CN113305590A - 数控极坐标车铣床 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种数控极坐标车铣床，加工主机位于工作台族中心，包括中心固定座、工作台族、横梁及刀架，所述横梁通过回转套支撑于所述中心固定座上，所述回转套与所述横梁固定连接且套设于所述中心固定座上，所述工作台族用于定位夹持待加工工件，所述刀架设置于所述横梁上，可上下前后移动，用于加工待加工工件；还包括升降机构和旋转机构，所述升降机构用于驱动所述横梁沿中心固定座竖直方向升降；所述旋转机构用于驱动所述横梁沿中心固定座周向旋转。本发明具有加工设备占地面积小，加工能力拓展空间大，对称性布置，稳定性好等优点，可广泛用于大型中空零件的加工。

Description

数控极坐标车铣床

技术领域

本发明涉及机械加工技术领域，具体涉及一种数控极坐标车铣床。

背景技术

目前，大型零件的加工，主要有两种方法来进行加工，一种是将零件进行拆分变得小型化，然后采用焊接或机械装配的方式来满足结构尺寸要求，这种模式下制造的零件主要存在精度差、强度低，或者相同强度下，外形尺寸庞大。有些产品外形尺寸受限、强度要求高，结构尺寸又大，必须采用整体加工模式完成工件加工。如航天中的大型锻环、隧道用盾构机零件等特殊产品需要整体加工，同时还存在零件会越来越大趋势，对设备能力的拓展越来越高。

另一种加工方式是采用工件旋转，刀架做直线进给运动的立式车床或者大型的龙门数控铣，完成工件的加工，数控加工应用刀架自转，刀架中心沿直角坐标系轨迹运动，形成加工轨迹，零件须包容在设备空间内，主要存在以下不足：设备体积庞大，一旦设备加工能力确定，无法向外拓展，也存在设备制造费用高，运输困难等。

因此，为解决以上问题，需要一种数控极坐标车铣床，能够缩小设备结构尺寸，还能拓展向外加工能力，提高加工效率，可以广泛适用于大型中空类零件加工，还可以实现两个零件的同步加工，设备成本低廉。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是克服现有技术中的缺陷，提供数控极坐标车铣床，能够缩小设备结构尺寸拓展向外加工能力，提高加工效率，可以广泛适用与大型中空类零件加工，还可以实现两个零件的同步加工，设备成本低廉。

本发明的数控极坐标车铣床，包括中心固定座、工作台族、横梁及刀架，中心固定座位于工作台族中心，所述横梁通过回转套支撑于所述中心固定座上，所述回转套与所述横梁固定连接且套设于所述中心固定座上，所述工作台族用于定位夹持待加工工件，所述刀架设置于所述横梁上用于加工待加工工件；

还包括升降机构和旋转机构，

所述升降机构用于驱动所述横梁沿中心固定座竖直方向升降；

所述旋转机构用于驱动所述横梁沿中心固定座周向旋转。

进一步，所述升降机构包括回转支撑座、升降丝杆、升降组件、连接杆及升降马达，所述回转支撑座以轴向限位的方式设置于所述中心固定座上，所述升降丝杆以垂直于所述回转支撑座端面的方式固定设置于所述回转支撑座上端面，所述升降组件设置于所述升降丝杆上并将其竖直方向的运动转递给所述回转套，所述升降马达通过连接杆驱动所述升降组件沿所述升降丝杆上下移动，回转支撑座可绕中心固定座自由转动，传递来自机床上部机身产生的载荷，升降丝杆同其连接，确保上机身在旋转的同时，还可以升降。

进一步，所述升降组件包括升降驱动锥齿轮、升降从动锥齿轮、升降螺母及升降箱，所述升降驱动锥齿轮固定连接于所述连接杆的驱动端，所述升降从动锥齿轮固定设置于所述升降螺母端面且与所述升降驱动锥齿轮啮合，所述升降螺母螺纹连接于所述升降螺杆上并与所述升降从动锥齿轮同步旋转，所述升降箱套于所述升降驱动锥齿轮、升降从动锥齿轮及升降螺母外并与所述回转套固定连接，所述连接杆穿过所述升降箱，所述升降螺母通过在升降螺杆上的旋转进行沿升降螺杆的升降同时驱动升降箱及连接杆的升降，为了达到对横梁的升降更为平衡，升降组件采用两组，因此在升降马达的输出端设置同步器保证两组升降组件的同步升降，同步器具有两个完全相同的锥齿轮进行动力转换和传递实现双向同步输出，作为现有技术，在此不再赘述。

