CN110340697B - 一种高速三维钻床 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高速三维钻床，包括机架和电气控制系统，所述机架上设置有用于物料上表面钻孔以及用于物料侧表面钻孔的钻削机构，所述机架上开有贯通其前后两侧的喂料通道，机架的喂料通道内安装有辅助支撑机构，所述辅助支撑机构靠近机架前侧的一端安装有用于物料的夹紧机构。本发明通过在机架上设置辅助支撑机构以及配合辅助支撑机构的夹紧机构，可将钢型材的侧壁和底壁稳定顶紧，从而保证钢型材在加工时的稳定性，提高产品的成品率；同时配合钢型材三侧的高自由度钻削机构，可针对钢型材上表面和侧表面实现精准钻孔，钻孔的排列方式可根据控制钻削机构的位置来加工决定，加工产品的适应性更强。

Description

一种高速三维钻床

技术领域

本发明涉及数控加工机床领域，具体涉及一种高速三维钻床。

背景技术

目前，三维数控钻床作为钢结构用H型钢、槽钢以及箱型结构的专用加工设备，因其自动化、柔性化、效率高等优点，已广泛应用于建筑、桥梁、塔桅和网架等领域。现有的三维数控钻床虽然自动化控制程度高，但是其加工稳定性得不到保证，尤其是需要钢型材在加工平面内来回滑动，如果其稳定性较差，则钻孔的加工精度就无法得到保证，导致返工率或者次品率增加，如涉及到大型钢型材加工，就会使企业蒙受较大的经济或成本损失。

发明内容

本发明的目的在于提供一种加工稳定性好的高速三维钻床，以实现钢型材的精准钻孔作业。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种高速三维钻床，包括机架和电气控制系统，所述机架上设置有至少一组用于物料上表面钻孔以及至少一组用于物料侧表面钻孔的钻削机构，钻削机构与电气控制系统电性连接，所述机架上开有贯通其前后两侧的喂料通道，机架的喂料通道内安装有与电气控制系统相连的辅助支撑机构，所述辅助支撑机构靠近机架前侧的一端安装有用于物料的夹紧机构，夹紧机构与电气控制系统相连接。

进一步地，所述机架顶部安装有一组用于物料上表面钻孔的钻削机构以及两组用于物料侧表面钻孔的钻削机构，所述辅助支撑机构位于顶部钻削机构的正下方，且辅助支撑机构位于两侧的钻削机构之间。

进一步地，所述钻削机构包括滑台、安装座、动力滑头板和动力钻头，所述滑台可滑动地安装在机架上并通过设置在机架上的丝杆螺母副机构相对喂料通道水平左右移动，所述安装座可滑动地安装在滑台上并通过设置在滑台上的丝杆螺母副机构相对喂料通道水平前后移动，所述动力滑头板可滑动地设置在安装座上并通过设置在安装座上的丝杆螺母副机构相对喂料通道竖直上下移动，所述动力钻头安装在动力滑头板上并用于物料钻孔。

进一步地，所述机架包括框架床以及用于保护框架床的防护罩，所述喂料通道位于框架床的中部且喂料通道的两端贯穿防护罩的前后两侧，所述框架床包括下床身、上床身、以及固定在下床身和上床身之间的多根立柱，所述下床身底部设置有自动排屑机构。

进一步地，所述上床身和下床身均为矩形框架结构，所述多根立柱均分为两组，两组立柱分别固定在喂料通道左右两侧的上床身横梁和下床身横梁之间，每组立柱内至少一根立柱上安装有侧钻头更换机构，侧钻头更换机构包括推拉气缸、支架以及滑动安装在支架上的刀夹，所述支架固定在立柱上，所述推拉气缸安装在支架上，且推拉气缸的活塞杆与刀夹固定连接，所述刀夹上夹放有多个钻头，所述上床身的两根横梁之间固定有支撑杆，支撑杆上固定有刀夹，刀夹上夹放有多个钻头。

进一步地，所述夹紧机构包括分别安装在喂料通道内两侧的夹紧固定台和夹紧滑台，所述夹紧滑台可水平左右滑动地安装在机架下部，所述机架下部安装有至少一个用于驱动夹紧滑台滑动的动力油缸，所述夹紧固定台固定在机架下部，且夹紧固定台和夹紧滑台上均安装有多个用于夹紧物料的夹紧辊组件。

