CN220698836U - Z方向插补的排刀式机床 - Google Patents

Abstract

一种Z方向插补的排刀式机床，排刀式机床包括：主轴、排刀式的动力头、Y轴滑台、X轴滑台和Z轴滑台，主轴与Z轴滑台平行，Z轴滑台与一个水平面平行，Y轴滑台和Z轴滑台均与X轴滑台垂直；动力头支架具有转向空间，转向空间的第一空间位于第二空间的上方，第一空间的Z方向宽度大于第二空间并且所述第一空间的一部分比第二空间更远离主轴，转向机构上的多个铣刀轴位于转向空间中。上述排刀式机床的动力头为不同长度的铣刀轴的转向操作提供了足够的空间，并且Z方向上宽下窄的转向空间与Y轴滑台的倾斜方向相匹配，从而使得所有的铣刀轴均具备良好的刚性，能够确保铣削加工的精度。

Description

Z方向插补的排刀式机床

技术领域

本实用新型涉及排刀式机床，尤其是涉及一种Z方向插补的排刀式机床。

背景技术

插补是机床数控系统利用数据点密化确定刀具运动轨迹的过程，是机床各驱动轴配合的一种方法。目前，大多机床都采用Y轴作为插补轴，对X方向进行插补，比如中国实用新型申请CN114393405A公开的一种带有插补Y轴的车铣复合机床，其利用插补Y轴结构提高了切削的精度。

然而，此类插补结构主要以X轴滑台实现进给，Y轴滑台对X方向进行插补，插补方向垂直于主轴方向，此结构对于可以实现自动换刀的旋转刀塔而言是能够适用的，但是对于排刀式的动力头则可能无法适用。具体而言，由于排刀式的动力头需要依赖滑台进行换刀，不能自主换刀，并且其多个刀具排布在一个与主轴垂直的平面上，因此若将其用于X方向插补的结构，将X轴滑台即作为进给轴，又作为换刀轴，则为了实现不同位置的刀具进行加工，就需要大大增加X轴滑台的长度，导致X轴滑台的刚性降低，不利于加工力度的控制。此外，若动力头的铣刀为可转向设置，则还需要提供铣刀的旋转空间，部分长度较短的铣刀所处位置的刚性进一步降低。

实用新型内容

本实用新型技术方案是针对上述情况的，为了解决上述问题而提供一种Z方向插补的排刀式机床，排刀式机床包括：沿一个主轴方向布置的主轴、排刀式的动力头、Y轴滑台、X轴滑台和Z轴滑台，所述动力头包括：动力头支架、转向机构和多个水平布置的铣刀轴，所述动力头支架设置于Y轴滑台以控制动力头沿一个Y方向移动，所述Y轴滑台设置于X轴滑台以控制动力头沿一个X方向移动，所述X轴滑台设置于Z轴滑台以控制动力头沿一个Z方向移动，所述主轴方向与Z方向平行，所述Z方向与一个水平面平行，其特征在于：所述Y方向与Z方向之间的夹角大于0°并且小于90°，所述Y方向和Z方向均与X方向垂直；所述动力头支架具有转向空间，所述转向空间具有第一空间和第二空间，所述第一空间位于第二空间的上方，所述第一空间的Z方向宽度大于第二空间的Z方向宽度并且所述第一空间的一部分比第二空间更远离主轴，所述转向机构设置于动力头支架，多个铣刀轴设置于转向机构以控制多个铣刀轴围绕一个垂直于XZ平面的转轴进行转向，多个铣刀轴位于转向空间中。

其中，由于Y方向与Z方向的夹角大于0°并且小于90°(亦即Y方向并非竖直方向)，形成倒三角的结构，因此能够增强Y轴滑台的刚性，可以更好地控制加工力度。

其中，由于以Z方向为进给方向，Y轴滑台用于实现Z方向的插补操作，X轴滑台和Y轴滑台配合用于换刀以及对刀操作，因此能够适用排刀式的动力头，避免X轴滑台长度过长的情况，保证整体的刚性，顺利进行加工以及换刀等操作。

