CN201950526U

CN201950526U - 铣床机械装置

Info

Publication number: CN201950526U
Application number: CN2010205538268U
Authority: CN
Inventors: 陈弘真; 张宏安; 黄炜生
Original assignee: XINDAI TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: Syntec Technology Suzhou Co Ltd
Priority date: 2010-09-30
Filing date: 2010-09-30
Publication date: 2011-08-31
Anticipated expiration: 2020-09-30

Abstract

本实用新型是一种铣床机械装置，包含底座，一立柱其一端配置于底座的一侧边上，立柱的纵轴配置一个第一马达，第一马达的顶端连接一头部，而头部由第一马达于Z轴进行上下移动，于头部上再配置一主轴并与另一第四马达连接，而主轴用以装配刀具，并以第四马达来驱动旋转主轴；滑轨座固定于底座上；工作平台经由一个鞍座与一滑轨座结合，且工作平台上配置用以驱动在不同方向移动的第二马达及第三马达，而工作平台由第二马达及第三马达分别于X、Y方向移动，以及立式铣床机械装置具有冲量最大值以及具有加速度最大值，且冲量最大值以及加速度最大值已输入至数值控制器中，其中：立式铣床机械装置的运动轴向在孔底处的速度与冲量刚好为零。

Description

铣床机械装置

技术领域

本实用新型是关于一种CNC铣床机械装置，特别是有关一种具有动程规划的CNC铣床机械装置，是通过数值控制器对于钻孔攻牙等循环切削中，加工时间与机台震动的改良。

背景技术

首先，请参考图1，是一现有的立式铣床机械装置示意图。立式铣床机械装置包含一个底座1，立柱3其一端配置于底座1的一侧边上，立柱3的纵轴配置一个第一马达4，此第一马达4的顶端连接一个头部2，使得头部2通过第一马达4于Z轴进行上下移动，头部2上再配置一主轴9与另一第四马达11连接，其中主轴9用以装配刀具，使得第四马达11可以驱动旋转主轴9；一个滑轨座10固定于底座1上；一个工作平台5经由一个鞍座6与滑轨座10结合，且工作平台5上配置可以驱动在不同方向移动的第二马达7及第三马达8，使得工作平台5通过第二马达7及第三马达8能于X、Y方向移动。因此，铣床机械装置可通过第一马达4、第二马达7及第三马达8于X、Y、Z三轴的起点与终点间移动。

当上述的立式铣床机械装置为一个攻牙机时，对于执行一来回往复的加工的攻牙循环时，其动作说明如下：攻牙机的头部2先到达起始点后，主轴9与头部2同步由静止开始执行进刀运动，此时头部2通过第一马达4沿Z轴向下移动，当头部2到达孔底时，主轴9亦同步停止转动；接下来主轴9与头部2同步反方向运动，以完成退刀并回到起始点，完成一次单孔加工循环。在进行加工过程中，当机台加减速过于剧烈时，机台可能产生震动，因此传统立式铣床机械装置(例如攻牙机)皆会根据机台性能进行运动冲量(Jerk)控制，以避免机台因震动产生而降低精度，并藉以延长机台的使用寿命。此外，传统立式铣床机械装置的运动方式如图2所示，在孔底处，使用非零冲量减少加速度至速度静止，如图2中的步骤7处；同时也会在速度静止后，使用非零冲量增加加速度以及速度，如图2中的步骤8处。

