CN103212988B - 微小型可重构复合加工机床 - Google Patents
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Abstract
微小型可重构复合加工机床属于机械加工设备领域，目的在于解决现有技术中存在的功能闲置、不能进行自动对刀和视频监控的问题。本发明包括平台底座、龙门支撑、横梁、X、Y、Z向滑台、铣钻磨加工模块、车削刀具模块；所述铣钻磨加工模块和车削刀具模块根据加工需要相互替换地安装在所述Z向滑台上；所述控制计算机控制机床控制器发出命令，实现X向滑台、Y向滑台和Z向滑台的往复运动。本发明根据加工需要，通过旋转摆动工作台、铣钻磨加工模块、车削主轴箱、刀具模块的更换、重组，***可重构为铣削为主的五轴联动加工机床和以车为主的加工机床；通过机器视觉模块实现加工状态视频输出，通过激光对刀装置进行自动对刀。
Description
技术领域
本发明属于机械加工设备技术领域，具体涉及一种以车铣加工为主要功能的微小型可重构复合加工机床。
背景技术
航空航天、微电子工业、生物工程等的发展对精密三维微机械零件（特征尺寸在微米级到毫米级，精度到亚微米级）的需求日益迫切，在使用功能、材料特性、结构形状、可靠性等方面的要求也越来越高。结构形状的特异化、材料的复合多样化、尺寸与表面质量要求的高精度化成为微小型结构件的显著特征。常规机床对于微小型结构件的高效批量化制造存在诸多弊端。可重构机床是面向客户定制的，当市场加工有所需求改变时，能够迅速的转换结构以满足市场需求。
2011年7月27号公开了一项公开号为CN102133722A、名称为“微型车铣复合机”的中国专利。该微型车铣复合机包括机座、工作台下拖板、工作台拖板、小拖板、电动刀架、车削主轴箱、铣削主轴、横梁、电器控制柜、垂直小拖板、垂直大拖板组成，电器控制柜安装于机座的下部，机座上安装有工作台下拖板，工作台下拖板上安装有工作台拖板，工作台拖板上安装有小拖板，小拖板上安装有电动刀架，机座上安装有车削主轴箱，机座上安装有横梁，横梁上安装有铣削主轴。
该微型车铣复合机的结构使其加工范围受限，由于其结构不能随着需要改变自身功能，造成功能闲置，只能实现三轴运动；不能对***加工状态进行视频监控，不能实现自动对刀。
发明内容
本发明的目的在于提出一种微小型可重构复合加工机床，解决现有技术中机床存在的闲置功能、不能进行自动对刀及视频监控的问题，通过激光对刀装置进行自动对刀，实现五轴联动及加工状态的视频输出。
为实现上述目的，本发明的微小型可重构复合加工机床包括平台底座、龙门支撑、横梁、X向滑台、Y向滑台、Z向滑台、控制计算机、机床控制器、铣钻磨加工模块、车削刀具模块；所述龙门支撑固定连接在所述平台底座上，所述两个Y向滑台固定在所述龙门支撑上，所述横梁两端分别固定在所述两个Y向滑台上，所述X向滑台固定在所述横梁上且垂直于所述平台底座，所述X向滑台的运动方向与横梁水平，所述Z向滑台固定在X向滑台上，所述Z向滑台和所述X向滑台的纵向中心线互相垂直，所述铣钻磨加工模块和车削刀具模块根据加工需要相互替换地安装在所述Z向滑台上；所述控制计算机控制机床控制器发出命令，实现X向滑台、Y向滑台和Z向滑台的往复运动。
所述机床还包括直线电机、转接板、托板、连接板A和电源拖链；所述直线电机通过螺纹孔固定在所述龙门支撑的外侧面，所述Y向滑台通过转接板的螺纹孔与所述直线电机连接，在所述龙门支撑的一侧，托板通过螺纹孔与所述龙门支撑连接，电源拖链下部通过螺纹孔安装在托板上，上部通过连接板A与所述X向滑台连接；所述X向滑台与所述Y向滑台结构相同。
