CN107971750A - 一种小零件加工数控专用机床 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种小零件加工数控专用机床，包括床身、控制机构及三轴加工机构，Y轴加工机构包括可升降的大溜板；X轴加工机构包括X轴滚珠丝杠，X轴步进电机带动X轴滚珠丝杠从而通过X轴丝母带动小溜板水平移动，小溜板上可拆卸地安装有两组工作台和排刀式刀库；Z轴加工机构有两个，Z轴加工机构包括Z轴滚珠丝杠，Z轴步进电机带动Z轴滚珠丝杠从而通过Z轴丝母带动电主轴水平移动。本发明提高了零件的加工效率及产品合格率，保证了加工质量及加工质量稳定性，可根据不同类型工件的加工内容，配备不同的切削加工刀具，完成铣、钻、倒角、去毛刺等各种加工，实现了小型零件的工序集中及加工自动化，减轻了工人的劳动强度。

Description

一种小零件加工数控专用机床
技术领域
本发明涉及数控机床领域，具体地说，涉及一种含刀具换刀系统且应用于加工工艺内容多、相对复杂的数控专用机床，特别涉及到一种小零件加工数控专用机床。
背景技术
目前，小型零件的加工主要依靠人工完成，即通过人工操作，在多台单一功能机床上分别加工不同内容，所采用的工装也只是简单的夹具。另外，市面上也已经普及了数控车床、数控铣床、加工中心等数控设备，但这些均为大众化的数控设备，或者仅适合单件小批生产，或价格昂贵，而且也不能用于小型零件的加工。
在绝大多数中小型企业中，对加工内容多相对复杂的小零件的加工主要依靠人工完成，即人工操作简易设备完成单一工序内容，进行单件加工。其效率低下，人工长期持续单一坐姿，持续固定的重复动作，劳动强度大，身体局部肢体疲劳损伤严重，再加上操作人员技术上的差别，难以克服人工加工误差，检验检测合格率不易提高，质量难以保持稳定。而一般的数控机床，要求的零件尺寸偏大，无法装夹小型零件，而且比较适合单件生产，效率很低。一般的加工中心，虽然可以调用多把刀，进行多工艺内容综合加工，体现工序集中，但同样不适合小型零件的加工，而且设备价格也昂贵。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术中的不足，提供一种小零件加工数控专用机床，以解决上述问题。
本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：
一种小零件加工数控专用机床，包括床身和控制机构，还包括X轴加工机构、Y轴加工机构和Z轴加工机构，
所述Y轴加工机构包括可升降的大溜板，大溜板设于床身的上方；
所述X轴加工机构包括X轴滚珠丝杠、X轴丝母、小溜板以及用于带动X轴滚珠丝杠转动的X轴步进电机，X轴滚珠丝杠水平设置且其两端分别通过X轴轴承座架设于大溜板上，X轴丝母套设于X轴滚珠丝杠上且与X轴滚珠丝杠啮合传动，小溜板固定于X轴丝母上，小溜板上可拆卸地安装有两组工作台和排刀式刀库，工作台与排刀式刀库沿X轴方向设置，两组工作台和排刀式刀库关于X轴对称设置；
所述Z轴加工机构有两个，两个Z轴加工机构关于X轴滚珠丝杠对称设置，Z轴加工机构包括Z轴滚珠丝杠、Z轴丝母、电主轴以及用于带动Z轴滚珠丝杠转动的Z轴步进电机，Z轴步进电机固定于床身上，Z轴滚珠丝杠水平设置且其两端分别通过Z轴轴承座架设于床身上，Z轴滚珠丝杠与X轴滚珠丝杠相垂直，Z轴丝母套设于Z轴滚珠丝杠上且与Z轴滚珠丝杠啮合传动，电主轴通过电主轴安装块固定于Z轴丝母上；