进一步地，所述夹紧固定台和夹紧滑台上均安装有两个夹紧辊组件，两个夹紧辊组件分别位于对应的夹紧固定台或夹紧滑台的两端，所述夹紧辊组件包括夹紧支座、竖压油缸、滑板以及多个夹紧辊，所述夹紧支座固定在对应的夹紧滑台或夹紧固定台上，所述滑板可竖直滑动地安装在夹紧支座的内侧壁上，所述竖压油缸安装在夹紧支座上并用于推拉滑板上下滑动，所述滑板的顶部固定有用于紧压物料上表面的压块，所述多个夹紧辊均可转动地安装在夹紧支座上并用于压紧物料的侧壁表面。

进一步地，所述每个夹紧辊组件上的多个夹紧辊均分为两组，两组夹紧辊分别可转动地安装在夹紧支座的前后两侧，所述夹紧支座的底部安装有至少一个可转动地支撑滑轮，支撑滑轮位于夹紧辊的下方。

进一步地，所述夹紧固定台和夹紧滑台上的两个夹紧辊组件之间均安装有支撑滚轮组件，支撑滚轮组件包括支撑侧板以及可转动地安装在支撑侧板内壁的多个支撑滚轮，多个支撑滚轮排列为一条直线并用于支撑物料的底面。

进一步地，所述辅助支撑机构包括底支撑座、顶推油缸、至少两根导向柱以及固定在所有导向柱顶部的顶推板，所述底支撑座滑动安装在机架上，且底支撑座通过设置在夹紧滑台与夹紧固定台之间的丝杆螺母副机构水平左右移动，至少两根导向柱可竖直滑动地穿过底支撑座，所述顶推油缸安装在底支撑座下部，且顶推油缸的活塞杆与顶推板下部连接。

本发明通过在机架上设置辅助支撑机构以及配合辅助支撑机构的夹紧机构，可将钢型材的侧壁和底壁稳定顶紧，从而保证钢型材在加工时的稳定性，提高产品的成品率；同时配合钢型材三侧的高自由度钻削机构，可针对钢型材上表面和侧表面实现精准钻孔，钻孔的排列方式可根据控制钻削机构的位置来加工决定，加工产品的适应性更强；此外，配合设置在机架上的钻头更换机构，在进行钢型材加工钻孔的同时能加工不同尺寸的通孔，产品的适用面更广。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的主视示意图；

图3为本发明的俯视示意图；

图4为本发明中机架的结构示意图；

图5为图4的A处放大示意图；

图6为本发明中钻削机构的结构示意图；

图7为图6的主剖视图；

图8为本发明中夹紧机构的结构示意图；

图9为本发明中辅助支撑机构的结构示意图。

图中标记：1-防护罩；2-机架；3-电气控制系统；4-喂料通道；5-钻削机构；6-自动排屑机构；7-夹紧机构；8-辅助支撑机构；9-丝杆螺母副机构；10-侧钻头更换机构；21-上床身；22-下床身；23-立柱；24-支撑杆；25-刀夹；51-滑台；52-安装座；53-动力滑头板；71-夹紧固定台；72-夹紧滑台；73-动力油缸；74-夹紧辊组件；75-支撑滚轮组件；81-底支撑座；82-顶推油缸；83-导向柱；84-顶推板；85-滑轨；101-支架；102-推拉气缸；103-刀夹；104-钻头；741-压块；742-夹紧辊；743-滑板；744-支撑滑轮；745-夹紧支座；746-竖压油缸。

具体实施方式

如图1～图9所示，本实施例提供的高速三维钻床包括集成式的机架2以及位于机架2一侧的电气控制系统3，为了保证机架2较高的集成度以及安全性，所述机架2包括框架床以及用于保护框架床的防护罩1，框架床用于安装和集成各个加工机构，所述框架床包括下床身22、上床身21、以及固定在下床身22和上床身21之间的四根立柱23。本实施例中，为了对H型钢材或槽型钢材等加工三维钻孔，所述下床身22与上床身21的中部之间形成喂料通道4，喂料通道4的两端贯穿防护罩1的前后两侧以便于其余送料机构将物料送入至喂料通道4内。所述上床身21上设置有一组用于物料上表面钻孔的钻削机构5，所述下床身22上设置有两组用于物料侧表面钻孔的钻削机构5，顶部的钻削机构5位于喂料通道4的上方，两组侧面的钻削机构5位于喂料通道4的两侧，这样可同时对物料的三个工作面进行钻孔加工，加工效率较高。

