CN103071810A - 微型纵切双刀排车削机床 - Google Patents

Abstract

微型纵切双刀排车削机床涉及一种用于车削加工具有轴类特征的微小零件的机床，属于机械加工设备技术领域；目的在于解决现有技术中存在的加工效率低、加工表面质量差和加工细长轴类零件易弯曲变形的问题。包括减震平台、支撑单元、主轴单元、车削单元和计算机控制***；支撑单元固定在所述减震平台上，主轴单元固定在所述减震平台上，主轴单元带动被加工工件做高速旋转运动，车削单元包括两个结构相同的子单元，两个子单元上分别放置相对于主轴单元中的主轴对称的刀具；所述主轴单元可以实现沿主轴方向进给，所述车削单元可以实现左右和上下方向的移动。提高加工效率的同时减小了工件的弯曲变形，提高了加工精度。

Description

微型纵切双刀排车削机床

技术领域

本发明涉及一种用于车削加工具有轴类特征的微小零件的微型纵切双刀排车削机床，属于机械加工设备技术领域。

背景技术

航空航天、国防工业、微电子行业、现代医学以及生物工程技术领域所使用的精密/超精密三维微小零件具有从微米到毫米数量级的尺寸特征，三维微小零件及使用三维微小零件的微型装置还具有结构形状特异化、零件材料多样化、尺寸及表面质量高精度化的特征。采用普通车床加工这些技术领域所使用的具有轴类特征的微小零件存在诸多弊端。

申请号为CN200520050389.7的一件中国专利公开了一项名称为“一种微型车床”的技术方案。该方案由床头箱、变速手柄、刀架机构、尾座、走刀丝杆、床身和走刀变速机构等部分组成；通过一对皮带塔轮输入动力，在床身中段设置排屑漏斗；在床头箱内设有输入轴、主轴、传动轴和输出轴，输入轴上有两个齿轮，主轴上有五个齿轮，传动轴上有三个齿轮，输出轴上有两个齿轮；所述尾座依靠铰链与床身尾端相连，尾座依靠手柄摆动令转动轮带动齿轮旋转，齿轮经齿条带动活动滑块沿滑轨作直线运动；所述主轴依靠皮带塔轮和两个变速手柄可有八档速度变化，使用方法与普通车床相同。

该专利公开的技术方案依靠一对皮带塔轮输入动力，主轴转速较低、加工微小零件的效率低且加工表面质量差；另外，该方案采取单刀排布置方式，在加工细长轴类零件时易使工件发生弯曲变形，降低加工精度。

发明内容

本发明的目的提出一种微型纵切双刀排车削机床，解决现有技术中存在的加工效率低、加工表面质量差和加工细长轴类零件易弯曲变形的问题。

为实现上述目的，本发明的微型纵切双刀排车削机床包括减震平台、支撑单元、主轴单元、车削单元和计算机控制***；所述支撑单元固定在所述减震平台上，所述主轴单元固定在所述减震平台上，所述主轴单元带动被加工工件做高速旋转运动，所述车削单元包括两个结构相同的子单元，所述两个结构相同的子单元分别位于主轴的两侧并固定在所述支撑单元上，所述两个子单元上分别放置相对于主轴单元中的主轴对称的刀具；所述主轴单元可以实现沿主轴方向进给，所述车削单元可以实现左右和上下方向的移动；所述计算机控制***通过数控***控制各个运动部件实现运动。

所述支撑单元包括圆柱形导套、圆柱形导套外套、法兰、支撑板；所述支撑板的垂直向的平面上端有一个上凸台、下端有一个下凸台，所述上凸台和所述下凸台上均有矩形凹槽，所述上凸台和所述下凸台之间设置有垂直凸台，所述垂直凸台垂直于水平向，所述上凸台、下凸台和垂直凸台表面均平齐；所述垂直凸台的中央开有通孔，所述法兰与所述通孔配合并通过螺栓固定在支撑板的垂直凸台上，所述圆柱形导套***法兰的细径圆管的孔中通过螺纹连接，圆柱形导套外套套在圆柱形导套上，两者螺纹连接，旋转圆柱形导套外套实现圆柱形导套松紧的调节，所述圆柱形导套与被加工工件间隙配合。