然而传统方式在孔底会有以下两种缺点：

1.在折返点用非零等冲量的减速或加速浪费加工时间；

2.在孔底时不为零的冲量控制，会造成机台多余的震动而减少机台使用寿命。

实用新型内容

为解决现有技术的问题及缺点，本实用新型主要目的在于提供一种新型CNC铣床机械装置。

依据上述的目的，本实用新型首先提供一种立式铣床机械装置包含一个底座，立柱其一端配置于底座的一侧边上，立柱的纵轴配置一个第一马达，此第一马达的顶端连接一个头部，使得头部由第一马达于Z轴进行上下移动，头部上再配置一主轴与另一第四马达连接，其中主轴用以装配刀具，使得第四马达可以驱动旋转主轴，其中，主轴可以直接或是以皮带传送方式被第四马达驱动；一个滑轨座固定于底座上；一个工作平台经由一个鞍座与滑轨座结合，该工作平台上配置有第二马达及第三马达，以及一控制该刀具在孔底处的速度、冲量以及位置误差刚好为零的数值控制器。且工作平台上配置可以驱动在不同方向移动的第二马达及第三马达，使得工作平台由第二马达及第三马达能于X、Y方向移动，其中立式铣床机械装置中，所有马达各具有一冲量最大值以及一加速度最大值，且冲量最大值以及加速度最大值已输入至一数值控制器中，而此立式铣床机械装置的特征在于：输入一加工程序至数值控制器中，使得立式铣床机械装置相关运动轴向(攻牙时的主轴与Z轴；钻孔时的Z轴)在进行来回往复加工时，于孔底处的速度、冲量以及位置误差刚好为零。

本实用新型接着提供一种龙门铣床机械装置，包含一底座，两平行的立柱，其一端配置于底座的一侧边上，其另一端与一横梁连接，且于两平行的立柱与横梁接合处，则各配置第一马达与第二马达；一滑轨座横向配置于两平行的立柱上，同时经由滑轨槽与第一马达与第二马达连接，使得滑轨座可直接由第一马达与第二马达的控制于横梁与底座间的Z轴进行上下移动；此外滑轨座上承载一个钻头部与一个第三马达，可由第三马达驱动钻头部进行X轴左右移动，同时，钻头部上亦配置一主轴与一第五马达，主轴用以装配刀具，第五马达则用以驱动旋转主轴，其中，主轴可以直接或是以皮带传送方式被第五马达驱动；一工作平台配置于底座之上，并透过第四马达驱动，使得工作平台可于Y方向前后移动，其中龙门铣床机械装置中，所有马达各具有一冲量最大值以及一加速度最大值，且冲量最大值以及加速度最大值已输入至一数值控制器中，而此龙门铣床机械装置的特征在于：输入一加工程序至数值控制器中，使得龙门铣床机械装置相关运动轴向(攻牙时的主轴与Z轴；钻孔时的Z轴)在进行来回往复加工时，于孔底处的速度、冲量以及位置误差刚好为零。

本实用新型接着再提供一种卧式铣床机械装置，包含一底座，一立柱其一端配置于底座的一侧边上，立柱的另一端上配置一第一马达；一钻头部配置于立柱之上并经由立柱中的滑轨槽与第一马达连接，使得钻头部可直接由第一马达驱动于立柱两端的Z轴间进行上下移动；此外，钻头部上配置一主轴与一第四马达，此第四马达是用以驱动旋转主轴，其中主轴的面向Y轴的一侧边上装配一刀具，且主轴可以直接或是以皮带传送方式被第五马达驱动；一滑轨座固定于底座上；一工作平台经由一鞍座与滑轨座结合，且工作平台上配置不同方向的第二马达及第三马达，使得工作平台由第二马达及第三马达于X与Y方向移动，其中卧式铣床机械装置中，所有马达各具有一冲量最大值以及一加速度最大值，且冲量最大值以及加速度最大值已输入至一数值控制器中，而此卧式铣床机械装置的特征在于：输入一加工程序至数值控制器中，使得卧式铣床机械装置相关运动轴向(攻牙时的主轴与Y轴；钻孔时的Y轴)在进行来回往复加工时，于孔底处的速度、冲量以及位置误差刚好为零。

本实用新型的有益效果：本实用新型提供的新型CNC铣床机械装置，对于执行一来回往复的加工，例如钻孔攻牙切削循环时，于孔底处相关运动轴向(攻牙时的主轴与Z轴；钻孔时的Z轴)皆以零冲量的减速方式减速至零，然后再维持零冲量的加速运动退回起始点，使得经过孔底的冲量恒为零，因此可以降低机台多余的震动，使得加工精度得以提升，并可以有效缩短所需的加工时间。

