CN114871852A - 具有微动补偿功能的多主轴加工中心及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有微动补偿功能的多主轴加工中心，包括主底座、主立柱、鞍座、工作台和至少两个主轴加工单元，主立柱固定在主底座上，主轴加工单元滑动连接在主立柱上，主轴加工单元包括Z轴驱动装置、主轴和单元主体，主轴加工单元还包括微动补偿机构，微动补偿机构包括基体、导轨和电机，导轨倾斜设于单元主体上，单元主体滑动连接在导轨上，电机与单元主体间连有传动机构。本发明可对工件上各加工点Y轴方向的细微变位进行微动补偿，且能方便操作，提高作业效率。

Description

具有微动补偿功能的多主轴加工中心及系统

本申请是母案名称为“一种具有微动补偿功能的多主轴加工中心”的发明专利的分案申请；母案申请的申请号为：CN202010530104.9；母案申请的申请日为：2020.06.11。

技术领域

本发明涉及一种数控机加工设备，更具体地说，它涉及一种具有微动补偿功能的多主轴加工中心及系统。

背景技术

常规的加工中心的工作方式是，鞍座及工作台在X轴方向左右方向及Y轴方向前后方向移动，设定工作台上的工件在水平面上的位置，主轴加工单元在Z轴方向上下方向移动，通过旋转的主轴进行面、槽、孔等结构的加工。

为了提高加工效率，一些加工中心生产企业推出了具有多个主轴，可同时加工同一加工件上多个加工点的多主轴形式的加工中心。但是在加工多个加工点时，因热变形及其它因素，工件各平面上的位置可能发生细微变位，各加工点的相对位置也变动，此时若仍按照先前设定的参数加工必会导致最终工件加工出现偏差。

现有的加工中心的主轴在Z轴及X轴方向容易实现移动，Y轴方向的细微移动则有困难，这是因为加工中心内部空间极为有限，若采用与Z轴或X轴方向运动机构相同的结构，将会极大增加结构的复杂性。为此，用户产生了新的设备开发需求，期望多个主轴中的一个或更多能在Y轴方向追加细微移动，对于检测到的工件变位信息对应调整主轴位置，从而使多主轴加工中心能克服热变形等因素影响，保证加工精度。

公开号为CN104942651B的发明专利于2019年2月19日公开了一种机床的热位移补偿装置，具备：检测结果判断单元，其根据由位置检测单元检测出的实际位置和基准位置判断上述实际位置是否是基于正确的检测的位置；补偿误差计算单元，其在判断为检测结果是基于正确的检测的结果的情况下，计算实际位置的补偿误差；以及补偿量修正单元，其根据上述补偿误差来修正上述热位移补偿量。但该发明涉及的是实现机床热位移补偿的控制部分，而不涉及完成补偿的具体执行机构。

发明内容

为克服现有技术中加工中心的主轴在Z轴及X轴方向容易实现移动，Y轴方向的细微移动则有困难的缺陷，本发明提供了一种可在Y轴方向追加细微移动，从而克服热变形等因素影响，保证加工精度的具有微动补偿功能的多主轴加工中心及系统。

本发明的技术方案是：一种具有微动补偿功能的多主轴加工中心，包括主底座、主立柱、鞍座、工作台和至少两个主轴加工单元，主立柱固定在主底座上，主轴加工单元滑动连接在主立柱上，主轴加工单元包括主轴和单元主体，主轴安装在单元主体上，单元主体和主立柱之间设置有Z轴驱动装置，主轴加工单元还包括微动补偿机构，微动补偿机构包括基体、导轨和电机，导轨倾斜设于基体上，单元主体滑动连接在导轨上，且单元主体在导轨上滑动时，单元主体在Y轴方向上具有位移分量；电机通过传动机构与单元主体连接，以带动单元主体在导轨上滑动。

