CN111037319A - 一种摆动式机床及其控制方法 - Google Patents

一种摆动式机床及其控制方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111037319A
CN111037319A CN201911415923.2A CN201911415923A CN111037319A CN 111037319 A CN111037319 A CN 111037319A CN 201911415923 A CN201911415923 A CN 201911415923A CN 111037319 A CN111037319 A CN 111037319A
Authority
CN
China
Prior art keywords
seat
machine tool
workpiece
axis
tool
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201911415923.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111037319B (zh
Inventor
陈志同
陈帅
崔传辉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Zaozhuang Beihang Machine Tool Innovation Research Institute Co ltd
Original Assignee
Zaozhuang Beihang Machine Tool Innovation Research Institute Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Zaozhuang Beihang Machine Tool Innovation Research Institute Co ltd filed Critical Zaozhuang Beihang Machine Tool Innovation Research Institute Co ltd
Priority to CN201911415923.2A priority Critical patent/CN111037319B/zh
Publication of CN111037319A publication Critical patent/CN111037319A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111037319B publication Critical patent/CN111037319B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q1/00—Members which are comprised in the general build-up of a form of machine, particularly relatively large fixed members
    • B23Q1/25—Movable or adjustable work or tool supports
    • B23Q1/26—Movable or adjustable work or tool supports characterised by constructional features relating to the co-operation of relatively movable members; Means for preventing relative movement of such members
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q3/00—Devices holding, supporting, or positioning work or tools, of a kind normally removable from the machine
    • B23Q3/02—Devices holding, supporting, or positioning work or tools, of a kind normally removable from the machine for mounting on a work-table, tool-slide, or analogous part
    • B23Q3/06—Work-clamping means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q5/00—Driving or feeding mechanisms; Control arrangements therefor
    • B23Q5/22—Feeding members carrying tools or work
    • B23Q5/28—Electric drives

Abstract

本发明涉及数控机床结构领域，尤其涉及一种摆动式机床及其控制方法，可以提高刀具灵活度，提高曲面加工能力。一种摆动式机床，包括可以分别沿X轴、Y轴、Z轴直线移动的滑台，以及可以绕A轴摆动的刀具座和可以绕B轴摆动的夹具座；它不需要复杂的转台及相关的减速器，通过控制X轴、Y轴、Z轴方向的滑台，以及可直线运动的推杆即可实现对工件加工位置及角度的控制，可以增加刀具灵活度，提高曲面加工能力。