所述控制机构包括PLC控制器，PLC控制器分别与X轴步进电机、Z轴步进电机和电主轴电连接。
进一步的，所述X轴滚珠丝杠的两侧的大溜板上分别安装有X轴导轨，X轴导轨与X轴滚珠丝杠平行设置，X轴导轨上可滑动地套设有X轴导套，两个X轴导套的顶部分别与小溜板的两端相固定。
进一步的，所述X轴步进电机固定于大溜板上，X轴步进电机的输出轴通过X轴联轴器与X轴滚珠丝杠的一端键相连，小溜板通过X轴丝母固定块固定于X轴丝母上。
进一步的，所述Z轴滚珠丝杠的两侧的机身上分别安装有Z轴导轨，Z轴导轨与Z轴滚珠丝杠平行设置，Z轴导轨上可滑动地套设有Z轴导套，两个Z轴导套的顶部分别与对应侧的电主轴安装块的两端相固定。
进一步的，所述Z轴步进电机的输出轴通过Z轴联轴器与Z轴滚珠丝杠的一端键相连，电主轴安装块通过Z轴螺母固定块固定于Z轴丝母上。
进一步的，所述Y轴加工机构还包括Y轴步进电机、小锥齿轮、大锥齿轮、Y轴滚珠丝杠和Y轴丝母，Y轴步进电机设于大溜板的下方，小锥齿轮套设于Y轴步进电机的输出轴上且与Y轴步进电机的输出轴键连接，Y轴滚珠丝杠竖直设置，大锥齿轮套设于Y轴滚珠丝杠的底部且与Y轴滚珠丝杠键连接，小锥齿轮与大锥齿轮啮合传动相连；Y轴丝母套设于Y轴滚珠丝杠上且与Y轴滚珠丝杠啮合传动，大溜板通过Y轴固定块与Y轴丝母相固定。
进一步的，所述大溜板的两端分别设有Y轴导轨，Y轴导轨与Y轴滚珠丝杠平行设置，Y轴导轨的两端分别通过Y轴安装块固定于床身上；Y轴导轨上可滑动地套设有Y轴滑块，两个Y轴滑块分别与大溜板的两端相固定。
进一步的，所述控制机构还包括电器控制箱、显示器和操作面板，电器控制箱设于床身的一侧，显示器和操作面板均安装于电器控制箱上，PLC控制器设于电器控制箱内，电器控制箱还设有数控驱动装置和变频器，PLC控制器分别与显示器、操作面板、数控驱动装置和变频器电连接。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
本发明很好地解决了尺寸小、质量轻、加工内容较多的小型零件的加工问题；且使工件的加工工序完全集中，能一次装夹完成铣、钻、倒角、去毛刺等多种内容的加工；可以提高零件的加工效率及产品合格率，保证加工质量，并保持加工质量稳定，减轻人工操作的劳动强度，实现小型零件的加工自动化。本发明不仅可以调用铣削刀具进行一种铣削加工，而且可以调用其他多种不同刀具进行钻削和多种铣削加工。
(1)、设备布局特点：采用两个电主轴和两个刀库相对XY平面对称的布置，就相当于两台机床共用一个工作台，可以同时加工相同的零件，提高了机床占地面积的利用率，同时也有利于提高生产效率。
(2)、加工特点：电主轴夹持刀具旋转，且可以沿Z轴移动；工作台在XY平面内，不仅可以沿X、Y轴移动，而且可以通过X、Y轴联动实现在XY平面内的任意方向移动；刀具系统采用排刀式刀库，排刀式刀库与工作台均安装在小溜板上，刀库位于工作台旁，可以按照加工工序要求进行排刀，并按工序要求使用刀具。
(3)、为实现钻、铣、倒角、去毛刺等多道工序集中加工的目标，本发明采用电主轴沿Z轴移动，以实现钻削加工；工作台在XY平面内可沿任意方向移动，以实现铣削和倒角的加工。