所述铣钻磨加工模块包括电主轴、电主轴夹套和旋转摆动工作台，所述Z向滑台纵向中心线和电主轴轴线在同一平面内，所述电主轴与主轴变速器相连，通过调节主轴变速器实现电主轴的匀速转动；所述旋转摆动工作台包括工作台、工作台底座、电机座、电机B；所述工作台通过轴与所述工作台底座连接，所述工作台底座安装在电机座上，所述电机B安装在电机座上，所述电机座通过螺纹孔固定在平台底座上；所述电主轴上配合连接铣刀、钻头或砂轮。
所述车削刀具模块包括刀排架、车刀和车削主轴箱；所述刀排架通过螺栓与Z向滑台中间部分连接，通过Z向滑台的滑动实现刀具的Z向移动；所述刀排架可以安装两把以上刀具，所述车削主轴箱安装在所述平台底座上。
所述Y向滑台包括工字型滑轨Ｂ、滑块Ｂ和防尘罩，所述滑块Ｂ在所述工字型滑轨Ｂ上实现Y向运动。
所述Z向滑台包括丝杠座、丝杠、连接板Ｂ、电机支座、电机A、工字型滑轨Ａ、滑块Ａ和滑台底板；滑台底板的一端固接电机支座，电机A固接在电机支座上，丝杠的一端与电机A的电机轴固接，另一端放置在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Ａ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，所述滑块可以在所述工字型滑轨上滑动，所述连接板Ｂ固定在所述滑块Ａ上，所述连接板Ｂ内部设有丝母与所述丝杠形成螺旋副。
所述机床还包括机器视觉模块，所述机器视觉模块包括摄像头和光学元件；所述光学元件包括微调平台和支架，所述摄像头通过螺栓安装在所述微调平台上，旋转微调旋钮使所述微调平台在Z方向运动，平台底板处固接有长方形滑块，所述长方形滑块底部开有长方形凹槽，与所述支架上的长方形凸起配合，通过旋转螺母使长方形滑块能够在Y向运动；所述支架通过螺纹孔固定在所述电主轴夹套上。
所述机床还包括机器视觉模块，所述机器视觉模块包括摄像头和光学元件；所述光学元件包括微调平台和支架，所述摄像头通过螺栓安装在所述微调平台上，旋转微调旋钮使所述微调平台在Z方向运动，平台底板处固接有长方形滑块，所述长方形滑块底部开有长方形凹槽，与所述支架上的长方形凸起配合，通过旋转螺母使长方形滑块能够在Y向运动；所述支架通过螺纹孔固定在所述车削主轴箱上。
所述机床还包括对刀装置，所述对刀装置包括激光对刀仪和对刀仪支座，所述激光对刀仪安装在所述对刀仪支座上，所述对刀仪支座固定在所述平台底座上。
所述机床整体尺寸小于800mm×800mm×600mm。
本发明的有益效果为：与现有技术相比，本发明的微小型可重构复合加工机床根据加工需要，通过旋转摆动工作台、铣钻磨加工模块、车削主轴箱、刀具模块的更换、重组，***可重构为铣削为主的五轴联动加工机床和以车为主的加工机床。铣削加工时，铣削工作台由铣削工作台驱动单元实现绕垂直轴、水平轴的旋转，实现五轴联动，装夹刀具可根据加工需要更换成铣刀、钻头、砂轮，实现铣削、钻削和磨削。车削加工时，铣钻磨刀具模块更换为车削刀具模块，旋转摆动工作台更换为车削主轴箱***，实现车削加工。机器视觉模块对***加工状态进行视频输出，激光对刀装置进行自动对刀。
附图说明
图1为本发明的微小型可重构复合加工机床铣削加工整体结构示意图；
图2为本发明的微小型可重构复合加工机床铣削加工整体结构主视图；
图3为本发明的微小型可重构复合加工机床铣削加工整体结构左视图
图4为本发明的微小型可重构复合加工机床车削加工整体结构示意图；
图5为本发明的Z向滑台的结构示意图；
图6为本发明的旋转摆动工作台的结构示意图；
图7为本发明的机器视觉模块的结构示意图；
图8为本发明的Y向滑台的结构示意图；