其中，动力头支架的转向空间在Z方向上的宽度从上往下逐渐缩窄，与Y轴滑台的倾斜方向相一致，可以将长度较长的铣刀轴放置在较宽的位置，而将长度较短的刀轴放置在较窄的位置，并且多个铣刀轴的一端平齐，这样Y轴滑台与不同长度的铣刀轴的重心之间的距离相差较小，使得不同长度的铣刀轴均能获得良好的刚性。

进一步，所述转向机构包括：转向座、转向减速机和转向电机，所述转向座与转向电机之间通过转向减速机连接，多个铣刀轴设置于转向座。其中，转向电机控制转向座的转向即可以发生在加工操作以前，也可以发生在加工操作进行时。

进一步，多个铣刀轴包括：多个筒轴和多个电主轴，所述动力头还包括：多个齿轮和铣削电机，多个筒轴呈至少一竖排的方式排列并且分别与多个齿轮形成固定，相邻的两个齿轮相互啮合，所述铣削电机的电机轴与一个筒轴连接，多个电主轴呈至少一竖排的方式排列。其中，筒轴组件的旋转速率低，一般为3000～4000rpm，当需要进行攻牙等阻力大、精度要求不高的加工工艺时，可以采用筒轴组件控制铣刀自转；电主轴的旋转速率高，可达10000～50000rpm，当需要进行倒角加工等阻力不大、精度要求高的加工工艺时，可以采用电主轴控制铣刀自转。

进一步，所述转向空间呈棱台形状并且转向空间的一个面与Y方向平行，至少两个电主轴的长度不同，每一排电主轴均按照长度从大到小的顺序从上往下排列。其中，每一排电主轴的排列顺序均与转向空间的形状相匹配，可以为所有电主轴提供充足的转向空间。

进一步，所述动力头还包括：若干个钻孔刀筒和车刀架，所述钻孔刀筒和车刀架均设置于动力头支架，所述车刀架具有若干个车刀槽；所述主轴包括：定位卡盘、旋转连接件和主轴电机，所述主轴电机与定位卡盘之间通过旋转连接件连接。其中，上述排刀式机床即可以进行铣削操作，也可以进行钻孔操作和车削操作，适用范围广。此外，将钻孔刀筒和车刀架设置于动力头支架而非转向机构，能够保证钻孔刀和车刀的刚性。

进一步，所述X方向与水平面之间的夹角大于0°并且小于90°。其中，将X轴滑台的移动方向设置成相对水平面倾斜，可以增强X轴滑台的刚性，更好地控制加工力度。

进一步，所述Y方向与Z方向之间的夹角为30°，所述X方向与水平面之间的夹角为45°。其中，此角度布局相对比较合理，避免Y轴滑台占据竖直方向的空间较大。

进一步，所述Y轴滑台包括：Y轴支架板、Y轴电机、Y轴丝杆、Y轴螺母、Y轴导轨和Y轴滑块，所述Y轴支架板设置于X轴滑台，所述Y轴电机和Y轴导轨均设置于Y轴支架板，所述Y轴电机的电机轴与Y轴丝杆连接，所述Y轴丝杆与Y轴螺母啮合，所述Y轴滑块设置于Y轴导轨并且可相对Y轴导轨移动，所述Y轴丝杆和Y轴导轨均沿Y方向布置，所述Y轴螺母和Y轴滑块均与动力头支架形成固定。其中，通过Y轴导轨与Y轴滑块的配合，可以使动力头的移动更加稳定。