进一步，所述旋转机构包括中心齿轮、旋转驱动齿轮、回转壳体及旋转马达，所述中心齿轮以轴向移动的周向限位方式设置于所述中心固定座上，所述旋转驱动齿轮与中心齿轮啮合，所述回转壳体与中心齿轮以轴向限位的方式连接，所述旋转驱动齿轮以轴向限位的方式设置于回转壳体内并由设置于回转壳体上的旋转马达驱动，所述回转壳体与所述回转套固定连接，所述旋转马达驱动旋转驱动齿轮及回转壳体沿所述中心齿轮的旋转并将回转壳体的旋转传递给回转套驱动横梁旋转，中心齿轮套设在中心固定座上可沿中心固定座上下移动不能旋转，回转壳体在旋转马达的驱动作用下绕轴线转动完成零件周向进给，中心齿轮与旋转驱动齿轮啮合且内部有同滚动件配合的环形槽。

进一步，所述回转壳体与所述中心齿轮之间设置有用减少摩擦的滚动件，位于中心齿轮和回转壳体之间，承载载荷，减轻滚动阻尼，所述滚动件为滚珠或滚柱。

进一步，所述横梁包括主梁、辅助梁及拉杆，所述辅助梁连接于所述主梁的末端，所述拉杆斜拉连接于所述主梁与所述回转套之间用于加强回转套与主梁之间的连接刚度，所述横梁沿延伸方向设置有为刀架提供进给量的导轨，横梁通过中心的回转套设置于固定座上，并且回转套与升降机构以及旋转机构固定连接可以实现升降及旋转，横梁上承载有进给机构及刀架用于对零件进行加工，横梁采用对称斜拉杆结构，便于有效控制横梁的直线度和刚性，横梁上有导轨，便于进给机构在其上面移动，在回转机构的作用下，完成极角的变化，在升降机构的作用下完成横梁的升降。辅助横梁的作用在与便于横梁的接长，其轨道尺寸同主梁一致，便于装备加工能力的拓展；主梁承载进给结构载荷，同拉杆和回转支撑座连接；主梁上有两个对称的导轨，便于对称安放进给机构，保证进给机构的平衡；横梁与回转套之间的连接处设置定位台，确保同回转支撑座的定位精度；横梁上开设与主丝杆配合的让位槽，便于主丝杆的安装以及螺母的安装；拉杆同回转支撑座和主梁连接，有效的控制和调节回转量与轴线的垂直度和刚性，当需要加工能力拓展时，也可和辅助梁连接。进给机构固定在主梁上，根据情况，也可以固定在辅助横梁上，同丝杆配合，完成进给机构在横梁上移动，完成极径的变化。

进一步，所述导轨内设置有进给组件，所述进给组件包括主拖板、副拖板、主丝杆、副丝杆、主进给马达及副进给马达，所述主拖板滑动设置于所述导轨内由主进给马达带动主丝杆旋转驱动主拖板在导轨内移动，所述副拖板与主拖板之间滑动配合且副拖板的滑动方向与所述导轨设置方向垂直，所述副拖板由副进给马达带动副丝杆驱动副拖板相对于主拖板的上下位移，进给机构完成刀架的升降以及极径的改变，从而实现工件零件的加工。主拖板在主丝杆以及主进给马达的作用下，沿横梁的导轨移动，从而完成极径的变化，副拖板在副丝杆以及副进给马达的作用下，沿着主拖板上轨道上下移动，完成切削进给。刀架安装在副拖板下方，自带切削动力，可驱动刀架沿动力头主轴回转中心转动，完成工件的切削。

进一步，所述工作台族包括多个阵列分布设置于所述中心固定座四周的工作台和辅助工作台，有众多小的工作台和安装在工作台上的辅助工作台组成，根据所加工最大工件的外形尺寸确定工作台位置以及数量，工作台围绕中心固定座中心阵列，可以有多层阵列，为保证工作台安装后的平面性，众多工作台安装完毕，整体调试后，利用设备自身加工刀架对所有工作台进行一次加工；工作台上有安装压板螺丝的T型槽；辅助工作台安装在工作台上，其位置根据实际加工工件的尺寸进行确定。

进一步，所述中心固定座从下到上依次包括底座、回转槽和导向柱，所述回转支撑座回转设置于回转槽内，所述中心齿轮滑动设置于所述导向柱上，位于整个设备的中心，支撑整个机床，也是旋转横梁的导向机构，旋转横梁可在导向柱上轴向移动，也可绕轴线转动。回转槽用于装升降组件，并定位；导向柱在圆柱面上有两个平行面形成扁方结构，平行面的固定升降组件，承载旋转扭矩和升降导向。

