底座。
4.根据权利要求1所述的一种万向车铣复合装置，其特征在于，Y轴升降本体为中心有一通孔的四方体，两侧装有4只导轨滑块和滚珠丝杠方型螺母。
5.根据权利要求1所述的一种万向车铣复合装置，其特征在于，所述Y轴升降本体由Y轴升降本体程控伺服马达驱动。
6.根据权利要求1所述的一种万向车铣复合装置，其特征在于，所述刀柄为通用BT刀柄，可以安装各种加工功能的切削刀具。
7.根据权利要求1所述的一种万向车铣复合装置，其特征在于，所述C轴旋转装置还包括两个将C轴旋转芯轴盘固定在Y轴升降本体内的角接触轴承及一个锁紧端盖，角接触轴承包括第一双列角接触轴承和第二角接触轴承，第一双列角接触轴承的外圈与Y轴升降本体内孔固定连接，第一双列角接触轴承的内圈与C轴旋转芯轴盘的中部固定连接；第二角接触轴承的外圈与Y轴升降本体内孔连接，第二角接触轴承的内圈与C轴旋转芯轴盘的底部连接并由锁紧端盖锁紧固定。
8.根据权利要求1所述的一种万向车铣复合装置，其特征在于，一体式车铣静止及动力回转主轴还包括刀柄拉钉自锁紧拉爪结构，拉钉自锁紧拉爪结构由刀柄拉钉、拉刀结构拉爪、拉刀结构芯体、密封销螺栓、蝶簧以及为自动换刀供气的迷宫空气回路所构成。
9.根据权利要求1所述的一种万向车铣复合装置，其特征在于，一体式车铣静止及动力回转主轴还包括由气路回路块、内置弹簧的动力轴止动销套、动力轴止动销以及动力主轴定向气管接头。
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