进一步，所述X轴滑台包括：X轴支架板、X轴电机、X轴丝杆、X轴螺母、X轴导轨和X轴滑块，所述X轴支架板设置于Z轴滑台，所述X轴电机和X轴导轨均设置于X轴支架板，所述X轴电机的电机轴与X轴丝杆连接，所述X轴丝杆与X轴螺母啮合，所述X轴滑块设置于X轴导轨并且可相对X轴导轨移动，所述X轴丝杆和X轴导轨均沿X方向布置，所述X轴螺母和X轴滑块均与Y轴支架板形成固定。其中，通过X轴导轨与X轴滑块的配合，可以使动力头的移动更加稳定。

进一步，所述Z轴滑台包括：Z轴底座、Z轴电机、Z轴丝杆、Z轴螺母、Z轴导轨和Z轴滑块，所述Z轴电机和Z轴导轨均设置于Z轴底座，所述Z轴电机的电机轴与Z轴丝杆连接，所述Z轴丝杆与Z轴螺母啮合，所述Z轴滑块设置于Z轴导轨并且可相对Z轴导轨移动，所述Z轴丝杆和Z轴导轨均沿Z方向布置，所述Z轴螺母和Z轴滑块均与X轴支架板形成固定。其中，通过Z轴导轨与Z轴滑块的配合，可以使动力头的移动更加稳定。

采用上述技术方案后，本实用新型的有益效果是：

1、上述排刀式机床不仅具有良好的刚性，能够更好地控制加工力度，并且利用倒三角结构实现对Z方向插补操作，能够适用排刀式的动力头，适用范围更广。

2、上述排刀式机床的动力头为不同长度的铣刀轴的转向操作提供了足够的空间，并且Z方向上宽下窄的转向空间与Y轴滑台的倾斜方向相匹配，从而使得所有的铣刀轴均具备良好的刚性，能够确保铣削加工的精度。

附图说明

图1为本实用新型涉及的排刀式机床的示意图；

图2为本实用新型涉及的排刀式机床的轴向示意图；

图3为本实用新型涉及的动力头的示意图；

图4为本实用新型涉及的动力头的另一示意图；

图5为本实用新型涉及的Y轴滑台的示意图；

图6为本实用新型涉及的X轴滑台的示意图；

图7为本实用新型涉及的Z轴滑台的示意图。

具体实施方式

下面通过实施例对本实用新型技术方案作进一步的描述：

本实用新型提供一种Z方向插补的排刀式机床，结合图1～4所示，排刀式机床包括：沿一个主轴方向C布置的主轴1、排刀式的动力头2、Y轴滑台3、X轴滑台4和Z轴滑台，动力头2包括：动力头支架21、转向机构22和多个水平布置的铣刀轴，动力头支架21设置于Y轴滑台3以控制动力头2沿一个Y方向移动，Y轴滑台3设置于X轴滑台4以控制动力头2沿一个X方向移动，X轴滑台4设置于Z轴滑台以控制动力头2沿一个Z方向移动，主轴方向C与Z方向平行，Z方向与一个水平面S1平行，Y方向与Z方向之间的夹角大于0°并且小于90°，Y方向和Z方向均与X方向垂直；动力头支架21具有转向空间210，转向空间210具有第一空间210a和第二空间210b，第一空间210a位于第二空间210b的上方并且第一空间210a的Z方向宽度大于第二空间210b的Z方向宽度，第一空间210a的一部分比第二空间210b更远离主轴1，转向机构22设置于动力头支架21，多个铣刀轴设置于转向机构22以控制多个铣刀轴围绕一个垂直于XZ平面的转轴进行转向，多个铣刀轴位于转向空间210中。在本实施例中，设置于转向机构22的多个铣刀轴呈两竖排的方式排列，竖排是指每一排铣刀轴均沿上下方向排列，当然，在其他实施方式中，多个铣刀轴也可以为其他排列方式。

值得一提的是，由于主轴方向C与Z方向平行，因此主轴方向C也与该水平面S1以及竖直面S2平行，Y方向与主轴方向C的夹角也大于0°并且小于90°，X方向也与主轴方向C垂直。