为了保证钻削机构5的加工自由度较高，从而能适应不同位置或不同排列组合的钻孔作业，作为优选地，三个钻削机构5结构相同，仅是安装位置不同，所述钻削机构5包括滑台51、安装座52、动力滑头板53和动力钻头，所述滑台51通过滑轨与滑座的形式可滑动地安装在下机身22的一端，且滑台51通过设置在下机身22一端上的丝杆螺母副机构9相对喂料通道4水平左右移动，所述水平左右移动是指在水平面内相对喂料通道4相向或相背移动。同样地，所述安装座52通过滑轨与滑座的形式可滑动地安装在滑台51上并通过设置在滑台51上的丝杆螺母副机构9相对喂料通道4水平前后移动，水平前后移动是指在水平面内沿喂料通道4的平行的方向移动；所述动力滑头板53通过滑轨与滑座的形式可滑动地设置在安装座52上并通过设置在安装座52上的丝杆螺母副机构9相对喂料通道4竖直上下移动，竖直上下移动是指在竖直平面内的向上或向下移动，所述动力滑头板53上加工有安装孔，所述动力钻头的机壳与安装孔处的法兰固定连接并用于物料钻孔。在本实施例中，所述丝杆螺母副机构9包括伺服电机以及与伺服电机输出轴通过联轴器和轴承座连接的丝杆，丝杆上配合有螺母座，螺母座与相应连接件固定连接，伺服电机带动丝杆旋转，从而实现螺母座与相应连接件的滑动，所述伺服电机与动力钻头的电机均通过常规的接线手段与电气控制系统3相连，从而实现对应的伺服控制功能。

当然，在进行钻孔作业时，不仅动力钻头的钻孔位置能够改变，而且钻孔的尺寸也能相应改变，从而实现物料不同需求或类型的钻孔加工，产品的适应面更广，具体地，所述上床身21和下床身22均采用矩形框架结构，所述四根立柱23均分为两组，每组两根，两组立柱23分别固定在喂料通道4左右两侧的上床身21横梁和下床身22横梁之间，从而保证整个机架2的紧凑性、稳定性和支撑强度，在本实施例中，每组立柱23内位于前侧的立柱23上安装有侧钻头更换机构10，侧钻头更换机构10包括推拉气缸102、支架101以及可横向滑动地安装在支架101上的刀夹103，所述支架101固定在立柱23上，所述推拉气缸102水平安装在支架101上，且推拉气缸102的活塞杆与刀夹103固定连接，所述刀夹103上夹放有多个尺寸不同的钻头104，所述推拉气缸102的气控元件与电气控制系统3相连，检测到相应信号或者编码指令时，推拉气缸102推动刀夹103往机架2中部移动，对应侧的钻削机构5移动到位，使动力钻头的钻杆向前伸出并卡嵌到刀夹103上对应的夹放孔内，然后动力钻头继续向下移动，向前伸出将目标钻杆吸入并卡紧，然后推拉气缸102和动力钻头各位移动退位并完成钻杆更换作业，需要说明的是，动力钻头和刀夹103的运动路径均通过成熟的控制编程语言实现，本申请中着重于机械结构及其机械连接关系的保护，故此不再赘述。为了减小顶部的钻削机构5更换钻杆的作业难度，所述上床身21的两根横梁之间固定有支撑杆24，支撑杆24上固定有刀夹25，刀夹25上夹放有多个尺寸不同的钻头，同理根据相应编程控制技术实现钻杆的更换作业。

由于钻孔作业会产生较多废屑，为了减小废屑的清理难度，所述下床身22底部设置有自动排屑机构6，自动排屑机构6可以为带有振动器集渣漏斗，也可以为待代自动旋转功能的清扫器，本实施例中，自动排屑机构6包括输送皮带装置和集渣框，输送皮带装置安装在下床身22的底部，其上的传输皮带作业废屑的承载面用于及时输出废屑，集渣框位于输送皮带装置出料的一端，从而实现废屑的自动持续输出和收集功能。