此外，为改善伺服落后造成相关运动轴向(攻牙时的主轴与Z轴；钻孔时的Z轴)于孔底处，无法正确到达使用者想要目标位置所衍生的位置误差，本实用新型另一目的是通过伺服落后量的预估，重新修正命令，使得最终相关运动轴向的马达实际位置都能精准到位。

附图说明

图1是立式铣床机构示意图；

图2是传统速度规划示意图；

图3是本实用新型的速度规划示意图；

图4是本实用新型的加速度规划示意图；

图5是本实用新型的冲量规划示意图；

图6是本实用新型的另一速度规划示意图；

图7是本实用新型的孔底位置误差改善示意图；

图8是龙门铣床机构示意图；

图9是卧式铣床机构示意图；

主要元件符号说明

Vmax 预设的速度绝对值的最大值；

Amax 预设的加速度绝对值的最大值；

Jmax 预设的冲量绝对值的最大值。

S 起始点

X 孔底(转折点)

1 底座

3/53/54/73 立柱

4/55/56/74 马达

5/12/75 工作平台

2/58/72 钻头部

6/76 鞍座

7/61/77 马达

8/60/78 马达

11/62/81 马达

9/59/79 主轴

10/57/80 滑轨座

具体实施方式

本实用新型提供一种CNC铣床机械装置，特别是对于执行一来回往复加工的CNC机械装置，例如钻孔攻牙切削循环的CNC机械装置。固为于本实用新型中所提及的动程规划及CNC机械装置的图式，亦并未依据实际的相关尺寸完整绘制，其作用仅在表达与本实用新型特征有关的示意图。特别要说明，在下述说明中的各种说明为本发明的实施例，并非用以限制本发明。

由于铣床机械装置每次所要执行加工的路程并不相同，因此配置于铣床机械装置上的数值控制器必须针对不同行程长短的路径以最快的速度完成所要执行加工的路程。

为了方便说明在此我们使用下列几个符号：

Vmax代表预设的速度绝对值的最大值；

Amax代表预设的加速度绝对值的最大值；

Jmax代表预设的冲量绝对值的最大值。

由于攻牙时，主轴马达位置命令与进给轴马达位置命令间，会因为牙距、机械齿轮比等等因素，存在一固定比值关系，因此两轴速度、加速度与冲量命令也同样存在此例关系，故在以下描述中，上述Vamx/Amax/Jmax将同时隐含两轴攻牙过程中，所对应的物理量；钻孔时则仅为Z轴表示。

使用数值控制器来控制铣床机械装置运动时，铣床机械装置的冲量最大值已知；而驱动铣床机械装置运动的马达所能提供的加速度最大值也是已知。当铣床机械装置为一攻牙机时，可以将所要加工的程序(例如要攻5毫米深度的孔)输入至数值控制器，然后再将已知铣床机械装置的冲量最大值设定为预设的冲量绝对值的最大值Jmax，以及已知的马达加速度最大值设定为预设的加速度绝对值的最大值Amax也一并输入至数值控制器中，以产生一相应的速度与时间的动程规划。很明显地，铣床机械装置的冲量最大值以及马达所能提供的加速度最大值均是已知并且固定的，因此，数值控制器所产生的动程规划会依据所要加工的行程而有不同的速度与时间的动程规划。

首先，说明本实用新型的较佳实施例。当铣床机械装置的加工行程足够使速度绝对值达到预设的最大值时，数值控制器执行控制所对应的速度-时间图、加速度-时间图以及冲量-时间图分别示于图3、图4以及图5；以下为铣床机械装置的加工行程控制步骤：

1.铣床机械装置的Z轴移动至起始点准备开始动作；

2.如图4中步骤A，铣床机械装置的主轴与Z轴同时由静止开始运动，各以使用者设定的最大正向冲量值(Jmax)，朝孔底作等冲量正向加速度运动，直到加速度达使用者设定的最大正向加速度值(Amax)；

3.如图4中步骤B，铣床机械装置的主轴与Z轴同时各以使用者设定的最大正向加速度(Amax)值作等加速度运动；

4.如图4中步骤C，当铣床机械装置的主轴与Z轴速度各自快达到使用者设定的加工正向速度(Vmax)时，各以使用者设定的最大负向冲量(-Jmax)作等冲量正向加速度运动(即朝转折点进行减加速度运动)，直到速度达使用者设定的加工正向速度；

