发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此,本发明提出一种集成式加工机床,相较于普通机床能完成更多的加工工序,且对工件夹持端的切换快速,缩短加工节拍,以提高生产效率。
根据本发明实施例的集成式加工机床,包括:
床身,所述床身具有相对的第一端和第二端;
第一工件轴装置,所述第一工件轴装置设置在所述第一端处,用于夹持工件;
第二工件轴装置,所述第二工件轴装置设置在所述第二端处,也用于夹持工件;
其中,所述第一工件轴装置与所述第二工件轴装置同轴,共同轴线定义为加工中心轴;
导向传动装置,所述第一工件轴装置和所述第二工件轴装置之间还设有所述导向传动装置,且所述导向传动装置能够使所述第一工件轴装置和所述第二工件轴装置之间相对移动靠近以移交所夹持的工件;
第一导向驱动组件,所述第一导向驱动组件具有垂直于加工中心轴的导向行程和平行于加工中心轴的导向行程;
旋转驱动组件,所述旋转驱动组件的旋转轴与加工中心轴互相垂直,所述旋转驱动组件连接在所述第一导向驱动组件上;
刀轴组件,所述刀轴组件朝向所述加工中心轴的一端用于安装刀具,所述刀轴组件设置在所述旋转驱动组件上,以被驱动绕所述旋转驱动组件的旋转轴转动改变刀轴组件的刀具朝向。
根据本发明实施例的集成式加工机床,至少具有如下有益效果:第一工件轴装置和第二工件轴装置均可以对工件进行夹持,一般而言,工件先夹持在第一工件轴装置上,由刀轴组件带动刀具对工件进行加工,然后工件再被夹持在第二工件轴装置,由于工件的被夹持位置发生变更,此时刀具便能够对第一次的夹持部一侧进行加工;
在需要对工件的夹持方向进行更换时,由导向传动装置工作,使得第一工件轴装置和第二工件轴装置互相靠近,此时第二工件轴装置能够直接对工件的另一端进行夹持,然后第一工件轴装置松开工件,即完成了工件的搬运切换,进而继续下一加工工序,采用此种方法对工件夹持侧的切换,速度快且效率高,缩短了加工节拍。此外,由于第一工件轴装置和第二工件轴装置之间是共轴的,在工件切换夹持侧后,刀具的初始位置可由机床的控制程序计算得出,不需要重新进行刀具的初始位置调整;
旋转驱动组件能够通过旋转刀轴组件来改变刀具的朝向,具体的,可以设置刀具与加工中心轴垂直,以对工件的周向表面进行加工;设置刀具与加工中心轴平行,以对工件的端面进行加工。
根据本发明的一些实施例,所述导向传动装置包括第二导向驱动组件,所述第二导向驱动组件设置在所述床身上,且具有由所述第一端至所述第二端的导向行程,所述第二工件轴装置连接在所述第二导向驱动组件上。
根据本发明的一些实施例,所述第二导向驱动组件包括多条导轨和传动机构,多条所述导轨均设置在所述床身上,具有由所述第一端至所述第二端的导向行程,且至少一条导轨设置在所述床身一侧的竖向平面上,所述第二工件轴装置滑动连接在所述导轨上,使得所述第二工件轴装置悬挂在所述床身外侧,所述传动机构与所述第二工件轴装置连接,以驱动所述第二工件轴装置沿所述导轨移动。
根据本发明的一些实施例,所述第一导向驱动组件包括导向轨、滑板和立柱,所述导向轨设置在所述床身上,并与所述加工中心轴互相平行,所述滑板滑动连接在所述导向轨上,以沿所述导向轨移动,所述立柱竖向设置,且滑动连接在所述滑板上,使得所述立柱能够水平方向上靠近加工中心轴,所述旋转驱动组件滑动连接在所述立柱上,使得所述旋转驱动组件能够竖向方向上靠近加工中心轴。
根据本发明的一些实施例,所述旋转驱动组件包括回转箱体和回转轴,所述回转箱体滑动连接在所述立柱上,能在所述立柱上竖向移动,所述回转箱体内设有所述回转轴,且所述回转轴垂直于加工中心轴,所述刀轴组件连接在所述回转轴上,使得所述回转轴能够驱动所述刀轴组件绕所述回转轴的轴线转动以调整刀具的朝向,所述立柱上还设有刀库组件,使得所述刀轴组件在所述刀库组件处更换多种刀具。
根据本发明的一些实施例,所述第一工件轴装置的一侧设有第一刀塔组件,所述第一刀塔组件用于安装刀具,所述第一刀塔组件具有垂直于加工中心轴的移动行程和平行于加工中心轴的移动行程。
