CN107738321A - 双头木榫数控加工机构及其加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双头木榫数控加工机构及其加工方法。它包括机身系统总成、刀座系统总成、刀座移动系统总成、工作台系统总成、气动及排屑系统总成。机身系统总成对各个系统总成提供固定支撑，工作台系统总成可以对各种长度、形状的木料工件进行装夹和对刀点精确定位，刀座移动系统总成实现加工过程的七轴五联动，刀座系统总成两端分别对四把刀具进行定位装夹并提供切削旋转动力，通过刀座旋转实现刀具轮换加工，一次成型，自动化程度高，其中采用了新型刨刀和双头木榫数控加工机构的设计，在提高了加工质量、气动及排屑总成为机体提供气动力并实现排屑功能的同时，也使得木榫数控加工机构所占空间小且加工效率高。
Description
技术领域
本发明涉及一种双头木榫数控加工机构，特别是针对各类木料的榫头、榫槽进行加工。
背景技术
在人们文化水平和经济水平不断提高的同时，消费理念也在改变，富有中国传统文化气息的古典木质家具成为越来越多消费者的选择。木榫头的加工水平对于家具异常重要，目前大部分厂家仍然是依靠老式木工刨床，依赖人工的操作经验来加工各类木榫头，生产效率低，无法保证榫头加工质量。同时，目前在市场上出现的一些木榫加工数控机床普遍存在一些问题，要么体积笨重，占地面积大，成本高，且只能实现单一的钻铣功能，通用性差，不能加工长木料，且无法实现上料和加工同时进行的高效率操作。木榫数控加工机构的生产效率低下、机构所占空间大、成本高、质量差等问题成为了亟需解决的难题。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提出一种双头木榫数控加工机构及其加工方法。
一种双头木榫数控加工机构包括机身系统总成、工作台系统总成、刀座移动系统总成、刀座系统总成、气动及排屑系统总成；所述的机身系统总成包括基座、I形柱体、中溜板导轨、工作台导轨、工作台滚珠丝杠、I形柱体滚珠丝杠、I形柱体导轨、I形柱体底板、中溜板滚珠丝杠；所述的工作台系统总成包括工作台移动机构、木料夹紧机构、辅助定位机构；所述的工作台移动机构包括滑台、滑台滑块、I形柱体底板滑块、工作台螺母、I形柱体螺母、工作台驱动电机、I形柱体驱动电机；所述的木料夹紧机构包括第一工作台、气动机构、定位夹板、第二工作台；所述的辅助定位机构包括定位靠山、激光测距器；所述的刀座移动系统总成包括水平移动机构、双旋转轴机构；所述的水平移动机构包括中溜板、中溜板滑块、中溜板螺母、中溜板驱动电机、铣头座滚珠丝杠、铣头座驱动电机、铣头座滑块、铣头座螺母、铣头座导轨；所述的双旋转轴机构包括铣头座、旋转台电机、旋转台电机减速器、旋转台连接组件、旋转台、刀座旋转电机、刀座旋转电机减速器、旋转刀座、编码器；所述的刀座系统总成包括中央双轴电机、侧向单轴电机、刨刀、刀具轴；所述的气动及排屑系统总成包括吸附头、排屑管道、木屑收集箱、气动系统；工作台系统总成、刀座移动系统总成和机身系统总成可动连接，气动及排屑系统总成固连在机身系统总成上，刀座系统总成和刀座移动系统总成可转动连接，基座上通过螺栓连接有工作台导轨、I形柱体导轨，工作台滚珠丝杠和I形柱体滚珠丝杠通过轴承座和基座连接，I形柱体底板和I形柱体固连，中溜板导轨和I形柱体上部螺栓连接，中溜板滚珠丝杠通过轴承座和I形柱体上部固连，滑台和滑台滑块固连，滑台滑块和工作台导轨滑动配合，I形柱体底板和I形柱体底板滑块固连，I形柱体滑块和I形柱体