CN109890560A - 计算机数字控制加工装置 - Google Patents

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CN109890560A CN201780049308.7A CN201780049308A CN109890560A CN 109890560 A CN109890560 A CN 109890560A CN 201780049308 A CN201780049308 A CN 201780049308A CN 109890560 A CN109890560 A CN 109890560A
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Abstract

公开了一种CNC加工装置(100)。该CNC加工装置(100)包括在固定基座(30)上X轴方向配置的第一移动板(40)、在支撑构件(20)的顶部部分上Y轴方向安装的第二移动板(50)、在第二移动板(50)上Z轴方向安装的第三移动板(60)。第三移动板(60)还包括安装在其上的主轴(55)，其中主轴(55)包括构造在其中的切割刀具(53)。CNC加工装置还包括在第一移动板(40)上A轴方向配置的第四移动框架(70)、在Z轴的移动板(60)上B轴方向配置的第五移动框架(80)、以及在B轴板(80)中Z1轴方向配置的第六移动框架(90)。主轴在Z轴上竖直上下移动、绕B轴枢轴摆动并且还以安装在B轴上的Z1轴方向上下移动。

Description

计算机数字控制加工装置
技术领域
本发明涉及一种加工装置，并且更具体地，涉及一种CNC加工装置。
背景技术
用于工作处理的常规机器是人工操作的，并且因此，工件的精度取决于操作者的技术和专业知识。为了最小化操作者的作用，发展了计算机数字控制(本文以下简称为“CNC”)机器。CNC机器包括计算机，操作者仅需要按要求提供用于切割工件的指令程序、将需要的工具载入机器中，余下的工作由计算机自动完成。通常的CNC机器支持两轴或三轴的平移。技术的最近进展已经导致五轴的CNC机器的发展。
目前可获得的五轴CNC机器设计为在以X轴方向移动的工作台上安装A轴和B轴。当处理尺寸为100mm或甚至更小的诸如表壳、小叶轮、珠宝组件或牙桥的较小工件组件时，带有移动工作台的X轴的构造变为不重要的部分，并且不必要地增加机器的尺寸和重量，从而使得机器体积相当大。进一步地，这些设计使用高性能滚动直线导轨副(LMG)和滚珠丝杠来移动工作台，从而增加构造和机器的成本。
在过去，已经做出许多尝试来设计尤其用于保持和处理小工件组件的紧凑的五轴CNC机器。然而，这样的尝试导致CNC机器的强度和刚度降低，导致机器不能有效地用于金属工件的处理。
印度专利申请文献4099/MUM/2013公开了一种紧凑的五轴CNC机器。该五轴加工装置设计为将A轴、C轴和X轴保持在一起，从而减小了尺寸，且不会影响需用于处理金属工件组件的刚度。该五轴加工装置(100)允许X、Y、Z、A和C轴的独立的以及同步的控制。
然而，在所有的这样的CNC机器中(其中主轴摆动移动)，CNC控制器必须具有RTCP(旋转刀具中心点)，RTCP的功能为使得在空间中补偿刀具长度。该距离称为枢轴长度(pivot length)。根据该长度的值和轴旋转的值，需要计算补偿的XYZ的线性值，以将刀具的中心保持在需要的位置。进一步地，在现有技术的五轴机器构造中(其中给定主轴摆动移动)，与工件成一定角度地移除加工刀具是不可能的。当刀具成一定角度加工工件时，如果电力瞬间断开，在不损坏工件或刀具的情况下从工件上移除加工刀具是不可能的。
因此，存在克服现有技术的缺点的CNC加工装置的需要。
发明目的
本发明的一个目的在于提供一种CNC加工装置，该装置可容易地安装在用于保持和处理小工件组件的工作台上。
本发明的另一个目的在于在不损坏工件或刀具的情况下从工件以一定角度移除刀具。
发明内容
因此，本发明提供了一种CNC加工装置(100)。CNC加工装置(100)包括基础构件(10)、从基础构件(10)的一端竖直延伸的支撑构件(20)、以及安装在基础构件(10)顶部的X轴方向上的固定基座(30)。CNC加工装置(100)还包括配置成在固定基座(30)上的X轴方向的第一移动板(40)。第一移动板(40)能够被第一驱动机构驱动。CNC加工装置(100)进一步还包括安装在支撑构件(20)的上部部分的Y轴方向上的第二移动板(50)。第二移动板(50)能够被第二驱动机构驱动。CNC加工装置(100)还包括在第二移动板(50)上安装在Z轴方向的第三移动板(60)。第三移动板(60)能够被第三驱动机构驱动。第三移动板(60)还包括主轴(55)，主轴(55)安装在第三移动板(60)上，其中主轴(55)包括构造在其中的切割刀具(53)。
CNC加工装置(100)还包括在第一移动板(40)上配置在A轴方向的第四移动框架(70)。第四移动框架(70)适用于响应于第一移动板(40)的移动被驱动。
CNC装置(100)进一步包括在移动板(60)上配置在B轴方向的第五移动框架(80)、配置在B轴方向移动板(80)中的Z1轴方向的第六移动框架(90)。主轴(55)在Z轴上竖直上下移动、绕B轴枢轴摆动并且还在安装于B轴上的Z1轴方向上下移动。
最后，CNC装置(100)包括控制器，该控制器用于控制第一移动板(40)、第二移动板(50)、第三移动板(60)、第四移动框架(70)、第五移动框架(80)和第六移动框架(90)的移动。
附图说明
参考附图阅读如下描述，本发明的目的和益处将更明显，在附图中：
图1示出了根据本发明的CNC加工装置的等距视图；
图2和图3示出了图1中的CNC加工装置的另一个等距视图；
图4和图4A示出了根据本发明的一个实施例的CNC加工装置；
图5示出了根据本发明的另一个实施例的CNC加工装置；以及
图6示出了根据本发明的又一个实施例的CNC加工装置。
具体实施方式
根据下文所描述的本发明的优选实施例，实现了本发明前述的多个目标，并且克服了现有技术和方法相关的问题和缺点。
本发明提供了一种CNC加工装置，该加工装置可容易地安装在工作台上，用于保持和处理较小的工件组件。然而，本领域中的技术人员应当明白，本发明的CNC加工装置可适当地修改以用于加工需要尺寸的工件组件。CNC加工装置允许在工件处理期间独立地以及同时地控制五轴。进一步地，CNC在不损坏工件或刀具的情况下以一定角度从工件移除刀具。
参考附图所示的本发明，其中在不同附图中的参考数字指示出对应的部分。这些参考数字在如下描述中在括号中示出。
现参考图1、图2和图3，示出了根据本发明的CNC加工装置(100)(此后称为“装置(100)”)。装置(100)通过允许以X、Y、Z、A、B和Z1轴方向的移动来操作。装置(100)包括基础构件(10)、支撑构件(20)、固定基座(30)、第一移动板(40)、第二移动板(50)、第三移动板(60)、第四移动框架(70)、第五移动框架(80)、第六移动框架(80)和控制器(未示出)。
具体地，如上提到的装置(100)的各个部分由金属组件制成。然而，应当理解的是，如上提到的不同形状和尺寸的装置(100)的各个部分可由本领域中已知的任何适合的材料制成。装置(100)能够根据本发明的不同的可替代实施例适当修改以包括自动刀具转换器、自动润滑***、灰尘收集***、气雾冷却***和类似的***等。
基础构件(10)包括支撑构件(20)和固定基座(30)，支撑构件(20)从基础构件(10)的一端(未标号)竖直延伸，固定基座(30)安装在基础构件(10)上。具体地，固定基座(30)安装在基础构件(10)顶部的X轴方向。
第一移动板(40)在固定基座(30)上配置在X轴向。第一移动板(40)能够被第一驱动机构驱动。第一驱动机构位于第一移动板(40)和固定基座(30)之间。第一驱动机构包括第一电机(31)和连接至第一电机(31)的第一驱动单元(34)。第一电机(31)可选自于旋转电机、线性电机和本领域中已知的任何其他类型的数字定位电机。旋转电机选自但不限于以下一组电机：伺服电机、步进电机、微型步进电机、旋转数字定位电机等。优选地，第一驱动单元(34)由至少一个正时皮带和至少一个皮带轮组成。然而，第一驱动单元还可选自但不限于谐波传动、摆线传动、涡轮齿轮箱、涡轮和杆单元等。在一个实施例中，第一电机(31)还可使用联轴器或任何其他用于驱动滚珠丝杠的装置直接连接至滚珠丝杠。
第二移动板(50)安装在支撑构件(20)的上部部分(未标号)上的Y轴方向。第二移动板(50)能够被第二驱动机构驱动。第二驱动机构包括第二电机(41)和连接至第二电机(41)的第二驱动单元(44)。第二电机(41)选自旋转电机、线性电机和本领域中已知的任何类型的数字定位电机。旋转电机选自但不限于以下一组电机：伺服电机、步进电机、微型步进电机、旋转数字定位电机等。优选地，第二驱动单元(44)由至少一个正时皮带和至少一个皮带轮组成。然而，第二驱动单元(44)还可选自但不限于以下一组驱动装置：谐波传动、摆线传动、涡轮齿轮箱、涡轮和杆单元等。在一个实施例中，第二电机还可使用联轴器或任何其他用于驱动滚珠丝杠的装置直接连接至滚珠丝杠。
在一个实施例中，第二移动板(50)安装在与其正交的支撑构件(20)上的Y轴方向上。
第三移动板(60)安装在第二移动板(50)上的Z轴方向，第二移动板(50)在垂直于Z轴方向的Y轴方向。第三移动板(60)能够被第三驱动机构驱动。第三驱动机构包括第三电机(51)和连接至第三电机(51)的第三驱动单元(54)。第三电机(51)选自：旋转电机、线性电机和本领域中已知的任何类型的数字定位电机。旋转电机选自但不限于以下一组电机：伺服电机、步进电机、微型步进电机、旋转数字定位电机等。优选地，第三驱动单元(54)由至少一个正时皮带和至少一个皮带轮组成。然而，第三驱动单元(54)可选自但不限于以下一组驱动装置：谐波传动、摆线传动、涡轮齿轮箱、涡轮和杆单元等。在另一个实施例中，第三电机(51)还可使用联轴器或任何其他用于驱动滚珠丝杠的装置直接连接至滚珠丝杠。
第三移动板(60)包括主轴(55)，主轴(55)安装在第三移动板(60)上。主轴(55)包括在其中构造成用于处理工件/工件(未标号)(在此随后称为‘工件’)的切割刀具(53)(在此随后称为‘刀具(53)’)。在一个实施例中，工件选自表壳、叶轮、珠宝、牙桥等。当第三移动板(60)被第三驱动机构驱动时，主轴(55)经历线性竖直移动。当第二移动板(50)被第二驱动机构驱动时，主轴(55)经历线性水平移动。主轴(55)线性移动以将刀具(53)定位在工件上的不同位置处。在一个实施例中，主轴(55)以24000转每分钟(RPM)旋转或以更高的RPM旋转以独立地或同时地在Z轴和Y轴方向上移动刀具(53)。刀具(53)在Z轴方向上经历线性上下移动以与工件接触或与工件脱离接触。刀具(53)在Y轴方向上经历左右移动以加工工件。
进一步地，在任一边(未标号)上的第一移动板(40)、第二移动板(50)和第三移动板(60)构造成具有用于平滑刚性移动的线性导轨(未标号)(以下称为‘LM导轨’)。在本发明的多个可替代实施例中，多个板(40、50和60)的平滑刚性移动可由轴瓦、楔形榫头、滚珠导轨或本领域中已知的任何其他适合的装置实现。
第四移动框架(70)配置在第一移动板(40)上的A轴方向。A轴则配置在X轴方向。第四移动框架(70)能够响应于一旦第一移动板(40)被第一驱动机构驱动以X轴方向的移动被驱动。第四移动框架(70)能够将待加工的工件保持在其中。待加工的工件通过以下任一装置被保持在第四移动框架(70)上：磁性卡盘、爪式卡盘、夹具等。保持在第四移动框架(70)中的工件的尺寸可不同并且并不限于任何特定的尺寸或规格。
第四移动框架(70)包括第四驱动机构，第四驱动机构包括第四电机(61)和第四驱动单元(64)。第四电机(61)选自旋转电机、线性电机和本领域中已知的任何类型的数字定位电机。旋转电机选自但不限于以下一组电机：伺服电机、步进电机、微型步进电机、旋转数字定位电机等。优选地，第四驱动单元(64)为涡轮和杆单元。然而，应当理解的是，第四驱动单元还可选自但不限于以下一组驱动装置：谐波传动、摆线传动、涡轮齿轮箱、正时皮带和皮带轮等。
第五移动框架(80)配置在Z轴移动板(60)上的B轴向。第五移动框架(80)包括第五驱动机构。第五驱动机构包括第五电机(71)和第五驱动单元(74)。第五电机(71)选自旋转电机、线性电机或本领域中已知的任何类型的数字定位电机。旋转电机选自但不限于由以下一组电机：伺服电机、步进电机、微型步进电机、旋转数字定位电机等。优选地，第五驱动单元(74)为涡轮和杆单元。然而，应当理解的是，第五驱动单元还可选自但不限于以下一组传动装置：谐波传动、摆线传动、涡轮齿轮箱、正时皮带和皮带轮等。
进一步地，第六移动框架(90)配置在B轴板(80)上的Z1轴方向。第六移动框架(90)包括第六驱动机构。第六驱动机构包括第六电机(81)和第六驱动单元(84)。第六电机(81)选自旋转电机、线性电机或本领域中已知的任何类型的数字定位电机。旋转电机选自但不限于以下一组电机：伺服电机、步进电机、微型步进电机、旋转数字定位电机等。优选地，第六驱动单元(84)为涡轮和杆单元。然而，应当理解的是，第六驱动单元还可选自但不限于以下一组装置：谐波传动、摆线传动、涡轮齿轮箱、正时皮带和皮带轮等。
具体地，主轴以Z轴(60)方向竖直上下移动、绕B轴(80)枢轴摆动，并且还以安装在B轴(80)上的Z1轴(90)方向上下移动。
控制器配置成用于控制第一移动板(40)、第二移动板(50)、第三移动板(60)、第四移动框架(70)、第五移动框架(80)和第六移动框架(90)的移动。在一个优选的实施例中，控制器为计算机数控(CNC)控制器。
在所有这样的CNC机器中(其中主轴(55)获得摆动移动)，CNC控制器必须具有PTCP(旋转刀具中心点)功能。这允许在空间中的刀具长度补偿。然而，并非所有的在市场中可获得的CNC控制器具有RTCP功能。本发明的CNC机器可在不具有RTCP功能的CNC控制器的情况下运转。
具体地，枢轴长度的值被输入到处理器中。在每个刀具更换之后、并且在Z零调节器(Z zero setter)的帮助下，控制器获取刀具底部到枢轴点的距离。此刻，在该距离中与硬编码距离的任何偏差将通过移动安装在B轴(80)上的Z1轴(90)调整。在切割周期中，Z1轴(90)保持静止而Z轴(60)激活，以使刀具在Z轴方向上竖直移动。
在意外的电力故障并且当刀具(53)在工件腔内部卡住的情况中，Z1轴(90)对于将刀具从腔中以一定角度取出变得十分有用处，不会损坏刀具或损坏腔。
再次参考图1、图2和图3，示出了根据本发明的装置(100)的加工操作。加工操作导致刀具(53)的移动。
刀具(53)的移动为：当第二驱动机构驱动第二移动板(50)在Y轴方向移动时，第二移动板(50)通过在LM导轨上滑动而移动，并且导致主轴(55)在Y轴方向水平地移动刀具(53)以用于加工工件。
当第三驱动机构驱动第三移动板(60)在Z轴方向移动时，第三移动板(60)通过在LM导轨上滑动而移动，并且导致主轴(55)在Z轴方向竖直地移动刀具(53)，其中刀具(53)经历向下的竖直移动以与工件接触并且经历向上的竖直移动以与工件脱离接触。因此，刀具(53)经历Z轴方向上的线性竖直移动以及Y轴方向上的线性水平移动以在工件上方移动并且加工工件。
在另一方面，本发明提供了一种如图4和图4A所示出的CNC加工装置(100A)。CNC加工装置(100A)类似于图1、图2和图3中的CNC加工装置(100)，除了第一移动板(40A)的方向相比于CNC加工装置(100)的第一移动板(40)改变至90°。CNC加工装置(100A)的其他轴，诸如第二移动板(50A)配置在Y轴方向移动，并且第三移动板(60A)配置成在Z轴方向移动。第四移动板(70A)配置成在A轴方向移动并且安装在第三移动板(60A)上。第五移动板(80A)配置成在B轴上并进而安装在第一移动板(40A)上。第六移动板(90A)配置成在Z1轴方向移动并且安装在第四移动板(70A)上。本领域中的技术人员应当明白，即使第一移动板(40A)的朝向改变，CNC加工装置(100A)提供类似于CNC加工装置(100)的多个益处，并且出于本发明简洁的目的在此并不再次描述。
在又一个方面，本发明提供了一种CNC加工装置(200)(在此随后称为“装置(200)”)。具体地，图5示出了装置(200)。现在将结合图1、图2和图3中的装置(100)对装置(200)进行描述。装置(200)包括在固定基座(130)上X轴方向配置的第一移动板(140)、在支撑构件(120)的顶部部分(未标号)上在Y轴方向安装的第二移动板(150)。装置(200)还包括在第二移动板(150)上Z轴方向安装的第三移动板(160)、在第一移动板(140)上A轴方向配置的第四移动框架(170)(第一移动板(140)进而配置在X轴方向)、以及在Z轴上的移动板(160)上在B轴方向配置的第五移动框架(180)。在装置(200)的设计中，主轴(155)上下竖直移动，并且还绕B轴(180)枢轴摆动。应当注意的是，在此CNC加工装置(200)类似于CNC加工装置(100)，只是CNC加工装置(200)不具有在Z1轴方向配置的第六移动框架(90)。
在一个其他方面，本发明提供了一种CNC加工装置(300)(在此随后称为“装置(300)”)。具体地，图6示出了装置(300)。现在结合图1、图2和图3中的装置(100)描述装置(300)。装置(300)包括在固定基座(230)上X轴方向配置的第一移动板(240)。具体地，在该实施例中，在X轴方向配置的第一移动板(240)的方向改变。装置(300)包括在支撑构件的顶部部分(未标号)上Y轴方向安装的第二移动板(250)。装置(300)进一步包括在第二移动板(250)上Z轴方向安装的第三移动板(260)、在第三移动板(260)上A轴方向配置的第四移动框架(270)、以及在Z轴的移动板(260)上B轴方向配置的第五移动框架(280)。在装置(200)的该设计中，主轴(255)竖直上下移动，并且还绕A轴(280)枢轴摆动。应当注意的是，在此CNC加工装置(300)类似于CNC加工装置(100A)，只是CNC加工装置(300)不具有在Z1轴方向配置的第六移动框架(90A)。
本发明的有益技术效果
1、装置(100)足够小以可容易地安装在桌面上或安装在工作台的顶部。
2、装置(100)可充裕地(comfortably)地保持较小尺寸的工件。
3、装置(100)允许X、Y、Z、A、B和Z1轴的独立地以及同时地控制。
4、装置(100)相比于其他5轴机器成本低。
5、在装置(100)中，当刀具成一定角度加工工件而突然掉电时，能够在不损坏工件或刀具的情况下从工件移除加工刀具(53)。
通过在上述实施例中描述的本发明，实现了本发明的前述的多个目标，并且克服了与现有技术和方法相关联的问题和缺点。虽然在此提供了优选实施例的详细描述，然而应当理解的是，本发明可呈现为不同的形式。因此，在此公开的具体细节并不应被解释为限制性的，而是作为权利要求的基础和用于教导本领域中的技术人员以几乎任何适当的详细***、结构或物质应用本发明的代表性基础。对于本领域中的技术人员，如上描述的本发明的多个实施例和在此公开的方法可以有进一步的修改和替换。在不背离本发明的主旨和范围的前提下，可做出这样的进一步的修改和替换。

Claims (9)

1.一种CNC加工装置(100)，包括：
基础构件(10)；
支撑构件(20)，从所述基础构件(10)的一端竖直延伸；
固定基座(30)，安装在所述基础构件(10)的顶部上的X轴方向；
第一移动板(40)，配置于所述固定基座(30)上的X轴方向，所述第一移动板(40)能够被第一驱动机构驱动；
第二移动板(50)，安装于所述支撑构件(20)的上部上的Y轴方向，所述第二移动板(20)能够被第二驱动机构驱动；
第三移动板(60)，安装于所述第二移动板(50)上的Z轴方向，所述第三移动板(60)能够被第三驱动机构驱动，所述第三移动板(60)上安装有主轴(55)，所述主轴(55)内包括切割刀具(53)；
第四移动框架(70)，配置于所述第一移动板(40)上的A轴方向，所述第四移动框架(70)适合于响应于所述第一移动板(40)的移动被驱动；
在Z轴移动板(60)上B轴方向配置的第五移动框架(80)，配置于Z轴移动板(60)上的B轴方向；
第六移动框架(90)，配置于B轴板(80)中的Z1轴方向，其中所述主轴在Z轴上竖直上下移动、绕B轴枢轴摆动，并且还以安装在B轴上的Z1轴方向上下移动；以及
控制器，用于控制所述第一移动板(40)、所述第二移动板(50)、所述第三移动板(60)、所述第四移动框架(70)、所述第五移动框架(80)以及所述第六移动框架(90)的移动。
2.根据权利要求1所述的CNC加工装置(100)，其中所述控制器为计算机数控控制器。
3.根据权利要求1所述的CNC加工装置(100)，其中所述第一移动板(40)、所述第二移动板(50)和所述第三移动板(60)构造成具有以下之一：线性移动导轨、轴瓦、楔形榫头、滚珠导轨，以用于平滑的刚性移动。
4.根据权利要求1所述的CNC加工装置(100)，其中所述驱动机构包括电机(31、41、51、61和71)和连接至所述电机的驱动单元(34、44、54、64和74)。
5.根据权利要求1所述的CNC加工装置(100)，其中所述电机(31、41和51)选自旋转电机或线性电机。
6.根据权利要求1所述的CNC加工装置(100)，其中所述电机(61和71)为旋转电机。
7.根据权利要求1所述的CNC加工装置(100)，其中所述驱动单元(34、44、54、64和74)选自以下之一：正时皮带和皮带轮、谐波传动、摆线传动、涡轮齿轮箱、涡轮和杆单元。
8.根据权利要求1所述的CNC加工装置(100)，其中所述主轴在Z轴上竖直上下移动、绕B轴枢轴摆动，并且还沿安装在B轴上的Z1轴方向上下移动。
9.CNC加工装置(100)，其中在X轴方向配置的所述第一移动板(40)的方向能够改变90°。
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