CN218081420U - 一种高速干切机床 - Google Patents

Abstract

实用新型提供一种高速干切机床。该高速干切机床包括旋转工作台和全动式立柱。工件通过夹具加装在旋转工作台上，动立柱具有三个加工自由度，利用安装的电主轴刀具加工工件。旋转工作台为圆柱体，旁侧有大斜面结构使得切屑快速排出加工区域。动立柱远离加工区域，不受切削区高热量的影响，在高速干切环境下也能保持良好的加工精度。

Description

一种高速干切机床

技术领域

本实用新型涉及数控机床技术领域，特别涉及一种高速干切机床。

背景技术

在航空航天、轨道交通、能源动力等领域，镍基合金等难加工材料因其优越的材料性质而广受青睐。推进绿色制造，减少制造中的能源消耗和污染排放已成应有之义。高速干切是一种新型绿色加工工艺，针对难加工材料的高速干切技术能避免了大量切削液的消耗，对环境没有损害。同时，高速干切降低了废料回收难度。

然而，由于缺乏润滑和冷却，高速干切对机床主轴结构和刚度提出了较高的要求。干式切削与湿式切削也有诸多不同，传统的机床设计很难满足高速干切的需求。传统卧式加工中心的机床主体结构布局下，工作台刚度难以把握，排屑结构设计难度大，不适合干式切削加工。

因此，有必要针对高速干切工艺设计专门的机床结构。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种高速干切机床，以解决现有技术中存在的问题。

为实现本实用新型目的而采用的技术方案是这样的，一种高速干切机床，包括布置在空间直角坐标系O-XYZ中的床身、工作台、动立柱单元、主轴单元。所述空间直角坐标系O-XYZ的X轴平行于床身纵向，Y轴平行于床身横向，Z轴平行于铅垂方向。所述动立柱单元、排屑单元和工作台沿床身纵向依次布置在床身的上表面。

所述动立柱单元包括X轴滑轨、滑座、Y轴滑轨、立柱和Z轴滑轨。所述X轴滑轨及配套的X轴驱动机构设置在床身的上表面。所述X轴滑轨上套装有滑座。所述滑座上表面设置有Y轴滑轨及配套的Y轴驱动机构。所述Y轴滑轨上套装有立柱。所述立柱的侧壁上设置有Z轴滑轨及配套的Z轴驱动机构。所述Z轴滑轨上套装有主轴单元。

所述主轴单元包括主轴箱、电主轴和刀具夹头。所述主轴箱的内孔中安装有电主轴。所述电主轴的轴线与X轴平行。所述电主轴上安装有刀具夹头。所述刀具夹头用于夹持加工刀具。

所述工作台包括工作台面和旋转台。所述旋转台布置在床身的上表面。所述工作台面可旋转地保持于旋转台上。所述工作台面的上表面具有工件装夹位。加工过程中工作台可以转动到合适位置以便于加工。

进一步，还包括辅助单元。所述辅助单元包括冷却单元、除尘单元和排屑单元。所述冷却单元向加工区域释放冷风射流。所述除尘单元吸附粉尘。所述排屑单元将切屑排出床身。

进一步，所述冷却单元包括冷风喷头和外置冷风发生器。在连续干切过程中，整个加工区域温度非常高，为了保证高速干切的持续性，必须对机床内部进行降温。此时冷却单元5打开，若干冷风喷头对准机床中间位置喷射冷风射流，一方面大量切屑会被冷风吹到床身之上，另一方面，冷风吹过切削区域，与机床部件发生对流换热，降低了部件的温度，提高了加工精度，保证了高速干切的持续性。

进一步，所述除尘单元包括外置除尘器、除尘管和机床护罩。所述机床护包覆在机床外围。所述除尘管连通机床护罩和外置除尘器。所述外置除尘器产生真空负压将粉尘吸附并储存。

进一步，所述机床护罩为绝缘材质。

进一步，所述排屑单元为磁性刮板排屑装置。

进一步，所述X轴驱动机构、Y轴驱动机构和Z轴驱动机构为驱动电机和丝杠。

进一步，还包括数控系统。所述数控系统与驱动电机电性连接。所述数控系统控制驱动电机的通断时间和脉冲频率，控制加工刀具按指定速度移动到指定位置。

进一步，所述旋转台的侧壁上设置有切屑滑动斜面。

进一步，所述床身为矿物铸件床身。

本实用新型的技术效果是毋庸置疑的：

A.工作台只具有一个旋转自由度，使得工作台的刚度好，无挠曲及悬空，精度好。工作台的相对位置不变，便于操作人员装夹和卸下工件；

B.工作台无移动自由度，使得工作台十分紧凑，四周布有斜面可以将掉落的切屑快速滑落到床身上，配合床身上的斜坡结构，切屑会掉落在机床中心的磁性刮板排屑器，随后被排出机床。整个设计防止了切屑在加工区域的堆积，有利于切屑的排出，使得高热量的切屑来不及将热量传递到机床结构，从而减少了机床热变形，提高了高速干切的精度及可持续性；