Description

一种摆动式机床及其控制方法
技术领域
本发明涉及数控机床结构领域，尤其涉及一种摆动式机床及其控制方法。
背景技术
整体叶片盘是航空发动机的关键零件，其周边均布着多个叶片，整体叶盘制造困难，价值高昂。近年来我国航空发动机整体叶盘获得了越来越广泛的应用，其制造技术已经成为影响和决定发动机研制水平、进度的重要因素。随着发动机性能要求的不断提高，高性能难加工材料获得了更加广泛的应用，叶片形状向着更薄、更弯、更高精度方向发展，其加工难度日益提高。例如，高压压气机叶片扭转角度达到30°～80°，最小叶型轮廓度+0.05～-0.05mm，进排气边轮廓度+0.02～-0.02mm，叶身及叶身转接R粗糙度为Ra0.2，流道粗糙度为Ra0.5，最小根部转接R为R2，部分整体叶盘的进排气边的最小圆角半径小到20微米以内，其加工难度极大。为完成整体叶盘的加工，目前国内生产厂家一般采用进口高端专用五轴机床进行加工，价格极其昂贵。
高精度、高效能转台的制造是目前制约高精度机床机床设计、制造的难点，整体叶盘加工机床用转台定位精度要求达到±5角秒以内，且要求精度稳定性好、可满足长时间、高效加工要求，要求精度保持性达五年之久。而因常规转台制造受制于齿轮、涡轮蜗杆材质、加工精度等影响精度难以达到要求，且因后期磨损往往使用数月后便需要进行调整校正，使用及其不便。高端多轴机床采用高性能力矩电机直接驱动数控转台，获得了较好的使用效果，但该类电机的成本高昂，研发困难，导致利用率较低。
公开号为CN109702945A的发明专利公开了一种主轴可摆动的机床及主轴摆动角度控制方法，实现了机床主轴的摆动功能，但针对叶盘等圆周结构零件加工能力有限，无法完成复杂曲面的全方位加工。
发明内容
针对现有技术的上述不足，本发明提供一种摆动式机床及其控制方法，可以提高刀具灵活度，提高曲面加工能力。
本发明提供方案如下：
一种摆动式机床，包括刀具座与固定座，所述刀具座上部与下部分别铰接固定座与刀座连杆的一端，所述刀座连杆的另一端铰接水平的推杆，所述推杆与固定座水平滑动连接。通过推杆的前后滑动可以使刀具座转动，进而实现刀具的摆动。此方式通过推杆的直线运动来驱动刀具摆动，而不是直接通过旋转的方式来控制刀具摆动，刀具座上两铰接点的距离越长，控制精度越高。
优选的，所述固定座可水平滑动地设置在水平滑台上，所述水平滑台水平滑动地设置在机座上。刀具座可以依靠可滑动的固定座与水平滑台进行水平方向上的运动，以实现多种加工位置的切换。
优选的，所述机座设置有夹具座，以及在基座上竖直滑动连接的第一竖直滑台与第二竖直滑台，夹具座一端与第一竖直滑台可转动地连接，另一端通过夹具连杆与第二竖直滑台连接，夹具座、夹具连杆及第二竖直滑台之间均可转动地连接。夹具座通过第一竖直滑台与第二竖直滑台可以实现升降与摆动，配合可摆动的刀具座实现五轴联动，对复杂曲面进行加工。
优选的，所述第一竖直滑台及第二竖直滑台分别通过两个平行设置的丝杠与机座连接，所述丝杠均竖直设置，所述水平滑台的滑动方向与两个所述丝杠的延伸方向垂直，与两个所述丝杠的排列方向平行。第一竖直滑台与第二竖直滑台为Z向移动，而固定座与水平滑台实现X,Y向移动，配合可摆动的刀具座与夹具座实现五轴联动。
优选的，所述夹具座设有夹具，所述夹具连接电机，所述电机的电机轴水平设置。夹具用来固定叶盘类的盘状工件，通过可摆动的夹具座进行加工，电机为伺服电机，通过伺服电机来实现工件的分度旋转，在加工过程中不参与运动，当完成工件的部分加工后加工暂停，伺服电机旋转固定角度，从而进入下一部分的加工。
优选的，所述固定座与刀具座的左右两侧铰接，刀座连杆与刀具座的左右两侧铰接。两侧铰接的连接方式能使刀具座的运动更加稳定。
一种摆动式机床控制方法，包括以下步骤：
a.设工件初始状态下时摆动角度为0；沿X轴的单位向量(1,0,0)为uX，沿Y轴的单位向量(0,1,0)为uY，沿Z轴的单位向量(0,0,1)为uZ，则推杆中心点P1相对刀具底部中心点P的位置可表示为PP1；
b.设当前刀位点的位置为P1(x,y,z)，当前刀位点的法式为n(i,j,k)；
c.当刀具需要进行角度为A的摆动时，在工件坐标系中P1的位置为：
Figure BDA0002351200710000031
d.设工件的转动角度为0；则夹具连杆与第二竖直滑台连接点中心P2相对于刀具底部中心点位置可表示为PP2，夹具座与夹具连杆连接点中心P3相对于刀具底部中心点位置可表示为PP3；
e.当工件需要进行角度为B的摆动时，在工件坐标系中P3与P4的位置为：
Figure BDA0002351200710000032
Figure BDA0002351200710000033