根据本发明的一些实施例,所述第一工件轴装置的一侧设有第二刀塔组件,所述第二刀塔组件用于安装刀具,所述第二刀塔组件具有垂直于加工中心轴的移动行程和平行于加工中心轴的移动行程。
根据本发明的一些实施例,所述第二工件轴装置的一侧设有第三刀塔组件,所述第三刀塔组件用于安装刀具,所述第三刀塔组件具有垂直于加工中心轴的移动行程和平行于加工中心轴的移动行程。
根据本发明的一些实施例,所述第一端处设有容纳箱体,所述容纳箱体内具有腔室,所述第二刀塔组件设置在所述腔室中,且所述第二刀塔组件的一端伸出所述腔室并处于所述第一工件轴装置的一侧。
根据本发明的一些实施例,设有排屑装置,所述排屑装置位于所述第一工件轴装置和所述第二工件轴装置的下方,以承接收集加工时产生的碎屑。
根据本发明的一些实施例,所述排屑装置包括集屑槽和移动式排屑组件,所述集屑槽设置在所述第一工件轴装置和所述第二工件轴装置的下方,且所述集屑槽上端开口,所述移动式排屑组件设置在所述集屑槽内,并沿所述集屑槽的长度方向放置,以将碎屑排至所述集屑槽的一端。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出,部分将从下面的描述中变得明显,或通过本发明的实践了解到。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例,所述实施例的示例在附图中示出,其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的,仅用于解释本发明,而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中,需要理解的是,涉及到方位描述,例如上、下等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中,多个指的是两个以上。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
本发明的描述中,除非另有明确的限定,设置、安装、连接等词语应做广义理解,所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
参照图1所示,本发明一种实施例的集成式加工机床,包括床身100、第一工件轴装置200、第二工件轴装置300、导向传动装置400、第一导向驱动组件510、旋转驱动组件530和刀轴组件520;
床身100具有相对的第一端110和第二端120;
第一工件轴装置200设置在第一端110处,用于夹持工件;
第二工件轴装置300设置在第二端120处,也用于夹持工件;
其中,第一工件轴装置200与第二工件轴装置300同轴,共同轴线定义为加工中心轴;
第一工件轴装置200和第二工件轴装置300之间还设有导向传动装置400,且导向传动装置400能够使第一工件轴装置200和第二工件轴装置300之间相对移动靠近以移交所夹持的工件;
第一导向驱动组件510具有垂直于加工中心轴的导向行程和平行于加工中心轴的导向行程;
旋转驱动组件530的旋转轴与加工中心轴互相垂直,旋转驱动组件530连接在第一导向驱动组件510上;
刀轴组件520朝向加工中心轴的一端用于安装刀具,刀轴组件520设置在旋转驱动组件530上,以被驱动绕旋转驱动组件530的旋转轴转动改变刀轴组件520的刀具朝向。
第一工件轴装置200和第二工件轴装置300均可以采用传统机床的主轴结构,即第一工件轴装置200能够夹持住待加工工件,并且绕轴线转动,第二工件轴装置300同理。优选地,第一工件轴装置200和第二工件轴装置300均水平设置,便于机床控制系统控制刀轴组件520的移动,计算加工进给量。