C.X、Y、Z轴全动柱式高刚性、高强度结构，适用于加工长条形工件，对于异形零件和重心不稳定的零件也有很好的加工效果；

D.针对高速干切中的发热问题，采用了全动柱式结构，移动自由度均位于机床一侧，且远离切削加工区域，使得关键传动部件包括丝杠、滑轨均远离了发热位置，同时滑轨、定位开关、丝杠、电机等不会于切屑等直接接触，即保证了加工精度也降低了故障发生频率。同时加工区和移动区分开，加工时只需要移动刀具，运动部件的质量不变，避免了工件重量不同对惯性的影响，提高了加工质量。

附图说明

图1为高速干切机床的结构图；

图2为高速干切机床的俯视图；

图3为高速干切机床的工作台部分结构示意图；

图4为高速干切机床的立柱部分结构示意图；

图5为高速干切机床的整体外观图；

图6为高速干切机床床身结构图。

图中：床身1、凹陷结构11、工作台2、工作台面21、旋转台22、动立柱单元3、X轴滑轨32、滑座33、Y轴滑轨34、立柱35、Z轴滑轨37、主轴单元4、主轴箱41、电主轴42、冷却单元5、除尘单元6、排屑单元7、数控系统9。

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型作进一步说明，但不应该理解为本实用新型上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本实用新型上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本实用新型的保护范围内。

实施例1：

参见图1～图4，本实施例提供一种高速干切机床，包括布置在空间直角坐标系O-XYZ中的床身1、工作台2、动立柱单元3、主轴单元4。所述空间直角坐标系O-XYZ的X轴平行于床身纵向，Y轴平行于床身横向，Z轴平行于铅垂方向。所述动立柱单元、排屑单元7和工作台2沿床身纵向依次布置在床身1的上表面。

所述动立柱单元3包括X轴滑轨32、滑座33、Y轴滑轨34、立柱35和Z轴滑轨37。所述X轴滑轨32及配套的X轴驱动机构设置在床身1的上表面。所述X轴滑轨32上套装有滑座33。所述滑座33上表面设置有Y轴滑轨34及配套的Y轴驱动机构。所述Y轴滑轨34上套装有立柱35。所述立柱35的侧壁上设置有Z轴滑轨37及配套的Z轴驱动机构。所述Z轴滑轨37上套装有主轴单元4。

所述主轴单元4包括主轴箱41、电主轴42和刀具夹头。所述主轴箱41的内孔中安装有电主轴42。所述电主轴42的轴线与X轴平行。所述电主轴42上安装有刀具夹头。所述刀具夹头用于夹持加工刀具。

所述工作台2包括工作台面21和旋转台22。所述旋转台22布置在床身1的上表面。所述工作台面21可旋转地保持于旋转台22上。所述工作台面21的上表面具有工件装夹位。加工过程中工作台可以转动到合适位置以便于加工。加工刀具和工件接触进行加工，旋转台22支撑工作台面21回转，加工刀具和工件产生相对运动，辅助完成切削加工过程。

值得说明的是，在本实施例中主轴选用高速电主轴，集成程度高，易于实现高速干切。主轴运动的三个自由度均位于一边，移动区与加工区分离，丝杠和滑轨等关键传动部件不会受高速干切热量以及切屑的影响，最大程度保持了加工精度。

实施例2：

本实施例主要结构同实施例1，其中，还包括辅助单元。所述辅助单元包括冷却单元5、除尘单元6和排屑单元7。所述冷却单元5向加工区域释放冷风射流。所述除尘单元6吸附粉尘。所述排屑单元7将切屑排出床身。

所述冷却单元5包括冷风喷头和外置冷风发生器。在连续干切过程中，整个加工区域温度非常高，为了保证高速干切的持续性，必须对机床内部进行降温。此时冷却单元5打开，冷风喷头对准机床工作台位置喷射冷风射流，一方面大量切屑会被冷风吹到床身之上从而避免堆积在加工区域造成工件变形，另一方面，冷风吹过切削区域，与机床部件发生对流换热，降低了部件的温度，提高了加工精度，保证了高速干切的持续性。

所述除尘单元6包括外置除尘器、除尘管和机床护罩。所述机床护罩罩设在机床外围。所述机床护罩为绝缘材质。所述除尘管连通机床护罩和外置除尘器。机床所加工的材料为复合材料，由于复合材料一般为基体中加入增强相，然而在复合材料加工中，增强相被撕裂为微小的碎屑，随主轴的转动，在空气中产生大量粉尘。所述外置除尘器产生真空负压将粉尘吸附并储存。