5.如图4中步骤D，当铣床机械装置的主轴与Z轴速度各达使用者设定的加工正向速度(Vmax)后，开始进行等速度运动；

6.如图4中步骤E，当需要开始减速时，铣床机械装置的主轴与Z轴同时各以使用者设定最大负向冲量值(-Jmax)，作等冲量负向加速度运动，直到加速度达使用者设定的最大负向加速度值(-Amax)；

7.如图4中步骤F，铣床机械装置的主轴与Z轴同时各以使用者设定的最大负向加速度值(-Amax)作等加速度运动，并维持此最大负向加速度减速，使得通过孔底时，速度刚好为零；

8.如图4中步骤G，通过孔底后，铣床机械装置的主轴与Z轴同时反向朝起始点，并依然保持使用者设定的最大负向加速度值(-Amax)作等加速度运动；

9.如图4中步骤H，当铣床机械装置的主轴与Z轴速度快达到使用者设定的加工负向速度时，各以使用者设定的最大正向冲量(Jmax)作等冲量负向加速度运动，直到速度达使用者设定的加工负向速度值(-Vmax)；

10.如图4中步骤I，当铣床机械装置的主轴与Z轴速度各达使用者设定的加工负向速度(-Vmax)后，开始进行等速度运动；

11.如图4中步骤J，当需要开始减速时，铣床机械装置的主轴与Z轴同时各以使用者设定最大正向冲量值(Jmax)，作等冲量正向加速度运动，直到加速度达使用者设定的最大正向加速度值(Vmax)；

12.如图4中步骤K，铣床机械装置的主轴与Z轴同时各以使用者设定的最大正向加速度值(Amax)作等加速度运动；

13.最后，如图4中步骤L，将至起始点时，主轴与Z轴同时各以使用者设定最大负向冲量值(Jmax)作等冲量正向加速度运动，使得到达起始点时，速度、加速度均为零，流程结束。

很明显地，当本实用新型铣床机械装置进行攻牙切削循环时，于孔底处主轴与Z轴速度与冲量刚好为零，因此可以降低机台多余的震动，使得加工精确度提高；在此同时，主轴与Z轴经过孔底时，加速度值不会以等冲量下降至零后(即经过孔底时，其加速度值不会为零)，再以等冲量重新提升加速度，而是直接以所设定的最大值通过，故可以省去不必要的时间浪费。

本实用新型的另一较佳实施例，就是当遇到连续性的钻孔攻牙循环时，不管是如图6步骤F/G所示的孔底处，或是如图6步骤K/L所示的第二孔起始点处，其相关运动轴向(攻牙时的主轴与Z轴；钻孔时的Z轴)均先以零冲量的减速方式减速至零，然后再维持零冲量的加速方式，加速至使用者目标速度，使得经过起始点或孔底的冲量恒为零，因此可以降低机台多余的震动，使得加工精度得以提升，并可以有效缩短所需的加工时间。

由于执行攻牙或钻孔循环时，各孔的起点、终点、最大加加速度以及最大加速度等均是一致的，因此所产生如图5或图6所示的动程规划结果也是固定的，故马达伺服落后对于各孔在孔底处，所产生的位置误差亦是相同的。此外，由于马达运动特性可近似于一个一阶系统，因此可以透过仿真方式取得单孔位置误差量，将其累加后修正于原始命令中后，再重新进行动程规划，并再次进行模拟，如此往覆数次后，必然可以达成各孔于孔底处位置误差改良的目的。

图7为本实用新型的另一较佳实施例说明，使用者必须先在数值控制器中，设定仿真次数上限值参数，以及位置误差容忍值参数。接着本实用新型的铣床机械装置将根据使用者目标深度L进行单孔动程规划，以及进行马达伺服落后的仿真，取得位置误差Le1后，将其累加于原始命令中，此时目标深度变更为L+Le1，之后再次进行动程规划以及马达伺服落后仿真，如此反复执行直到模拟次数大于设定值，或是位置误差小于设定值时，即停止模拟。最后，以最终所得目标深度作为接下来各孔切削循环的动程规划依据，并实际将规划结果的命令发送至马达开始进行切削动作使得最终相关运动轴向的马达实际位置都能精准到位，即攻牙时的主轴与Z轴或钻孔时的Z轴在到达孔底位置的误差刚好为零。