刀轴组件520可以配置为车刀或铣刀,当刀轴组件520上的刀具配置为车刀时,第一工件轴装置200夹持工件,并绕轴转动,由刀具对工件进行车削;当刀轴组件520上的刀具配置作为铣刀时,第一工件轴装置200仅夹持工件,并保持静止,由铣刀转动,对工件表面进行铣削作业。要满足刀轴组件520能够切换车刀和铣刀,只需要满足刀轴组件520能够驱动夹持的刀具绕刀具的轴转动即可。刀轴组件520可以采用电机驱动刀具安装部来实现。采用铣刀用的刀具时,带动刀具转动;采用车刀用的刀具时,锁止刀具处于静止状态。
导向传动装置400能够使第一工件轴装置200和第二工件轴装置300相对移动以靠近,具体可以采用多种方式实现。例如,第一工件轴装置200在第一端110处保持静止,仅由第二工件轴装置300朝向第一工件轴装置200移动;或者,第二工件轴装置300在第二端120处保持静止,仅由第一工件轴装置200朝向第二工件轴装置300移动;或者,第一工件轴装置200和第二工件轴装置300均能移动,且互相靠近以移交夹持的工件。
第一工件轴装置200和第二工件轴装置300均可以对工件进行夹持,一般而言,工件先夹持在第一工件轴装置200上,由刀轴组件520带动刀具对工件进行加工,然后工件再被夹持在第二工件轴装置300,由于工件的被夹持位置发生变更,此时刀具便能够对第一次的夹持部一侧进行加工。
在需要对工件的夹持方向进行更换时,由导向传动装置400工作,使得第一工件轴装置200和第二工件轴装置300互相靠近,此时第二工件轴装置300能够直接对工件的另一端进行夹持,然后第一工件轴装置200松开工件,即完成了工件的搬运切换,进而继续下一加工工序。采用此种方法对工件夹持侧的切换,速度快且效率高,缩短了加工节拍。此外,由于第一工件轴装置200和第二工件轴装置300之间是共轴的,在工件切换夹持侧后,刀具的初始位置可由机床的控制程序计算得出,不需要重新进行刀具的初始位置调整。
旋转驱动组件530能够改变刀轴组件520的刀具朝向,具体的,在对工件的周向表面进行加工时,刀轴组件520的刀具朝向应该是垂直于加工中心轴的,然后刀轴组件520沿与加工中心轴平行的方向移动时,便能够对工件的周向表面进行加工,如工件的外侧表面。需要对工件的端面进行加工时,旋转驱动组件530将刀轴组件520的刀具朝向调整为与加工中心轴平行,此时进一步改变刀轴组件520的位置,便能够将刀具移动至工件的端面,进而对其进行加工。一般地,对工件端面进行的加工为端面的孔加工,还需要将刀轴组件520调整为铣削加工。在此情况下,刀轴组件520安装有铣刀,铣刀朝向与加工中心轴平行,即铣刀垂直于工件端面,便能够对工件端面进行铣孔。对于简单的孔加工实施方案,铣刀可以替换为钻头,因为铣刀和钻头均属于刀具自旋转的方案。
由于第一导向驱动组件510具有平行于加工中心轴的导向行程,第一导向驱动组件510能够驱动刀轴组件520移动至第一工件轴装置200处,对夹持在第一工件轴装置200上的工件进行加工。而后,工件被转移到第二工件轴装置300上,第一导向驱动组件510能够继续驱动刀轴组件520移动至第二工件轴装置300处,对夹持在第二工件轴装置300上的工件进行加工,以完成工件的全流程加工。此方式在一台机床上就能实现工件的夹持侧切换加工,并且不需要使用额外的搬运机器人对工件进行搬运切换夹持侧。
可以理解的是,导向传动装置400包括第二导向驱动组件410,第二导向驱动组件410设置在床身100上,且具有由第一端110至第二端120的导向行程,第二工件轴装置300连接在第二导向驱动组件410上。
此方式是通过第二导向驱动组件410控制第二工件轴装置300移动,来实现第二工件轴装置300朝第一工件轴装置200移动,以完成工件的搬运切换的。更进一步的,第二导向驱动组件410可以是丝杆和导轨组合进行传动,采用丝杆是因为丝杆的进给量调控更为精确,以满足高精度的加工需求。导轨的设置也存在多种方式,其主要保证导轨与加工中心轴平行即可,故导轨可以设置在床身100的竖向平面内,也可以设置在床身100的水平平面内。