导轨滑动配合，工作台螺母和工作台底部固连，又与工作台滚珠丝杠配合，I形柱体螺母和I形柱体底部固连，又与I形柱体滚珠丝杠配合，工作台驱动电机和工作台滚珠丝杠配合传动，I形柱体驱动电机和I形柱体滚珠丝杠配合传动，气动机构和第一工作台可动连接，定位夹板和气动机构固连，第二工作台和第一工作台结构相同，定位靠山固定在工作台上，激光测距器底部和I形柱体固定，中溜板上螺栓连接有中溜板滑块和中溜板螺母，中溜板滑块和中溜板导轨可动连接，中溜板螺母和中溜板滚珠丝杠配合连接，中溜板驱动电机和中溜板滚珠丝杠通过联轴器连接，中溜板上螺栓连接有铣头座滚珠丝杠和铣头座导轨，铣头座上螺栓连接有铣头座滑块和铣头座螺母，铣头座滑块和铣头座导轨可动配合，铣头座螺母和铣头座滚珠丝杠配合，铣头座驱动电机和铣头座滚珠丝杠通过联轴器连接，旋转台电机固定安装于铣头座内部，旋转台电机减速器和电机配合，并通过旋转台连接组件和旋转台可转动连接，刀座旋转部分的安装形式和旋转台相同，刀座旋转电机通过刀座旋转电机减速器输出动力到旋转刀座，编码器安装在铣头座内部，中央双轴电机和侧向单轴电机固定，单轴电机上下各一与中央双轴电机成90度垂直布置，刀具轴和电机轴固连，刨刀和其中一个刀具轴固定安装，吸附头和排屑管道末端固连，排屑管道另一端通往木屑收集箱，木屑收集箱和机体固连，气动系统和I形柱体上部固定。
所述的木榫数控加工机构在I形柱体两侧对称分布有刀座系统总成、刀座移动系统总成、工作台系统总成、气动及排屑系统总成。
所述的第一工作台和第二工作台分别由两个工作台导轨的子工作台组成，双排四个子工作台最多可以同时都处于加工工序。在第一工作台、第二工作台被装夹后，I形柱体两侧的两个刨刀可以同时加工I形柱体两侧的两工件。
所述的第一工作台、第二工作台可以分别固定短木料进行加工，也可以将第一工作台、第二工作台相互配合实现长木料的加工。
所述的双头木榫数控加工机构的加工方法包括以下步骤：
1)将木料工件借助定位靠山装夹在第一工作台、第二工作台；
2)启动气动机构，第一工作台、第二工作台分别对木料工件夹紧，并通过激光测距器测出木料加工点距离数据，反馈至控制系统，通过调整I形柱体滚珠丝杠位移，实现I形柱体两侧的两个刀具分别找准相应的刀点位置；
3)I形柱体两侧的中溜板和铣头座通过滚珠丝杠导轨实现水平两个移动自由度，旋转台和刀座通过伺服电机驱动实现空间两个转动自由度，从而实现七轴五联动加工；
4)I形柱体两侧的刀具轴上按照加工工序，切换锯、刨、铣、钻相应刀具进行加工；
5)在加工过程中，I形柱体两侧的吸附头在刀具切削时利用气压差吸附产生的木屑，木屑随着排屑管道进入木屑收集箱；
6)第一工作台、第二工作台上加工完毕后，退刀，取出各自工件并分别上料，待工作台上料完毕后可进行下一次的加工。
本发明的双头木榫数控加工机构采用双头机构，即：I形柱体两侧对称分布有刀座系统总成、刀座移动系统总成等，能够同时加工第一工作台、第二工作台的工件，极大提高了生产效率。同时，采用双侧工作台的空间利用率高，结构紧凑、占地空间小。本发明自动化程度高，采用了新型刨刀和双头木榫数控加工机构的设计，提高了加工质量、减小了机构所占空间，增加了加工效率，也实现了I形柱体“一体两翼”的格局。
附图说明
图1为本发明双头木榫数控加工机构的整体示意图主视图；
图2为本发明双头木榫数控加工机构的整体示意图左视图；
图3为本发明双头木榫数控加工机构的机身系统总成左视图、工作台系统总成各机构主视图、刀座移动系统总成示意图；
图4为本发明双头木榫数控加工机构的工作台系统总成示意图；
