CN109664112B - 一种双工位曲面加工机床结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双工位曲面加工机床结构，在底座上沿横向滑动设置有一套工件侧单元，在该套工件侧单元两边外侧沿纵向各设置有一套刀具侧单元，该两套刀具侧单元相对工件侧单元对称布置；该两套刀具侧单元的基本结构相同。本发明的机床结构布局合理，不仅将灵活的回转运动与高刚性的直线运动巧妙结合起来，而且通过双工位实现一次装夹下的多道工序加工，大大提高了复杂曲面加工精度与加工效率，对推动机床结构创新设计具有重要意义。
Description
技术领域
本发明属于机械设备技术领域，涉及一种双工位曲面加工机床结构。
背景技术
自由曲面是机械制造行业中最难加工的表面之一，如叶片曲面、叶轮曲面，一般需要在五轴以上联动数控机床上才能加工出来。目前的五轴联动加工机床主要由三个直线运动自由度和两个回转运动自由度组成，主要布局方式有三种：1)工件侧为单自由度数控转台，刀具侧为单自由度摆头；2)工件侧为两自由度摇篮式数控转台；3)刀具侧为两自由度叉式万能摆头。
为了提高复杂自由曲面的加工效率，探索不同的多轴联动机床结构，是机床结构设计领域中永恒不变的主题。将机器人的灵活性与机床的高刚性相结合，研制一种具有刀具侧对称布置的双工位曲面加工机床结构方案，不仅能够显著提高了机床加工灵活性，而且可以有效提高加工效率。
发明内容
本发明的目的是提供一种双工位曲面加工机床结构，解决了现有技术多轴联动机床加工的灵活性不足，复杂自由曲面的加工效率低的问题。
本发明采用的技术方案是，一种双工位曲面加工机床结构，在底座上沿横向滑动设置有一套工件侧单元，在该套工件侧单元两边外侧沿纵向各设置有一套刀具侧单元，该两套刀具侧单元相对工件侧单元对称布置；该两套刀具侧单元的基本结构相同。
本发明的双工位曲面加工机床结构，其特征还在于：
所述的工件侧单元的结构是，在底座中部的横向滑轨上设置有工作台，工作台上沿纵向设置有轴心相对的水平回转台和尾架。
所述的刀具侧单元的结构是，在底座两边的纵向滑轨上设置有滑座，纵向滑轨与横向滑轨相邻并且垂直设置，滑座上固定连接有立柱，立柱上沿竖直方向滑动设置有滑板，滑板上固定安装有支座，支座中通过关节机构安装有电主轴。
所述的双关节机构是，支座中支撑安装有A关节，A关节的回转轴上固定安装有L形连接件，L形连接件外端固定安装有C关节，C关节的回转轴上固定安装有电主轴，电主轴的主轴上根据需要安装有盘状刀具或指状刀具。
所述的A关节的回转轴与C关节的回转轴为垂直布置。
所述的盘状刀具选用铣刀、砂轮或抛光轮；指状刀具选用立铣刀或端铣刀。
本发明的有益效果是，工件侧包括两个运动自由度，即工作台带动工件做X向直线运动和水平回转台带动工件做绕Y轴的B向回转运动；盘状刀具侧对称布置于工件两侧，每侧包括四个运动自由度，即滑座带动立柱做Y向直线运动，滑板沿立柱的Z向垂直进给运动，A、C摆头分别做绕X、Z轴的回转运动。上述所有十个运动自由度单元布置在同一个底座上，两个刀具侧结构可以配置不同的盘状刀具或指状刀具实现曲面加工，如加工叶身的盘状刀具和加工叶根的盘状刀具，通过工作台沿X向的移动实现两个工位的加工，即叶身加工工位和叶根加工工位，达到工件一次装夹条件下的全部加工，不仅保证了加工精度，而且提高了加工效率。
通过直线运动扩大了加工尺寸范围，直线运动的布置也使机床结构具有良好的刚性；回转运动自由度靠近工件侧和刀具侧布置，其中工件侧有一个回转运动、刀具侧有两个回转运动，直线运动远离盘状刀具和工件，不仅便于各运动单元的结构布局和运动控制，而且保证了机床总体结构受力合理，有效提高了机床整机性能，对曲面高性能加工具有重要意义。
附图说明
图1是本发明双工位曲面加工机床的总体结构示意图；
图2是本发明中的工件侧单元与一边的刀具侧单元的结构示意图；
图3是本发明中的两个刀具侧单元分别采用指状刀具与盘状刀具的位置关系示意图。
图中，1.底座，2.工作台，3.水平回转台，4.工件，5.盘状刀具，6.电主轴，7.C关节，8.立柱，9.L形连接件，10.支座，11.滑板，12.A关节，13.滑座，14.尾架，15.指状刀具。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
参照图1、图2，本发明的机床总体结构是，在底座1上沿横向滑动设置有一套工件侧单元，在该套工件侧单元两边外侧沿纵向各设置有一套刀具侧单元，该两套刀具侧单元相对工件侧单元对称布置；该两套刀具侧单元的基本结构相同，两套刀具侧单元根据需要选用盘状刀具或指状刀具之一，从而形成两边两个不同的加工工位，即工件4在工作台2的拖动下能够满足两边两个不同工位的加工需求，如一侧为粗加工，另一侧为精加工；或者一侧为叶身加工，另一侧为叶根加工等。
