CN203600370U - 木制楼梯扶手弯头数控专用加工机床 - Google Patents

Abstract

一种木制楼梯扶手弯头数控专用加工机床，由机架总成、横向进给机构(5)、水平移动工作台(6)、夹具总成、纵向进给机构(10)、纵向移动工作台(11)、垂直进给机构(12)、垂直移动工作台(13)、主运动系统(14)、电控系统(15)组成，其特征是：中间梁(2)位于L型机架(1)的左上边上部，上横梁(3)位于中间梁(2)的上部，圈梁(4)位于L型机架(1)的右边上部，横向进给机构(5)位于圈梁(4)的内部中间位置，其上部联接有水平移动工作台(6)，夹具总成可分别位于水平移动工作台(6)的上部横向中间位置并通过其上面的定位销(22)进行定位，其包含弯头反面转动夹具(7)、弯头侧面摆动夹具(8)和弯头正面转动夹具(9)，纵向进给机构(10)位于上横梁(3)的左侧面板中部，其上部联接有纵向移动工作台(11)，垂直进给机构(12)位于纵向移动工作台(11)的中部，其上部联接有垂直移动工作台(13)，主运动系统(14)则位于垂直移动工作台(13)的台面上，电控系统(15)位于中间梁(2)的内部，其控制面板(41)位于中间梁(2)的左侧倾斜面板上，水平直线轴承副(21)的中心线与纵向直线轴承副(28)的中心线在空间上垂直。

Description

木制楼梯扶手弯头数控专用加工机床

所属技术领域

本实用新型涉及一种弯头加工装置，确切的说是一种通过软件编制加工程序实现木制楼梯扶手弯头自动成型铣削的数控专用加工机床。 

背景技术

目前，我国的木制楼梯扶手弯头加工技术主要以传统的手工加工方法和仿形机床加工方法为主，较少采用数控加工。手工加工方法是指专业木工人员利用典型的手工木工工具，如画线笔、绕锯、圆底刨等加工出各种形式的楼梯扶手弯头，其产品质量不容易控制，生产率低，且工人劳动强度大，对工作人员的技术水平有很高的要求。仿形机床加工方法通过预先制作所需楼梯扶手弯头模板进行仿形靠模加工，虽在一定程度上提高了生产效率，但每生产一种楼梯扶手弯头都需预先制作相应的模具，增加了生产成本，延长了生产周期，且对于空间楼梯扶手弯头的仿形加工则很难实现。国外多采用多轴联动数控机床或加工中心进行批量生产这种空间形式的木制楼梯扶手弯头，但其设备价格十分昂贵，国内的楼梯楼梯企业很难承受。 

发明内容

本实用新型的目的在于克服上述技术中存在的不足，提供一种木制楼梯扶手弯头数控专用加工机床。它突破了国内以往木制楼梯扶手弯头采用手工加工和仿形机床加工的制作方法，克服了传统木制楼梯扶手弯头生产成本高、生产效率低、产品质量不容易控制等缺点。该专用加工机床通过软件编制加工程序实现木制楼梯扶手弯头的数控加工，当加工对象发生改变时，只需要更改相应的数控加工程序即可。与国外用于加工木制楼梯扶手弯头的多轴联动数控机床或加工中心相比，该专用数控加工机床结构简单，其价格还不到国外同类设备的1/5，能够被大多数的国内楼梯企业所接受。 

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种木制楼梯扶手弯头数控专用加工机床，由机架总成、横向进给机构(5)、水平移动工作台(6)、夹具总成、纵向进给机构(10)、纵向移动工作台(11)、垂直进给机构(12)、垂直移动工作台(13)、主运动系统(14)、电控系统(15)组成，中间梁(2)位于L型机架(1)的左上边上部，上横梁(3)位于中间梁(2)的上部，圈梁(4)位于L型机架(1)的右边上部，横向进给机构(5)位于圈梁(4)的内部中间位置，其上部联接有水平移动工作台(6)，夹具总成可分别位于水平移动工作台(6)的上部横向中间位置并通过其上面的定位销(22)进行定位，其包含弯头反面转动夹具(7)、弯头侧面摆动夹具(8)和弯头正面转动夹具(9)，纵向进给机构(10)位于上横梁(3)的左侧面板中部，其上部联接有纵向移动工作台(11)，垂直进给机构(12)位于纵向移动工作台(11)的中部，其上部联接有垂直移动工作台(13)，主运动系统(14)则位于垂直移动工作台(13)的台面上，电控系统(15)位于中间梁(2)的内部，其控制面板(41)位于中间梁(2)的左侧倾斜面板上，水平直线轴承副(21)的中心线与纵向直线轴承副(28)的中心线在空间上垂直。