所述工件直径的取值范围为：1mm≤Φ≤7mm。

所述主轴单元包括电主轴、电主轴夹具和Z向滑台；所述电主轴夹具中间开有孔，上部中间开有空隙与所述孔连通，所述空隙两边分别有一个紧固耳，所述电主轴置于电主轴夹具的孔中，调节所述两个紧固耳之间的距离调节孔径的大小实现对电主轴的夹紧或松开；所述电主轴与孔同轴；所述电主轴夹具固定在Z向滑台上，所述Z向滑台带动电主轴和电主轴夹具沿Z向运动，所述Z向滑台与减震平台固接。

所述车削单元的每个子单元包括刀排架、Y向滑台和X向滑台；所述Y向滑台固定在所述X向滑台上，所述X向滑台和Y向滑台互相垂直，所述刀排架固定在所述Y向滑台上，通过X向滑台和Y向滑台的共同作用带动刀排架上的刀具实现X方向和Y方向的运动，所述Ｙ向滑台与所述Ｚ向滑台结构相同。

所述刀排架通过螺栓与Y向滑台中间部分连接，通过Y向滑台7的滑动实现刀具的Y向移动；所述刀排架可以安装两把以上刀具；每个刀排架分别独立地滑动以调整刀具。

所述X向滑台包括电机A、电机支座Ａ、联轴器、丝杠Ａ、螺母Ａ、连接板Ａ和丝杠座Ａ；所述电机Ａ固接在电机支座Ａ上，联轴器一端连接电机Ａ，一端固接丝杠Ａ，丝杠Ａ另一端放置在丝杠座Ａ的轴承内，螺母Ａ与连接板Ａ固接，与丝杠Ａ之间形成螺纹副，从而带动连接板沿着X方向移动；所述Y向滑台包括丝杠座Ｂ、丝杠Ｂ、连接板Ｂ、电机支座Ｂ、电机Ｂ、工字型滑轨、滑块和滑台底板；底板的一端固接电机支座，电机固接在电机支座上，丝杠的一端与电机的电机轴固接，另一端置于固接在滑台底板的另一端的丝杠座的轴承内；两个工字型滑轨固定在滑台底板上，并位于丝杠座两侧垂直于丝杠座，所述每个工字型滑轨上设置有两个滑块A，所述滑块A可以在所述工字型滑轨上滑动，所述连接板固定在所述滑块A上，所述连接板内部设有螺母Ｂ与所述丝杠形成螺旋副；所述Y向滑台通过X向滑台上的孔用螺栓与长方体滑轨上的滑块B固连。

所述Y向滑台的滑台底板通过所述X向滑台上的孔A互相垂直安装于X向滑台上，由X向滑台带动Y向滑台及其上组件进行X方向的移动，并且通过长方体滑轨实现导向和承重的功能；X向滑台通过螺栓固定于所述支撑板上。

所述车削机床整体尺寸小于300mm×300mm×400mm。

本发明的有益效果为：本发明的微型纵切双刀排车削机床采用电主轴输入动力，机床主轴由内装式电动机直接驱动，本设备主轴转速最高可达到80000转/分钟，是普通高速车床转速的2倍以上，提高了加工效率和加工表面质量；此外，加工过程中可以实现一次装夹，通过刀排架在Y向滑台7上沿Y向的移动实现刀具切换从而完成多工序的加工，在提高加工效率的同时减小了工件的弯曲变形，提高了加工精度。

附图说明

图1为本发明的微型纵切双刀排车削机床的立体结构示意图；

图2为本发明的微型纵切双刀排车削机床的另一角度立体结构示意图；

图3为本发明的微型纵切双刀排车削机床结构主视图；

图4为本发明的微型纵切双刀排车削机床结构左视图；

图5为本发明的微型纵切双刀排车削机床结构俯视图；

图6为本发明的支撑板整体结构示意图；

图7为本发明的支撑板另一角度整体结构示意图；

图8为本发明的法兰结构主视图；

图9为图8的A-A剖视图；

图10为本发明的X向滑台结构示意图；

图11为本发明的Y向滑台结构示意图；

图12为本发明的长方体滑轨结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步描述。

参见附图1、附图2、附图3、附图4和附图5，本发明的微型纵切双刀排车削机床包括减震平台13、支撑单元、主轴单元、车削单元和计算机控制***；所述支撑单元固定在所述减震平台13上，所述主轴单元固定在所述减震平台13上，并穿过所述支撑单元，所述车削单元包括两个结构相同的子单元，所述两个结构相同的子单元分别位于主轴的两侧并固定在所述支撑单元上，所述两个子单元上分别放置相对于主轴单元中的主轴对称的刀具2；所述主轴单元可以实现沿主轴方向进给，所述车削单元可以实现左右和上下方向的移动；所述计算机控制***通过数控***控制各个运动部件实现运动。