在加工前，铣刀固定在铣刀轴上，通过Y轴滑台3和X轴滑台4配合控制动力头2沿Y方向和X方向移动，完成对刀操作；此外，在切换刀具时，也是通过Y轴滑台3和X轴滑台4控制动力头2移动，以实现不同刀具的对刀操作。当需要控制铣刀转向时，可以通过转向机构22控制多个铣刀轴沿双向箭头S发生转向，从而改变加工角度，在图3中，多个铣刀轴沿Z方向布置，在图4中，多个铣刀轴沿一个垂直于Z方向并且平行于水平方向的方向布置。

在进行铣削加工时，工件固定不动，同时控制铣刀自转，以Z方向为进给方向，Y轴滑台3作为插补轴，控制动力头2沿Y方向移动，对Z方向进行插补(亦即实现Z方向插补)，同时Y轴滑台3和X轴滑台4实时配合控制对刀位置，以此加工出预定的工件形状。

具体地，请继续参考图3～4所示，转向机构22包括：转向座221、转向减速机222和转向电机223，转向座221与转向电机223之间通过转向减速机222连接，多个铣刀轴设置于转向座221。当需要控制铣刀转向时，转向电机223通过转向减速机222控制转向座221发生旋转。

更具体地，多个铣刀轴包括：多个筒轴23和多个电主轴24，动力头2还包括：多个齿轮25和铣削电机26，多个筒轴23呈至少一竖排的方式排列并且分别与多个齿轮25形成固定，相邻的两个齿轮25相互啮合，铣削电机26的电机轴与一个筒轴23连接，多个电主轴24呈至少一竖排的方式排列。筒轴23和电主轴24均用于安装铣刀，当筒轴组件23工作时，铣削电机26控制其中一个筒轴23发生旋转，并且通过多个齿轮25带动其余的筒轴23发生旋转；当电主轴24工作时，只需要通电即可控制铣刀旋转。

在本实施例中，转向空间210呈棱台形状并且转向空间210的一个面与Y方向平行，至少两个电主轴24的长度不同，一排电主轴24按照长度从大到小的顺序从上往下排列。即转向空间210的Z方向宽度从上往下逐渐减小，长度较长的电主轴24位于长度较短的电主轴24的上方。

更具体地，请继续参考图1和图3所示，动力头2还包括：若干个钻孔刀筒25和车刀架26，钻孔刀筒25和车刀架26均设置于动力头支架21，车刀架26具有若干个车刀槽；主轴1包括：定位卡盘11、旋转连接件12和主轴电机13，主轴电机13与定位卡盘11之间通过旋转连接件12连接。其中，在定位卡盘11接收工件后，若需要进行车销加工，则利用主轴电机13、旋转连接件12和定位卡盘11的配合，控制工件以主轴方向C为中心发生旋转。钻孔刀筒25和车刀架26的车刀槽分别用于安装钻孔刀和车刀，当进行钻孔或者车销加工时，通过主轴1控制工件以主轴方向C为中心发生旋转，利用钻孔刀进行钻孔加工或者车刀进行车销加工。

具体地，请继续参考图2，X方向与水平面S1之间的夹角大于0°并且小于90°。亦即X方向相对水平面S1倾斜布置。具体而言，Y方向与Z方向之间的夹角为30°，X方向与水平面S1之间的夹角为45°。此外，主轴方向C与Z方向还均与一个竖直面S2平行，而由于X方向与水平面S1不平行，因此Y方向与该竖直面S2不平行，当然，在其他实施方式中，也可以将X方向设置为与水平面S1平行，此时Y方向与该竖直面S2平行。