进一步，所述导向柱为扁方与所述中心齿轮形成键连接以限定所述中心齿轮的周向自由度。

本发明的有益效果是：本发明公开的一种数控极坐标车铣床，通过改变极径和极角，实现内空大型零件的一种加工设备；在极径不变的情况下，实现大直径圆柱面的加工；通过极径与极角的连续变化，实现相关形状的加工；通过对称悬臂梁下的动力头带动刀盘旋转，配合极径与极角变化，完成工件铣削加工；通过集成众多小工作台，完成大型零件的支撑；通过悬臂轨道的接长，实现设备向加工更大零件拓展；可广泛用于大型内空零件的加工，该技术具有加工设备占地面积小，加工能力拓展空间大，对称性布置，稳定性好等优点。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的升降机构结构示意图；

图3为本发明的升降组件结构示意图；

图4为本发明的回转机构结构示意图；

图5为图4的俯视图；

图6为本发明的横梁结构示意图；

图7为本发明的进给机构结构示意图；

图8为本发明的固定座结构示意图。

具体实施方式

图1为本发明的结构示意图，图2为本发明的升降机构结构示意图，图3为本发明的升降组件结构示意图，图4为本发明的回转机构结构示意图，图5为图4的俯视图，图6为本发明的横梁结构示意图，图7为本发明的进给机构结构示意图，图8为本发明的固定座结构示意图，如图所示，本实施例中的数控极坐标车铣床包括中心固定座1、工作台族2、横梁3及刀架4，所述横梁3通过回转套5支撑于所述中心固定座1上，所述回转套5与所述横梁3固定连接且套设于所述中心固定座1上，所述工作台族2用于定位夹持待加工工件，所述刀架4设置于所述横梁3上用于加工待加工工件；

还包括升降机构和旋转机构，

所述升降机构用于驱动所述横梁3沿中心固定座1竖直方向升降；

所述旋转机构用于驱动所述横梁3沿中心固定座1周向旋转。

本实施例中，所述升降机构包括回转支撑座6、升降丝杆61、升降组件、连接杆66及升降马达67，所述回转支撑座6以轴向限位的方式设置于所述中心固定座1上，所述升降丝杆61以垂直于所述回转支撑座6端面的方式固定设置于所述回转支撑座6上端面，所述升降组件设置于所述升降丝杆61上并将其竖直方向的运动转递给所述回转套5，所述升降马达67通过连接杆66驱动所述升降组件沿所述升降丝杆61上下移动，回转支撑座6可绕中心固定座1自由转动，传递来自机床上部机身产生的载荷，升降丝杆61同其连接，确保上机身在旋转的同时，还可以升降。

本实施例中，所述升降组件包括升降驱动锥齿轮62、升降从动锥齿轮63、升降螺母64及升降箱65，所述升降驱动锥齿轮62固定连接于所述连接杆66的驱动端，所述升降从动锥齿轮63固定设置于所述升降螺母64端面且与所述升降驱动锥齿轮62啮合，所述升降螺母64螺纹连接于所述升降螺杆上并与所述升降从动锥齿轮63同步旋转，所述升降箱65套于所述升降驱动锥齿轮62、升降从动锥齿轮63及升降螺母64外并与所述回转套5固定连接，所述连接杆66穿过所述升降箱65，所述升降螺母64通过在升降螺杆上的旋转进行沿升降螺杆的升降同时驱动升降箱65及连接杆66的升降，为了达到对横梁3的升降更为平衡，升降组件采用两组，因此在升降马达67的输出端设置同步器68保证两组升降组件的同步升降，同步器68具有两个完全相同的锥齿轮进行动力转换和传递实现双向同步输出，作为现有技术，在此不再赘述。

本实施例中，所述旋转机构包括中心齿轮7、旋转驱动齿轮71、回转壳体72及旋转马达73，所述中心齿轮7以轴向移动的周向限位方式设置于所述中心固定座1上，所述旋转驱动齿轮71与中心齿轮7啮合，所述回转壳体72与中心齿轮7以轴向限位的方式连接，所述旋转驱动齿轮71以轴向限位的方式设置于回转壳体72内并由设置于回转壳体72上的旋转马达73驱动，所述回转壳体72与所述回转套5固定连接，所述旋转马达73驱动旋转驱动齿轮71及回转壳体72沿所述中心齿轮7的旋转并将回转壳体72的旋转传递给回转套5驱动横梁3旋转，中心齿轮7套设在中心固定座1上可沿中心固定座1上下移动不能旋转，回转壳体72在旋转马达73的驱动作用下绕轴线转动完成零件周向进给，中心齿轮7与旋转驱动齿轮71啮合且内部有同滚动件配合的环形槽。