所述主轴单元包括电主轴7、电主轴夹具6和Z向滑台9；所述电主轴夹具6中间开有孔，上部中间开有空隙与所述孔连通，所述空隙两边分别有一个紧固耳，所述电主轴7置于电主轴夹具6的孔中，调节所述两个紧固耳之间的距离调节孔径的大小实现对电主轴7的夹紧或松开；所述电主轴7与孔同轴；所述电主轴夹具6固定在Z向滑台9上，所述Z向滑台9带动电主轴7和电主轴夹具6沿Z向运动，所述Z向滑台9与减震平台13固接。

所述车削单元的每个子单元包括刀排架1、Y向滑台12和X向滑台10；所述Y向滑台12固定在所述X向滑台10上，所述X向滑台10和Y向滑台12互相垂直，所述刀排架1固定在所述Y向滑台12上，通过X向滑台10和Y向滑台12的共同作用带动刀排架1上的刀具2实现X方向和Y方向的运动。

所述刀排架1通过螺栓与Y向滑台12中间部分连接，通过Y向滑台127的滑动实现刀具2的Y向移动；所述刀排架1可以安装两把以上刀具2；每个刀排架1分别独立地滑动以调整刀具2；刀具2安装于刀排架1的刀槽中，通过调节刀排架1上的螺栓对刀具2夹紧。

参见附图6、附图7、附图8和附图9，所述支撑单元包括所述的支撑单元包括圆柱形导套3、圆柱形导套外套4、法兰5、支撑板11；所述支撑板11的垂直向的平面上端有一个上凸台1101、下端有一个下凸台1102，所述上凸台1101和所述下凸台1102上均有矩形凹槽，所述上凸台1101和所述下凸台1102之间设置有垂直凸台1103，所述垂直凸台1103垂直于水平向，所述上凸台1101、下凸台1102和垂直凸台1103表面均平齐；所述垂直凸台1103的中央开有通孔1104，所述法兰5与所述通孔1104配合并通过螺栓固定在支撑板11的垂直凸台1103上，所述圆柱形导套3***法兰5的细径圆管的孔中通过螺纹连接，圆柱形导套外套4套在圆柱形导套3上，两者螺纹连接，旋转圆柱形导套外套4调节导套的松紧，实现对圆柱形导套3中的工件的夹紧或松开。

参见附图10、附图11和附图12，所述X向滑台10包括所述X向滑台10包括电机A1001、电机支座Ａ1002、联轴器1003、丝杠Ａ1007、螺母Ａ1006、连接板Ａ1004和丝杠座Ａ1005；所述电机Ａ固接在电机支座Ａ上，联轴器一端连接电机Ａ，一端固接丝杠Ａ，丝杠Ａ另一端放置在丝杠座Ａ的轴承内，丝杠座Ａ用螺栓固定在支撑板11上，螺母Ａ与连接板Ａ固接，与丝杠Ａ之间形成螺纹副，从而带动连接板沿着X方向移动；所述Y向滑台12包括丝杠座Ｂ1201、丝杠Ｂ1202、连接板Ｂ1203、电机支座Ｂ1204、电机Ｂ1205、工字型滑轨1206、滑块A1207和滑台底板1208；滑台底板1208的一端固接电机支座B1204，电机B1205固接在所述电机支座B1204上，丝杠B1202的一端与电机B1205的电机轴固接，另一端放置在固接在滑台底板1208的另一端的丝杠座B1201的轴承内；两个工字型滑轨1206固定在滑台底板1208上，并位于丝杠座B1201两侧垂直于丝杠座B1201，所述每个工字型滑轨1206上设置有两个滑块A1207，所述滑块A1207可以在所述工字型滑轨1206上滑动，所述连接板B1203固定在所述滑块A1207上，所述连接板B1203内部设有螺母Ｂ与所述丝杠B1202形成螺旋副；所述Y向滑台12通过螺栓与长方体滑轨8上的滑块B801固连；X向滑台10运动时带动滑块B801沿长方体滑轨8滑动，起到X轴导向作用。

