CN110814754A

CN110814754A - 一种可实现非回转曲面车铣复合加工的数控机床

Info

Publication number: CN110814754A
Application number: CN201810901144.2A
Authority: CN
Inventors: 蔚飞; 李志仁; 王岱; 张涛; 吕丁
Original assignee: Beijing Finishing Impression Science And Technology Group Co Ltd
Current assignee: Beijing Finishing Impression Science And Technology Group Co Ltd
Priority date: 2018-08-09
Filing date: 2018-08-09
Publication date: 2020-02-21

Abstract

本发明涉及一种可实现非回转曲面车铣复合加工的数控机床，由床身、悬壁柱、十字滑台工作台、双轴旋转工作台、车削机头、铣削机头、车刀刀库和铣刀刀库组成，悬壁柱是由悬臂端和立柱端组成的倒L型结构，立柱端固定于床身上；十字滑台工作台安装于床身上，双轴旋转工作台安装于十字滑台工作台上，可随十字滑台工作台一起在X轴驱动系统和Y轴驱动系统作用下沿X轴和Y轴进行往复进给运动；车削机头和铣削机头并排设置于悬臂端的前端面上，可分别沿Z轴进行上下往复进给运动；车刀刀库和铣刀刀库分别对应于车削机头和铣削机头安装于悬壁柱的左右两侧。本发明结构简单、响应速度快、能够实现五轴曲面车削和五轴联动铣削加工。

Description

一种可实现非回转曲面车铣复合加工的数控机床

技术领域

本发明属于数控加工设备领域，特别涉及一种可实现非回转曲面车铣复合加工的数控机床。

背景技术

随着电子产品竞争的日趋激烈，对壳体的表面光洁度要求越来越高，由于传统的铣刀为非连续切削，铣削加工很难达到所要求的表面光洁度，需要进行抛光等后续处理，降低了加工效率。又由于电子产品壳体的顶面和侧面大都为非回转曲面，而传统车削机床、车铣复合机床通常只能对具有回转特征的工件进行车削加工，难以实现非回转曲面的车削；并且现有的车铣复合机床车削机头驱动结构复杂，有些还与铣削机头装在一起，导致运动件重量大，响应速度慢，很难实现较高的加速度，无法满足非回转曲面的加工要求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种结构简单、响应速度快、能够实现五轴曲面车削和五轴联动铣削加工的车铣复合数控机床。

为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：一种可实现非回转曲面车铣复合加工的数控机床，由床身、悬壁柱、十字滑台工作台、双轴旋转工作台、车削机头、铣削机头、车刀刀库和铣刀刀库组成，悬壁柱包括悬臂端和立柱端，悬臂端位于立柱端上方，并与立柱端组成倒L型结构，立柱端固定于床身上；十字滑台工作台安装于床身上，双轴旋转工作台安装于十字滑台工作台上，可随十字滑台工作台一起在X轴驱动系统和Y轴驱动系统作用下沿X轴和Y轴进行往复进给运动；车削机头和铣削机头并排设置于悬臂端的前端面上，可分别沿Z轴进行上下往复进给运动；带有自动换刀机械手的车刀刀库和铣刀刀库分别对应于车削机头和铣削机头安装于悬壁柱的左右两侧。

上述一种可实现非回转曲面车铣复合加工的数控机床，所述双轴旋转工作台由第五轴旋转单元、第四轴旋转单元、桥板、底板和尾座组成，底板固定于所述十字滑台工作台上；第四轴旋转单元与尾座分别安装于底板的两端，桥板的一端安装于第四轴旋转单元的输出轴上，另一端支承于尾座上；用于安装工件的第五轴旋转单元安装于桥板上，其旋转轴线与桥板板面相垂直；第五轴旋转单元可随桥板一起绕第四轴旋转单元的旋转轴线摆动。

上述一种可实现非回转曲面车铣复合加工的数控机床，所述车削机头由前基座、后基座、直线电机、滑动板、车刀座、导轨和滑块组成，前基座与后基座固定安装，组成箱体结构；前基座和后基座上分别设置有前后贯通的动子凹槽；前基座的左右内侧面还分别设置有若干滑块；滑动板的左右两侧分别固定安装有导轨，滑动板通过导轨和滑块与前基座滑动联接；车刀座安装于滑动板的下端；所述直线电机包括动子线圈和定子永磁体，定子永磁体设置于滑动板的前后两侧面，动子线圈对应于定子永磁体分别设置于前基座和后基座的动子凹槽内；通过直线电机可驱动滑动板带动车刀座进行上下往复运动。

上述一种可实现非回转曲面车铣复合加工的数控机床，所述前基座的左右一侧还设置有光栅尺，并且对应于光栅尺在前基座上设置有读数头凹槽，光栅尺读数头固定于滑动板上并随滑动板一起在读数头凹槽内上下移动，为滑动板的运动提供位置和速度反馈。