本发明通过PLC输出微小信号，控制变频器改变电主轴输入电压频率，实现无级变速，可满足小零件加工恒表面线速切削要求，有利于提高零件加工表面质量。通过设置刀库、主轴的Z向运动和工作台在平面XY平面内任意方向的运动，使加工工序得到了集中，避免了人工操作，消除了由于多次装夹定位产生的误差。
附图说明
图1为本发明所述的小零件加工数控专用机床的结构示意图。
图2为本发明所述的图1的剖面图。
具体实施方式
为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，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
参见图1和图2，本发明所述的一种小零件加工数控专用机床，包括床身10和控制机构，还包括X轴加工机构、Y轴加工机构和Z轴加工机构。
Y轴加工机构包括可升降的大溜板21，大溜板21设于床身10的上方。
X轴加工机构包括X轴滚珠丝杠31、X轴丝母32、小溜板33以及用于带动X轴滚珠丝杠31转动的X轴步进电机34。X轴滚珠丝杠31水平设置且其两端分别通过X轴轴承座311架设于大溜板21上。X轴丝母32套设于X轴滚珠丝杠31上且与X轴滚珠丝杠31啮合传动，小溜板33固定于X轴丝母32上。小溜板33上可拆卸地安装有两组工作台35和排刀式刀库36，工作台35与排刀式刀库36通过螺钉安装在小溜板33上。工作台35与排刀式刀库36沿X轴方向设置，两组工作台35和排刀式刀库36关于X轴对称设置。刀库36采用方便换刀的排刀形式，既提高了生产效率，也保证了加工精度。
Z轴加工机构有两个，两个Z轴加工机构关于X轴滚珠丝杠31对称设置。Z轴加工机构包括Z轴滚珠丝杠41、Z轴丝母42、电主轴43以及用于带动Z轴滚珠丝杠41转动的Z轴步进电机44。Z轴步进电机44固定于床身10上，Z轴滚珠丝杠41水平设置且其两端分别通过Z轴轴承座411架设于床身10上。Z轴滚珠丝杠41与X轴滚珠丝杠31相垂直。Z轴丝母42套设于Z轴滚珠丝杠41上且与Z轴滚珠丝杠41啮合传动，电主轴43通过电主轴安装块431固定于Z轴丝母42上。
控制机构包括PLC控制器，PLC控制器分别与X轴步进电机34、Z轴步进电机44和电主轴43电连接。
X轴滚珠丝杠31的两侧的大溜板21上分别安装有X轴导轨371，X轴导轨371与X轴滚珠丝杠31平行设置，X轴导轨371通过螺钉安装在大溜板21上。X轴导轨371上可滑动地套设有X轴导套372，两个X轴导套372的顶部分别与小溜板33的两端通过螺钉相固定。
X轴步进电机34通过X轴电机安装块固定于大溜板21上，X轴步进电机34的输出轴通过X轴联轴器与X轴滚珠丝杠31的一端键相连。小溜板33通过X轴丝母固定块固定于X轴丝母32上。
使用时，X轴步进电机34的输出轴通过X轴联轴器带动X轴滚珠丝杠31，通过键将X轴步进电机34输出的动力与运动传递到X轴滚珠丝杠31，X轴滚珠丝杠31带动X轴丝母32，X轴丝母32通过X轴螺母固定块带动小溜板33。
Z轴滚珠丝杠41的两侧的机身上分别安装有Z轴导轨451，Z轴导轨451与Z轴滚珠丝杠41平行设置。Z轴导轨451上可滑动地套设有Z轴导套452，两个Z轴导套452的顶部分别与对应侧的电主轴安装块431的两端相固定。Z轴导轨451通过螺钉安装到床身10上，Z轴导套452用螺钉安装在电主轴安装块431上。由于电主轴43转速较高，因此本发明采用油雾的方式给轴承提供润滑；同时考虑到电主轴43高速旋转发热损坏，采用注入冷却液进行冷却。由于小零件加工表面小，传统去毛刺工艺(如砂纸打磨)无法实现，本发明通过外接气泵，采用串孔工艺(用气流冲击)去毛刺。
