CN1131078A - 机床 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于对夹持中的工件进行多轴线加工的机床，其包括：一个形状固定的机架(1)；一个借助支座(15)可活动地设置在该机架上的工件台(20)；一个安装在机架上可在水平面上运动的交叉滑座(6)；一个在交叉滑座上可垂直运动的铣头(9)；以及一个用于不同操作顺序的可编程控制单元；在上述机架(1)的前端面上有一个凹陷(12)，其向前下方倾斜45°的底部(13)构成了一个用于工件台(20)的支座(15)的支架(14)。支座(15)具有一个俯视呈圆形的底部(17)，以及一个与之制成一体的承物台(18)。承物台上安装有工件台(20)的支承面(19)，该支承面与支座转动轴线(16)呈45°角。

Description

机床
本发明涉及一种机床，用于对夹持中的工件进行多轴线加工，其包括：一个形状固定的机架，一个借助支座可活动地设置在该机架上的工件台，一个安装在机架上可在水平面上运动的交叉滑座，一个在该交叉滑座上可垂直运动的垂直铣头以及一个用于各部件不同操作顺序的可编程控制单元。
工件加工时的主要问题是，多种加工要在工件的不同部位并在不同的座标轴上用相同或不同的工具在一次工件夹持中来实现，以避免工作台上的工件调换和提高加工精度。从这一观点出发，已经开发出各种已知的万能铣、钻床及相应的加工中心机床，以便进行工件切削加工。这些设备通过一个水平的和一个垂直的钻、铣头进行工作，在工作位置这些钻、铣头可更换地安装在主轴箱上，并且可以在一次工件夹持中实现多座标轴工件加工。另外，机器结构是公知的，其中一个单独的铣头安装在一个活动支架上，该支架设置在主轴箱的端面上，工作轴可以在垂直、水平方向及倾斜的中间位置上运动。另外，切削工作的机床也是公知的，它的绕中轴线可电动转动的工件台(圆台)安装在一个特制的支座上。该支座具有一个用于驱动工件台绕水平座标轴运动的机构，并且，支座垂直可调地安装在机架的端面上。这种已知的设备结构复杂，需要相当高的投资和工作成本。另外，在加工精度要求高的情况下，由于大量的支承结构和各种包括相应固定件在内的接合结构的存在，可能出现某些问题。
DE-OS2833145公开了一种在机座上的水平(卧式)铣床，其中，在一个形状固定的较长的机座之一有一个加工单元可动地安装于其后端面上，水平的工作轴在电机驱动下可以沿垂直的和水平的座标轴运动。在机座的上侧面安装有一个台结构，其在电机驱动下可沿水平座标轴运动，该台结构具有一个特殊的台座，台座上带有一个朝机架向下倾斜的斜面。该斜面上安装有一个用于工件台的支座，支座可绕中轴线转动。由于加工单元设置在纵向延伸的机座的后部的狭窄侧面上，这种机床需要很大的占地面积。另外，工件台的夹持面位于不适当的高度位置上，十分不易接近，尤其对夹持结构复杂的工件来说更是如此。再者，还有散落的切屑问题，这些切屑会堆积在机座和导轨的水平面上。
DE-T13590093揭示了一种双架结构的立式铣床，其中一个垂直的主轴头通过一个支座可动地安置在一个横梁上，该横梁由马达驱动可以在两个机架的上导轨上运行。在这两个机架之间设有一个用于工件台的支承结构，其可绕一水平轴运动。该支承结构的下部安装有一个驱动装置，用于驱动工件台绕其高轴转动。该机床也存在问题，在预先调制水平位置的工件台上要夹持工件是比较困难的，该工件台位于上述两个机架之间。另外，当工件台倾斜或垂直时不可能对工件进行高精度地加工，因为加工时产生的力会使处于倾斜位置的准悬挂的工件台错位。