为了保证物料在钻孔时的稳定性，所述喂料通道4内安装有辅助支撑机构8，辅助支撑机构8靠近下床身22前侧的一端安装有用于物料的夹紧机构7，为了保证结构之间的对称性，所述辅助支撑机8构位于顶部钻削机构5的正下方，且辅助支撑机构5位于两侧的钻削机构5之间的中分点。当钢材物料进入喂料通道4时，需要先将其侧壁抵紧和压紧，再将其底部顶紧，这样才能保证整个钢材物料的较高的稳定程度。具体地，所述夹紧机构7包括分别安装在喂料通道4内两侧的夹紧固定台71和夹紧滑台72，所述夹紧滑台72通过滑轨与滑座的形式可水平左右滑动地安装在下机身22上，所述下机身22通过气缸支座固定有两个用于同步驱动夹紧滑台72滑动的动力油缸73，所述夹紧固定台71固定在下机身22上，且夹紧固定台71和夹紧滑台72上均安装有两个用于夹紧物料的夹紧辊组件74，两个夹紧辊组件74分别位于对应的夹紧固定台71或夹紧滑台72的两端。所述夹紧辊组件74包括夹紧支座745、竖压油缸746、滑板743以及多个夹紧辊742，所述夹紧支座745通过螺栓固定在对应的夹紧滑台72或夹紧固定台71上，夹紧支座745内侧壁加工有竖直的滑槽，所述滑板743滑动配合在夹紧支座的滑槽内，所述竖压油缸746安装在夹紧支座745底部，且竖压油缸746活塞杆端部与滑板743固定并用于推拉滑板743上下滑动，所述滑板743的顶部固定有用于紧压钢材物料上表面的压块741，所述多个夹紧辊742均分为两组，两组夹紧辊742通过转轴和轴承均可转动地安装在夹紧支座745的前后两侧，夹紧辊742的辊面与钢材的侧壁面贴合并相互抵紧，为了降低钢材移动时的摩擦力以及提高夹紧机构7的支撑强度，所述夹紧支座745的底部安装有两个可转动地支撑滑轮744，支撑滑轮744位于夹紧辊742的下方并用于支撑钢材的下表面，当钢材物料进入喂料通道4内，动力油缸73推动夹紧滑台72将钢材两侧夹紧，竖压油缸746再控制滑板743下降，使压块741压紧钢材的上表面，当然，动力油缸73和竖压油缸746的控制执行元件与电气控制系统3内的处理器相连，用于实现对应的伺服控制功能。

由于钢材自重较大，为了保证夹紧机构7足够的支撑强度，所述夹紧固定台71和夹紧滑台72上的两个夹紧辊组件74之间均安装有支撑滚轮组件75，支撑滚轮组件75包括支撑侧板以及可转动地安装在支撑侧板内壁的多个支撑滚轮，多个支撑滚轮采用高强度钢制作，且多个支撑滚轮排列为一条直线并用于支撑钢材的底面，同时也能保证较小的钢材前行滑动摩擦力。

除了需要对钢材侧壁和上表面夹紧保证加工稳定性，还要对钢材的下表面顶紧，保持钻孔加工时不变形或变形量忽略不计，所述辅助支撑机构8包括长条状的底支撑座81、两个顶推油缸82、两根导向柱83以及固定在两根导向柱83顶部的顶推板84，所述底支撑座81的两端通过滑轨和滑座的形式水平左右可滑动地安装在下机身22上，且底支撑座81通过设置在夹紧滑台72与夹紧固定台71之间的丝杆螺母副机构9水平左右移动，底支撑座81上加工有四个竖直的通孔，四个通孔沿底支撑座81长度方向直线排列，两根导向柱83分别可竖直滑动地穿过底支撑座81边侧的两个通孔，所述两个顶推油缸82均安装在底支撑座81下部，且两个顶推油缸82的活塞杆分别穿过中间的两个通孔并与顶推板84的下表面固定连接。所述顶推油缸82的控制执行原件与电气控制系统3相连，通过控制顶推油缸82伸长，使顶推板84与钢材下表面相互顶紧即可保证较高的支撑稳定性。

以上所述仅是本发明优选的实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何基于本发明所提供的技术方案和发明构思进行的改造和替换都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (2)