优选的，弯头反面转动夹具(7)和弯头正面转动夹具(9)的夹具体均采用垂直方式布置。

优选的，弯头侧面摆动夹具(8)的夹具体采用水平方式布置。

优选的，中间梁(2)的左侧倾斜面板中部偏上位置设置控制面板(41)，中间梁(2)左侧倾斜面板的倾斜角度范围为65°～75°。

优选的，水平直线轴承副(21)的中心线与纵向直线轴承副(28)的中心线在空间上垂直。 

此设备以典型的空间楼梯扶手弯头为主要加工对象，该弯头的端面截面图形是相同的，它的空间曲线形状按轨迹中心线可分为三部分，即两端直线和中间空间圆弧曲线。该弯头的整个加工过程分三个工序，每个工序完成后采用换刀换夹具的方式进行下一个工序，在机床的X、Y、Z三轴联动和三套数控夹具的定时匀速转动作用下，实现工件的成型铣削。 

由于采用上述技术方案，实现了原本在五轴联动数控机床或加工中心上加工的楼梯扶手弯头在本设备上就可以实现，减少了机床的运动维数，简化了机床的结构，降低了整个设备的成本。当进行规模生产时，每步工序完成一定批量工件的加工后再转入下一步工序，则可使该设备具有较高的生产效率。该设备设计结构简单合理，加工过程控制准确，能满足一定规格的木制楼梯扶手弯头的生产。 

附图说明

图1是第一步加工工序时机床的正面总图 

图2是第一步加工工序时机床的侧面总图 

图3是侧面摆动夹具正面总图 

图4是正面转动夹具正面总图 

图中：1.L型机架2.中间梁3.上横梁4.圈梁5.横向(X向)进给机构6.水平移动工作台7.弯头反面转动夹具8.弯头侧面摆动夹具9.弯头正面转动夹具10.纵向(Y向)进给机构11.纵向移动工作台12.垂直(Z向)进给机构13.垂直移动工作台14.主运动系统15.电控系 统16.横向驱动电机17.横向齿轮副18.横向滚动丝杠副19.水平联接法兰20.水平工作台面21.水平直线轴承副22.定位销23.纵向驱动电机24.纵向齿轮副25.纵向滚动丝杠副26.纵向联接法兰27.纵向工作台面28.纵向直线轴承副29.垂直驱动电机30.蜗轮蜗杆减速器31.垂直滚动丝杠副32.垂直联接法兰33.垂直工作台面34.垂直直线轴承副35.高速电主轴36.弹簧夹头37.弯头反面成型刀具38.弯头侧面成型刀具39.弯头正面成型刀具40.数控装置41.控制面板42.联接螺栓43.反面夹具动力传动机构44.反面夹具体45.侧面夹具动力传动机构46.侧面夹具体47.正面夹具动力传动机构48.正面夹具体 

具体实施方式：

下面结合附图对本实用新型的实施例作进一步详细描述： 

机床由十大部分组成，分别是机架总成(包括L型机架1、中间梁2、上横梁3、圈梁4)、横向(X向)进给机构5、水平移动工作台6、夹具总成(包括弯头反面转动夹具7、弯头侧面摆动夹具8、弯头正面转动夹具9)、纵向(Y向)进给机构10、纵向移动工作台11、垂直(Z向)进给机构12、垂直移动工作台13、主运动系统14、电控系统15。 