本实施例中，所述回转壳体72与所述中心齿轮7之间设置有用减少摩擦的滚动件74，位于中心齿轮7和回转壳体72之间，承载载荷，减轻滚动阻尼，所述滚动件74为滚珠或滚柱。

本实施例中，所述横梁3包括主梁31、辅助梁32及拉杆33，所述辅助梁32连接于所述主梁31的末端，所述拉杆33斜拉连接于所述主梁31与所述回转套5之间用于加强回转套5与主梁31之间的连接刚度，所述横梁3沿延伸方向设置有为刀架4提供进给量的导轨3a，横梁3通过中心的回转套5设置于固定座上，并且回转套5与升降机构以及旋转机构固定连接可以实现升降及旋转，横梁3上承载有进给机构及刀架4用于对零件进行加工，横梁3采用对称斜拉杆33结构，便于有效控制横梁3的直线度和刚性，横梁3上有导轨3a，便于进给机构在其上面移动，在回转机构的作用下，完成极角的变化，在升降机构的作用下完成横梁3的升降。辅助横梁3的作用在与便于横梁3的接长，其轨道尺寸同主梁31一致，便于装备加工能力的拓展；主梁31承载进给结构载荷，同拉杆33和回转支撑座6连接；主梁31上有两个对称的导轨3a，便于对称安放进给机构，保证进给机构的平衡；横梁3与回转套5之间的连接处设置定位台，确保同回转支撑座6的定位精度；横梁3上开设与主丝杆8c配合的让位槽，便于主丝杆8c的安装以及螺母的安装；拉杆33同回转支撑座6和主梁31连接，有效的控制和调节回转量与轴线的垂直度和刚性，当需要加工能力拓展时，也可和辅助梁32连接。进给机构固定在主梁31上，根据情况，也可以固定在辅助横梁3上，同丝杆配合，完成进给机构在横梁3上移动，完成极径的变化。

本实施例中，所述导轨3a内设置有进给组件，所述进给组件包括主拖板8a、副拖板8b、主丝杆8c、副丝杆8d、主进给马达8e及副进给马达8f，所述主拖板8a滑动设置于所述导轨3a内由主进给马达8e带动主丝杆8c旋转驱动主拖板8a在导轨3a内移动，所述副拖板8b与主拖板8a之间滑动配合且副拖板8b的滑动方向与所述导轨3a设置方向垂直，所述副拖板8b由副进给马达8f带动副丝杆8d驱动副拖板8b相对于主拖板8a的上下位移，进给机构完成刀架4的升降以及极径的改变，从而实现工件零件的加工。主拖板8a在主丝杆8c以及主进给马达8e的作用下，沿横梁3的导轨3a移动，从而完成极径的变化，副拖板8b在副丝杆8d以及副进给马达8f的作用下，沿着主拖板8a上轨道上下移动，完成切削进给。刀架4安装在副拖板8b下方，自带切削动力，可驱动刀架4沿动力头主轴回转中心转动，完成工件的切削。

本实施例中，所述工作台族2包括多个阵列分布设置于所述中心固定座1四周的工作台2a和辅助工作台2b，有众多小的工作台2a和安装在工作台2a上的辅助工作台2b组成，根据所加工最大工件的外形尺寸确定工作台2a位置以及数量，工作台2a围绕中心固定座1中心阵列，可以有多层阵列，为保证工作台2a安装后的平面性，众多工作台2a安装完毕，整体调试后，利用设备自身加工刀架4对所有工作台2a进行一次加工；工作台2a上有安装压板螺丝的T型槽；辅助工作台2b安装在工作台2a上，其位置根据实际加工工件的尺寸进行确定。

本实施例中，所述中心固定座1从下到上依次包括底座1a、回转槽1b和导向柱1c，所述回转支撑座6回转设置于回转槽1b内，所述中心齿轮7滑动设置于所述导向柱1c上，位于整个设备的中心，支撑整个机床，也是旋转横梁3的导向机构，旋转横梁3可在导向柱1c上轴向移动，也可绕轴线转动。回转槽1b用于装升降组件，并定位；导向柱1c在圆柱面上有两个平行面形成扁方结构，平行面的固定升降组件，承载旋转扭矩和升降导向。