1.一种高速三维钻床，包括机架和电气控制系统，其特征在于：所述机架上设置有一组用于物料上表面钻孔以及两组用于物料侧表面钻孔的钻削机构，钻削机构与电气控制系统电性连接，所述钻削机构包括滑台、安装座、动力滑头板和动力钻头，所述滑台可滑动地安装在机架上并通过设置在机架上的丝杆螺母副机构相对喂料通道水平左右移动，所述安装座可滑动地安装在滑台上并通过设置在滑台上的丝杆螺母副机构相对喂料通道水平前后移动，所述动力滑头板可滑动地设置在安装座上并通过设置在安装座上的丝杆螺母副机构相对喂料通道竖直上下移动，所述动力钻头安装在动力滑头板上并用于物料钻孔，所述机架包括框架床以及用于保护框架床的防护罩，所述喂料通道位于框架床的中部且喂料通道的两端贯穿防护罩的前后两侧，所述框架床包括下床身、上床身、以及固定在下床身和上床身之间的多根立柱，所述下床身底部设置有自动排屑机构，所述机架上开有贯通其前后两侧的喂料通道，所述上床身和下床身均为矩形框架结构，所述多根立柱均分为两组，两组立柱分别固定在喂料通道左右两侧的上床身横梁和下床身横梁之间，每组立柱内至少一根立柱上安装有侧钻头更换机构，侧钻头更换机构包括推拉气缸、支架以及滑动安装在支架上的刀夹，所述支架固定在立柱上，所述推拉气缸安装在支架上，且推拉气缸的活塞杆与刀夹固定连接，所述刀夹上夹放有多个钻头，所述上床身的两根横梁之间固定有支撑杆，支撑杆上固定有刀夹，刀夹上夹放有多个钻头，机架的喂料通道内安装有与电气控制系统相连的辅助支撑机构，所述辅助支撑机构位于顶部钻削机构的正下方，且辅助支撑机构位于两侧的钻削机构之间所述辅助支撑机构靠近机架前侧的一端安装有用于物料的夹紧机构，夹紧机构与电气控制系统相连接，所述夹紧机构包括分别安装在喂料通道内两侧的夹紧固定台和夹紧滑台，所述夹紧滑台可水平左右滑动地安装在机架下部，所述机架下部安装有至少一个用于驱动夹紧滑台滑动的动力油缸，所述夹紧固定台固定在机架下部，且夹紧固定台和夹紧滑台上均安装有多个用于夹紧物料的夹紧辊组件，所述夹紧固定台和夹紧滑台上均安装有两个夹紧辊组件，两个夹紧辊组件分别位于对应的夹紧固定台或夹紧滑台的两端，所述夹紧辊组件包括夹紧支座、竖压油缸、滑板以及多个夹紧辊，所述夹紧支座固定在对应的夹紧滑台或夹紧固定台上，所述滑板可竖直滑动地安装在夹紧支座的内侧壁上，所述竖压油缸安装在夹紧支座上并用于推拉滑板上下滑动，所述滑板的顶部固定有用于紧压物料上表面的压块，所述多个夹紧辊均可转动地安装在夹紧支座上并用于压紧物料的侧壁表面，所述每个夹紧辊组件上的多个夹紧辊均分为两组，两组夹紧辊分别可转动地安装在夹紧支座的前后两侧，所述夹紧支座的底部安装有至少一个可转动地支撑滑轮，支撑滑轮位于夹紧辊的下方，所述夹紧固定台和夹紧滑台上的两个夹紧辊组件之间均安装有支撑滚轮组件，支撑滚轮组件包括支撑侧板以及可转动地安装在支撑侧板内壁的多个支撑滚轮，多个支撑滚轮排列为一条直线并用于支撑物料的底面。

2.根据权利要求1所述的高速三维钻床，其特征在于：所述辅助支撑机构包括底支撑座、顶推油缸、至少两根导向柱以及固定在所有导向柱顶部的顶推板，所述底支撑座滑动安装在机架上，且底支撑座通过设置在夹紧滑台与夹紧固定台之间的丝杆螺母副机构水平左右移动，至少两根导向柱可竖直滑动地穿过底支撑座，所述顶推油缸安装在底支撑座下部，且顶推油缸的活塞杆与顶推板下部连接。