US4644635还公开了一种用于对工件进行垂直切削加工的加工中心机床，该机也是双架结构，其中在上部横梁的端面上安装有一个具有内藏式加工主轴的垂直铣头，该主轴可在马达驱动下沿多条轴线运动。在两个机架共同的机座上有个台结构设置在上述两机架之间，该台结构可沿纵向导轨在机座上水平运动，并且该台结构有一个支座，支座上有45°倾斜的支承面。该支座上装有一个截面呈三角形的台座，该台座可绕一条与45°支承面垂直的轴线转动，这样，安装在支承件的较大侧面上的台板可以和夹持的工件起，通过将工件台支承件转动半圈，从水平位置转换到垂直位置，或者反过来转换位置。这种公知设备也需要大的占地面积，还有其他缺点如制造成本高昂、切屑难于清除。
本发明的目的是提供一种机床，其结构比较简单，占地需求小，高的固有刚性使工件仅在一次夹持中就可以进行精确的多轴线加工。
根据本发明，上述发明目的是这样实现的：上述机架的前端面上有一个凹陷，它的向前下方倾斜45°的底部构成了一个用于工件台的支座的支架，其中支座具有一个俯视呈圆形的底部以及一个与该底部制成一体的承物台，承物台上安装有工件台的支承面，该支承面与支座转动轴线呈45°角延伸。
为了上述目的，在机架的前侧面专门设置了具有倾斜底部的凹陷，支座位于该凹陷中的这种特别结构带来了许多实用益处，而这些益处是任何公知的机床所不能实现的。一个非常重要的优点在于工件台在其水平位置上很容易接近，这就大大简化了工件的装拆和工件在工件台上的夹紧工作，并且还极大地方便了对各个加工过程的观察。另一个优点是整个机床刚性高，结构十分紧凑，一方面可使机床在车间中占地少，另一方面可以实现最高的加工精度。上述优点是依靠该朝机架内凹入的、具有倾斜底部的凹陷而获得的。另外，根据本发明实现的技术方案可使机床所需的零部件大为减少，就工件的五轴加工而言，与现有的摆头加工机床相比本发明机床的零部件减少了2/3。最后，由于本发明的工件台支座的结构和布置，导致了对实践来说格外有益的优点，切屑被特别良好地排除，原因是：加工时产生的切屑与冲洗流体一起可以自由下落，不会在导引表面和/或滑动表面上滞留。
采用本发明的措施，工件台可以迅速地从水平位置转换到垂直位置，并通过适当地固定装置，例如夹具、定位柱和/或位置控制电机，精确而稳定地固定在每个终端位置上，以及中间位置上。为此，只有下述措施是必须的，支座在一个最好呈环形的支架上旋转180°，各个固定装置在终端位置上启动工作或者电机的自制动刹车功能在终端位置上得到利用。这对操作顺序自动化来说是特别有利的，在自动运行的动作循环中，必要时装在货板上的工件被传递到上述先处于水平位置的工件台上，并可以被夹紧，然后简单地控制支座转动，使工件台可以运动到其垂直位置上，这些动作过程在很短的时间内完成，从而可以进一步避免机床的停机时间。
本发明的工件台结构除具有良好的场地状况外，与现有的带有准悬臂支承在机器端面上的支座的支座机床相比还具有其他的优点，本发明的支座是用其底面支承的，因此支座的自重、工件台的重量、工件的重量以及加工时产生的压力载荷都通过支座底部大面积地传递到机床的下部结构，即机架上。支座底部的充分支承、例如支承在一个环形支承件上，会促进上述效果，同时该支承件还可以作为支座绕其中轴线转动的导轨而构成。为使支座绕其转动中轴线转动，可以采用现有的驱动装置，如液力马达、带有或不带有传动机构的电机。如果工件台不仅要固定在其水平和垂直两终端位置，而且还要固定在某些中间位置上，以便能对工件进行相应的加工，那么推荐采用步进电机或数控驱动电机作为支座的驱动装置，它从程控单元获得相应的指令，必要时还要通过一个内部的传动机构产生一个有效的自锁功能。通过这种自锁，工件台不用其他固定装置也能在其预定的加工位置上可靠和高精度地定位。该驱动装置可以安装在机架内部或者还可以安装在支座的底部。
支座的特殊形状具有特殊的技术意义，这种支座形状可以在水平的和垂直的工件台上实现一个大致不变的工作区。为此目的，支座具有一个俯视图中呈圆形的底部和一个在转动轴线侧边设置的承物台，其用来放置工件台的上表面与上述转动轴线呈45°角延伸。该承物台的大小与形状这样选择，使工件台始终位于上述转动轴线的侧面。通过工件台始终布置以及与之相连的特殊形状的支座，可以让工件台的中轴线与支座的转动轴线相交于P点并与支座的各个转动位置无关。上述工件台最好是由电机驱动转动的圆台。
