CN1846913A - 数控雕铣床 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种数控雕铣床，该数控雕铣床的主轴既具有高效率的铣削加工功能，也具有高精度的雕刻功能。为实现此功能，该数控雕铣床选用3～10KW、恒功率与恒扭矩相结合的主轴电机，选用0.75～2KW的中惯量伺服电机。且为保证机床的刚度，机床非移动部分采用米汉那铸铁整体铸造而成，并采用高低筋配合的网状结构，以使其在满足刚度要求的情况下，尽可能地减少其重量。

Description

数控雕铣床
技术领域
本发明涉及一种数控机床，尤其是涉及一种数控雕铣床。
背景技术
模具是工业生产的基础工艺装备，随着社会不断向前发展，现今的模具及成型制造中不仅追求模具制造的高精度，而且出于视觉美学及流派等方面的考虑，形面设计日趋复杂，即自由形面所占的比例不断增加，故而这对模具生产制作提出了更高的要求，结果显示未来的模具及成型制作技术的发展趋势，必然主要体现在高速加工技术，尤其是将制作过程中雕刻和铣削一体化，从而提高模具生产制造的高精度、高统一，减少复杂繁的工艺，减轻劳动强度，提高工作效率。
传统的数控雕铣机均采用双主轴结构，即铣削和雕刻采用不同的主轴，如CN2424866Y中所公开的雕铣床。这种传统的雕铣床在铣削和雕刻时采用不同的主轴进行，这样每次更换加工方式，即在铣削和雕刻之中切换时，都需要对主轴(铣削主轴和雕刻主轴)进行重新定位，而使加工精度难以提高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种同时具备数控铣削和电脑雕刻的全部功能的高速数近代雕铣床，该数控雕铣床将铣削和雕刻在同一主轴上进行。
本发明的解决方案如下：
整个机床由硬件系统和软件系统构成。
硬件系统分为电气部分与机械部分，其中电气部分包括电气控制系统、电脑控制卡、主轴电机、伺服电机等，这些部分可采用已经发展相对成熟的标准化系统。机械部分分为移动部分和非移动部分，其中移动部分包括工作台、主轴滑板、十字花台等，非移动部分包括床座、立柱、横梁等。
软件系统包括控制机床硬件的数字控制系统和控制加工工件的CAM软件系统，这是数控机床的核心。
由于数控雕铣机的非移动部分的刚度要求高，移动部分又要求在满足一定刚度的条件下尽可能地轻巧灵活，以保证即能进行中切削量的高效率粗加工，又能进行加工精度较高的精雕细刻，因此机床的非移动部分应采用铸铁整体铸造而成，并且为了在保证刚度的条件下，使其轻量化，可采用高低筋配合的网状箱结构或蜂巢相接的内六角网状结构。立柱和横梁采用龙门式结构，使其具有最佳的对称性和刚度。机身的材料应尽可能地选择价格低廉、弹模量高、内阻尼大的材料，如米汉那铸铁。而对于移动部分的关键件，如主轴、刀具架、导轨、丝杠等，必须采用高性能的合金材料，并辅以适当的热处理工艺以保证其静动刚度。
为了便于未来新技术应用的可能性，考虑到机器的升级换代，数控雕铣床的软件系统采用模块化设计，分为：主轴定位系统、坐标定位系统、进给控制系统和检测控制系统。各模块做到结构、功能的独立化，接口的标准通用化。在机床上建立三维坐标系，X轴平行于工作台，沿工作台平移方向，Y轴设置于横梁上，Z轴沿主轴的方向，如附图1、2所示。
对于机床而言，要保证其良好的加工质量，主轴电机的选择也是非常重要的，要充分考虑其工作转速和额定功率。因为本发明将铣削和雕刻设置在同一主轴上进行，这就需要综合考虑两者的特点进行最佳的匹配。传统的数控铣床的主轴与电机采用分体式，电机的最高转速一般在6000RPM，恒功率，功率在7.5KW上；传统的电脑雕刻机的主轴与电机采用一体式，电机的最高转速可达10000～24000RPM，恒扭矩，功率在3KW以下。因此，本发明数控雕铣机为了既能实现铣削的功能，又能实现雕刻的功能，将主轴与电机采用一体式，采用转速为1500～18000RPM、恒功率与恒扭矩相结合、功率为3～10KW的电机。
为了适应高速和负荷切削的双重要求，X、Y、Z三轴都采用中惯量伺服电机驱动，功率为0.75～2KW，且都采用高精度弹性联轴节连接高精度双螺母的滚珠丝杠副，并采用丝杠双头预紧设计，以确保机床在长期连续调整加工状态下的低磨损和精度保持性。
综上所述，在加工工件时，通过坐标定位系统对欲加工工件表面图形进行定位，然后通过主轴定位系统和进给控制系统的联合控制，对X、Y、Z轴驱动电机进行控制，以完成刀具在工件表面的定位，通过检测控制系统对主轴电机的控制完成工作表面的加工。当需要对工件的加工方式进行切换时，只需要更换刀具即可，即将铣刀换成雕刀。
附图说明
图1为本发明的整体结构正视图；
图2为本发明的整体结构侧视图。
具体实施方式
下面结合图1、2和实施例对本发明作进一步的说明。
高速数控雕铣床的床座1，立柱2和横梁3采用米汉那铸铁整体铸造而成，并采用高低筋配合的网状结构，以保证其既有足够的刚度，又能适当地减轻其重量。
高速数控雕铣床具有一个雕铣主轴4，该雕铣主轴4即可安装铣刀，也可安装雕刀，在其可对工件进行高效率的铣削加工时使用铣刀，在其对工件进行高精度的雕刻加工时使用雕刀。当需要进行加工工艺的切换时，只需更换刀具即可。
雕铣主轴4位于主轴滑板5上，工作台6位于床座1上，主轴电机7位于主轴滑板5一侧，X轴驱动电机8位于工作台6的下方，Y轴驱动电机9位于横梁3的一端，Z端驱动电机10位于主轴滑板5的上端。其中，刀具由主轴电机7驱动，工作台6沿床座1的X轴向移动由X轴驱动电机8驱动，主轴滑板5在横梁3上的Y轴向移动由Y轴驱动电机9驱动，主轴滑板5在横梁3上的Z轴向移动由Z轴驱动电机10驱动。
高速数控雕铣床的软件系统采用模块化设计，分为主轴定位系统、坐标定位系统、进给控制系统和检测控制系统，在加工工件时，通过坐标定位系统对欲加工工件表面图形进行定位，然后通过主轴定位系统对X轴驱动电机8和Y轴驱动电机9的控制，实现刀具在加工工件表面的位置定位，通过进给控制系统对Z轴驱动电机10的控制，实现刀具切削或雕刻深度的定位，通过检测控制系统对主轴电机7的控制完成工作表面的加工，从而完成对工件的铣削或雕刻加工。
其中，本发明将主轴与电机采用一体式，并采用转速为1500～18000RPM、恒功率与恒扭矩相结合、功率为3～10KW的电机。
为了适应高速和负荷切削的双重要求，X、Y、Z三轴都采用中惯量伺服电机驱动，功率为0.75～2KW，且都采用高精度弹性联轴节连接高精度双螺母的滚珠丝杠副，并采用丝杠双头预紧设计，以确保机床在长期连续调整加工状态下的低磨损和精度保持性。