本实施例中，所述导向柱1c为扁方与所述中心齿轮7形成键连接以限定所述中心齿轮7的周向自由度。

本发明公开的一种数控极坐标车铣床，通过改变极径和极角，实现内空大型零件的一种加工设备；在极径不变的情况下，实现大直径圆柱面的加工；通过极径与极角的连续变化，实现相关形状的加工；通过对称悬臂梁下的动力头带动刀盘旋转，配合极径与极角变化，完成工件铣削加工；通过集成众多小工作台2a，完成大型零件的支撑；通过悬臂轨道的接长，实现设备向加工更大零件拓展；可广泛用于大型内空零件的加工，该技术具有加工设备占地面积小，加工能力拓展空间大，对称性布置，稳定性好等优点。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种数控极坐标车铣床，其特征在于：包括中心固定座、工作台族、横梁及刀架，所述横梁通过回转套支撑于所述中心固定座上，所述回转套与所述横梁固定连接且套设于所述中心固定座上，所述工作台族用于定位夹持待加工工件，所述刀架设置于所述横梁上，用于加工待加工工件；

还包括升降机构和旋转机构；

所述升降机构用于驱动所述横梁沿中心固定座竖直方向升降；

所述旋转机构用于驱动所述横梁沿中心固定座周向旋转。

2.根据权利要求1所述的数控极坐标车铣床，其特征在于：所述升降机构包括回转支撑座、升降丝杆、升降组件、连接杆及升降马达，所述回转支撑座以轴向限位的方式设置于所述中心固定座上，所述升降丝杆以垂直于所述回转支撑座端面的方式固定设置于所述回转支撑座上端面，所述升降组件设置于所述升降丝杆上并将其竖直方向的运动转递给所述回转套，所述升降马达通过连接杆驱动所述升降组件沿所述升降丝杆上下移动。

3.根据权利要求2所述的数控极坐标车铣床，其特征在于：所述升降组件包括升降驱动锥齿轮、升降从动锥齿轮、升降螺母及升降箱，所述升降驱动锥齿轮固定连接于所述连接杆的驱动端，所述升降从动锥齿轮固定设置于所述升降螺母端面且与所述升降驱动锥齿轮啮合，所述升降螺母螺纹连接于所述升降螺杆上并与所述升降从动锥齿轮同步旋转，所述升降箱套于所述升降驱动锥齿轮、升降从动锥齿轮及升降螺母外并与所述回转套固定连接，所述连接杆穿过所述升降箱，所述升降螺母通过在升降螺杆上的旋转进行沿升降螺杆的升降同时驱动升降箱及连接杆的升降。

4.根据权利要求3所述的数控极坐标车铣床，其特征在于：所述旋转机构包括中心齿轮、旋转驱动齿轮、回转壳体及旋转马达，所述中心齿轮以轴向移动的周向限位方式设置于所述中心固定座上，所述旋转驱动齿轮与中心齿轮啮合，所述回转壳体与中心齿轮以轴向限位的方式连接，所述旋转驱动齿轮以轴向限位的方式设置于回转壳体内并由设置于回转壳体上的旋转马达驱动，所述回转壳体与所述回转套固定连接，所述旋转马达驱动旋转驱动齿轮及回转壳体沿所述中心齿轮的旋转并将回转壳体的旋转传递给回转套驱动横梁旋转。

5.根据权利要求4所述的数控极坐标车铣床，其特征在于：所述回转壳体与所述中心齿轮之间设置有用减少摩擦的滚动件，所述滚动件为滚珠或滚柱。

6.根据权利要求5所述的数控极坐标车铣床，其特征在于：所述横梁包括主梁、辅助梁及拉杆，所述辅助梁连接于所述主梁的末端，所述拉杆斜拉连接于所述主梁与所述回转套之间用于加强回转套与主梁之间的连接刚度，所述横梁沿延伸方向设置有为刀架提供进给量的导轨。

7.根据权利要求6所述的数控极坐标车铣床，其特征在于：所述导轨内设置有进给组件，所述进给组件包括主拖板、副拖板、主丝杆、副丝杆、主进给马达及副进给马达，所述主拖板滑动设置于所述导轨内由主进给马达带动主丝杆旋转驱动主拖板在导轨内移动，所述副拖板与主拖板之间滑动配合且副拖板的滑动方向与所述导轨设置方向垂直，所述副拖板由副进给马达带动副丝杆驱动副拖板相对于主拖板的上下位移。

8.根据权利要求1所述的数控极坐标车铣床，其特征在于：所述工作台族包括多个阵列分布设置于所述中心固定座四周的工作台和辅助工作台。

9.根据权利要求4所述的数控极坐标车铣床，其特征在于：所述中心固定座从下到上依次包括底座、回转槽和导向柱，所述回转支撑座回转设置于回转槽内，所述中心齿轮滑动设置于所述导向柱上。

10.根据权利要求4所述的数控极坐标车铣床，其特征在于：所述导向柱为扁方与所述中心齿轮形成键连接以限定所述中心齿轮的周向自由度。

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