进一步的,第二导向驱动组件410包括多条导轨411和传动机构412,多条导轨411均设置在床身100上,具有由第一端110至第二端120的导向行程,且至少一条导轨411设置在床身100一侧的竖向平面上,第二工件轴装置300滑动连接在导轨411上,使得第二工件轴装置300悬挂在床身100外侧,传动机构412与第二工件轴装置300连接,以驱动第二工件轴装置300沿导轨411移动。
在传统的机床上,导轨411大多全部设置在床身100的水平面上,即第二工件轴装置300连接在导轨411后,处于床身100的正上方,此时对第二工件轴装置300所夹持的工件进行加工时,碎屑均落在床身100上,清理和收集颇有不便。当至少一条导轨411设置在床身100一侧的竖向平面时,第二工件轴装置300能被悬挂置于床身100的一侧外,此时对工件加工产生的碎屑便不会落在床身100上,而是在床身100外侧。进一步的,在第二工件轴装置300下方设置对应收集装置便能对碎屑进行收集。
参照图2所示,可以理解的是,第一导向驱动组件510包括导向轨511、滑板512和立柱513,导向轨511设置在床身100上,并与加工中心轴互相平行,滑板512滑动连接在导向轨511上,以沿导向轨511移动,立柱513竖向设置,且滑动连接在滑板512上,使得立柱513能够水平靠近加工中心轴,刀轴组件520滑动连接在立柱513上,使得刀轴组件520能够竖向靠近加工中心轴。
此方案为第一导向驱动组件510的一种具体设置。滑板512能够在导向轨511上沿导向轨511的方向移动,即在加工中心轴方向上移动,使得刀轴组件520能够沿工件的轴向移动,以对工件完成轴向上的加工,包括外表面和内表面。立柱513在滑板512上能够水平靠近加工中心轴,配合刀轴组件520在立柱513上竖向靠近加工中心轴,以实现刀轴组件520垂直于加工中心轴靠近工件,例如控制刀轴组件520的进刀量或退刀。
可以理解的是,旋转驱动组件530包括回转箱体531和回转轴532,回转箱体531滑动连接在立柱513上,能在立柱513上竖向移动,回转箱体531内设有回转轴532,且回转轴532垂直于加工中心轴,刀轴组件520连接在回转轴532上,使得回转轴532能够驱动刀轴组件520绕回转轴532的轴线转动以调整刀具的朝向,立柱513上还设有刀库组件550,刀库组件550中可以放置多把不同种类的刀具,使得刀轴组件520在刀库组件550处能够更换多种刀具。
进一步的,回转轴532可由设置在回转箱体531内的驱动机构驱动其绕自身轴转动,便能实现刀轴组件520的转动。驱动机构常见的有主轴电机等。
可以理解的是,第一工件轴装置200的一侧设有第一刀塔组件540,第一刀塔组件540用于安装刀具,第一刀塔组件540具有垂直于加工中心轴的移动行程和平行于加工中心轴的移动行程。
第一刀塔组件540和刀轴组件520可以配合使用,其中第一刀塔组件540专用于安装车刀,刀轴组件520专用于安装铣刀或钻头类刀具,减少刀具切换的步骤。刀塔组件为机床上的常见组件,一般由换刀机构和安装刀具的刀架盘组成。
第一刀塔组件540主要由刀塔部分和导向部分组成,导向部分用于控制刀塔部分在空间中移动,例如使用多轴向的导向轨组件,实现例如X轴、Y轴和Z轴上的位移,而刀塔部分用于安装各类刀具。以下的第二刀塔组件600和第三刀塔组件700同样可以采用这类结构设计。
可以理解的是,第一工件轴装置200的一侧设有第二刀塔组件600,第二刀塔组件600用于安装刀具,第二刀塔组件600具有垂直于加工中心轴的移动行程和平行于加工中心轴的移动行程。
第二刀塔组件600用于安装刀具,具体的可安装车刀。第二刀塔组件600可优选用于对第一工件轴装置200所夹持的工件进行加工,此时刀轴组件520可以移动至第二工件轴装置300处。可以理解的是,在第一工件轴装置200完成第一个工件的夹持加工后,工件移交至第二工件轴装置300上,此时第一工件轴装置200可以同步接收新的工件,由第二刀塔组件600对第一工件轴装置200处的工件进行加工,同时刀轴组件520对第二工件轴装置300处的工件进行加工,充分利用时间,提高加工效率。