f.在工件坐标系中，各坐标轴的数据为：
Figure BDA0002351200710000041
本发明通过X轴滑台的水平移动实现机床的X轴控制；通过Y轴滑台的水平移动实现机床的Y轴控制；改变Y’轴滑台的运动位置来改变主轴组件的摆动角度，实现机床的A轴控制，通过改变Z1轴滑台与Z2轴滑台的高度差来改变Z1轴连杆位置及其摆动的角度，实现机床的Z轴与B轴控制；工作台端部与伺服电机相连，伺服电机驱动工作台运动，改变圆盘工件加工的位置作为分度功能使用，实现机床的B’轴控制。综合以上功能，机床可实现X轴、Y轴、Z轴、A轴、B轴、B’轴运动功能，即为所述的摆动式5+1轴数控机床。
本发明通过固定座、水平滑台的水平运动实现刀具在X轴、Y轴上的水平移动；通过两竖直滑台的竖直运动可以实现刀具在Z轴上的的竖直运动；推杆的直线运动可以驱动刀具座进行摆动，实现A轴的转动；两个竖直滑台的高度差可以驱动夹具座进行摆动，实现B轴的转动，使得本发明可以进行五轴联动加工。
优选的，所述步骤f中Y1为所述推杆的位移量，k＝(l1+l2)*(1-cosB)，工件中心线到P2的水平距离为l1，工件中心线到P3的水平距离为l2，P2到P3距离为H。
优选的。所述工件可以通过夹具进行固定角度的转动。由于夹具可转动，提高了本发明的使用便捷性，使本发明成为5+1轴数控机床。
本发明结构简单，不需要复杂的转台及相关的减速器，仅需控制推杆、固定座、水平滑台以及两个竖直滑台的直线移动即可实现对工件加工位置及角度的控制。在加工曲面的需求环境下，可极大的减少设备的制造成本，并具有较高精度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明结构示意图；
图2是本发明正面示意图；
图3是本发明侧面示意图；
图4是推杆初始状态示意图；
图5是推杆前进状态示意图；
图6是推杆后退状态示意图；
图7是夹具座结构示意图；
图中，1-刀具座，2-固定座，3-刀座连杆，4-推杆，5-水平滑台，6-机座，7-夹具座，8-第一竖直滑台，9-第二竖直滑台，10-夹具连杆，11-竖直丝杠，12-夹具，13-工件，14-刀具。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
如图1～图3所示，本实施例中提供一种摆动式机床，包括刀具座1与固定座2，刀具座1下部与固定座2铰接，上部与刀座连杆3的一端铰接，刀座连杆3的另一端铰接水平的推杆4，推杆4与固定座2可滑动地连接。上述铰接点的轴线均水平设置。在本发明的其他实施例中，可以将刀具座1上部与固定座2铰接，下部与刀座连杆3铰接。
固定座2可水平滑动地设置在水平滑台5上，水平滑台5可水平滑动地设置在机座6上。固定座2与水平滑台5的滑动方向垂直。固定座2与刀具座1的左右两侧铰接，刀座连杆3与刀具座1的左右两侧铰接。刀具座1底部设置有刀具14。
机座6侧面设置有夹具座7，以及可滑动的第一竖直滑台8与第二竖直滑台9，夹具座7一端与第一竖直滑台8可转动地连接，另一端通过夹具连杆10与第二竖直滑台9连接，夹具座7、夹具连杆10及第二竖直滑台8之间均可转动地连接。
第一竖直滑台8及第二竖直滑台9分别通过两个平行设置的竖直丝杠11与机座6连接，水平滑台5的滑动方向与两个竖直丝杠11的延伸方向垂直，与两个竖直丝杠11的排列方向平行。
夹具座7设有夹具12，夹具12连接具有水平方向的轴线的伺服电机，可以驱动工件13进行转动。
如图4～图6所示，推杆4向前运动或向后运动，可以使刀具座1绕下方的铰接点转动，产生角度为A的摆动。如图7所示，第一竖直滑台8与第二竖直滑台9之间可以通过高度差来使夹具座7产生角度为B的摆动。
本发明还提供一种摆动式机床控制方法，包括以下步骤：
a.设工件初始状态下时摆动角度为0；沿X轴的单位向量(1,0,0)为uX，沿Y轴的单位向量(0,1,0)为uY，沿Z轴的单位向量(0,0,1)为uZ，则推杆中心点P1相对刀具底部中心点P的位置可表示为PP1；
b.设当前刀位点的位置为P1(x,y,z)，当前刀位点的法式为n(i,j,k)；
c.当刀具需要进行角度为A的摆动时，在工件坐标系中P1的位置为：
Figure BDA0002351200710000071
d.设工件的转动角度为0；则夹具连杆与第二竖直滑台连接点中心P2相对于刀具底部中心点位置可表示为PP2，夹具座与夹具连杆连接点中心P3相对于刀具底部中心点位置可表示为PP3；
e.当工件需要进行角度为B的摆动时，在工件坐标系中P3与P4的位置为：
Figure BDA0002351200710000072
Figure BDA0002351200710000073