根据本发明的另一方面，在一个相应加宽的机架上可以安装上两个本发明的工件台结构，这两个工件台以预定间隔相邻设置。夹持在这对工作台上的工件可由加工单元相应地移动，并相继由唯一的垂直主轴进行加工。另外，该结构还可在其中一个工作台上将工件夹紧，而与此同时，在另一工件台上夹紧的第二个工件正在被加工。为使工件的高精度夹紧工作不受干扰，可以在上述两工作台之间设立保护壁，该壁最好设置在机架或其他位置固定的部件上，使铣头的运动不受影响。
本发明的其他优点和特点在下面将结合图示的实施例加以说明。图中：
图1A和1B是铣、钻床的侧面示意图，其具有水平的和垂直布置的工作台；
图2是图1所示钻、铣床的正视图，表示其他的细节；
图3是一个铣、钻床的示意图，其具有两个在前面相邻设置的工件台。
图中所示的机床是一种可编程控制的铣、钻床，用于对工件进行多轴线的自动加工。该机床包括一个直接支承在位置和形状均固定的机架上的工件台。如图1A和1B所示，该铣、钻床的形状固定的机架通过若干需要时可调整的地脚2设立在车间地面或基座上。机架1的上方固定安装着垂直于图面延伸的导轨3，其上导引着马达驱动的横滑座4。横滑座4由一个贯穿的中部4a和两个侧壁4b构成，其上分别安装有在图1A平面内水平延伸的导轨5。借助侧导轨6a，纵滑座6在上述两导轨5上运行，其中，纵滑座6的中部6b伸入到横滑座4的两个侧壁4b之间。该纵滑座具有一个延长的上部件6c，其端面上还具有一个垂直的导引件8，一个垂直的主轴箱9作为加工单元可由马达驱动沿导引件8运行。主轴箱9中设有一个未示出的用于主工作轴11的驱动马达。上述滑座4、6及主轴箱9通过未示出的伺服驱动装置、需要时由钢球丝杠调整可在各自的轴线上运动。
机架的前端面上有一个凹陷12，它由一个弯曲的周壁12a(参见图2)和一个平底13构成，该平底向前下方倾斜45°角。在机架中设有未示出的内部加强结构，其沿着平底13的方向延伸，提供高的支承刚性。平底13上设有一个支架14，支架14上支承着一个支座15，该支座15可借助一个未示出的驱动装置绕支架中轴线16转动。在图1和2所示的实施例中，支座15具有一个在俯视图中呈圆形的底部17，以及一个与该底部17制成一体的承物台18。该承物台18大致平行于中轴线16并在该轴线侧面延伸，并且具有一个与该中轴线16呈45°角延伸的支承面19。在承物台18的支承面19上安装有一个工件台，在图示实例中它是一个转动驱动的圆台。该圆台20的轴线21与支架14或支座15的转动中轴线16保持相交于P点，并且与支座15的各转动位置及工件台20的活动位置无关。如图2所示，该铣、钻床带有程控装置，它可以与一台中央计算机连接或者拥有自己的计算机，其程序编制将通过具有屏幕显示器26的输入装置25来实现。机床工作空间的侧面用薄板帘27封围，工作空间的操作侧则用带有门窗的舱室28封闭起来。特别参见图1A和1B，在所示的机床上，处于图1A所示位置上的工件、即工件台20为水平状态，以及处于图1B所示位置上的工件、即工件台20处于垂直状态下，可以用垂直的主轴11进行加工。工件台及其支座15在机架凹陷12中的这种复位结构布置，在纵滑座6在机架结构上方伸出较小的距离时，就可获得较大的工作区。除了在所示的两个端位置上，加工还可以在中间位置上进行，即工件在倾斜位置上亦可加工。当支座15和控制单元的驱动装置相应地布设时，加工过程还可以在支座15转动期间执行，从而开辟了全新的应用领域，例如球面的压光或抛光。由于采用了转动驱动的圆台20作为工件台，使工件加工还有其他的变化可能性。经验表明，大部分加工是由垂直主轴对一个夹持于水平工件台上的工件进行加工而实现的，因此，在图1A所示的加工过程中，加工工件时作用于工件台的垂直力通过支座15和倾斜的支架14极为有利地引入到高刚度的机架1上。