参照图1、图2，工件侧单元的结构是，在底座1中部的横向滑轨(沿X向)上设置有工作台2(工件侧)，工作台2上沿纵向设置有轴心相对的水平回转台3和尾架14，水平回转台3中可以独自安装工件4、或者水平回转台3与尾架14一起共同夹持支撑工件4；
刀具侧单元的结构是，在底座1两边的纵向滑轨(沿Y向)上设置有滑座13(刀具侧)，纵向滑轨与横向滑轨相邻并且垂直设置，滑座13上固定连接有立柱8，立柱8上沿竖直方向(沿Z向)滑动设置有滑板11，滑板11上固定安装有支座10，支座10中通过关节机构安装有电主轴6，电主轴6的前端固定安装有盘状刀具5或者指状刀具15。
双关节机构是，支座10中支撑安装有A关节12，A关节12的回转轴上固定安装有L形连接件9，L形连接件9外端固定安装有C关节7，C关节7的回转轴上固定安装有电主轴6，电主轴6的主轴上根据需要安装有盘状刀具5或指状刀具15。
A关节12的回转轴与C关节7的回转轴为垂直布置，便于数控编程和运动功能实现。
上述的工作台2、滑座13、滑板11、A关节12、C关节7各自设置有驱动部件或转动部件，所有的驱动部件或转动部件均与总控制器信号连接，协调一致完成加工动作。
参照图2、图3，本发明装置的工作原理是，
在工件侧单元，工件4在水平回转台3带动下做围绕Y轴的回转运动B，尾架14根据需要在另一端支撑工件4；工作台2能够沿横向滑轨实现X向移动，带动水平回转台3和尾架14及工件4一起做X向直线运动，从而实现工件侧的两个运动自由度；
在每个刀具侧单元，滑座13沿纵向滑轨滑动带动盘状刀具5做沿Y向的水平直线运动；滑板11上下移动带动盘状刀具5实现沿Z向的垂直直线运动；A关节12的转动实现盘状刀具5围绕X轴向的回转运动A；C关节7的转动实现盘状刀具5做围绕Z轴向的回转运动C；电主轴6带动盘状刀具5做旋转切削主运动。
参照图3，本发明的刀具侧单元，还可以在图2所述结构的基础上，将电主轴6前端的盘状刀具5换成指状刀具15，指状刀具15可以选用立铣刀或端铣刀，这时通过L形连接件9转一个角度，即可实现立式加工及任意角度加工，大大提高了曲面加工的灵活性。盘状刀具5可以是铣刀、砂轮、抛光轮等，通过选用不同的刀具可以实现铣削加工、磨削加工或拋磨加工等，从而扩大了本机床的应用领域。两个对称设置的刀具侧单元可以同时采用指状刀具15或盘状刀具5，也可以一边采用指状刀具15，一边采用盘状刀具5，根据具体加工需求进行灵活配置。
本发明的机床结构，均安装在同一个底座1上，其中的直线运动轴X和回转运动轴B设置在工件侧，两套直线运动轴Y、Z的布局具有机床结构的高刚性，两套回转运动轴A、C的布局具有机器人的运动灵活性，尤其是将一个回转运动分配给工件，从而避免了回转关节过多而削弱结构刚性的影响。另外，直线运动远离工件和刀具，保证了整体结构的高刚性；回转运动靠近工件和刀具两侧，保证了加工的灵活性，更好适应曲面加工。通过左右两侧的双工位布置，实现工件一次装夹完成多道工序加工，提高了加工效率和加工精度。
Claims (1)
1.一种双工位曲面加工机床结构，其特征在于：在底座（1）上沿横向滑动设置有一套工件侧单元，在该套工件侧单元两边外侧沿纵向各设置有一套刀具侧单元，两套刀具侧单元相对工件侧单元对称布置；两套刀具侧单元的结构相同；
所述的工件侧单元的结构是，在底座（1）中部的横向滑轨上设置有工作台（2），工作台（2）上沿纵向设置有轴心相对的水平回转台（3）和尾架（14）；
所述的刀具侧单元的结构是，在底座（1）两边的纵向滑轨上设置有滑座（13），纵向滑轨与横向滑轨相邻并且垂直设置，滑座（13）上固定连接有立柱（8），立柱（8）上沿竖直方向滑动设置有滑板（11），滑板（11）上固定安装有支座（10），支座（10）中通过关节机构安装有电主轴（6）；
所述的关节机构是，支座（10）中支撑安装有A关节（12），A关节（12）的回转轴上固定安装有L形连接件（9），L形连接件（9）外端固定安装有C关节（7），C关节（7）的回转轴上固定安装有电主轴（6），电主轴（6）的主轴上根据需要安装有盘状刀具（5）或指状刀具（15）；
所述的A关节（12）的回转轴与C关节（7）的回转轴为垂直布置；
所述的盘状刀具（5）选用铣刀、砂轮或抛光轮；指状刀具（15）选用立铣刀或端铣刀。
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