本发明中待加工的工件定位在工作台上，鞍座和工作台在X轴方向及Y轴方向协调运动后，在水平面上完成工件加工点与主轴的对应，然后主轴加工单元在Z轴方向移动，通过旋转的主轴对进行加工。当因热变形及其它因素发生工件上各加工点Y轴方向的细微变位时，可通过微动补偿机构进行微动补偿，即用电机驱动单元主体在导轨上滑动，以单元主体在导轨的Y轴方向上的位移分量补偿各加工点间Y轴方向上相对位置的变动，从而克服热变形等因素影响，保证多主轴加工中心的加工精度。

作为优选，所述传动机构包括滚珠螺杆和螺杆支架，螺杆支架固定在基体上，电机固定在螺杆支架一端，滚珠螺杆转动连接在螺杆支架上，滚珠螺杆一端贯穿螺杆支架的一个端面并与单元主体螺纹连接，滚珠螺杆另一端与电机输出端传动连接。

本发明通过该传动机构，可在有限的空间内构建从电机到基体间的传动路径，使基体进行可控运动，确保微动补偿功能的实现。

作为优选，单元主体上设有连接板，所述导轨上设有滑块，连接板与滑块固连。

本发明中连接板与滑块固连，使滑块能承载单元主体在所述导轨上滑动，确保微动补偿功能的实现。

作为优选，基体上固设有直线位移传感器，直线位移传感器的伸缩探杆与所述导轨平行且与基体连接。

本发明中直线位移传感器能检测基体在导轨上的位移量，确保基体的位移可精确控制，从而精确补偿工件各加工点间Y轴方向上相对位置的变动。

作为优选，单元主体上设有容腔，容腔内设有主轴驱动电机，主轴驱动电机的输出轴伸出容腔，主轴在容腔外与主轴驱动电机的输出轴连接。

本发明中加工中心工作时会产生大量铁屑并同时浇淋切削液，主轴驱动电机设置于容腔内可屏蔽飞散的铁屑及切削液，防止主轴驱动电机被污染、卡阻及短路。

作为优选，基体整体呈楔形，基体上设有斜面，所述导轨位于基体的斜面上，这样可以方便地实现导轨的倾斜；进一步地，所述导轨的端部设置有限位块；所述单元主体上同样设置有斜面，以与所述基体上的斜面相配合。

作为优选，本发明具有微动补偿功能的多主轴加工中心还包括工件托盘交换机构，工件托盘交换机构包括副底座、支架、旋转电机及旋转臂，支架固定在副底座上，旋转电机固定在支架上，旋转电机通过一转轴与旋转臂连接，旋转臂还连接旋转臂升降机构。

现有的加工中心虽然有工件托盘交换机构，但结构体积较大，常常成为操作员接近加工中心的工作台的阻碍，以至于操作员在换刀、处理紧急状况时不得不费力地跨越工件托盘交换机构，大大增加了操作上的困难及危险性。本技术方案中的工件托盘交换机构采用旋转臂旋转方式完成托盘交换，从而实现工件的更替；此种工件托盘交换机构运动幅度小，所需运行空间可大大缩小，减少对操作员作业空间的挤占，操作员可更方便地完成相关生产操作及设备管理，大大提高整体作业效率。

作为优选，旋转臂包括手臂收容架和两对折叠手臂，所述转轴连接在手臂收容架中心，两对折叠手臂分别位于手臂收容架两侧，每对中的两个折叠手臂分别铰接在手臂收容架同侧的两端。

本发明中折叠手臂用于托举托盘，托盘则承载工件，在主轴对工件进行加工期间，工件不能替换，此时工件托盘交换机构处于待机状态，闲置的折叠手臂可以折叠起来，在托盘、工件替换时再展开使用，这样可以更大程度地减小空间占用。

作为优选，鞍座滑动连接在主底座上，鞍座与主底座之间连有Y轴驱动机构，工作台滑动连接在鞍座上，工作台与鞍座之间连有X轴驱动机构。

本发明中鞍座在Y轴驱动机构的驱动下沿Y轴方向移动，工作台则可在X轴驱动机构的驱动下沿X轴方向移动，在鞍座与工作台的协调配合下，可将工件在水平面内移动到任何位置上，使工件上的加工点与主轴的位置对应。