图5为本发明双头木榫数控加工机构的刀座移动系统总成各机构主视图；
图6为本发明双头木榫数控加工机构的刀座移动系统总成各机构俯视图；
图7为本发明双头木榫数控加工机构的刀座系统总成示意图；
图8为本发明双头木榫数控加工机构的新型刨刀示意图；
图9为本发明双头木榫数控加工机构的排屑及气动系统总成以及刀座移动系统总成各机构示意图；
图中，机身系统总成1、工作台系统总成2、刀座移动系统总成3、刀座系统总成4、气动及排屑系统总成5、基座11、I形柱体12、中溜板导轨13、工作台导轨14、工作台滚珠丝杠15、I形柱体滚珠丝杠16、I形柱体导轨17、I形柱体底板18、中溜板滚珠丝杠19、工作台移动机构21、木料夹紧机构22、辅助定位机构23、滑台211、滑台滑块212、I形柱体底板滑块213、工作台螺母214、I形柱体螺母215、工作台驱动电机216、I形柱体驱动电机217、第一工作台221、气动机构222、定位夹板223、第二工作台224、定位靠山231、激光测距器232、水平移动机构31、双旋转轴机构32、中溜板311、中溜板滑块312、中溜板螺母313、中溜板驱动电机314、铣头座滚珠丝杠315、铣头座驱动电机316、铣头座滑块317、铣头座螺母318、铣头座导轨319、铣头座321、旋转台电机322、旋转台电机减速器323、旋转台连接组件324、旋转台325、刀座旋转电机326、刀座旋转电机减速器327、旋转刀座328、编码器329、中央双轴电机41、侧向单轴电机42、刨刀43、刀具轴44、吸附头51、排屑管道52、木屑收集箱53、气动系统54。
具体实施方式
如图1、5、6、9所示，双头木榫数控加工机构包括水平移动机构31、双旋转轴机构32、滑台211、滑台滑块212、I形柱体底板滑块213、第一工作台221、工作台螺母214、定位靠山231、激光测距器232、吸附头51、排屑管道52、木屑收集箱53、气动系统54、中溜板311、中溜板滑块312、中溜板螺母313、中溜板驱动电机314、铣头座滚珠丝杠315、铣头座驱动电机316、铣头座滑块317、铣头座螺母318、铣头座导轨319、铣头座321、旋转台电机322、旋转台电机减速器323、旋转台连接组件324、旋转台325、刀座旋转电机326、刀座旋转电机减速器327、旋转刀座328、编码器329。中溜板311上螺栓连接有中溜板滑块312和中溜板螺母313，中溜板滑块312和中溜板导轨13可动连接，中溜板螺母313和中溜板滚珠丝杠19配合连接，中溜板驱动电机314和中溜板滚珠丝杠19通过联轴器连接，中溜板311上螺栓连接有铣头座滚珠丝杠315和铣头座导轨319，铣头座321上螺栓连接有铣头座滑块317和铣头座螺母318，铣头座滑块317和铣头座导轨319可动配合，铣头座螺母318和铣头座滚珠丝杠315配合，铣头座驱动电机316和铣头座滚珠丝杠315通过联轴器连接，旋转台电机322固定安装于铣头座321内部，旋转台电机减速器323和电机配合，并通过旋转台连接组件324和旋转台325可转动连接，刀座旋转部分的安装形式和旋转台相同，刀座旋转电机326通过减速器327输出动力到旋转刀座328，编码器329安装在铣头座321内部。吸附头51和排屑管道52末端固连，排屑管道另一端通往木屑收集箱53，收集箱53和机体固连，气动机构54和I形柱体上部固定。