经由实际的测试比较，以本实用新型铣床机械装置与背景技术的机台进行测试后；若对0.2秒加速至6000转、主轴转速6000转、R点距离2mm、进给深度9mm、M3的牙作测试，其结果显示，现有技术的机台在单孔攻牙时间需要0.8503秒，孔底深度误差为27um，而用本实用新型铣床机械装置需0.7982秒，孔底深度误差为0um；若对0.2秒加速至6000转、主轴转速6000转、R点距离2mm、进给深度18mm、M6的牙作测试，其结果显示，现有技术的机台在单孔攻牙时间需要0.8100秒，孔底深度误差为53um，而用本实用新型铣床机械装置需0.7569秒，孔底深度误差为1um；本新型铣床机械装置比现有技术节省了超过百分之六的时间，以及零误差的孔底精度。

接下来，将详细说明本实用新型的各种铣床机械装置的实施方式。首先，以图1的立式铣床机械装置来说明本实用新型的第一实施例。如图1中所示，立式铣床机械装置包含一个底座1，立柱3其一端配置于底座1的一侧边上，立柱3的纵轴配置一个第一马达4，此第一马达4的顶端连接一个头部2，使得头部2通过第一马达4于Z轴进行上下移动，头部2上再配置一主轴9与另一第四马达11连接，其中主轴9用以装配刀具，使得第四马达11可以驱动旋转主轴9；一个滑轨座10固定于底座1上；一个工作平台5经由一个鞍座6与滑轨座10结合，且工作平台5上配置可以驱动在不同方向移动的第二马达7及第三马达8，使得工作平台5通过第二马达7及第三马达8能于X、Y方向移动。故可通过本实施例的立式铣床机械装置上的第一马达4、第二马达7及第三马达8执行X、Y及Z 三轴的起点与终点间作往复运动。

接着在数值控制器中，将立式铣床机械装置已知的冲量最大值设定为预设的冲量绝对值的最大值Jmax，以及已知的加速度最大值设定为预设的加速度绝对值的最大值Amax，以产生一相应的速度与时间的动程规划。再接着，操作者将所要的加工程序输入至数值控制器中，假设立式铣床机械装置的加工行程足够使速度绝对值达到预设的最大值。此时，本实施例的立式铣床机械装置依据图3至图5的控制结果，可以使得立式铣床机械装置的相关运动轴向(攻牙时的主轴与Z轴；钻孔时的Z轴)主轴与在进行来回往复加工时，于孔底处速度与冲量刚好为零，因此可以降低立式铣床机械装置多余的震动，使得加工精确度提高；在此同时，经过孔底时，加速度值不会以等冲量下降至零后(即经过孔底时，其加速度值不会为零)，再以等冲量重新提升加速度，而是直接以所设定的最大值通过，故可以省去不必要的时间浪费。

接着，请参考图8，是本实用新型的铣床机械装置的另一实施例的示意图。如图8所示，一种龙门铣床机械装置，包含一底座1，两平行的立柱53/54，其一端配置于底座1的一侧边上，其另一端与一横梁连接，且于两平行的立柱53/54与横梁接合处，则各配置第一马达55与第二马达56；一滑轨座57横向配置于两平行的立柱53/54上，同时经由滑轨槽57A与第一马达55与第二马达56连接，使得滑轨座57可直接由第一马达55与第二马达56的控制于横梁与底座1间的Z轴进行上下移动；此外滑轨座57上承载一个钻头部58与一个第三马达60，可由第三马达60驱动钻头部58进行X轴左右移动，同时，钻头部58上亦配置一主轴59与一第五马达62，主轴59用以装配刀具，第五马达62则用以驱动旋转主轴59；一工作平台12配置于底座1之上，并透过第四马达61驱动，使得工作平台12可于Y方向前后移动。因此，本实施例的龙门铣床机械装置，可通过第一马达55与第二马达56、第三马达60及第四马达61来执行X、Y及Z三轴的起点与终点间作往复运动。