本发明中还公开了一种具有微动补偿功能的多主轴加工系统，包括变形检测装置、控制系统以及上述的具有微动补偿功能的多主轴加工中心；所述变形检测装置用于检测所述工作台上工件的变形，且所述变形检测装置与所述控制系统连接，以将检测到的数据传输给所述控制系统；所述控制系统还与所述具有微动补偿功能的多主轴加工中心连接。

本发明中还公开了一种具有微动补偿功能的多主轴加工方法，采用上述的具有微动补偿功能的多主轴加工系统，包括以下步骤：

1)在所述工作台上安装待加工的工件，并将待加工的所述工件移动到所述主轴加工单元处；

2)通过所述变形检测装置检测待加工的所述工件，并将检测到的数据传输给所述控制系统；

3)所述控制系统判断待加工的所述工件的实际位置是否为正确位置；

4)若所述控制系统判断待加工的所述工件的实际位置为错误位置，所述控制系统向所述电机输出动作指令，带动所述单元主体沿所述导轨移动，以所述单元主体在Y轴方向上的位移分量补偿待加工的所述工件上加工点间Y轴方向上相对位置的变动；

若所述控制系统判断待加工的所述工件的实际位置为正确位置，直接进入下一步骤；

5)通过所述主轴加工单元对待加工的所述工件进行加工。

相对于现有技术，本发明的有益效果是：

可对工件上各加工点Y轴方向的细微变位进行微动补偿。本发明中微动补偿机构可进行微动补偿，当因热变形及其它因素发生工件上各加工点Y轴方向的细微变位时，即用电机驱动单元主体在导轨上滑动，补偿各加工点间Y轴方向上相对位置的变动，从而克服热变形等因素影响，保证多主轴加工中心的加工精度。

本发明说明书中的其它方案相对于现有技术还具有以下有益效果：

方便操作，提高作业效率。本发明中的工件托盘交换机构采用旋转臂旋转方式完成托盘交换，运动幅度小，所需运行空间可大大缩小，减少对操作员作业空间的挤占，操作员可更方便地完成相关生产操作及设备管理，大大提高整体作业效率。

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，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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为本发明的一种正面结构示意图；

图2为本发明的一种背面结构示意图；

图3为本发明中主轴加工单元的一种结构示意图；

图4为本发明中微动补偿机构的一种结构示意图；

图5为本发明中微动补偿机构的一种侧视图；

图6为本发明中工件托盘交换机构的一种结构示意图。

图中，10-Z轴驱动装置，20-主轴，30-微动补偿机构，31-基体，32-左轨道，33-右轨道，34-电机，35-滚珠螺杆，36-螺杆支架，37-连接板，38-滑块，39-限位块，40-单元主体，80-托盘，81-副底座，82-支架，83-旋转电机，84-旋转臂，85-手臂收容架，86-折叠手臂，100-主立柱，200-主底座，300-鞍座，400-工作台。

具体实施方式

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，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

如图1至图6所示，本实施例提供一种具有微动补偿功能的多主轴加工中心，包括主底座200、主立柱100、鞍座300、工作台400、两个主轴加工单元，以及工件托盘交换机构。主立柱100固定在主底座200上并垂直于地面，主轴加工单元滑动连接在主立柱100上，鞍座300滑动连接在主底座200上，鞍座300与主底座200间连有Y轴驱动机构，工作台400滑动连接在鞍座300上，工作台400与鞍座300间连有X轴驱动机构。主轴加工单元包括主轴20、微动补偿机构30和单元主体40，主轴20安装在单元主体40上，所述主轴加工单元和主立柱100之间设有Z轴驱动装置10。单元主体40上设有容腔，容腔内设有主轴驱动电机，主轴驱动电机的输出轴伸出容腔外，主轴20在容腔外与主轴驱动电机的输出轴连接。微动补偿机构30包括基体31、导轨和电机34，基体31整体呈楔形，基体31的正面与背面呈夹角结构，正面为斜面，背面为垂直面，导轨由平行的左轨道32、右轨道33组成，左轨道32、右轨道33通过螺钉固定在基体31的斜面上，使得导轨倾斜设置。单元主体40两侧焊接固连有连接板37，左轨道32、右轨道33上均设有滑块38，连接板37与滑块38通过螺钉固连，使单元主体40滑动连接在导轨上，左轨道32、右轨道33端部均设有限位块39，用于限定单元主体40滑动范围。电机34与单元主体40间连有传动机构，该传动机构包括滚珠螺杆35和螺杆支架36，螺杆支架36为长方盒体，螺杆支架36固定在基体31上，电机34固定在螺杆支架36下端，滚珠螺杆35一端贯穿螺杆支架36的一个端面并与单元主体40螺纹连接，滚珠螺杆35另一端与电机34输出端通过联轴器连接。基体31上固设有直线位移传感器，直线位移传感器的伸缩探杆与所述导轨平行且与基体31连接。所述工件托盘交换机构包括副底座81、支架82、旋转电机83及旋转臂84，支架82固定在副底座81上，旋转电机固定在支架82上，旋转电机83通过一转轴与旋转臂84连接。旋转臂84包括手臂收容架85和两对折叠手臂86，所述转轴连接在手臂收容架85中心，两对折叠手臂86分别位于手臂收容架85两侧，每对中的两个折叠手臂86分别铰接在手臂收容架85同侧的两端，每个折叠手臂86的转轴均连接一手臂驱动电机，手臂驱动电机安装在手臂收容架85两侧的两端。