所述排屑单元7为磁性刮板排屑装置。磁性刮板排屑装置是一种比较成熟的排屑手段，广泛用于机床排屑，配合床身的大坡度机构能实现高速干切机床高热切屑的快速排出。参见图6，在本实施例中，床身1中轴线处布置有用于安装磁性刮板排屑装置的凹陷结构11，磁性刮板位于凹陷结构底部。配合床身的一侧的大坡度结构和另一侧的倾斜壁面，能最大限度收集掉落的切屑。磁性刮板的底板上设有永磁式磁场，切屑吸附于底板，被剥离后掉入排屑小车。

实施例3：

本实施例主要结构同实施例2，其中，参见图5，还包括数控系统9。所述X轴驱动机构、Y轴驱动机构和Z轴驱动机构为驱动电机和丝杠。所述数控系统9与驱动电机电性连接。所述数控系统9控制驱动电机的通断时间和脉冲频率，控制加工刀具按指定速度移动到指定位置，同时可以将辅助冷却及除尘系统整合入数控系统，提高系统效率。

实施例4：

本实施例主要结构同实施例2，其中，所述旋转台22的侧壁上设置有切屑滑动斜面。工作台安装结构附近区域设有大斜面，斜面从床身外侧向床身中部逐渐降低。大量切屑都会被排入床身中间位置，然后快速排出机床。从而使得大量高热的切屑快速被排出加工区域，降低了残留在机床的热量，保证了高速干切加工的可行性。

实施例5：

本实施例主要结构同实施例2，其中，所述床身1为矿物铸件床身，受热变形影响较小。

Claims (10)

1.一种高速干切机床，其特征在于：包括布置在空间直角坐标系O-XYZ中的床身(1)、工作台(2)、动立柱单元(3)、主轴单元(4)；所述空间直角坐标系O-XYZ的X轴平行于床身纵向，Y轴平行于床身横向，Z轴平行于铅垂方向；所述动立柱单元、排屑单元(7)和工作台(2)沿床身纵向依次布置在床身(1)的上表面；

所述动立柱单元(3)包括X轴滑轨(32)、滑座(33)、Y轴滑轨(34)、立柱(35)和Z轴滑轨(37)；所述X轴滑轨(32)及配套的X轴驱动机构设置在床身(1)的上表面；所述X轴滑轨(32)上套装有滑座(33)；所述滑座(33)上表面设置有Y轴滑轨(34)及配套的Y轴驱动机构；所述Y轴滑轨(34)上套装有立柱(35)；所述立柱(35)的侧壁上设置有Z轴滑轨(37)及配套的Z轴驱动机构；所述Z轴滑轨(37)上套装有主轴单元(4)；

所述主轴单元(4)包括主轴箱(41)、电主轴(42)和刀具夹头；所述主轴箱(41)的内孔中安装有电主轴(42)；所述电主轴(42)的轴线与X轴平行；所述电主轴(42)上安装有刀具夹头；所述刀具夹头用于夹持加工刀具；

所述工作台(2)包括工作台面(21)和旋转台(22)；所述旋转台(22)布置在床身(1)的上表面；所述工作台面(21)可旋转地保持于旋转台(22)上；所述工作台面(21)的上表面具有工件装夹位。

2.根据权利要求1所述的一种高速干切机床，其特征在于：还包括辅助单元；所述辅助单元包括冷却单元(5)、除尘单元(6)和排屑单元(7)；所述冷却单元(5)向加工区域释放冷风射流；所述除尘单元(6)吸附粉尘；所述排屑单元(7)将切屑排出床身。

3.根据权利要求2所述的一种高速干切机床，其特征在于：所述冷却单元(5)包括冷风喷头和外置冷风发生器。

4.根据权利要求2所述的一种高速干切机床，其特征在于：所述除尘单元(6)包括外置除尘器、除尘管和机床护罩；所述机床护罩包覆在机床外围；所述除尘管连通机床护罩和外置除尘器；所述外置除尘器产生真空负压将粉尘吸附并储存。

5.根据权利要求4所述的一种高速干切机床，其特征在于：所述机床护罩为绝缘材质。

6.根据权利要求1所述的一种高速干切机床，其特征在于：所述排屑单元(7)为磁性刮板排屑装置，完成高速干切过程的快速排屑。

7.根据权利要求1所述的一种高速干切机床，其特征在于：所述X轴驱动机构、Y轴驱动机构和Z轴驱动机构为驱动电机和丝杠。

8.根据权利要求7所述的一种高速干切机床，其特征在于：还包括数控系统(9)；所述数控系统(9)与驱动电机电性连接。

9.根据权利要求1所述的一种高速干切机床，其特征在于：所述旋转台(22)的侧壁上设置有切屑滑动斜面。

10.根据权利要求1所述的一种高速干切机床，其特征在于：所述床身(1)为矿物铸件床身。

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