CN216177541U - 一种多工位复合联动的同步加工模块 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种多工位复合联动的同步加工模块，包括固定底座、龙门吊、增材模块、磨削减材模块，龙门吊横梁的第二横梁关于第一横梁对称设置且第二横梁的其中一端连接于第一横梁的侧壁上，龙门吊立柱设置于第一横梁两端以及第二横梁另一端；龙门吊横梁相对于龙门吊立柱可上下移动；磨削减材模块、增材模块分别连接于第一横梁、第二横梁下方并分别相对于第一横梁、第二横梁可水平移动；内底座、上底座位于下底座上，上底座套设于内底座外侧；上底座相对于内底座旋转，龙门吊立柱固定于上底座上。本实用新型具有结构紧凑等优点。

Description

一种多工位复合联动的同步加工模块

技术领域

本实用新型涉及桌面型激光加工设备领域，尤其涉及一种多工位复合联动的同步加工模块。

背景技术

传统激光加工中，先进行增材加工，再进行减材加工，增减材加工并不能在同时完成，需要重新进行上下料操作和重新定位，虽然目前有部分增减材复合加工，但是各工位之间存在干涉问题，导致增减材复合加工具有一定的局限性。通常，减材加工部分往往只针对材料成型过程中某一个面的切削(以铣削为主)加工。对于部分复杂零件，在对其增/减材加工后还需进一步磨削，而其减材功能却并不齐全，因而在特殊工况下减材加工柔性较低。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种多工位复合联动的同步加工模块，该装置加工模块紧凑、尺寸大小适中便于移动，增/减材同步加工互不干涉。

为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案：

一种多工位复合联动的同步加工模块，包括固定底座、龙门吊、增材模块、磨削减材模块，所述龙门吊包括龙门吊横梁和龙门吊立柱，所述龙门吊横梁包括第一横梁和第二横梁，所述第二横梁关于第一横梁对称设置且第二横梁的其中一端连接于第一横梁的侧壁上，所述龙门吊立柱设置于第一横梁两端以及第二横梁另一端；所述龙门吊横梁相对于龙门吊立柱可上下移动；所述磨削减材模块、增材模块分别连接于第一横梁、第二横梁下方并分别相对于第一横梁、第二横梁可同步水平移动；所述内底座、上底座位于下底座上，所述上底座套设于内底座外侧；所述上底座相对于内底座旋转，所述龙门吊立柱固定于上底座上。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述龙门吊横梁在靠近龙门吊立柱一侧端部下方设有激光减材模块，所述激光减材模块用于对工件侧面进行减材加工。

所述磨削减材模块包括砂轮立柱、位于砂轮立柱外且用于铣削或磨削工件侧面的小砂轮，以及位于砂轮立柱内的砂轮电机、砂轮摆动轴和砂轮摆动柱，所述砂轮电机驱动水平设置的砂轮摆动轴转动以带动小砂轮摆动，所述砂轮摆动柱上下两端分别与砂轮摆动轴、小砂轮连接。

所述磨削减材模块还包括两互相啮合传动的圆锥齿轮，其中一圆锥齿轮固定于砂轮摆动轴上，所述砂轮电机驱动其中一圆锥齿轮转动带动砂轮摆动轴转动；所述砂轮立柱底部开设有楔形槽。

所述增材模块包括激光头、送丝头，送丝头将原料送至激光头下方熔化，所述激光头的激光发射方向垂直于复合工作台上表面且与送丝头的送丝方向呈夹角α，满足0＜α＜90°。

所述龙门吊立柱内设有第五驱动机构，所述第五驱动机构用于驱动龙门吊横梁上下移动。

所述龙门吊立柱在靠近龙门吊横梁一侧开设有前槽，所述第五驱动机构包括第五驱动电机和Z向滚珠丝杠、丝杠连接件，所述Z向滚珠丝杠由第五驱动电机驱动旋转，所述丝杠连接件一端穿过前槽与龙门吊横梁连接固定，另一端与Z向滚珠丝杠套接，所述Z向滚珠丝杠两端设有用于将Z向滚珠丝杠固定在龙门吊立柱内的滚珠丝杠支撑座，所述Z向滚珠丝杠与前槽错位设置。