更具体地，如图5所示，Y轴滑台3包括：Y轴支架板31、Y轴电机32、Y轴丝杆33、Y轴螺母34、Y轴导轨35和Y轴滑块36，Y轴支架板31设置于X轴滑台4，Y轴电机32和Y轴导轨35均设置于Y轴支架板31，Y轴电机32的电机轴与Y轴丝杆33连接，Y轴丝杆33与Y轴螺母34啮合，Y轴滑块36设置于Y轴导轨35并且可相对Y轴导轨35移动，Y轴丝杆33和Y轴导轨35均沿Y方向布置，Y轴螺母34和Y轴滑块36均与动力头支架21形成固定。当需要控制动力头2沿Y方向移动时，可以利用Y轴电机32控制Y轴丝杆33发生旋转，从而促使Y轴螺母34沿Y方向发生移动，进而控制动力头2沿Y方向移动。在本实施例中，Y轴电机32的电机轴与Y轴丝杆33之间通过联轴器连接，当然，在其他实施方式中，二者之间也可以通过其他方式连接。

更具体地，如图6所示，X轴滑台4包括：X轴支架板41、X轴电机42、X轴丝杆43、X轴螺母44、X轴导轨45和X轴滑块46，X轴支架板41设置于Z轴滑台5，X轴电机42和X轴导轨45均设置于X轴支架板41，X轴电机42的电机轴与X轴丝杆43连接，X轴丝杆43与X轴螺母44啮合，X轴滑块46设置于X轴导轨45并且可相对X轴导轨45移动，X轴丝杆43和X轴导轨45均沿X方向布置，X轴螺母44和X轴滑块46均与Y轴支架板31形成固定。当需要控制动力头2沿X方向移动时，可以利用X轴电机42控制X轴丝杆43发生旋转，从而促使X轴螺母44沿X方向发生移动，进而控制Y轴滑台3以及动力头2沿X方向移动。在本实施例中，X轴电机42的电机轴与X轴丝杆43之间通过联轴器连接，当然，在其他实施方式中，二者之间也可以通过其他方式连接。

更具体地，如图7所示，Z轴滑台4包括：Z轴底座51、Z轴电机52、Z轴丝杆53、Z轴螺母54、Z轴导轨55和Z轴滑块56，Z轴电机52和Z轴导轨55均设置于Z轴底座51，Z轴电机52的电机轴与Z轴丝杆53连接，Z轴丝杆53与Z轴螺母54啮合，Z轴滑块56设置于Z轴导轨55并且可相对Z轴导轨55移动，Z轴丝杆53和Z轴导轨55均沿Z方向布置，Z轴螺母54和Z轴滑块56均与X轴支架板41形成固定。当需要控制动力头2沿Z方向移动时，可以利用Z轴电机52控制Z轴丝杆53发生旋转，从而促使Z轴螺母54沿Z方向发生移动，进而控制X轴滑台4、Y轴滑台3以及动力头2沿Z方向移动。在本实施例中，Z轴电机52的电机轴与Z轴丝杆53之间通过联轴器连接，当然，在其他实施方式中，二者之间也可以通过其他方式连接。

Claims (10)

1.一种Z方向插补的排刀式机床，排刀式机床包括：沿一个主轴方向布置的主轴、排刀式的动力头、Y轴滑台、X轴滑台和Z轴滑台，所述动力头包括：动力头支架、转向机构和多个水平布置的铣刀轴，所述动力头支架设置于Y轴滑台以控制动力头沿一个Y方向移动，所述Y轴滑台设置于X轴滑台以控制动力头沿一个X方向移动，所述X轴滑台设置于Z轴滑台以控制动力头沿一个Z方向移动，所述主轴方向与Z方向平行，所述Z方向与一个水平面平行，其特征在于：所述Y方向与Z方向之间的夹角大于0°并且小于90°，所述Y方向和Z方向均与X方向垂直；所述动力头支架具有转向空间，所述转向空间具有第一空间和第二空间，所述第一空间位于第二空间的上方，所述第一空间的Z方向宽度大于第二空间的Z方向宽度并且所述第一空间的一部分比第二空间更远离主轴，所述转向机构设置于动力头支架，多个铣刀轴设置于转向机构以控制多个铣刀轴围绕一个垂直于XZ平面的转轴进行转向，多个铣刀轴位于转向空间中。