Z轴步进电机44的输出轴通过Z轴联轴器与Z轴滚珠丝杠41的一端键相连，电主轴安装块431通过Z轴螺母固定块固定于Z轴丝母42上。
使用的过程中，Z轴步进电机44的输出轴通过Z轴联轴器带动Z轴滚珠丝杠41，通过键将Z轴步进电机44输出的动力与运动传递到Z轴滚珠丝杠41，Z轴滚珠丝杠41带动Z轴丝母42，Z轴丝母42通过Z轴螺母固定块带动电主轴安装块431，电主轴安装块431带动电主轴43。
Y轴加工机构还包括Y轴步进电机22、小锥齿轮23、大锥齿轮24、Y轴滚珠丝杠25和Y轴丝母26。Y轴步进电机22设于大溜板21的下方，且通过Y轴电机安装座固定于床身10上。小锥齿轮23套设于Y轴步进电机22的输出轴上且与Y轴步进电机22的输出轴键连接。Y轴滚珠丝杠25竖直设置，大锥齿轮24套设于Y轴滚珠丝杠25的底部且与Y轴滚珠丝杠25键连接。小锥齿轮23与大锥齿轮24啮合传动相连。Y轴丝母26套设于Y轴滚珠丝杠25上且与Y轴滚珠丝杠25啮合传动，大溜板21通过Y轴固定块与Y轴丝母26相固定。
大溜板21的两端分别设有Y轴导轨271，Y轴导轨271与Y轴滚珠丝杠25平行设置，Y轴导轨271的两端分别通过Y轴安装块固定于床身10上。Y轴导轨271上可滑动地套设有Y轴滑块272，两个Y轴滑块272分别通过溜板安装块273使用螺钉与大溜板21的两端相固定。
使用时，Y轴步进电机22的输出轴通过键带动小锥齿轮23，小锥齿轮23带动大锥齿轮24，大锥齿轮24通过键带动Y轴滚珠丝杠25，Y轴滚珠丝杠25带动Y轴丝母26，Y轴丝母26通过Y轴固定块带动大溜板21。
控制机构还包括电器控制箱51、显示器52和操作面板53，电器控制箱51设于床身10的一侧。显示器52和操作面板53均安装于电器控制箱51上，PLC控制器设于电器控制箱51内。电器控制箱51还设有数控驱动装置和变频器，PLC控制器分别与显示器52、操作面板53、数控驱动装置和变频器电连接。
本发明的自动换刀方法如下：
步骤1：按照加工工序要求进行顺序排刀，然后将刀具按顺序放到刀库内；
步骤2：机床依据数控程序指令，通过PLC控制，使刀库中对应的刀具位置移动到主轴处，此时主轴通过电主轴常用的夹刀装置夹持刀具；
步骤3：刀具使用完成以后，通过PLC控制使刀库中对应的刀具位置再次移动到主轴处，此时主轴通过松开夹刀装置松开刀具，从而将刀具放回原处；
通过本换刀方法，本发明可以实现循环依次使用各刀具。
本发明克服人工操作工序过于分散，质量难以保证的缺点；零件加工时，将多功能工装夹具置于工作台上，通过置于工作台的多功能工装的转台摆动与转盘转动相互配合，使工件所有待加工表面都能转到加工平面位置，故工件一次装夹可以进行铣、钻、倒角、去毛刺等多种内容的加工。本发明克服了人工操作加工效率低及加工质量不稳定的缺点；配套的工装夹具的转盘可以一次装夹16个工件，可节省工件装夹与换刀时间，提高加工效率和保持加工质量稳定。本发明通过槽轮机构带着转盘转动，可使工件精准分度，保证加工质量。
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 (8)

1.一种小零件加工数控专用机床，包括床身和控制机构，其特征在于：还包括X轴加工机构、Y轴加工机构和Z轴加工机构，