本实施例中多主轴加工中心在一控制系统的控制下运行，工作台400在鞍座300上沿X轴方向移动到旋转臂84所在处，鞍座300沿Y轴方向移动，工作台400移动到一对已展开的空置的折叠手臂86上方，旋转臂84在一旋转臂升降机构驱动下上升少许，空置的折叠手臂86托住工作台400送出的载有已加工工件的托盘80，然后旋转180°，载有新工件的托盘80与载有已加工工件的托盘80换位，旋转臂84再下降，使载有新工件的托盘80下降到工作台400上，新工件随工作台400移动到主轴加工单元处进行加工。托盘80底部中间厚，四边薄，使得托盘80还在工作台400上时折叠手臂86也可插入托盘80底部的悬空处。本多主轴加工中心可通过一变形检测装置检测工件的变形，变形检测装置检测出的实际位置和基准位置进行比对后控制系统判断上述实际位置是否为正确的位置。如果判断为错误位置，控制系统就向电机34输出动作指令，带动滚珠螺杆35转动，滚珠螺杆35与单元主体40间的转动转化为轴向推动，使单元主体40沿所述导轨移动，以单元主体40在导轨的Y轴方向上的位移分量补偿工件因变形而在两个加工点间Y轴方向上相对位置的变动。在主轴对工件进行加工期间，工件不能替换，此时工件托盘交换机构处于待机状态，闲置的折叠手臂86可以折叠起来，贴合在手臂收容架85侧面，在托盘80、工件替换时再展开使用。

实施例2：

主轴加工单元为三个。其余同实施例1。

实施例3：

主轴加工单元为四个。其余同实施例1。

本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种具有微动补偿功能的多主轴加工中心，包括主底座(200)、主立柱(100)、鞍座(300)、工作台(400)和至少两个主轴加工单元，所述主立柱(100)固定在所述主底座(200)上，所述主轴加工单元滑动连接在所述主立柱(100)上，所述主轴加工单元包括主轴(20)和单元主体(40)，所述主轴(20)安装在所述单元主体(40)上，所述单元主体(40)和所述主立柱(100)之间设置有Z轴驱动装置(10)；其特征在于，所述主轴加工单元还包括微动补偿机构，所述微动补偿机构包括基体(31)、导轨和电机(34)，所述导轨倾斜设于所述基体(31)上，所述单元主体(40)滑动连接在所述导轨上，且所述单元主体(40)在所述导轨上滑动时，所述单元主体(40)在Y轴方向上具有位移分量；所述电机(34)通过传动机构与所述单元主体(40)连接，以带动所述单元主体(40)在所述导轨上滑动。