如图2所示，木榫数控加工机构包括机身系统总成1、工作台系统总成2、刀座移动系统总成3、刀座系统总成4、气动及排屑系统总成5。工作台系统总成2、刀座移动系统总成3和机身系统总成1可动连接，气动及排屑系统总成5固连在机身系统总成1上，刀座系统总成4和刀座移动系统总成3可转动连接。
如图4所示，工作台系统总成2包括工作台移动机构21、木料夹紧机构22、辅助定位机构23。如图1、3所示，机身系统总成1包括基座11、I形柱体12、中溜板导轨13、工作台导轨14、工作台滚珠丝杠15、I形柱体滚珠丝杠16、I形柱体导轨17、I形柱体底板18、中溜板滚珠丝杠19。基座11上通过螺栓连接有工作台导轨14、I形柱体导轨17，工作台滚珠丝杠15和I形柱体滚珠丝杠16通过轴承座和基座11连接，I形柱体底板18和I形柱体12固连，中溜板导轨13和I形柱体12上部螺栓连接，中溜板滚珠丝杠19通过轴承座和I形柱体12上部固连。工作时，机身系统总成1主要为各个轴承座、滚珠丝杠、导轨等运动机构的固定部分提供支撑定位，I形柱体的设计提供了足够的空间以供各部件层次错落分布，作为整个机构的重心，稳定机构，提高工件加工质量的稳定性，同时，为两侧刀座机构等的对称分布提供了有利条件。
工作台移动机构21包括滑台211、滑台滑块212、I形柱体底板滑块213，工作台螺母214、I形柱体螺母215、工作台驱动电机216、I形柱体驱动电机217，木料夹紧机构22包括第一工作台221、气动机构222、定位夹板223、第二工作台224，辅助定位机构23包括定位靠山231、激光测距器232。滑台211和滑台滑块212固连，滑块212和工作台导轨14滑动配合，I形柱体底板和I形柱体滑块213固连，I形柱体滑块213和I形柱体导轨17滑动配合，工作台螺母214和工作台底部固连，又与工作台滚珠丝杠15配合，I形柱体螺母215和I形柱体底部固连，又与I形柱体丝杠16配合，工作台驱动电机216和工作台滚珠丝杠15配合传动，I形柱体驱动电机217和I形柱体丝杠16配合传动，气动机构222和工作台221可动连接，定位夹板223和气动机构222固连，第二工作台224和第一工作台221结构相同，定位靠山231固定在工作台上，激光测距器232底部和I形柱体固定。
工作时，I形柱体底板、左右滑台211均可以在导轨滑块的导向下，被丝杠驱动进行直线位移，从而实现加工前刀具、工件的三轴移动，为对刀操作提供运动基础，第一工作台221和第二工作台224的配合，可以实现对长木料的夹持加工，在木料装夹时，通过定位靠山231可以初步定位木料工件，然后气动机构222工作，通过定位夹板223下降，夹紧木料工件，再通过激光测距器232测出木料加工点距离数据，反馈至控制系统，通过调整I形柱体滚珠丝杠位移，实现I形柱体两侧的两个刀具分别找准相应的刀点位置；双排四个子工作台最多可以同时都处于加工工序。
如图7所示，刀座总成4包括中央双轴电机41、侧向单轴电机42、刨刀43、刀具轴44。中央双轴电机41和侧向单轴电机42固定，单轴电机42上下各一与双轴电机41成90度垂直布置，刀具轴44和电机轴固连，刨刀43和其中一个刀具轴44固定安装。工作时，刀具轴44上可以按照加工目标木料工件的工序装夹刀具，一般有锯、刨、铣、钻等相应刀具，双主轴电机输出功率较大，可以作为刨锯等工作载荷大的工序操作的动力源，在第一工作台、第二工作台被装夹后，I形柱体两侧的两个刨刀可以同时加工I形柱体两侧的工件。
如图8所示，刀轴上设有六根轴向螺旋槽及径向错位螺旋线分布排屑槽，刀片在轴线方向上通过轴上的定位面及刀座面进行螺旋分布排列，有助于刀轴的散热和排屑，屑槽的一侧削刃的槽缘低于削刃所在的高度，刀刃与刀轴中心线不平行，形成了剪切斜切角度，使其刨切时刀刃与木材实现点接触，改变了以往分段式螺旋刀的线接触形式，切削瞬间的冲击力也可得到大幅度降低，且起到节能、降低噪音的效果。