所述Y向滑台12的滑台底板通过所述X向滑台10上的孔A互相垂直安装于X向滑台10上，由X向滑台10带动Y向滑台12及其上组件进行X方向的移动，并且通过长方体滑轨8实现导向和承重的功能；X向滑台10通过其下方的孔B用螺栓固定于支撑板11上。

所述Z向滑台9与所述Y向滑台12的结构相同，所述机床的X、Y、Z三向滑台分别用电缆连接机床控制柜，机床控制柜与计算机控制***主机与显示器连接，通过数控软件对机床控制柜中的控制模块给出指令，实现X、Y、Z三向滑台的相应运动。首先控制Y向滑台12和Z向滑台9的进给，实现对刀。在对刀之后，根据要加工的零件的形状，编制相应的程序。通过计算机中数控***，控制x方向的滑台实现双排刀具2同时沿工件径向进给，控制主轴下方的滑台实现沿工件轴线即Z方向的进给；其中，Y方向的滑台仅在对刀中运动，而在切削过程中固定不动。

本发明的车削机床的尺寸为300mm×300mm×400mm，加工出的工件为直径在0.5mm至5mm范围内，最大长径比为10的工件，能够夹持的工件的直径范围在1mm至7mm；加工出的工件通过人工手动取出。和传统机床及普通微小机床相比设备和加工出的产品的体积都大幅减小。主轴转速最高可达到80000转/分钟，是普通高速车床转速的2倍以上。所述减震平台13为大理石减震平台13，通过整机的振动试验优化设计解决了机床振动和高噪声的问题。本装置根据二力平衡原理采用双刀排水平对置方式，对工件进行双向同时进刀，此外，加工过程中可以实现一次装夹，通过刀刀排架1在Y向滑台12上沿Y向的移动实现刀具2切换从而完成多工序的加工，在提高加工效率的同时减小了工件的弯曲变形，提高了加工精度。

Claims (9)

1.微型纵切双刀排车削机床，其特征在于，包括减震平台（13）、支撑单元、主轴单元、车削单元和计算机控制***；所述支撑单元固定在所述减震平台（13）上，所述主轴单元固定在所述减震平台（13）上，所述主轴单元带动被加工工件做高速旋转运动，所述车削单元包括两个结构相同的子单元，所述两个结构相同的子单元分别位于主轴的两侧并固定在所述支撑单元上，所述两个子单元上分别放置相对于主轴单元中的主轴对称的刀具（2）；所述主轴单元可以实现沿主轴方向进给，所述车削单元可以实现左右和上下方向的移动；所述计算机控制***通过数控***控制机床控制器，进而控制各个运动部件实现运动。

2.根据权利要求1所述的微型纵切双刀排车削机床，其特征在于，所述支撑单元包括圆柱形导套（3）、圆柱形导套外套（4）、法兰（5）、支撑板（11）；所述支撑板（11）的垂直向的平面上端有一个上凸台（1101）、下端有一个下凸台（1102），所述上凸台（1101）和所述下凸台（1102）上均有矩形凹槽，所述上凸台（1101）和所述下凸台（1102）之间设置有垂直凸台（1103），所述垂直凸台（1103）垂直于水平向，所述上凸台（1101）、下凸台（1102）和垂直凸台（1103）表面均平齐；所述垂直凸台（1103）的中央开有通孔（1104），所述法兰（5）与所述通孔（1104）配合并通过螺栓固定在支撑板（11）的垂直凸台（1103）上，所述圆柱形导套（3）***法兰（5）的细径圆管的孔中通过螺纹连接，圆柱形导套外套（4）套在圆柱形导套（3）上，两者螺纹连接，旋转圆柱形导套外套（4）实现圆柱形导套（3）松紧的调节，所述圆柱形导套（3）与被加工工件间隙配合。