2.根据权利要求1所述的具有微动补偿功能的多主轴加工中心，其特征在于，所述传动机构包括滚珠螺杆(35)和螺杆支架(36)，所述螺杆支架(36)固定在所述基体(31)上，所述电机(34)固定在所述螺杆支架(36)的一端，所述滚珠螺杆(35)转动连接在所述螺杆支架(36)上，所述滚珠螺杆(35)的一端贯穿所述螺杆支架(36)的一个端面并与所述单元主体(40)螺纹连接，所述滚珠螺杆(35)的另一端与所述电机(34)的输出端传动连接。

3.根据权利要求1所述的具有微动补偿功能的多主轴加工中心，其特征在于，所述单元主体(40)上设有连接板(37)，所述导轨上设有滑块(38)，所述连接板(37)与所述滑块(38)固连。

4.根据权利要求1所述的具有微动补偿功能的多主轴加工中心，其特征在于，所述基体(31)上固设有直线位移传感器，所述直线位移传感器的伸缩探杆与所述导轨平行且与所述基体(31)连接。

5.根据权利要求1所述的具有微动补偿功能的多主轴加工中心，其特征在于，所述单元主体(40)上设有容腔，所述容腔内设有主轴驱动电机，所述主轴驱动电机的输出轴伸出所述容腔，所述主轴(20)在所述容腔外与所述主轴驱动电机的输出轴连接。

6.根据权利要求1所述的具有微动补偿功能的多主轴加工中心，其特征在于，所述基体(31)整体呈楔形，所述基体(31)上设有斜面，所述导轨位于基体(31)的斜面上，且所述导轨的端部设置有限位块；所述单元主体(40)上同样设置有斜面，以与所述基体(31)上的斜面相配合。

7.根据权利要求1所述的具有微动补偿功能的多主轴加工中心，其特征在于，还包括工件托盘交换机构，所述工件托盘交换机构包括副底座(81)、支架(82)、旋转电机(83)及旋转臂(84)，所述支架(82)固定在所述副底座(81)上，所述旋转电机固定在所述支架(82)上，所述旋转电机(83)通过一转轴与所述旋转臂(84)连接，所述旋转臂(84)还连接旋转臂升降机构；

所述旋转臂(84)包括手臂收容架(85)和两对折叠手臂(86)，所述转轴连接在所述手臂收容架(85)的中心，两对所述折叠手臂(86)分别位于所述手臂收容架(85)两侧，每对中的两个所述折叠手臂(86)分别铰接在所述手臂收容架(85)同侧的两端。

8.根据权利要求1至7任一项所述的具有微动补偿功能的多主轴加工中心，其特征在于，所述鞍座(300)滑动连接在所述主底座(200)上，所述鞍座(300)与所述主底座(200)之间连有Y轴传送机构，所述工作台(400)滑动连接在所述鞍座(300)上，所述工作台(400)与所述鞍座(300)之间连有X轴传送机构。

9.一种具有微动补偿功能的多主轴加工系统，其特征在于，包括变形检测装置、控制系统以及如权利要求1-8任一项所述的具有微动补偿功能的多主轴加工中心；所述变形检测装置用于检测所述工作台(400)上工件的变形，且所述变形检测装置与所述控制系统连接，以将检测到的数据传输给所述控制系统；所述控制系统还与所述具有微动补偿功能的多主轴加工中心连接。

10.一种具有微动补偿功能的多主轴加工方法，其特征在于，采用如权利要求9所述的具有微动补偿功能的多主轴加工系统，包括以下步骤：

1)在所述工作台(400)上安装待加工的工件，并将待加工的所述工件移动到所述主轴加工单元处；

2)通过所述变形检测装置检测待加工的所述工件，并将检测到的数据传输给所述控制系统；

3)所述控制系统判断待加工的所述工件的实际位置是否为正确位置；

4)若所述控制系统判断待加工的所述工件的实际位置为错误位置，所述控制系统向所述电机(34)输出动作指令，带动所述单元主体(40)沿所述导轨移动，以所述单元主体(40)在Y轴方向上的位移分量补偿待加工的所述工件上加工点间Y轴方向上相对位置的变动；

若所述控制系统判断待加工的所述工件的实际位置为正确位置，直接进入下一步骤；

5)通过所述主轴加工单元对待加工的所述工件进行加工。

Images