Claims (5)
1.一种双头木榫数控加工机构，其特征在于包括机身系统总成(1)、工作台系统总成(2)、刀座移动系统总成(3)、刀座系统总成(4)、气动及排屑系统总成(5)；所述的机身系统总成(1)包括基座(11)、I形柱体(12)、中溜板导轨(13)、工作台导轨(14)、工作台滚珠丝杠(15)、I形柱体滚珠丝杠(16)、I形柱体导轨(17)、I形柱体底板(18)、中溜板滚珠丝杠(19)；所述的工作台系统总成(2)包括工作台移动机构(21)、木料夹紧机构(22)、辅助定位机构(23)；所述的工作台移动机构(21)包括滑台(211)、滑台滑块(212)、I形柱体底板滑块(213)、工作台螺母(214)、I形柱体螺母(215)、工作台驱动电机(216)、I形柱体驱动电机(217)；所述的木料夹紧机构(22)包括第一工作台(221)、气动机构(222)、定位夹板(223)、第二工作台(224)；所述的辅助定位机构(23)包括定位靠山(231)、激光测距器(232)；所述的刀座移动系统总成(3)包括水平移动机构(31)、双旋转轴机构(32)；所述的水平移动机构(31)包括中溜板(311)、中溜板滑块(312)、中溜板螺母(313)、中溜板驱动电机(314)、铣头座滚珠丝杠(315)、铣头座驱动电机(316)、铣头座滑块(317)、铣头座螺母(318)、铣头座导轨(319)；所述的双旋转轴机构(32)包括铣头座(321)、旋转台电机(322)、旋转台电机减速器(323)、旋转台连接组件(324)、旋转台(325)、刀座旋转电机(326)、刀座旋转电机减速器(327)、旋转刀座(328)、编码器(329)；所述的刀座系统总成(4)包括中央双轴电机(41)、侧向单轴电机(42)、刨刀(43)、刀具轴(44)；所述的气动及排屑系统总成(5)包括吸附头(51)、排屑管道(52)、木屑收集箱(53)、气动系统(54)；工作台系统总成(2)、刀座移动系统总成(3)和机身系统总成(1)可动连接，气动及排屑系统总成(5)固连在机身系统总成(1)上，刀座系统总成(4)和刀座移动系统总成(3)可转动连接，基座(11)上通过螺栓连接有工作台导轨(14)、I形柱体导轨(17)，工作台滚珠丝杠(15)和I形柱体滚珠丝杠(16)通过轴承座和基座(11)连接，I形柱体底板(18)和I形柱体(12)固连，中溜板导轨(13)和I形柱体(12)上部螺栓连接，中溜板滚珠丝杠(19)通过轴承座和I形柱体(12)上部固连，滑台(211)和滑台滑块(212)固连，滑台滑块(212)和工作台导轨(14)滑动配合，I形柱体底板和I形柱体底板滑块(213)固连，I形柱体滑块(213)和I形柱体导轨(17)滑动配合，工作台螺母(214)和工作台底部固连，又与工作台滚珠丝杠(15)配合，I形柱体螺母(215)和I形柱体底部固连，又与I形柱体滚珠丝杠(16)配合，工作台驱动电机(216)和工作台滚珠丝杠(15)配合传动，I形柱体驱动电机(217)和I形柱体滚珠丝杠(16)配合传动，气动机构(222)和第一工作台(221)可动连接，定位夹板(223)和气动机构(222)固连，第二工作台(224)和第一工作台(221)结构相同，定位靠山(231)固定在工作台上，激光测距器(232)底部和I形柱体固定，中溜板(311)上螺栓连接有中溜