3.根据权利要求1所述的微型纵切双刀排车削机床，其特征在于，所述工件直径的取值范围为：1mm≤Φ≤7mm。

4.根据权利要求1所述的微型纵切双刀排车削机床，其特征在于，所述主轴单元包括电主轴（7）、电主轴夹具（6）和Z向滑台（9）；所述电主轴夹具（6）中间开有孔，上部中间开有空隙与所述孔连通，所述空隙两边分别有一个紧固耳，所述电主轴（7）置于电主轴夹具（6）的孔中，调节所述两个紧固耳之间的距离调节孔径的大小实现对电主轴（7）的夹紧或松开；所述电主轴（7）与孔同轴；所述电主轴夹具（6）固定在Z向滑台（9）上，所述Z向滑台（9）带动电主轴（7）和电主轴夹具（6）沿Z向运动，所述Z向滑台（9）与减震平台（13）固接。

5.根据权利要求４所述的微型纵切双刀排车削机床，其特征在于，所述车削单元的每个子单元包括刀排架（1）、Y向滑台（12）和X向滑台（10）；所述Y向滑台（12）固定在所述X向滑台（10）上，所述X向滑台（10）和Y向滑台（12）互相垂直，所述刀排架（1）固定在所述Y向滑台（12）上，通过X向滑台（10）和Y向滑台（12）的共同作用带动刀排架（1）上的刀具（2）实现X方向和Y方向的运动，所述Ｙ向滑台与所述Ｚ向滑台结构相同。

6.根据权利要求5所述的微型纵切双刀排车削机床，其特征在于，所述刀排架（1）通过螺栓与Y向滑台（12）中间部分连接，通过Y向滑台（12）的滑动实现刀具（2）的Y向移动；所述刀排架（1）可以安装两把以上刀具（2）；每个刀排架（1）分别独立地滑动以调整刀具（2）。

7.根据权利要求5所述的微型纵切双刀排车削机床，其特征在于，所述X向滑台（10）包括电机A（1001）、电机支座Ａ（1002）、联轴器（1003）、丝杠Ａ（1007）、螺母Ａ（1006）、连接板Ａ（1004）和丝杠座Ａ（1005）；所述电机Ａ（1001）固接在电机支座Ａ（1002）上，联轴器（1002）一端连接电机Ａ（1001），一端固接丝杠Ａ（1007），丝杠Ａ（1007）另一端放置在丝杠座Ａ（1005）的轴承内，螺母Ａ（1006）与连接板Ａ（1004）固接，与丝杠Ａ（1007）之间形成螺旋副，从而带动连接板A（1004）沿着X方向移动；所述Y向滑台（12）包括丝杠座Ｂ（1201）、丝杠Ｂ（1202）、连接板Ｂ（1203）、电机支座Ｂ1204、电机Ｂ1205、工字型滑轨（1206）、滑块A（1207）和滑台底板（1208）；滑台底板（1208）的一端固接电机支座B（1204），电机B（1205）固接在所述电机支座B（1204）上，丝杠B（1202）的一端与电机B（1205）的电机轴固接，另一端放置在固接在滑台底板（1208）的另一端的丝杠座B（1201）的轴承内；两个工字型滑轨（1206）固定在滑台底板（1208）上，并位于丝杠座B（1201）两侧垂直于丝杠座B（1201），所述每个工字型滑轨（1206）上设置有两个滑块A（1207），所述滑块A（1207）可以在所述工字型滑轨（1206）上滑动，所述连接板B（1203）固定在所述滑块A（1207）上，所述连接板B（1203）内部设有螺母Ｂ与所述丝杠B（1202）形成螺旋副；所述Y向滑台（12）（12）通过螺栓与长方体滑轨（8）上的滑块B（801）固连。

8.根据权利要求6所述的微型纵切双刀排车削机床，其特征在于，所述Y向滑台（12）的滑台底板通过所述X向滑台（10）上的孔A互相垂直安装于X向滑台（10）上，由X向滑台（10）带动Y向滑台（12）及其上组件进行X方向的移动，并且通过长方体滑轨（8）实现导向和承重的功能；X向滑台（10）通过螺栓固定在所述支撑板（11）上。

9.根据权利要求1所述的微型纵切双刀排车削机床，其特征在于，所述车削机床整体尺寸小于300mm×300mm×400mm。

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