可以理解的是,第二工件轴装置300的一侧设有第三刀塔组件700,第三刀塔组件700用于安装刀具,第三刀塔组件700具有垂直于加工中心轴的移动行程和平行于加工中心轴的移动行程。
第三刀塔组件700可安装车刀,优选用于对第二工件轴装置300所夹持的工件进行加工,而刀轴组件520主用于铣削加工。
可以理解的是,第一端110处设有容纳箱体610,容纳箱体610内具有腔室,第二刀塔组件600设置在腔室中,且第二刀塔组件600的一端伸出腔室并处于第一工件轴装置200的一侧。第二刀塔组件600置于容纳箱体610的腔室内,即传动机构等也处于腔室内,便于在对工件加工时,产生的碎屑直接掉落在第一工件轴装置200的下方,有助于排屑。
可以理解的是,设有排屑装置800,排屑装置800位于第一工件轴装置200和第二工件轴装置300的下方,以承接收集加工时产生的碎屑。
具体的一种实施例包括,排屑装置800包括集屑槽810和移动式排屑组件820,集屑槽810设置在第一工件轴装置200和第二工件轴装置300的下方,且集屑槽810上端开口,移动式排屑组件820设置在集屑槽810内,并沿集屑槽810的长度方向放置,以将碎屑排至集屑槽810的一端。
集屑槽810可同时接收第一工件轴装置200和第二工件轴装置300所夹持的工件加工时产生的碎屑,相较于工件在多个机床加工时所需要多个配套的排屑装置,仅用一套移动式排屑组件820和集屑槽810能够减少配套设备的能耗。将工件加工产生的碎屑及时排走,能够避免碎屑堆积在床身100上,因为堆积的碎屑可能进入到各导向驱动部件中,影响各组件的传动精度。移动式排屑组件820具体可分为排屑螺杆、排屑刮板、平板链等等,均可以通过移动的方式将碎屑转移至集屑槽810的端部,便于收集处理。
具体的,参照图3和图4所示,以一种轮毂900的加工为例,轮毂900需要加工的部分包括左端面910、右端面920、外圆面930、内孔面940、内端面950、中心孔960、螺钉孔970和气门孔980。轮毂900首先安排被夹持在第一工件轴装置200上,具体的,第一工件轴装置200夹持轮毂900的左端部分(左端面910所在位置),由第二刀塔组件600对外圆面930未被夹持的部分加工,以及对内孔面940、内端面950和右端面920进行加工,当然,这部分的加工也可由第一刀塔组件540和刀轴组件520辅助组合加工。工件在第一工件轴装置200处加工完成后,由第二导向驱动组件410带动第二工件轴装置300移动至第一工件轴装置200处,将轮毂900的右端部分夹持,而后第一工件轴装置200松开,由第二工件轴装置300夹持轮毂900回到第二端120。轮毂900在第二工件轴装置300处时,由第三刀塔组件700对轮毂900的左端面910、外圆面930的剩余部分及中心孔960的剩余部分进行加工。最后,第二工件轴装置300处于停止不转动的状态,由旋转驱动组件530调整刀轴组件520的刀具朝向,使刀具平行于加工中心轴,即刀具与轮毂900的左端面910垂直,便能够对轮毂900进行螺钉孔970和气门孔980的加工。由旋转驱动组件530调整刀轴组件520的刀具朝向,使刀具与加工中心轴成一定角度,便于对轮毂900的气门孔980进行加工。在本发明的集成式加工机床上,能对轮毂900进行全流程的加工,不需要将轮毂900搬运至多种机床上分别进行加工,使得生产节拍快,相较于设置多种机床而言,本发明的机床占地面积小。
上面结合附图对本发明实施例作了详细说明,但是本发明不限于上述实施例,在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内,还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。