Claims (5)

1.一种数控雕铣床，包括硬件系统和软件系统，硬件系统包括机械部分和电气部分，其中所述电气部分采用发展相对成熟的系统构成，其特征为：
所述机械部分包括移动部分和非移动部分，其中所述非移动部分包括床座(1)、立柱(2)、横梁(3)，移动部分包括主轴滑板(5)、工作台(6)，且所述数控雕铣床上具有位于主轴滑板(5)一侧、用以驱动刀具的主轴电机(7)，位于工作台(6)下方、用以驱动工作台(6)平移的X轴驱动电机(8)，用以驱动主轴滑板(5)在横梁(3)上移动的位于横梁(3)一端的Y轴驱动电机(9)和位于主轴滑板(5)上端的Z轴驱动电机(10)；
其中所述软件系统采用模块化设计，分为主轴定位系统、坐标定位系统、进给控制系统和检测控制系统，在加工工件时，通过坐标定位系统对欲加工工件表面图形进行定位，然后通过主轴定位系统对X轴驱动电机(8)和Y轴驱动电机(9)的控制，实现刀具在加工工件表面的位置定位，通过进给控制系统对Z轴驱动电机(10)的控制，实现刀具切削或雕刻深度的定位，通过检测控制系统对主轴电机(7)的控制完成工作表面的加工，从而完成对工件的加工；
所述数控雕铣床具有一个雕铣主轴(4)，且所述雕铣主轴(4)即可安装铣刀，也可安装雕刀，在其可对工件进行高效率的铣削加工时使用铣刀，在其对工件进行高精度的雕刻加工时使用雕刀。
2.如权利要求1所述的一种数控雕铣床，其特征为：所述非移动部分由米汉那铸铁整体铸造而成，并采用高低筋配合的网状结构。
3.如权利要求1所述的一种数控雕铣床，其特征为：所述主轴电机(7)采用恒功率与恒扭矩相结合的模式，转速为1500～18000RPM，功率为3～10KW的。
4.如权利要求1所述的一种数控雕铣机，其特征为：所述的X轴驱动电机(8)、Y轴驱动电机(9)、Z轴驱动电机(10)为中惯量伺服电机，功率为0.75～2KW。
5.如权利要求4所述的一种数控雕铣机，其特征为：所述的X轴驱动电机(8)、Y轴驱动电机(9)、Z轴驱动电机(10)均采用高精度弹性联轴节连接高精度双螺母的滚珠丝杠副，并采用丝杠双头预紧设计。
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