其中：1、吊环，2、平台底座，3、龙门支撑，4、Y向滑台，401、工字型滑轨B，402、滑块B，403、防尘罩，5、直线电机，6、转接板，7、横梁，8、X向滑台，9、Z向滑台，901、丝杠座，902、丝杠，903、连接板B，904、电机支座，905、电机A，906、工字型滑轨A，907、滑块A，908、滑台底板，10、电主轴，11、电主轴夹套，12、连接板A，13、电源拖链，14、托板，15、机器视觉模块，1501、支架，1502、长方形凸起，1503、旋转螺母，1504、微调平台，1505、摄像头，1506、平台底板，1507、长方形滑块，16、激光对刀仪，17、对刀仪支座，18、旋转摆动工作台，1801、工作台，1802、工作台底座，1803、电机座，1804、电机B，19、车削主轴箱，20、刀排架。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。
实施例一：
参见附图1、附图2、附图3和附图4，本发明的微小型可重构复合加工机床包括吊环1、平台底座2、龙门支撑3、横梁7、X向滑台8、Y向滑台4、Z向滑台9、控制计算机、机床控制器、铣钻磨加工模块；所述龙门支撑3固定连接在所述平台底座2上，所述两个Y向滑台4固定在所述龙门支撑3上，所述横梁7两端分别固定在所述两个Y向滑台4上，所述X向滑台8固定在所述横梁7上且垂直于所述平台底座2，所述X向滑台8的运动方向与横梁7水平，所述Z向滑台9固定在X向滑台8上，所述Z向滑台9和所述X向滑台8的纵向中心线互相垂直，所述铣钻磨加工模块安装在所述Z向滑台9上；所述控制计算机控制机床控制器发出命令，实现X向滑台8、Y向滑台4和Z向滑台9的往复运动，机床上的吊环1作为搬运机床时的起重吊环1。
所述机床还包括直线电机5、转接板6、托板14、连接板A12和电源拖链13；所述直线电机5通过螺纹孔固定在所述龙门支撑3的外侧面，所述Y向滑台4通过转接板6的螺纹孔与所述直线电机5连接，在所述龙门支撑3的一侧，托板通过螺纹孔与所述龙门支撑3连接，电源拖链13下部通过螺纹孔安装在托板14上，上部通过连接板A12与所述X向滑台8连接；所述X向滑台8与所述Y向滑台4结构相同。
参见附图6所述铣钻磨加工模块包括电主轴10、电主轴夹套11和旋转摆动工作台18，所述Z向滑台9纵向中心线和电主轴10轴线在同一平面内，所述电主轴10与主轴变速器相连，通过调节主轴变速器实现电主轴10的匀速转动；所述旋转摆动工作台18包括工作台1801、工作台底座1802、电机座1803、电机B1804；所述工作台1801通过轴与所述工作台底座1802连接，所述工作台底座1802安装在电机座1803上，所述电机B1804安装在所述电机座1803上，所述电机座1803通过螺纹孔固定在所述平台底座2上；所述电主轴10上配合连接铣刀、钻头或砂轮。
铣削加工时实现X轴、Y轴、Z轴、铣削工作台绕垂直轴和水平轴的旋转的五轴联动。
参见附图8所述Y向滑台4包括工字型滑轨B401、滑块B402和防尘罩403，所述滑块B402在所述工字型滑轨B401上实现Y向运动。
参见附图5，所述Z向滑台9包括丝杠座901、丝杠902、连接板Ｂ903、电机支座904、电机A905、工字型滑轨A906、滑块A907和滑台底板908；滑台底板908的一端固接电机支座904，电机A905固接在电机支座904上，丝杠902的一端与电机A905的电机轴固接，另一端放置在固接在滑台底板908的另一端的丝杠座901的轴承内；两个工字型滑轨A906固定在滑台底板908上，并位于丝杠座901两侧垂直于丝杠座901，所述每个工字型滑轨A906上设置有两个滑块A907，所述滑块A907可以在所述工字型滑轨A906上滑动，所述连接板Ｂ903固定在所述滑块A907上，所述连接板Ｂ903内部设有丝母与所述丝杠902形成螺旋副。