板滑块(312)和中溜板螺母(313)，中溜板滑块(312)和中溜板导轨(13)可动连接，中溜板螺母(313)和中溜板滚珠丝杠(19)配合连接，中溜板驱动电机(314)和中溜板滚珠丝杠(19)通过联轴器连接，中溜板(311)上螺栓连接有铣头座滚珠丝杠(315)和铣头座导轨(319)，铣头座(321)上螺栓连接有铣头座滑块(317)和铣头座螺母(318)，铣头座滑块(317)和铣头座导轨(319)可动配合，铣头座螺母(318)和铣头座滚珠丝杠(315)配合，铣头座驱动电机(316)和铣头座滚珠丝杠(315)通过联轴器连接，旋转台电机(322)固定安装于铣头座(321)内部，旋转台电机减速器(323)和电机配合，并通过旋转台连接组件(324)和旋转台(325)可转动连接，刀座旋转部分的安装形式和旋转台相同，刀座旋转电机(326)通过刀座旋转电机减速器(327)输出动力到旋转刀座(328)，编码器(329)安装在铣头座(321)内部，中央双轴电机(41)和侧向单轴电机(42)固定，单轴电机(42)上下各一与中央双轴电机(41)成90度垂直布置，刀具轴(44)和电机轴固连，刨刀(43)和其中一个刀具轴(44)固定安装，吸附头(51)和排屑管道(52)末端固连，排屑管道另一端通往木屑收集箱(53)，木屑收集箱(53)和机体固连，气动系统(54)和I形柱体上部固定。
2.根据权利要求1所述的一种双头木榫数控加工机构，其特征在于所述的木榫数控加工机构在I形柱体(12)两侧对称分布有刀座系统总成(4)、刀座移动系统总成(3)、工作台系统总成(2)、气动及排屑系统总成(5)。
3.根据权利要求1所述的一种双头木榫数控加工机构，其特征在于所述的第一工作台(221)和第二工作台(224)分别由两个工作台导轨(14)的子工作台组成，双排四个子工作台最多可以同时都处于加工工序，在第一工作台(221)、第二工作台(224)被装夹后，I形柱体(12)两侧的两个刨刀(43)可以同时加工I形柱体(12)两侧的两工件。
4.根据权利要求1所述的一种双头木榫数控加工机构，其特征在于所述的第一工作台(221)、第二工作台(224)可以分别固定短木料进行加工，也可以将第一工作台(221)、第二工作台(224)相互配合实现长木料的加工。
5.一种应用权利要求1所述的双头木榫数控加工机构的加工方法，其特征在于包括以下步骤：
1)将木料工件借助定位靠山(231)装夹在第一工作台(221)、第二工作台(224)；
2)启动气动机构(222)，第一工作台(221)、第二工作台(224)分别对木料工件夹紧，并通过激光测距器(232)测出木料加工点距离数据，反馈至控制系统，通过调整I形柱体滚珠丝杠位移，实现I形柱体两侧的两个刀具分别找准相应的刀点位置；
3)I形柱体两侧的中溜板(311)和铣头座(321)通过滚珠丝杠导轨实现水平两个移动自由度，旋转台(325)和刀座(328)通过伺服电机驱动实现空间两个转动自由度，从而实现七轴五联动加工；
4)I形柱体两侧的刀具轴(44)上按照加工工序，切换锯、刨、铣、钻相应刀具进行加工；
5)在加工过程中，I形柱体两侧的吸附头(51)在刀具切削时利用气压差吸附产生的木屑，木屑随着排屑管道(52)进入木屑收集箱(53)；
6)第一工作台(221)、第二工作台(224)上加工完毕后，退刀，取出各自工件并分别上料，待工作台上料完毕后可进行下一次的加工。
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