所述固定底座内设有第六驱动机构，所述第六驱动机构用于驱动上底座相对于内底座旋转。

所述下底座包括内凸台和与内凸台间隔设置的外凸缘，所述外凸缘与内凸台之间的空间为容纳空间，在所述上底座底部内侧设有内齿轮，所述内齿轮和第六驱动机构位于容纳空间内，所述第六驱动机构包括第六驱动电机和连接于第六驱动电机输出端的第六驱动齿轮，所述第六驱动齿轮和内齿轮啮合传动。

所述第一横梁、第二横梁内分别设有第四驱动机构、第三驱动机构，所述第四驱动机构、第三驱动机构分别用于驱动磨削减材模块、增材模块水平移动。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：

1、本实用新型通过增材模块和磨削减材模块水平运动，龙门吊横梁的旋转运动，将增材模块和磨削减材模块旋转至工件的任意方位，从而满足复杂零件多方位加工的要求，可加工各种具有不同形态曲面的复杂零件，尤其是可加工成型包含复杂曲面的空间薄壁零构件或中心轴线为曲线且直径可变的回转体，并通过磨削减材模块的砂轮轴摆动实现小砂轮的转动，在磨削减材模块的转动下可实现对任意角度的零件侧壁贴合，解除了复杂结构零件对传统磨削工艺的束缚，进一步提高了装备的生产柔性。

2、本加工模块为一次安装增减材同步加工，相比与传统的多工位分步加工方式而言，本装备省去了多次拆卸与安装工件，以及人工搬运工件等步骤，极大地缩短了工作时间，提高了工作效率，降低了时间成本与人工成本。

3、本加工模块采用桌面型设计，整体结构较小，占据空间有限，在工作中可以节省大量的位置空间，同时该装备较高的便携性与灵活性也由此凸显，可以在生产中实现较大的普及。

4、本加工模块在工作中，各加工部件的工作移动路径较短，因而缩短了整体的加工流程，进一步缩短工件的生产周期，提高了生产效率。在短流程、短周期的加工优势下，装备在生产单个零件所消耗的能量也随着生产周期的减少而同步减少，因此零件生产过程中的能耗周期也相应缩短，间接性地达到低能耗、低排放的要求。

5、本加工模块由于增材模块和磨削减材模块等都是模块化装置，更换与维护较为简便。本加工模块采用旁轴送丝激光熔融增材制造技术(增材模块具有送丝头和激光头，并且送丝头和激光头具有夹角)与砂轮磨削技术相(磨削减材模块的小砂轮等)复合，生产柔性高，与当前制造业中应用广泛的混流装配线有极高的契合度。

附图说明

图1是本实用新型实施例1同步加工模块的结构示意图。

图2是龙门吊及增减材模块的结构示意图。

图3是龙门吊及增减材模块另一视角的结构示意图。

图4是龙门吊及增减材模块的主视图(移除部分零件)。

图5是龙门吊及增减材模块的俯视图(移除部分零件)。

图6是龙门吊横梁及其驱动机构的主视图(移除部分零件)。

图7是增材模块及其驱动机构的结构示意图。

图8是磨削减材模块及其驱动机构的结构示意图。

图9是磨削减材模块的结构示意图。

图10是磨削减材模块的结构示意图(移除砂轮立柱)。

图11是增材模块的结构示意图。

图12是固定底座的结构示意图。

图13是固定底座的俯视图。

图14是固定底座的剖视图。

图15是上底座及的第六驱动机构的结构示意图。

图16是上底座的结构示意图。

图17是下底座的结构示意图。

图18是下底座的俯视图。

图19是下底座的剖视图。

图20是实施例2同步加工模块的结构示意图.