2.根据权利要求1所述的Z方向插补的排刀式机床，其特征在于：所述转向机构包括：转向座、转向减速机和转向电机，所述转向座与转向电机之间通过转向减速机连接，多个铣刀轴设置于转向座。

3.根据权利要求2所述的Z方向插补的排刀式机床，其特征在于：多个铣刀轴包括：多个筒轴和多个电主轴，所述动力头还包括：多个齿轮和铣削电机，多个筒轴呈至少一竖排的方式排列并且分别与多个齿轮形成固定，相邻的两个齿轮相互啮合，所述铣削电机的电机轴与一个筒轴连接，多个电主轴呈至少一竖排的方式排列。

4.根据权利要求3所述的Z方向插补的排刀式机床，其特征在于：所述转向空间呈棱台形状并且转向空间的一个面与Y方向平行，至少两个电主轴的长度不同，一排电主轴按照长度从大到小的顺序从上往下排列。

5.根据权利要求3所述的Z方向插补的排刀式机床，其特征在于：所述动力头还包括：若干个钻孔刀筒和车刀架，所述钻孔刀筒和车刀架均设置于动力头支架，所述车刀架具有若干个车刀槽；所述主轴包括：定位卡盘、旋转连接件和主轴电机，所述主轴电机与定位卡盘之间通过旋转连接件连接。

6.根据权利要求1所述的Z方向插补的排刀式机床，其特征在于：所述X方向与水平面之间的夹角大于0°并且小于90°。

7.根据权利要求6所述的Z方向插补的排刀式机床，其特征在于：所述Y方向与Z方向之间的夹角为30°，所述X方向与水平面之间的夹角为45°。

8.根据权利要求7所述的Z方向插补的排刀式机床，其特征在于：所述Y轴滑台包括：Y轴支架板、Y轴电机、Y轴丝杆、Y轴螺母、Y轴导轨和Y轴滑块，所述Y轴支架板设置于X轴滑台，所述Y轴电机和Y轴导轨均设置于Y轴支架板，所述Y轴电机的电机轴与Y轴丝杆连接，所述Y轴丝杆与Y轴螺母啮合，所述Y轴滑块设置于Y轴导轨并且可相对Y轴导轨移动，所述Y轴丝杆和Y轴导轨均沿Y方向布置，所述Y轴螺母和Y轴滑块均与动力头支架形成固定。

9.根据权利要求8所述的Z方向插补的排刀式机床，其特征在于：所述X轴滑台包括：X轴支架板、X轴电机、X轴丝杆、X轴螺母、X轴导轨和X轴滑块，所述X轴支架板设置于Z轴滑台，所述X轴电机和X轴导轨均设置于X轴支架板，所述X轴电机的电机轴与X轴丝杆连接，所述X轴丝杆与X轴螺母啮合，所述X轴滑块设置于X轴导轨并且可相对X轴导轨移动，所述X轴丝杆和X轴导轨均沿X方向布置，所述X轴螺母和X轴滑块均与Y轴支架板形成固定。

10.根据权利要求9所述的Z方向插补的排刀式机床，其特征在于：所述Z轴滑台包括：Z轴底座、Z轴电机、Z轴丝杆、Z轴螺母、Z轴导轨和Z轴滑块，所述Z轴电机和Z轴导轨均设置于Z轴底座，所述Z轴电机的电机轴与Z轴丝杆连接，所述Z轴丝杆与Z轴螺母啮合，所述Z轴滑块设置于Z轴导轨并且可相对Z轴导轨移动，所述Z轴丝杆和Z轴导轨均沿Z方向布置，所述Z轴螺母和Z轴滑块均与X轴支架板形成固定。