接着于数值控制器中，将龙门铣床机械装置已知的冲量最大值设定为预设的冲量绝对值的最大值Jmax，以及已知的加速度最大值设定为预设的加速度绝对值的最大值Amax，以产生一相应的速度与时间的动程规划。再接着，操作者再将所要的加工程序输入至数值控制器中，假设龙门铣床机械装置的加工行程足够使速度绝对值达到预设的最大值。此时，本实施例的龙门铣床机械装置依据图3至图5的控制结果，可以使得龙门铣床机械装置的相关运动轴向(攻牙时的主轴与Z轴；钻孔时的Z轴)在进行来回往复加工时，于孔底处速度与冲量刚好为零，因此可以降低龙门铣床机械装置多余的震动，使得加工精确度提高；在此同时，经过孔底时，加速度值不会以等冲量下降至零后(即经过孔底时，其加速度值不会为零)，再以等冲量重新提升加速度，而是直接以所设定的最大值通过，故可以省去不必要的时间浪费。

再接着，请参考图9，是本实用新型的CNC铣床机械装置的再一实施例的示意图。如图9所示，一种卧式铣床机械装置，包含一底座1，一立柱73其一端配置于底座1的一侧边上，立柱73的另一端上配置一第一马达74；一钻头部72配置于立柱73之上并经由立柱73中的滑轨槽73A与第一马达74连接，使得钻头部72可直接由第一马达74驱动于立柱73两端的Z轴间进行上下移动；此外，钻头部72上配置一主轴79与一第四马达81，此第四马达81是用以驱动旋转主轴79，其中主轴79的面向Y轴的一侧边上装配一刀具；一滑轨座80固定于底座1上；一工作平台75经由一鞍座76与滑轨座80结合，且工作平台75上配置不同方向的第二马达77及第三马达78，使得工作平台75通过第二马达77及第三马达78沿于X与Y方向移动。因此，本实施例的卧式铣床机械装置，可通过第一马达74、第二马达77及第三马达78于X、Y与Z三轴的原与终点间作往复运动。

接着于数值控制器中，将卧式铣床机械装置已知的冲量最大值设定为预设的冲量绝对值的最大值Jmax，以及已知的加速度最大值设定为预设的加速度绝对值的最大值Amax，以产生一相应的速度与时间的动程规划。再接着，操作者再将所要的加工程序输入至数值控制器中，假设卧式铣床机械装置的加工行程足够使速度绝对值达到预设的最大值。此时，本实施例的卧式铣床机械装置依据图3至图5的控制结果，可以使得卧式铣床机械装置的相关运动轴向(攻牙时的主轴与Y轴；钻孔时的Y轴)在进行来回往复加工时，于孔底处速度与冲量刚好为零，因此可以降低卧式铣床机械装置多余的震动，使得加工精确度提高；在此同时，经过孔底时，加速度值不会以等冲量下降至零后(即经过孔底时，其加速度值不会为零)，再以等冲量重新提升加速度，而是直接以所设定的最大值通过，故可以省去不必要的时间浪费。

以上针对本实用新型较佳实施例的说明是为阐明的目的，而无意限定本实用新型的精确应用形式，由以上的教导或由本实用新型的实施例学习而作某种程度修改是可能的。因此，本实用新型的技术思想将由以下的申请专利范围及其均等来决定。

Claims

1.一种立式铣床机械装置，其特征在于，该装置包含一底座，一立柱其一端配置于该底座的一侧边上，该立柱的纵轴配置一个第一马达，该第一马达的顶端连接一头部，于该头部上再配置一主轴并与另一第四马达连接，而该主轴用以装配刀具；一滑轨座固定于该底座上；一个工作平台经由一个鞍座与一滑轨座结合，该工作平台上配置有第二马达及第三马达，以及一控制该刀具在孔底处的速度、冲量以及位置误差刚好为零的数值控制器。

2.如权利要求1所述的立式铣床机械装置，其特征在于，该主轴是以直接或是以皮带传送方式被第四马达驱动。