上述一种可实现非回转曲面车铣复合加工的数控机床，所述铣削机头由底板、滑动组件、电主轴和驱动组件组成，底板固定于悬壁柱悬臂端的前安装面上；电主轴安装于滑动组件上，滑动组件滑动安装于底板上；在驱动组件作用下，电主轴可随滑动组件一起进行上下往复进给运动。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明通过直线电机驱动的车削机头与双轴旋转工作台的配合，能够实现具有连续非回转曲面工件的五轴曲面车削加工，可有效保证非回转曲面加工的表面光洁度；并且通过铣削机头还能够完成五轴曲面的快速铣削、钻孔、攻丝等加工，一次装夹可实现多工序加工，大大减少了工件装夹次数，提高了加工效率。另外，车削机头结构简单，重量较轻的导轨和定子永磁体安装于运动件上，而重量较大的动子线圈和滑块则固定于前后基座上，并且车刀座直接安装于滑动板下端，无其他联接结构，机头运动件整体重量轻，能够获得更高的响应速度，满足曲面车削高加速度要求。

附图说明

图1是本发明整体结构示意图。

图2是本发明悬壁柱结构示意图。

图3是本发明车削机头结构示意图。

图4是本发明铣削机头结构示意图。

图5是本发明双轴旋转工作台结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

结合图1和图2所示，本发明的一种可实现非回转曲面车铣复合加工的数控机床，由床身1、悬壁柱2、十字滑台工作台3、双轴旋转工作台4、车削机头5、铣削机头6、车刀刀库7和铣刀刀库8组成。

悬壁柱2包括悬臂端21和立柱端22，悬臂端21位于立柱端22上方，并与立柱端22组成倒L型结构，立柱端22固定于床身1上；为提高悬壁柱2的刚性，悬臂端21与立柱端22之间设置有加强筋23。十字滑台工作台3安装于床身1上，双轴旋转工作台4安装于十字滑台工作台3上，可随十字滑台工作台3一起在X轴驱动系统和Y轴驱动系统作用下进行前后左右的往复进给运动。车削机头5和铣削机头6并排设置于悬臂端21的前端面上，可分别沿Z轴进行上下往复进给运动。带有自动换刀机械手的车刀刀库7和铣刀刀库8分别对应于车削机头5和铣削机头6安装于悬壁柱2的左右两侧，能够实现车削机头5和铣削机头6的自动换刀。

如图3所示，车削机头5由前基座51、后基座52、直线电机53、滑动板54、车刀座55、导轨56和滑块57组成。前基座51与后基座52固定安装，组成箱体结构；前基座51和后基座52上分别设置有前后贯通的动子凹槽；前基座51的左右内侧面还分别设置有两组滑块57。滑动板4的左右两侧分别固定安装有导轨56，滑动板4通过导轨56和滑块57与前基座51滑动联接；车刀座55安装于滑动板54的下端。直线电机53包括动子线圈531和定子永磁体532，定子永磁体532设置于滑动板54的前后两侧面，动子线圈531对应于定子永磁体532分别设置于前基座51和后基座52的动子凹槽内，滑动板54在双面定子永磁体532与动子线圈531的作用下，带动车刀座55进行上下往复运动，从而实现车刀的Z向运动。同时，为实现其运动的高精度，前基座51的一侧面还设置有光栅尺58，光栅尺读数头59安装于滑动板54上，为方便光栅尺读数头59的运动和安装，前基座51上设置有读数头凹槽，光栅尺读数头59可随滑动板54一起在读数头凹槽内上下移动，为滑动板54的运动提供位置和速度反馈。

如图4所示，铣削机头6由底板61、滑动组件62、电主轴63和驱动组件64组成，底板61固定于悬壁柱2的悬臂端前安装面上，电主轴63安装于滑动组件62上，滑动组件62滑动安装于底板61上，在驱动组件64作用下，电主轴63可随滑动组件62一起进行上下往复进给运动。

如图5所示，双轴旋转工作台4由底板41、第四轴旋转单元42、桥板43、尾座44和第五轴旋转单元45组成，底板41固定于十字滑台工作台3上，第四轴旋转单元42与尾座44分别安装于底板41的左右两端，桥板43的一端安装于第四轴旋转单元42的输出轴上，另一端支承于尾座44上，可在第四轴旋转单元42的带动下绕第四轴旋转单元42的旋转轴线摆动。第五轴旋转单元45安装于桥板43上，其旋转轴线与第四轴旋转单元42的旋转轴线相垂直；并且第五轴旋转单元45可随桥板43一起绕第四轴旋转单元42的旋转轴线摆动。