所述Y轴加工机构包括可升降的大溜板，大溜板设于床身的上方；
所述X轴加工机构包括X轴滚珠丝杠、X轴丝母、小溜板以及用于带动X轴滚珠丝杠转动的X轴步进电机，X轴滚珠丝杠水平设置且其两端分别通过X轴轴承座架设于大溜板上，X轴丝母套设于X轴滚珠丝杠上且与X轴滚珠丝杠啮合传动，小溜板固定于X轴丝母上，小溜板上可拆卸地安装有两组工作台和排刀式刀库，工作台与排刀式刀库沿X轴方向设置，两组工作台和排刀式刀库关于X轴对称设置；
所述Z轴加工机构有两个，两个Z轴加工机构关于X轴滚珠丝杠对称设置，Z轴加工机构包括Z轴滚珠丝杠、Z轴丝母、电主轴以及用于带动Z轴滚珠丝杠转动的Z轴步进电机，Z轴步进电机固定于床身上，Z轴滚珠丝杠水平设置且其两端分别通过Z轴轴承座架设于床身上，Z轴滚珠丝杠与X轴滚珠丝杠相垂直，Z轴丝母套设于Z轴滚珠丝杠上且与Z轴滚珠丝杠啮合传动，电主轴通过电主轴安装块固定于Z轴丝母上；
所述控制机构包括PLC控制器，PLC控制器分别与X轴步进电机、Z轴步进电机和电主轴电连接。
2.根据权利要求1所述的小零件加工数控专用机床，其特征在于：所述X轴滚珠丝杠的两侧的大溜板上分别安装有X轴导轨，X轴导轨与X轴滚珠丝杠平行设置，X轴导轨上可滑动地套设有X轴导套，两个X轴导套的顶部分别与小溜板的两端相固定。
3.根据权利要求1所述的小零件加工数控专用机床，其特征在于：所述X轴步进电机固定于大溜板上，X轴步进电机的输出轴通过X轴联轴器与X轴滚珠丝杠的一端键相连，小溜板通过X轴丝母固定块固定于X轴丝母上。
4.根据权利要求1所述的小零件加工数控专用机床，其特征在于：所述Z轴滚珠丝杠的两侧的机身上分别安装有Z轴导轨，Z轴导轨与Z轴滚珠丝杠平行设置，Z轴导轨上可滑动地套设有Z轴导套，两个Z轴导套的顶部分别与对应侧的电主轴安装块的两端相固定。
5.根据权利要求1所述的小零件加工数控专用机床，其特征在于：所述Z轴步进电机的输出轴通过Z轴联轴器与Z轴滚珠丝杠的一端键相连，电主轴安装块通过Z轴螺母固定块固定于Z轴丝母上。
6.根据权利要求1所述的小零件加工数控专用机床，其特征在于：所述Y轴加工机构还包括Y轴步进电机、小锥齿轮、大锥齿轮、Y轴滚珠丝杠和Y轴丝母，Y轴步进电机设于大溜板的下方，小锥齿轮套设于Y轴步进电机的输出轴上且与Y轴步进电机的输出轴键连接，Y轴滚珠丝杠竖直设置，大锥齿轮套设于Y轴滚珠丝杠的底部且与Y轴滚珠丝杠键连接，小锥齿轮与大锥齿轮啮合传动相连；Y轴丝母套设于Y轴滚珠丝杠上且与Y轴滚珠丝杠啮合传动，大溜板通过Y轴固定块与Y轴丝母相固定。
7.根据权利要求6所述的小零件加工数控专用机床，其特征在于：所述大溜板的两端分别设有Y轴导轨，Y轴导轨与Y轴滚珠丝杠平行设置，Y轴导轨的两端分别通过Y轴安装块固定于床身上；Y轴导轨上可滑动地套设有Y轴滑块，两个Y轴滑块分别与大溜板的两端相固定。
8.根据权利要求1所述的小零件加工数控专用机床，其特征在于：所述控制机构还包括电器控制箱、显示器和操作面板，电器控制箱设于床身的一侧，显示器和操作面板均安装于电器控制箱上，PLC控制器设于电器控制箱内，电器控制箱还设有数控驱动装置和变频器，PLC控制器分别与显示器、操作面板、数控驱动装置和变频器电连接。
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