参见附图7，所述机床还包括机器视觉模块15，所述机器视觉模块15包括摄像头1505和光学元件；所述光学元件包括微调平台1504和支架1501，所述摄像头1505通过螺栓安装在所述微调平台1504上，旋转微调旋钮使所述微调平台1504在Z方向运动，平台底板1506处固接有长方形滑块1507，所述长方形滑块1507底部开有长方形凹槽，与所述支架1501上的长方形凸起1502配合，通过旋转螺母1503使长方形滑块1507能够在Y向运动；所述支架1501通过螺纹孔固定在所述主轴夹套上。
所述机床还包括对刀装置，所述对刀装置包括激光对刀仪16和对刀仪支座17，所述激光对刀仪16安装在所述对刀仪支座17上，所述对刀仪支座17固定在所述平台底座2上。
本发明的机床的X向滑台8、Y向滑台4和Z向滑台9分别用电缆连接机床控制器，通过机床控制器发出命令，实现X向滑台8、Y向滑台4和Z向滑台9的往复运动，机床的电主轴10用电缆连接主轴变速器，调节主轴变速器实现电主轴10的匀速转动，机床控制器连接电脑机箱与显示器，并用数控软件mach3对机床控制器给出指令，由机床控制器发出命令对机床进行操控。
本发明微小型可重构复合加工机床的尺寸整体小于800mm×800mm×600mm，工作精度±2.5μm，主轴回转精度为1μm，重复定位精度为±1μm，最高转速可达80000rpm；加工轴类零件的直径为Ф0.1mm～Ф5mm，长度为L≤50mm；加工深孔类零件直径为Ф0.2mm，L/D＞15；加工微细沟槽类零件的宽度≥100μm，3≤纵横比≤10。
实施例二：
参见附图4，与实施例一相比本实施例的区别在于所述铣钻磨加工模块更换为所述车削道具模块，所述车削刀具模块包括刀排架20、车刀和车削主轴箱19；所述刀排架20通过螺栓与Z向滑台9中间部分连接，通过Z向滑台9的滑动实现刀具的Z向移动；所述刀排架20可以安装两把以上刀具，所述车削主轴箱19安装在所述平台底座2上。
所述机床还包括机器视觉模块15，所述机器视觉模块15的支架1501通过螺纹孔固定在所述车削主轴箱19上。
以上为本发明的具体实施方式，但绝非对本发明的限制。
Claims (8)
1.微小型可重构复合加工机床，包括平台底座(2)、横梁(7)、机床控制器，其特征在于，还包括龙门支撑(3)、X向滑台(8)、Y向滑台(4)、Z向滑台(9)、控制计算机、铣钻磨加工模块、车削刀具模块和机器视觉模块(15)；所述龙门支撑(3)固定连接在所述平台底座(2)上，两个所述Y向滑台(4)固定在所述龙门支撑(3)上，所述横梁(7)两端分别固定在两个所述Y向滑台(4)上，所述X向滑台(8)固定在所述横梁(7)上且垂直于所述平台底座(2)，所述X向滑台(8)的运动方向与横梁(7)水平，所述Z向滑台(9)固定在X向滑台(8)上，所述Z向滑台(9)和所述X向滑台(8)的纵向中心线互相垂直，所述铣钻磨加工模块安装在所述Z向滑台(9)上；所述控制计算机控制机床控制器发出命令，实现X向滑台(8)、Y向滑台(4)和Z向滑台(9)的往复运动；
所述机器视觉模块(15)包括摄像头(1505)和光学元件；所述光学元件包括微调平台(1504)和支架(1501)，所述摄像头(1505)通过螺栓安装在所述微调平台(1504)上，旋转微调旋钮使所述微调平台(1504)在Z方向运动，平台底板(1506)处固接有长方形滑块(1507)，所述长方形滑块(1507)底部开有长方形凹槽，与所述支架(1501)上的长方形凸起(1502)配合，通过旋转螺母(1503)使长方形滑块(1507)能够在Y向运动；
所述机器视觉模块(15)的支架(1501)通过螺纹孔固定在铣钻磨加工模块的电主轴夹套(11)上或通过螺纹孔固定在车削刀具模块的车削主轴箱(19)上。
2.根据权利要求1所述的微小型可重构复合加工机床，其特征在于，所述机床还包括直线电机(5)、转接板(6)、托板(14)、连接板A(12)和电源拖链(13)；所述直线电机(5)通过螺纹孔固定在所述龙门支撑(3)的外侧面，所述Y向滑台(4)通过转接板(6)的螺纹孔与所述直线电机(5)连接，在所述龙门支撑(3)的一侧，托板通过螺纹孔与所述龙门支撑(3)连接，电源拖链(13)下部通过螺纹孔安装在托板(14)上，上部通过连接板A(12)与所述X向滑台(8)连接；所述X向滑台(8)与所述Y向滑台(4)结构相同。
3.根据权利要求1所述的微小型可重构复合加工机床，其特征在于，所述铣钻磨加工模块包括电主轴(10)、电主轴夹套(11)和旋转摆动工作台(18)，所述Z向滑台(9)纵向中心线和电主轴(10)轴线在同一平面内，所述电主轴(10)与主轴变速器相连，通过调节主轴变速器实现电主轴(10)的匀速转动；所述旋转摆动工作台(18)包括工作台(1801)、工作台底座(1802)、电机座(1803)、电机B(1804)；所述工作台(1801)通过轴与所述工作台底座(1802)连接，所述工作台底座(1802)安装在电机座(1803)上，所述电机B(1804)安装在所述电机座(1803)上，所述电机座(1803)通过螺纹孔固定在所述平台底座(2)上；所述电主轴(10)上配合连接铣刀、钻头或砂轮。
4.根据权利要求1所述的微小型可重构复合加工机床，其特征在于，所述车削刀具模块包括刀排架(20)、车刀和车削主轴箱(19)；所述刀排架(20)通过螺栓与Z向滑台(9)中间部分连接，通过Z向滑台(9)的滑动实现刀具的Z向移动；所述刀排架(20)可以安装两把以上刀具，所述车削主轴箱(19)安装在所述平台底座(2)上。
5.根据权利要求1所述的微小型可重构复合加工机床，其特征在于，所述Y向滑台(4)包括工字型滑轨B(401)、滑块B(402)和防尘罩(403)，所述滑块B(402)在所述工字型滑轨B(401)上实现Y向运动。
6.根据权利要求1所述的微小型可重构复合加工机床，其特征在于，所述Z向滑台(9)包括丝杠座(901)、丝杠(902)、连接板B(903)、电机支座(904)、电机A(905)、工字型滑轨A(906)、滑块A(907)和滑台底板(908)；滑台底板(908)的一端固接电机支座(904)，电机A(905)固接在电机支座(904)上，丝杠(902)的一端与电机A(905)的电机轴固接，另一端放置在固接在滑台底板(908)的另一端的丝杠座(901)的轴承内；两个工字型滑轨A(906)固定在滑台底板(908)上，并位于丝杠座(901)两侧垂直于丝杠座(901)，所述每个工字型滑轨A(906)上设置有两个滑块A(907)，所述滑块A(907)可以在所述工字型滑轨A(906)上滑动，所述连接板B(903)固定在所述滑块A(907)上，所述连接板B(903)内部设有丝母与所述丝杠(902)形成螺旋副。
7.根据权利要求1所述的微小型可重构复合加工机床，其特征在于，所述机床还包括对刀装置，所述对刀装置包括激光对刀仪(16)和对刀仪支座(17)，所述激光对刀仪(16)安装在所述对刀仪支座(17)上，所述对刀仪支座(17)固定在所述平台底座(2)上。
8.根据权利要求1所述的微小型可重构复合加工机床，其特征在于，所述机床整体尺寸小于800mm×800mm×600mm。
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