f.在工件坐标系中，各坐标轴的数据为：
Figure BDA0002351200710000074
其中，Y1为推杆的位移量，k＝(l1+l2)*(1-cosB)，工件中心线到P2的水平距离为l1，工件中心线到P3的水平距离为l2，P2到P3距离为H。
夹具12设置伺服电机，工件13可以通过伺服电机进行固定角度的转动，当工件的一部分(例如叶盘的一个叶片)加工完成后，加工暂停，伺服电机驱动工件13进行分度转动，转动固定角度后，进行下一环节的加工，实现5+1轴加工操作。
尽管通过参考附图并结合优选实施例的方式对本发明进行了详细描述，但本发明并不限于此。在不脱离本发明的精神和实质的前提下，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种摆动式机床，其特征在于：包括刀具座与固定座，所述刀具座上部与下部分别铰接固定座与刀座连杆的一端，所述刀座连杆的另一端铰接水平的推杆，所述推杆与固定座水平滑动连接。
2.根据权利要求1所述的一种摆动式机床，其特征在于：所述固定座水平滑动地设置在水平滑台上，所述水平滑台可水平滑动地设置在机座上。
3.根据权利要求2所述的一种摆动式机床，其特征在于：所述机座设置有夹具座，以及在基座上竖直滑动连接的第一竖直滑台与第二竖直滑台，夹具座一端与第一竖直滑台可转动地连接，另一端通过夹具连杆与第二竖直滑台连接，夹具座、夹具连杆及第二竖直滑台之间均可转动地连接。
4.根据权利要求3所述的一种摆动式机床，其特征在于：所述第一竖直滑台及第二竖直滑台分别通过两个平行设置的丝杠与机座连接，所述丝杠均竖直设置，所述水平滑台的滑动方向与两个所述丝杠的延伸方向垂直，与两个所述丝杠的排列方向平行。
5.根据权利要求3或4所述的一种摆动式机床，其特征在于：所述夹具座设有夹具，所述夹具连接电机，所述电机的电机轴水平。
6.根据权利要求1或2所述的一种摆动式机床，其特征在于：所述固定座与刀具座的左右两侧铰接，刀座连杆与刀具座的左右两侧铰接。
7.根据权利要求1-6任一所述的一种摆动式机床控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
a.设工件初始状态下时摆动角度为0；沿X轴的单位向量(1,0,0)为uX，沿Y轴的单位向量(0,1,0)为uY，沿Z轴的单位向量(0,0,1)为uZ，则推杆中心点P1相对刀具底部中心点P的位置可表示为PP1；
b.设当前刀位点的位置为P1(x,y,z)，当前刀位点的法式为n(i,j,k)；
c.当刀具需要进行角度为A的摆动时，在工件坐标系中P1的位置为：
Figure FDA0002351200700000021
d.设工件的转动角度为0；则夹具连杆与第二竖直滑台连接点中心P2相对于刀具底部中心点位置可表示为PP2，夹具座与夹具连杆连接点中心P3相对于刀具底部中心点位置可表示为PP3；
e.当工件需要进行角度为B的摆动时，在工件坐标系中P3与P4的位置为：
Figure FDA0002351200700000022
Figure FDA0002351200700000023
f.在工件坐标系中，各坐标轴的数据为：
Figure FDA0002351200700000024
8.根据权利要求7所述的一种摆动式机床控制方法，其特征在于：所述步骤f中Y1为所述推杆的位移量，k＝(l1+l2)*(1-cosB)，工件中心线到P2的水平距离为l1，工件中心线到P3的水平距离为l2，P2到P3距离为H。
9.根据权利要求7或8所述的一种摆动式机床控制方法，其特征在于：所述工件可以通过夹具进行固定角度的转动。
CN201911415923.2A 2019-12-31 2019-12-31 一种摆动式机床及其控制方法 Active CN111037319B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911415923.2A CN111037319B (zh) 2019-12-31 2019-12-31 一种摆动式机床及其控制方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911415923.2A CN111037319B (zh) 2019-12-31 2019-12-31 一种摆动式机床及其控制方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111037319A true CN111037319A (zh) 2020-04-21
CN111037319B CN111037319B (zh) 2021-04-30