图21是实施例2龙门吊及增减材模块的结构示意图。

图22是实施例2龙门吊及增减材模块另一视角的结构示意图。

图23是实施例2龙门吊及增减材模块的主视图(移除部分零件)。

图中各标号表示：1、固定底座；101、内底座；102、下底板；103、上底座；1031、滚轮支撑件；1032、内齿轮；1033、上盖；104、下底座；1041、内凸台；1042、外凸缘；10421、滑动轨道；105、滑动滚轮；3、第六驱动机构；301、第六驱动齿轮；302、第六驱动电机；4、龙门吊；41、龙门吊横梁；411、第一横梁；412、第二横梁；42、龙门吊立柱；43、连接环；7、增材模块；71、激光头；72、送丝头；73、激光接头；74、增材滑块；75、激光立柱；8、磨削减材模块；81、小砂轮；82、砂轮立柱；821、楔形槽；84、立柱接头；85、砂轮电机；86、砂轮摆动轴；87、砂轮摆动柱；88、圆锥齿轮；89、减材滑块；23、送丝模块；231、送丝大辊筒；232、大辊筒支架；26、定料机构；261、小辊筒；262、小辊筒支架；31、第三驱动机构；311、第三驱动电机；312、第三支撑座；313、第三滚珠丝杠；32、第四驱动机构；321、第四驱动电机；322、第四支撑座；323、第四滚珠丝杠；50、第五驱动机构；5001、第五驱动电机；5002、Z向滚珠丝杠；5003、丝杠连接件；5004、滚珠丝杠支撑座；100、支撑定位块；70、激光减材模块。

具体实施方式

以下将结合说明书附图和具体实施例对本实用新型做进一步详细说明。除非特殊说明，本实用新型采用的仪器或材料为市售。

实施例1：

如图1-19所示，本实施例的多工位复合联动的同步加工模块，包括固定底座1、龙门吊4、增材模块7、磨削减材模块8，龙门吊4包括龙门吊横梁41和龙门吊立柱42，龙门吊横梁41包括第一横梁411和第二横梁412，第二横梁412关于第一横梁411对称设置且第二横梁412的其中一端连接于第一横梁411的侧壁上，龙门吊立柱42设置于第一横梁411两端以及第二横梁412另一端；龙门吊横梁41相对于龙门吊立柱42可上下移动；磨削减材模块8、增材模块7分别连接于第一横梁411、第二横梁412下方并分别相对于第一横梁411、第二横梁412可同步水平移动；固定底座1包括内底座101、上底座103和下底座104，内底座101、上底座103位于下底座104上，上底座103套设于内底座101外侧；上底座103相对于内底座101旋转，龙门吊立柱42固定于上底座103上。

本实用新型通过增材模块7和磨削减材模块8水平运动，龙门吊横梁41的旋转运动，将增材模块7和磨削减材模块8旋转至工件的任意方位，从而满足复杂零件多方位加工的要求，可加工各种具有不同形态曲面的复杂零件，尤其是可加工成型中心轴线为曲线的回转体，回转体直径可变，和比较复杂的曲面复合材料。

磨削减材模块8和增材模块7分别与第四驱动机构32、第三驱动机构31可拆卸连接。

如图7所示，第三驱动机构31包括第三驱动电机311、第三支撑座312和第三滚珠丝杠313、第三驱动电机311用于驱动第三滚珠丝杠313旋转，第三支撑座312支撑在第三支撑座312两端。

如图8所示，第四驱动机构32包括第四驱动电机321、第四支撑座322和第四滚珠丝杠323、第四驱动电机321用于驱动第四滚珠丝杠323旋转，第四支撑座322支撑在第四支撑座322两端。

如图1-6所示，在龙门吊横梁41上方设有送丝模块23，送丝模块23包括送丝大辊筒231和大辊筒支架232，送丝大辊筒231位于第二横梁412上方，大辊筒支架232位于两于第二横梁412之间，送丝大辊筒231一端连接在龙门吊立柱42上，另一端连接在大辊筒支架232上。

在第一横梁411和第二横梁412外端部之间连接有连接环43，连接环43用于进一步固定第一横梁411和第二横梁412并将这两个横梁连接为一体。本实施例中，第一横梁411和第二横梁412呈十字交叉环形，首先提供了多工位的可能性，可以调整增材模块7和磨削减材模块8的设置数量(本实施例可设置四工位)，进一步提升加工效率，其次连接环43环形连接在十字交叉型龙门吊横梁41外端部之间，保障旋转刚度，确保龙门吊4的安全性和稳定性。