下面对各部分装置总成和功能分别介绍如下： 

机架总成由L型机架1、中间梁2、上横梁3、圈梁4组成。主要起支承作用。 

横向(X向)进给机构5主要由横向驱动电机16、横向齿轮副17、横向滚动丝杠副18组成。作用是实现水平移动工作台6的横向 进给运动。 

水平移动工作台6主要由水平联接法兰19、水平工作台面20、水平直线轴承副21、定位销22组成。作用是支承夹具总成，并通过定位销22分别使三套夹具准确定位。 

夹具总成由弯头反面转动夹具7、弯头侧面摆动夹具8、弯头正面转动夹具9组成。三套夹具均采用手动对中夹紧方式，由步进电机驱动分别实现工件的定时匀速转动功能。 

纵向(Y向)进给机构10主要由纵向驱动电机23、纵向齿轮副24、纵向滚动丝杠副25组成。作用是实现纵向移动工作台11的纵向进给运动。 

纵向移动工作台11主要由纵向联接法兰26、纵向工作台面27、纵向直线轴承副28组成。作用是支撑垂直进给机构12。 

垂直(Z向)进给机构12主要由垂直驱动电机29、蜗轮蜗杆减速器30、垂直滚动丝杠副31组成。作用是实现垂直移动工作台13的垂直进给运动，并使其进给运动具有自琐性。 

垂直移动工作台13主要由垂直联接法兰32、垂直工作台面33、垂直直线轴承副34组成。作用是支撑主运动系统14。 

主运动系统14主要由高速电主轴35和一套成型刀具组成，成型刀具包括弯头反面成型刀具37、弯头侧面成型刀具38、弯头正面成型刀具39。作用是实现成型刀具的高速旋转，完成对工件的铣削功能。 

电控系统15主要由数控装置40和控制面板41组成。其作用 主要是实现机床的X-Y-Z三轴联动功能和三套数控夹具的定时匀速转动功能，按输入的数控加工程序控制各轴进行插补运动，以完成工件各个工序的成型铣削。 

木制楼梯扶手弯头数控专用加工机床各部分位置组成： 

由L型机架1、中间梁2、上横梁3、圈梁4构成的机架总成是机床的支承部分。其中中间梁2位于L型机架1的左上边上部，上横梁3位于中间梁2的上部，圈梁4位于L型机架1的右边上部。横向进给机构5位于圈梁4的内部中间位置，其上部通过水平联接法兰19联接有水平移动工作台6。夹具总成可分别位于水平移动工作台6的上部并通过其上面的定位销22进行定位。纵向进给机构10位于上横梁3的左侧面板中部位置，其上部通过纵向联接法兰26联接有纵向移动工作台11。垂直进给机构12位于纵向移动工作台11的中部位置，其上部通过垂直联接法兰32联接有垂直移动工作台13。主运动系统14则位于垂直移动工作台13的台面上中间位置。电控系统15位于中间梁2的内部，其控制面板41位于中间梁2的左侧倾斜面板上。水平直线轴承副21的中心线与纵向直线轴承副28的中心线在空间上垂直。 

机床的整个加工过程如下： 

将弯头反面成型刀具37通过弹簧夹头36安装在高速电主轴35上，将弯头反面转动夹具7通过定位销22和联接螺栓42定位并锁紧在水平移动工作台6上。 

手动方式将工件定位并夹紧在弯头反面转动夹具7上。 

启动电源总开关并同时将刀轴退出工作位置，空运转5分钟，若无异声，将刀轴位于加工原点位置，开始进入弯头的第一步加工工序。 

开始加工时，固定在弯头反面转动夹具7上的工件固定不动，主运动系统14中的弯头反面成型铣刀37在横向(X向)进给机构5的作用下完成工件第一部分直线段的成型加工。当加工到工件中间段空间圆弧曲线时，弯头反面转动夹具7在其动力传动机构43的作用下带动夹具体44和工件开始绕y轴正方向进行匀速转动，此时弯头反面成型铣刀37在横向(X向)进给机构5、纵向(Y向)进给机构10和垂直(Z向)进给机构12的作用下按加工轨迹数据表进行X-Y-Z三轴联动，实现工件第二部分空间圆弧曲线段的成型加工。当第二部分空间圆弧曲线段加工完毕，反面夹具体44停止转动，弯头反面成型铣刀37在横向(X向)进给机构5和纵向(Y向)进给机构10的作用下完成工件第三部分直线段的成型加工。此时，刀轴返回加工原点，卸下工件，完成工件反面成型面的加工。重复以上加工过程，待完成一定批量的工件反面成型面加工后，在关闭电源总开关的情况下更换弯头侧面成型刀具38和弯头侧面摆动夹具8，然后启动电源总开关，开始进入工件的第二步加工工序。 

在第二步加工工序中，以上一工序加工的弯头反面成型面为基准将工件在弯头侧面摆动夹具8上进行手动定位夹紧，实现其 两侧面成型面的加工。开始加工时，固定在弯头侧面摆动夹具8上的工件固定不动，主运动系统14中的弯头侧面成型铣刀38在纵向(Y向)进给机构10的作用下完成工件内侧面第一部分直线段的成型加工。当加工到工件中间段空间圆弧曲线时，弯头侧面摆动夹具8在其动力传动机构45的作用下带动夹具体46和工件开始绕y轴负方向进行匀速摆动，此时弯头侧面成型铣刀38在横向(X向)进给机构5、纵向(Y向)进给机构10和垂直(Z向)进给机构12的作用下按加工轨迹数据表进行X-Y-Z三轴联动，实现工件内侧面第二部分空间圆弧曲线段的成型加工。当内侧面第二部分空间圆弧曲线段加工完毕，侧面夹具体46停止摆动，此时工件正好摆动了一个梯角范围，使第三部分直线段处于水平位置，弯头侧面成型铣刀38在横向(X向)进给机构5的作用下完成工件内侧面第三部分直线段的成型加工。然后弯头侧面成型铣刀38快速进给到工件外侧面初始加工位置，以同样原理按上述相反走刀路径完成工件外侧面的成型铣削。最后，刀轴返回加工原点，卸下工件，完成工件侧面成型面的加工。重复以上加工过程，待完成一定批量的工件侧面成型面加工后，在关闭电源总开关的情况下更换弯头正面成型刀具39和弯头正面转动夹具9，然后启动电源总开关，开始进入工件的第三步加工工序。 

在第三步加工工序中，仍然以弯头反面成型面为基准将工件在弯头正面转动夹具9上进行手动定位夹紧，实现其正面成型面 的加工。整个加工过程与工件反面成型面的加工过程一样，通过弯头正面成型铣刀39的X-Y-Z三轴联动功能和工件绕y轴负方向的定时匀速转动功能，最终完成一定批量的工件正面成型面的加工。至此，关闭电源总开关，完成一定批量木制楼梯扶手弯头的成型加工。 

进入设备的准备状态，开始加工下一批木制楼梯扶手弯头。

Claims (5)

1.一种木制楼梯扶手弯头数控专用加工机床，由机架总成、横向进给机构(5)、水平移动工作台(6)、夹具总成、纵向进给机构(10)、纵向移动工作台(11)、垂直进给机构(12)、垂直移动工作台(13)、主运动系统(14)、电控系统(15)组成，其特征是：中间梁(2)位于L型机架(1)的左上边上部，上横梁(3)位于中间梁(2)的上部，圈梁(4)位于L型机架(1)的右边上部，横向进给机构(5)位于圈梁(4)的内部中间位置，其上部联接有水平移动工作台(6)，夹具总成可分别位于水平移动工作台(6)的上部横向中间位置并通过其上面的定位销(22)进行定位，其包含弯头反面转动夹具(7)、弯头侧面摆动夹具(8)和弯头正面转动夹具(9)，纵向进给机构(10)位于上横梁(3)的左侧面板中部，其上部联接有纵向移动工作台(11)，垂直进给机构(12)位于纵向移动工作台(11)的中部，其上部联接有垂直移动工作台(13)，主运动系统(14)则位于垂直移动工作台(13)的台面上，电控系统(15)位于中间梁(2)的内部，其控制面板(41)位于中间梁(2)的左侧倾斜面板上，水平直线轴承副(21)的中心线与纵向直线轴承副(28)的中心线在空间上垂直。

2.根据权利要求1所述的木制楼梯扶手弯头数控专用加工机床，其特征是：弯头反面转动夹具(7)和弯头正面转动夹具(9)的夹具体均采用垂直方式布置。

3.根据权利要求1所述的木制楼梯扶手弯头数控专用加工机床，其特征是：弯头侧面摆动夹具(8)的夹具体采用水平方式布置。

4.根据权利要求1所述的木制楼梯扶手弯头数控专用加工机床，其特征是：中间梁(2)的左侧倾斜面板中部偏上位置设置控制面板(41)，中间梁(2)左侧倾斜面板的倾斜角度范围为65°～75°。

5.根据权利要求1所述的木制楼梯扶手弯头数控专用加工机床，其特征是：水平直线轴承副(21)的中心线与纵向直线轴承副(28)的中心线在空间上垂直。

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