为了顺利地进行多种加工工作，拥有各种不同的加工过程是特别有益的，只要简单地将支座15转动半圈，工作台便可从图1A所示位置调整到图1B所示垂直位置，而几何关系无需作重要改变，在两个位置上支座15及工作台20的中轴线16及21不变地相交于点P。
图3所示的机床与图1和2的实施例的机床结构基本相同，相同的零件仍以相同的标号来表示。所不同的是其具有一个加长的机架并且设置有两个在图1和2中已作过详细说明的工件台结构。这两个工件台以预定间隔设置在机架的前侧，其中每个工件台结构都包括各自的具有倾斜底部13的凹陷12，每个工件台结构与根据图1和2描述的结构相同。
另外，在图3中机架的左端示出了一个工具箱，该工具箱显然也可以装备于图1和2所示的机床上。为了得到充足的工具存放位置，最好在一个共同的承载臂31上沿该图的观察方向前后安装两个这样的盘状工具架30，承载臂31以后端固定于机架1的端臂上并自由地伸向前方的空间中。每个工具架30都具有一个用于容纳转动驱动装置的管座32以及一个形状固定的柱子33，该柱的上端可转动地支承着一个工具盘34。通过上述这对工具架30的结构与布置，使各刀具35有可能直接地、不经特殊的刀具更换器就在工作主轴上进行更换，其中所有更换过程所必需的运动均由主轴11来完成。
本发明并不局限于所示的实施例，而是还可以用于其他类型的机床，在这些机床上可以对工件进行多轴线加工。举例来说，本发明可用于磨床、以能量辐射工作的电蚀机床、电蚀机床及可比较的加工中心机床。另外，在某些特殊场合，赋予承物台18相应的形状使支座的上部具有两个工件台可能是有益的，其中一个工件台安装于转动轴线的一侧，而另一工件台则安装于转动轴线的另一侧。这样，支座的上表面可以完全是平面的，以便让这对工件台在同一平面内，或着，支座的上表面还可以沿转动轴线上的中点弯折为直角，在每一侧部分上可以安装一个工件台。

Claims (7)

1.用于对夹持中的工件进行多轴线加工的机床，包括：
一个形状固定的机架(1)，
一个借助支座(15)可活动地设置在该机架上的工件台(20)，
一个安装在机架上可在水平面上运动的交叉滑座(6)，
一个在该交叉滑座上可垂直运动的垂直铣头(9)，以及
一个用于不同操作顺序的可编程控制单元；
其特征在于：
上述机架(1)的前端面上有一个凹陷(12)，其向前下方倾斜45°的底部(13)构成了一个用于工件台(20)的支座(15)的支架(14)，其中支座(15)具有一个俯视呈圆形的底部(17)以及一个与该底部制成一体的承物台(18)，承物台上安装有工件台(20)的支承面(19)，该支承面与支座转动轴线(16)呈45°角延伸。
2.如权利要求1的铣、钻床，其特征在于：上述在支架(14)上可由马达驱动转动的支座(15)可以固定在预定的加工位置上。
3.如权利要求1或2的铣、钻床，其特征在于：上述支座(15)的承物台(18)具有一个弯曲的外表面，当工作台(20)处于垂直位置(图1B)的情况下，该外表面与凹陷(12)的上壁(12a)的曲线相适配。
4.如权利要求1至3之一的机床，其特征在于：上述支架(14)上的支座(15)的支承面比承物台(18)的支承面(19)上的工件台(20)的支承面至少大两倍。
5.如权利要求1至4之一的机床，其特征在于：在上述机架的前端面上，在凹陷(12)旁边至少设置有一个盘式工具架(30)。
6.如权利要求1至5之一的机床，其特征在于：上述机架(1)和导轨(3)被加长，机架(1，2)的前端面上设有若干凹陷(21)，每一凹陷均带有倾斜底部(13)，在每一凹陷中各设置一个工件台结构(14至20)。
7.如权利要求6的机床，其特征在于：上述加长的机架(1)、上术那对工件台结构(14至20)及工具架由一个共同的机床罩盖住，在机床罩内部，上述两工件台结构之间设有一个可活动的分隔壁。
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