加工时，工件安装于第五轴旋转单元45上，一方面绕第五轴旋转单元的轴线作三百六十度旋转运动，另一方面绕第四轴旋转单元的旋转轴线进行往复摆动，同时在十字滑台工作台3的带动下还会沿X轴和Y轴方向进行往复进给运动。车削时，车削机头5驱动车刀沿Z轴进行高速往复运动，结合工件在X方向、Y方向的直线运动以及在沿A轴和C轴的旋转运动，可实现工件的五轴联动车削加工，由于车刀为单点接触工件，加工时，刀刃始终不离开工件，可实现工件的连续车削，能够获得较高的表面光洁度，满足非回转曲面的高光洁度加工要求。当需要进行铣削、钻孔、攻丝等加工要求时，车削机头5停止工作，铣削机头6驱动铣刀进行上下往复进给运动，并通过铣刀刀库8的自动换刀，实现铣削、钻孔、攻丝等不同的加工要求。其中车削机头5和铣削机头6上下往复运动的幅度及速度、第五轴旋转单元45的转速、第四轴旋转单元42的摆动速度以及十字滑台工作台3沿X轴和Y轴往复运动速度均依据工件加工表面所需的切削量进行程序设定。

尽管上文对本发明进行了详细说明，但是本发明不限于此，本领域技术人员可以根据本发明的原理进行各种修改。因此，凡按照本发明原理所作的修改，都应当理解为落入本发明的保护范围。

Claims

1.一种可实现非回转曲面车铣复合加工的数控机床，其特征在于，由床身、悬壁柱、十字滑台工作台、双轴旋转工作台、车削机头、铣削机头、车刀刀库和铣刀刀库组成，悬壁柱包括悬臂端和立柱端，悬臂端位于立柱端上方，并与立柱端组成倒L型结构，立柱端固定于床身上；十字滑台工作台安装于床身上，双轴旋转工作台安装于十字滑台工作台上，可随十字滑台工作台一起在X轴驱动系统和Y轴驱动系统作用下沿X轴和Y轴进行往复进给运动；车削机头和铣削机头并排设置于悬臂端的前端面上，可分别沿Z轴进行上下往复进给运动；带有自动换刀机械手的车刀刀库和铣刀刀库分别对应于车削机头和铣削机头安装于悬壁柱的左右两侧。

2.根据权利要求1所述的一种可实现非回转曲面车铣复合加工的数控机床，其特征在于，所述车削机头由前基座、后基座、直线电机、滑动板、车刀座、导轨和滑块组成，前基座与后基座固定安装，组成箱体结构；前基座和后基座上分别设置有前后贯通的动子凹槽；前基座的左右内侧面还分别设置有若干滑块；滑动板的左右两侧分别固定安装有导轨，滑动板通过导轨和滑块与前基座滑动联接；车刀座安装于滑动板的下端；所述直线电机包括动子线圈和定子永磁体，定子永磁体设置于滑动板的前后两侧面，动子线圈对应于定子永磁体分别设置于前基座和后基座的动子凹槽内；通过直线电机可驱动滑动板带动车刀座进行上下往复运动。

3.根据权利要求2所述的一种可实现非回转曲面车铣复合加工的数控机床，其特征在于，所述前基座的左右一侧还设置有光栅尺，并且对应于光栅尺在前基座上设置有读数头凹槽，光栅尺读数头固定于滑动板上并随滑动板一起在读数头凹槽内上下移动，为滑动板的运动提供位置和速度反馈。

4.根据权利要求1或2或3所述的一种可实现非回转曲面车铣复合加工的数控机床，其特征在于，所述双轴旋转工作台由第五轴旋转单元、第四轴旋转单元、桥板、底板和尾座组成，底板固定于所述十字滑台工作台上；第四轴旋转单元与尾座分别安装于底板的两端，桥板的一端安装于第四轴旋转单元的输出轴上，另一端支承于尾座上；用于安装工件的第五轴旋转单元安装于桥板上，其旋转轴线与桥板板面相垂直；第五轴旋转单元可随桥板一起绕第四轴旋转单元的旋转轴线摆动。

5.根据权利要求1或2或3一种可实现非回转曲面车铣复合加工的数控机床，其特征在于，所述铣削机头由底板、滑动组件、电主轴和驱动组件组成，底板固定于悬壁柱悬臂端的前安装面上；电主轴安装于滑动组件上，滑动组件滑动安装于底板上；在驱动组件作用下，电主轴可随滑动组件一起进行上下往复进给运动。

6.根据权利要求4一种可实现非回转曲面车铣复合加工的数控机床，其特征在于，所述铣削机头由底板、滑动组件、电主轴和驱动组件组成，底板固定于悬壁柱悬臂端的前安装面上；电主轴安装于滑动组件上，滑动组件滑动安装于底板上；在驱动组件作用下，电主轴可随滑动组件一起进行上下往复进给运动。