如图4和6所示，本实用新型包括安装于龙门吊立柱42内的第五驱动机构50，第五驱动机构50包括第五驱动电机5001和多个Z向滚珠丝杠5002、丝杠连接件5003，其中一Z向滚珠丝杠5002由第五驱动电机5001驱动旋转，丝杠连接件5003一端与龙门吊横梁41连接固定，另一端与Z向滚珠丝杠5002套接并由Z向滚珠丝杠5002带动沿Z向运动，Z向滚珠丝杠5002两端设有用于将Z向滚珠丝杠5002固定在龙门吊立柱42内的滚珠丝杠支撑座5004。通过龙门吊立柱42内的第五驱动电机5001来控制龙门吊横梁41在Z轴方向的移动。龙门吊横梁41在两侧丝杠连接件5003的固定和带动作用下带着增材模块7和磨削减材模块8在Z轴方向上下移动。本实施例中，第五驱动机构50位于龙门吊立柱42上半部分，第五驱动电机5001为伺服电机，分别驱动两根Z向滚珠丝杠5002。在龙门吊立柱42上半部分开设有立柱内孔，第五驱动机构50位于立柱内孔内，龙门吊立柱42在龙门吊靠近龙门吊横梁41一侧开设有供丝杠连接件5003通过的前槽，前槽与立柱内孔相连通，前槽与Z向滚珠丝杠5002错位设置。立柱内孔由水平设置的隔离板分隔成两部分，一部分容纳第五驱动电机5001，另一部分容纳第五驱动机构50的其他重要零件。在其他实施例中，第五驱动电机5001输出端连接有齿轮，Z向滚珠丝杠5002一端也有齿轮，通过齿轮配合传动。

如图11所示，增材模块7包括激光头71、送丝头72，送丝头72将原料送至激光头71下方熔化，激光头71的激光发射方向垂直于复合工作台上表面且与送丝头72的送丝方向呈夹角α，满足0＜α＜90°。

如图7、11所示，在送丝头72入料口上方设有定料机构26，定料机构26包括小辊筒支架262和两小辊筒261，两小辊筒261支撑于小辊筒支架262上，用于定位原料丝材。并且定料机构26的小辊筒261中间设置与丝材尺寸相当的圆凹槽，增强精确度。

如图11所示，增材模块7包括激光头71、送丝头72、激光接头73、增材滑块74和激光立柱75，增材滑块74与第三滚珠丝杠313连接配合，激光接头73连接于增材滑块74和激光立柱75之间，激光头71、送丝头72位于激光立柱75下方。本实施例中，增材滑块74设有通孔，通孔内壁设有螺纹，套设在第三滚珠丝杠313上，增材滑块74自第三滚珠丝杠313穿过第二横梁412与激光接头73连接。

如图11所示，激光头71的激光发射方向(激光发射方向垂直于复合工作台上表面)和送丝头72的送丝方向呈一定夹角α，激光发射方向与送丝方向的夹角α为45°(其他实施例中，0＜α＜90°均可取得相同或相似的技术效果)，当激光发射器发射激光在工件表面产生熔池时，送丝模块23同步送丝，将材料送入熔池，提高了加工效率，实现增材加工时同步送丝。在送丝头72上布置小辊筒261，并且小辊筒261中间设置与丝材相当的圆凹槽，增强精确度，两小辊筒261下方的送丝头72上方开设有供原料丝材通过的送丝孔。