Family

ID=70242824

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201911415923.2A Active CN111037319B (zh) 2019-12-31 2019-12-31 一种摆动式机床及其控制方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111037319B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114619331A (zh) * 2022-05-12 2022-06-14 海尼肯智能技术成都有限公司 一种复合材料叶片的坏点错层打磨设备

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2820408Y (zh) * 2005-05-27 2006-09-27 湖南中大创远数控装备有限公司 一种全数控多工位螺旋锥齿轮六维加工装置
DE202007016740U1 (de) * 2006-12-02 2008-03-13 Maschinenfabrik Rausch Gmbh & Co. Kg Vorrichtung zum Entgraten eines Werkstücks
CN101508039A (zh) * 2009-03-02 2009-08-19 长沙哈量凯帅精密机械有限公司 六轴五联动螺旋锥齿轮加工机床
CN109702645A (zh) * 2019-01-12 2019-05-03 枣庄北航机床创新研究院有限公司 一种主轴可摆动的机床及主轴摆动角度控制方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2820408Y (zh) * 2005-05-27 2006-09-27 湖南中大创远数控装备有限公司 一种全数控多工位螺旋锥齿轮六维加工装置
DE202007016740U1 (de) * 2006-12-02 2008-03-13 Maschinenfabrik Rausch Gmbh & Co. Kg Vorrichtung zum Entgraten eines Werkstücks
CN101508039A (zh) * 2009-03-02 2009-08-19 长沙哈量凯帅精密机械有限公司 六轴五联动螺旋锥齿轮加工机床
CN109702645A (zh) * 2019-01-12 2019-05-03 枣庄北航机床创新研究院有限公司 一种主轴可摆动的机床及主轴摆动角度控制方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114619331A (zh) * 2022-05-12 2022-06-14 海尼肯智能技术成都有限公司 一种复合材料叶片的坏点错层打磨设备

Also Published As

Publication number Publication date
CN111037319B (zh) 2021-04-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7397989B2 (ja) 多自由度数値制御ターンテーブル
JP2927954B2 (ja) 複雑な形を持つ物体を作る為の計算機制御の研削盤
JP3833386B2 (ja) スクロール形状の加工装置およびスクロール形状の部品の製造方法
JPH07195218A (ja) 工作機械及びその使用方法
WO2021135758A1 (zh) 多轴转台
CN111037319B (zh) 一种摆动式机床及其控制方法
WO2021147359A1 (zh) 一种叶盘加工中心
CN111618611A (zh) 一种机床自动找正加工转台及加工方法
JPH0788737A (ja) ５軸加工機
CN211728297U (zh) 多自由度数控转台
CN211728296U (zh) 多轴转台
CN211760094U (zh) 一种叶盘加工中心
JPH08252713A (ja) 切れ刃工具および切れ刃工具を用いた切削加工方法
CN111037314B (zh) 一种大叶片铣削抛光机床
CN109648374A (zh) 五轴加工机床
CN209887586U (zh) 一种(2pru-pur)-pp五轴联动混联机器人
CN201023184Y (zh) 七轴混联数控铣床
CN209598671U (zh) 一种风叶的加工设备
CN109702645B (zh) 一种主轴可摆动机床的主轴摆动角度控制方法
CN116276242B (zh) 一种叶轮数控铣床加工中心
CN212444140U (zh) 一种机床自动找正加工转台
CN220113029U (zh) 一种整体叶盘六轴数控抛光机床
TWI783397B (zh) 工具機
CN220592232U (zh) 一种摇篮式钻铣复合机床
CN208196179U (zh) 多轴联动数控工作台

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant