CN109514258A - 一种曲面五轴切削及表面喷绘复合处理工装 - Google Patents

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Abstract

一种曲面五轴切削及表面喷绘复合处理工装包含切削装置和表面喷绘装置两部分。切削装置完成切削功能：将数控加工程序程序载入数控***，数控***将加工程序语句译码、运算，转换成驱动各运动部件的动作指令，在***的统一协调下驱动各运动部件的适时运动，自动完成对毛坯的表面切削。喷绘装置完成喷绘功能：将切削完表面的承印物继续固定在旋转台夹具中，将喷绘加工程序载入数控***，喷绘***将加工程序语句译码、运算，转换成驱动各运动部件的动作指令，在***的统一协调下驱动各运动部件的适时运动，自动完成对工件的喷绘。本发明集成了五轴数控切削与表面喷绘，实现了毛坯从切削到喷绘的复合加工，提高了曲面喷绘精度，具有实用和推广价值。

Description

一种曲面五轴切削及表面喷绘复合处理工装
技术领域
本发明涉及一种曲面五轴切削及表面喷绘复合处理工装，集合了五轴数控铣床与五轴表面喷绘功能，可以实现毛坯从切削到喷绘的连续加工，并且提高曲面喷绘精度，属于数控加工及数字喷墨印刷集成制造技术领域。
背景技术
机床是一个国家制造业水平的象征，从某种意义上说，它反映了一个国家的工业发展水平状况。三轴机床只有三根正交的运动轴，只能实现三个方向的直线移动自由度，因此，沿加工刀轴方向的结构都能加工出来，侧面结构特征无法加工，而代表机床制造业最高境界的是五轴联动数控机床***。五轴数控加工就是指在一台机床上至少有5个坐标轴，而且可以在计算机数控***控制下同时协调运动进行加工。五轴联动数控机床***是解决叶轮、叶片、船用螺旋桨、重型发电机转子、汽轮机转子、大型柴油机曲轴等加工的唯一手段。在印刷行业，大部分情况都是在平面承印物表面印刷喷绘，喷头位于三轴***即可实现平面范围内的印刷，而曲面喷墨印刷是一种立体印刷创意等曲面产品表面色彩的数字印刷新技术；由于承印物的曲面曲率特征，使得微墨滴着陆时的铺展行为比平面墨滴铺展行为更为复杂；并且，墨滴着陆时发生的铺展行为引起严重的物理网点扩大，成为制约喷墨印品质量的关键，因此将喷头设置于五轴***中可以更加有效解决曲面喷绘中的困难。
发明内容
1、目的：本发明目的是为了解决传统喷绘方法在曲面承印物表面的喷绘精度差的问题，同时实现在一台五轴机床上将毛坯切削成零件，然后直接对零件进行曲面喷绘，实现曲面零件表面切削与喷绘的复合处理，提高了曲面喷绘精度和加工效率，节约了时间和经济成本，具有实用和推广价值。
2、技术方案：
(1)一种曲面五轴切削及表面喷绘复合处理工装，其特征在于：它由切削***、喷绘***、横梁立柱、工作台、旋转台、底座六个部分组成，其中横梁立柱、工作台、旋转台、底座四个部分为五轴切削装置和曲面五轴表面喷绘装置共用部分。一种曲面五轴切削装置，其特征在于：它是由切削***、横梁立柱、工作台、旋转台、底座五个部分组成，包含三个平动轴和两个转动轴，其中，X轴行程范围0～330mm，Y轴行程范围0～220mm，Z轴行程范围0～220mm，A轴转动范围-17°～107°，C轴转动范围0°～360°。将需要切削的毛坯固定在旋转台夹具中，编写数控加工程序，将程序信息载入数控***，机床数控***将加工程序语句译码、运算，转换成驱动各运动部件的动作指令，在***的统一协调下驱动切削相关运动部件的适时运动，自动完成对毛坯的加工。
1)切削***，具体包括Z轴伺服电机、外壳、Z轴滚珠丝杠、刀具架、刀头电机、刀头依次从上到下通过横梁中的X轴滚珠丝杠放置在机床横梁上，整个切削***可以在横梁上沿X轴水平移动，通过该切削***中与Z轴伺服电机连接的Z轴滚珠丝杠，刀具架、刀头电机和刀头可以沿Z轴竖直移动；该Z轴伺服电机通过螺栓螺母与切削***外壳固定，利用与其连接的Z轴滚珠丝杠起到控制刀具架、刀头电机、刀头沿Z轴竖直移动的作用；该外壳与横梁中的X轴滚珠丝杠配合，起到带动切削***沿X轴水平移动的作用；该Z轴滚珠丝杠与Z轴伺服电机连接，控制刀具架、刀头电机、刀头沿Z轴竖直移动；该刀具架固定于Z轴滚珠丝杠上，带动刀头电机和刀头沿Z轴竖直移动；该刀头电机通过螺栓固定在刀具架上，带动刀头旋转，完成切削动作。
2)横梁立柱，具体包括X轴伺服电机、X轴滚珠丝杠、外壳、立柱；该X轴伺服电机通过螺栓螺母与外壳固定，利用与其连接的X轴滚珠丝杠起到控制切削***与喷绘***沿X轴水平移动的作用；该X轴滚珠丝杠与X轴伺服电机连接，控制切削***、喷绘***沿X轴水平移动；该外壳与立柱连接，起到保护固定X轴滚珠丝杠的作用；立柱通过螺栓螺母与底座连接，起到支撑横梁、切削***及喷绘***的作用。
3)工作台，起到承载旋转台及通过Y轴滚珠丝杠控制旋转台沿Y轴方向水平移动，且Y轴具有4导轨结构，其刚性得到加强。
4)旋转台，具体包括A轴伺服电机、A轴带轮、三爪卡盘、C轴伺服电机、C轴带轮，旋转台通过工作台中Y轴滚珠丝杠沿Y轴方向水平移动；该A轴伺服电机通过螺栓螺母固定在旋转台侧面，通过皮带连接A轴带轮带动三爪卡盘沿A轴旋转；该A轴带轮位于旋转台侧面，带动三爪卡盘沿A轴旋转；该三爪卡盘通过托板与A轴带轮相连，用于固定毛坯；该C轴伺服电机通过螺栓螺母位于旋转台底部，通过皮带连接C轴带轮带动三爪卡盘沿C轴旋转；该C轴带轮固定于旋转台底部，带动三爪卡盘沿C轴旋转。
5)底座为优化设计的龙门结构，刚性好，接地性能好，占地面积0.81m2。
本发明的工作程序如下：将需要切削的毛坯固定在旋转台夹具中，编写数控加工程序，将程序信息载入数控***，机床数控***将加工程序语句译码、运算，转换成驱动各运动部件的动作指令，在***的统一协调下驱动各运动部件的适时运动，自动完成对毛坯的加工。
其中，所述的一种曲面五轴切削装置采用精密谐波减速器，可使A轴和C轴最高转速60rpm。
其中，所述的一种曲面五轴切削装置可进行复杂轮廓加工，基于三点定位原理进行5轴联动加工。
其中，所述的一种曲面五轴切削装置的进给单元采用伺服电机，最高快移速度10m/min，其响应精度为0.001mm。
(2)本发明一种曲面五轴切削及表面喷绘复合处理工装中曲面五轴表面喷绘装置，它是由喷绘***、横梁立柱、工作台、旋转台、底座五部分组成，
喷绘***，通过横梁中的X轴滚珠丝杠放置在机床横梁上，包括供墨***、墨盒外壳、喷头、与权利要求1所述的切削***具有相同的Z轴伺服电机和Z轴滚珠丝杠，带动喷头沿Z轴竖直移动；该供墨***固定在墨盒外壳中，为喷头提供喷绘所需墨水；该墨盒外壳与Z轴滚轴丝杠连接，带动喷墨***和喷头沿Z轴竖直移动，并起到固定供墨***及喷头作用；该喷头固定与墨盒外壳上，随墨盒外壳Z轴滚珠丝杠运动，完成对工件表面的喷绘。
3、优点及功效：本发明与传统技术相比，优点在于将五轴数控铣床与五轴表面喷绘功能集成在一起，可以实现毛坯从切削到喷绘的连续加工，并且提高曲面喷绘精度，减少工件转移安装过程中出现的误差，提高曲面喷绘质量并且提高加工的集成度。
附图说明
图1是本发明曲面五轴切削及表面喷绘复合工装***正视图。
图2是本发明曲面五轴切削及表面喷绘复合工装***左视图。
图中符号说明如下：
1.底座；2.平台安装架；3.托板；4.C轴伺服电机；5.立柱；6.刀头；7.刀头电机；8.X轴伺服电机；9.横梁；10.Z轴滚珠丝杠；11.Z轴伺服电机；12.气瓶；13.墨盒；14.X轴滚珠丝杠；15.喷墨头；16.三爪卡盘；17.A轴带轮；18.A轴伺服电机；19.C轴带轮；20.Y轴滚珠丝杠；21.Y轴伺服电机；22.水平运动平台；23.A轴转动架；24.刀具架
具体实施方式
下面结合图1～图2，对本发明的技术方案做进一步的说明。
(1)本发明一种曲面五轴切削及表面喷绘复合处理工装，其特征在于：它由切削***、喷绘***、横梁立柱、工作台、旋转台、底座六个部分组成，其中横梁立柱、工作台、旋转台、底座四个部分为五轴切削装置和曲面五轴表面喷绘装置共用部分。一种曲面五轴切削装置，它是由切削***、横梁立柱、工作台、旋转台、底座五个部分组成，它们之间的连接关系为：三爪卡盘16通过C轴带轮19与C轴伺服电机4连接，工作台固定在水平运动平台22上，水平运动平台22在Y轴伺服电机21的驱动下沿Y轴水平移动；横梁9、立柱5通过螺栓螺母固定在平台安装架2上，通过X轴伺服电8驱动X轴滚珠丝杠14，实现切削***的X轴移动；刀头6安装于刀头电机7上，Z轴伺服电机11驱动Z轴滚珠丝杠10，实现刀头6沿Z轴移动，从而对工件进行五轴切削加工。
本发明一种曲面五轴切削及表面喷绘复合处理工装中曲面五轴切削装置包括五个部分：
1)切削***，作为五轴切削装置的加工部分，具体包括Z轴伺服电机11、Z轴滚珠丝杠10、刀具架24、刀头电机7、刀头6依次从上到下通过横梁中的X轴滚珠丝14杠放置在机床横梁9上，整个切削***可以在横梁上沿X轴水平移动，通过该切削***中与Z轴伺服电机11连接的Z轴滚珠丝杠10，刀具架24、刀头电机7和刀头6可以沿Z轴竖直移动；该Z轴伺服电机11通过螺栓螺母与切削***外壳固定，利用与其连接的Z轴滚珠丝杠10起到控制刀具架24、刀头电机7、刀头6沿Z轴竖直移动的作用；该外壳与横梁9中的X轴滚珠丝杠14配合，起到带动切削***沿X轴水平移动的作用；该Z轴滚珠丝杠10与Z轴伺服电机11连接，控制刀具架24、刀头电机7、刀头6沿Z轴竖直移动；该刀具架24固定于Z轴滚珠丝杠10上，带动刀头电机7和刀头6沿Z轴竖直移动；该刀头电机7通过螺栓固定在刀具架24上，带动刀头6旋转，完成切削动作。
2)横梁立柱，具体包括X轴伺服电机8、X轴滚珠丝杠14、立柱5；该X轴伺服电机8通过螺栓螺母与立柱5顶端侧面固定，利用与其连接的X轴滚珠丝杠14起到控制切削***与喷绘***沿X轴水平移动的作用；该X轴滚珠丝杠14与X轴伺服电机8连接，控制切削***、喷绘***沿X轴水平移动；该外壳与立柱5连接，起到保护固定X轴滚珠丝杠14的作用；立柱5通过螺栓螺母与底座1连接，起到支撑横梁9、切削***及喷绘***作用。
3)工作台，起到承载旋转台及通过Y轴滚珠丝杠20控制旋转台沿Y轴方向水平移动，且Y轴具有4导轨结构，其刚性得到加强。
4)旋转台，具体包括A轴伺服电机18、A轴带轮17、三爪卡盘16、C轴伺服电机4、C轴带轮19，旋转台通过工作台中Y轴滚珠丝杠20沿Y轴方向水平移动；该A轴伺服电机18通过螺栓螺母固定在旋转台侧面，通过皮带连接A轴带轮17带动三爪卡盘16沿A轴旋转；该A轴带轮17位于旋转台侧面，带动三爪卡盘16沿A轴旋转；该三爪卡盘16与A轴带轮17相连，用于固定毛坯；该C轴伺服电机4通过螺栓螺母固定在旋转台底部，通过皮带连接C轴带轮19带动三爪卡盘16沿C轴旋转；该C轴带轮19位于旋转台底部，带动三爪卡盘16沿C轴旋转。
5)底座，底座为优化设计的龙门结构，刚性好，接地性能好
本发明的工作程序如下：将需要切削的毛坯固定在旋转台三爪卡盘14中，编写数控加工程序，将数控加工程序载入数控***，机床数控***将加工程序语句译码、运算，转换成驱动各运动部件的动作指令，在***的统一协调下驱动各运动部件的适时运动，自动完成对毛坯的表面切削。
(2)所述曲面五轴表面喷绘装置，它是由喷绘***、横梁立柱、工作台、旋转台、底座五个部分组成，它们之间的连接关系为：三爪卡盘14通过C轴带轮22与C轴伺服电机10连接，工作台固定在水平运动平台4上，水平运动平台4在Y轴伺服电机3的驱动下沿Y轴水平移动；横梁6立柱5通过螺栓螺母固定在平台安装架2上，通过X轴伺服电机驱动X轴滚珠丝杠19，实现喷绘***的X轴移动；喷墨头15安装于喷绘***上，Z轴伺服电机8驱动Z轴滚珠丝杠18，实现喷墨头15沿Z轴移动，从而对工件进行五轴表面喷绘加工。
本发明一种曲面五轴切削及表面喷绘复合处理工装中曲面五轴表面喷绘装置包括五个部分：
1)喷绘***，通过横梁中的X轴滚珠丝14杠放置在机床横梁上，包括供墨***、墨盒外壳、喷墨头15和与权利要求1所述的切削***具有相同的Z轴伺服电机11、Z轴滚珠丝杠10，带动喷墨头15沿Z轴竖直移动；该供墨***固定在墨盒外壳中，为喷墨头15提供喷绘所需墨水；该墨盒外壳与Z轴滚轴丝杠10连接，带动喷墨***和喷墨头15沿Z轴竖直移动，并起到固定供墨***及喷头作用；该喷墨头15固定于墨盒外壳上，随***运动，完成对工件表面的喷绘工作。
2)所述五轴表面喷绘装置与所述五轴切削装置共用横梁立柱、工作台、旋转台、底座，这四个部分的实施方式同上所述，不再赘述。
以上所述仅为本发明的实施方案，并非因此限制本发明的保护范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种曲面五轴切削及表面喷绘复合处理工装包括切削***、喷绘***、横梁立柱、工作台、旋转台、底座六个部分组成，其中横梁立柱、工作台、旋转台、底座四个部分为五轴切削装置和五轴表面喷绘装置共用部分，其中，所述五轴切削装置包括切削***、横梁立柱、工作台、旋转台、底座五个部分；五轴包含三个平动轴和两个转动轴，其中，X轴行程范围0~330mm，Y轴行程范围0~220mm，Z轴行程范围0~220mm，A轴转动范围-17°~107°，C轴转动范围0°~360°，将需要切削的毛坯固定在旋转台夹具中，编写数控加工程序，将数控加工程序载入数控***，机床数控***将数控加工程序语句译码、运算，转换成驱动各运动部件的动作指令，在***的统一协调下驱动各运动部件的适时运动，自动完成对毛坯的表面切削；
所述切削***，具体包括Z轴伺服电机、外壳、Z轴滚珠丝杠、刀具架、刀头电机、刀头依次从上到下通过横梁中的X轴滚珠丝杠放置在机床横梁上，整个切削***可以在横梁上沿X轴水平移动，通过该切削***中与Z轴伺服电机连接的Z轴滚珠丝杠，刀具架、刀头电机和刀头可以沿Z轴竖直移动；该Z轴伺服电机通过螺栓螺母与切削***外壳固定，利用与其连接的Z轴滚珠丝杠起到控制刀具架、刀头电机、刀头沿Z轴竖直移动的作用；该外壳与横梁中的X轴滚珠丝杠配合，起到带动切削***沿X轴水平移动的作用；该Z轴滚珠丝杠与Z轴伺服电机连接，控制刀具架、刀头电机、刀头沿Z轴竖直移动；该刀具架固定于Z轴滚珠丝杠上，带动刀头电机和刀头沿Z轴竖直移动；该刀头电机通过螺栓固定在刀具架上，带动刀头旋转，完成切削动作；