如图9和10所示，磨削减材模块8包括小砂轮81、砂轮立柱82、立柱接头84、砂轮摆动轴86、砂轮摆动柱87、两互相啮合传动的圆锥齿轮88和减材滑块89，减材滑块89与第四滚珠丝杠323连接，立柱接头84上端与减材滑块89连接，立柱接头84下端与砂轮立柱82连接，砂轮电机85与其中一圆锥齿轮88同轴，另一圆锥齿轮88通过横向设置的砂轮摆动轴86与砂轮立柱82固定连接，砂轮摆动轴86与砂轮摆动柱87垂直连接，砂轮摆动柱87下端与小砂轮81连接，由此，通过驱动砂轮摆动轴86以实现小砂轮81的摆动，增强对曲面的铣削精度，以迎合工件侧面角度进行磨削加工。本实施例中，减材滑块89设有通孔，通孔内壁设有螺纹，套设在第四滚珠丝杠323外，减材滑块89自第四滚珠丝杠323穿过第一横梁411与立柱接头84连接。砂轮立柱82底部开成楔形槽821，即保证小砂轮81的旋转又起到一定的密封作用。本实用新型通过磨削减材模块8的砂轮轴86摆动实现小砂轮81的转动，在磨削减材模块8的转动下可实现对任意角度的零件侧壁贴合，解除了复杂结构零件对传统磨削工艺的束缚，进一步提高了装备的生产柔性。

激光立柱75、砂轮立柱82为模块化设计，安装、维护和更换都比较方便。本实用新型中，先在横梁上调整增材模块7和磨削减材模块8之间的距离，然后通过龙门架的旋转带动其旋转，从而实现同步加工。

如图12-19所示，下底座104包括内凸台1041和与内凸台1041间隔设置的外凸缘1042，外凸缘1042与内凸台1041之间的空间为容纳空间，内凸台1041的高度低于外凸缘1042的高度，外凸缘1042内侧壁上设有滑动轨道10421。本实施例中，上底座103呈圆环状，在上底座103底部内侧设有内齿轮1032，内齿轮1032和第六驱动机构3位于容纳空间内，第六驱动机构3包括第六驱动电机302和连接于第六驱动电机302输出端的第六驱动齿轮301，第六驱动齿轮301由第六驱动电机302驱动，第六驱动齿轮301和内齿轮1032啮合传动，实现上底座103相对于下底座104的旋转运动。

在上底座103外侧壁上设有滚轮支撑件1031，滚轮支撑件1031用于支撑滑动滚轮105，滑动滚轮105在滑动轨道10421上滑动，在上底座103上部设有上盖1033，上盖1033盖设在外凸缘1042上，将滑动滚轮105与滑动轨道10421与外界分隔开来，防止磨屑进入到滑动轨道10421内。固定底座1还包括下底板102，下底板102位于内底座101和内凸台1041之间。

实施例2

图20至23所示，本实施例与实施例1大致相同，不同之处在于：

本实施例龙门吊横梁41在靠近龙门吊立柱42一侧端部下方设有激光减材模块70，激光减材模块70用于对工件侧面进行减材加工。

激光减材模块70在龙门吊横梁41(包括第一横梁411和第二横梁412)端部，包括减材激光头和减材支撑件，减材支撑件一端连接于龙门吊横梁41上，另一端与减材激光头连接，减材激光头相对于减材支撑件可沿YZ平面(本实用新型指的是竖直平面，龙门吊横梁41和龙门吊立柱42所在平面)上转动，减材激光头的激光发射方向与水平方向之间的角度在-90°～90°范围内，能够对磨削减材模块8不能磨削的地方进行激光减材，尤其是当目标产品外表面有向下开口的槽并且需要对槽表面进行减材时。

当目标产品外表面有向下开口的槽或者侧孔并且需要对槽表面进行减材时，调整减材激光头的激光发射方向，开启减材激光头发射激光对工件侧面进行激光减材加工。

虽然本实用新型已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本实用新型。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本实用新型技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本实用新型技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种多工位复合联动的同步加工模块，包括固定底座(1)、龙门吊(4)、增材模块(7)、磨削减材模块(8)，所述龙门吊(4)包括龙门吊横梁(41)和龙门吊立柱(42)，其特征在于：所述龙门吊横梁(41)包括第一横梁(411)和第二横梁(412)，所述第二横梁(412)关于第一横梁(411)对称设置且第二横梁(412)的其中一端连接于第一横梁(411)的侧壁上，所述龙门吊立柱(42)设置于第一横梁(411)两端以及第二横梁(412)另一端；所述龙门吊横梁(41)相对于龙门吊立柱(42)可上下移动；

所述磨削减材模块(8)、增材模块(7)分别连接于第一横梁(411)、第二横梁(412)下方并分别相对于第一横梁(411)、第二横梁(412)可同步水平移动；

所述固定底座(1)包括内底座(101)、上底座(103)和下底座(104)，所述内底座(101)、上底座(103)位于下底座(104)上，所述上底座(103)套设于内底座(101)外侧；所述上底座(103)相对于内底座(101)旋转，所述龙门吊立柱(42)固定于上底座(103)上。

2.根据权利要求1所述的同步加工模块，其特征在于：所述龙门吊横梁(41)在靠近龙门吊立柱(42)一侧端部下方设有激光减材模块(70)，所述激光减材模块(70)用于对工件侧面进行减材加工。

3.根据权利要求1所述的同步加工模块，其特征在于：所述磨削减材模块(8)包括砂轮立柱(82)、位于砂轮立柱(82)外且用于铣削或磨削工件侧面的小砂轮(81)，以及位于砂轮立柱(82)内的砂轮电机(85)、砂轮摆动轴(86)和砂轮摆动柱(87)，所述砂轮电机(85)驱动水平设置的砂轮摆动轴(86)转动以带动小砂轮(81)摆动，所述砂轮摆动柱(87)上下两端分别与砂轮摆动轴(86)、小砂轮(81)连接。

4.根据权利要求3所述的同步加工模块，其特征在于：所述磨削减材模块(8)还包括两互相啮合传动的圆锥齿轮(88)，其中一圆锥齿轮(88)固定于砂轮摆动轴(86)上，所述砂轮电机(85)驱动其中一圆锥齿轮(88)转动带动砂轮摆动轴(86)转动；所述砂轮立柱(82)底部开设有楔形槽(821)。

5.根据权利要求1所述的同步加工模块，其特征在于：所述增材模块(7)包括激光头(71)、送丝头(72)，送丝头(72)将原料送至激光头(71)下方熔化，所述激光头(71)的激光发射方向垂直于复合工作台上表面且与送丝头(72)的送丝方向呈夹角α，满足0＜α＜90°。

6.根据权利要求1所述的同步加工模块，其特征在于：所述龙门吊立柱(42)内设有第五驱动机构(50)，所述第五驱动机构(50)用于驱动龙门吊横梁(41)上下移动。

7.根据权利要求6所述的同步加工模块，其特征在于：所述龙门吊立柱(42)在靠近龙门吊横梁(41)一侧开设有前槽，所述第五驱动机构(50)包括第五驱动电机(5001)和Z向滚珠丝杠(5002)、丝杠连接件(5003)，所述Z向滚珠丝杠(5002)由第五驱动电机(5001)驱动旋转，所述丝杠连接件(5003)一端穿过前槽与龙门吊横梁(41)连接固定，另一端与Z向滚珠丝杠(5002)套接，所述Z向滚珠丝杠(5002)两端设有用于将Z向滚珠丝杠(5002)固定在龙门吊立柱(42)内的滚珠丝杠支撑座(5004)，所述Z向滚珠丝杠(5002)与前槽错位设置。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的同步加工模块，其特征在于：所述固定底座(1)内设有第六驱动机构(3)，所述第六驱动机构(3)用于驱动上底座(103)相对于内底座(101)旋转。

9.根据权利要求8所述的同步加工模块，其特征在于：所述下底座(104)包括内凸台(1041)和与内凸台(1041)间隔设置的外凸缘(1042)，所述外凸缘(1042)与内凸台(1041)之间的空间为容纳空间，在所述上底座(103)底部内侧设有内齿轮(1032)，所述内齿轮(1032)和第六驱动机构(3)位于容纳空间内，所述第六驱动机构(3)包括第六驱动电机(302)和连接于第六驱动电机(302)输出端的第六驱动齿轮(301)，所述第六驱动齿轮(301)和内齿轮(1032)啮合传动。

10.根据权利要求1至7中任一项所述的同步加工模块，其特征在于：所述第一横梁(411)、第二横梁(412)内分别设有第四驱动机构(32)、第三驱动机构(31)，所述第四驱动机构(32)、第三驱动机构(31)分别用于驱动磨削减材模块(8)、增材模块(7)水平移动。

Images