所述横梁立柱，具体包括X轴伺服电机、X轴滚珠丝杠、外壳、立柱；该X轴伺服电机通过螺栓螺母与外壳固定，利用与其连接的X轴滚珠丝杠起到控制切削***与喷绘***沿X轴水平移动的作用；该X轴滚珠丝杠与X轴伺服电机连接，控制切削***、喷绘***沿X轴水平移动；该外壳与立柱连接，起到保护固定X轴滚珠丝杠的作用；立柱通过螺栓螺母与底座连接，起到支撑横梁、切削***及喷绘***的作用；
所述工作台，起到承载旋转台及通过Y轴滚珠丝杠控制旋转台沿Y轴方向水平移动，且Y 轴具有 4 导轨结构，其刚性得到加强；
所述旋转台，具体包括A轴伺服电机、A轴带轮、三爪卡盘、C轴伺服电机、C轴带轮，旋转台通过工作台中Y轴滚珠丝杠沿Y轴方向水平移动；该A轴伺服电机通过螺栓螺母固定在旋转台侧面，通过皮带连接A轴带轮带动三爪卡盘沿A轴旋转；该A轴带轮位于旋转台侧面，带动三爪卡盘沿A轴旋转；该三爪卡盘通过托板与A轴带轮相连，用于固定毛坯；该C 轴伺服电机通过螺栓螺母位于旋转台底部，通过皮带连接C轴带轮带动三爪卡盘沿C轴旋转；该C轴带轮固定于旋转台底部，带动三爪卡盘沿C轴旋转；
所述底座为优化设计的龙门结构，占地面积 0.81m2。
2.根据权利要求1所述的一种曲面五轴切削及表面喷绘复合处理工装，其特征在于：五轴表面喷绘装置与五轴切削装置共用横梁立柱、工作台、旋转台、底座四个部分，五轴表面喷绘装置配备独立喷绘***；
所述喷绘***，通过横梁中的X轴滚珠丝杠放置在机床横梁上，包括供墨***、墨盒外壳、喷头、与权利要求1所述的切削***具有相同的Z轴伺服电机、Z轴滚珠丝杠，带动喷头沿Z轴竖直移动；该供墨***固定在墨盒外壳中，为喷头提供喷绘所需墨水；该墨盒外壳与Z轴滚轴丝杠连接，带动喷墨***和喷头沿Z轴竖直移动，并起到固定供墨***及喷头作用；该喷头固定与墨盒外壳上，随墨盒外壳Z轴滚珠丝杠运动，完成对工件表面的喷绘。
3.根据权利要求1或2所述的一种曲面五轴切削及表面喷绘复合处理工装，其特征在于：采用精密谐波减速器，可使A 轴和 C 轴最高转速 60rpm。
4.根据权利要求1或2所述的一种曲面五轴切削及表面喷绘复合处理工装，其特征在于：可进行复杂轮廓加工，基于三点定位原理进行5轴联动加工。
5.根据权利要求1或2所述的一种曲面五轴切削及表面喷绘复合处理工装，其特征在于：进给单元采用伺服电机，最高快移速度10m/min，其响应精度为0.001mm。
6.根据权利要求3所述的一种曲面五轴切削及表面喷绘复合处理工装，其特征在于：可进行复杂轮廓加工，基于三点定位原理进行5轴联动加工。
7.根据权利要求3所述的一种曲面五轴切削及表面喷绘复合处理工装，其特征在于：进给单元采用伺服电机，最高快移速度10m/min，其响应精度为0.001mm。
8.根据权利要求4所述的一种曲面五轴切削及表面喷绘复合处理工装，其特征在于：采用精密谐波减速器，可使A 轴和 C 轴最高转速 60rpm。
9.根据权利要求4所述的一种曲面五轴切削及表面喷绘复合处理工装，其特征在于：进给单元采用伺服电机，最高快移速度10m/min，其响应精度为0.001mm。
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