CN111376109A - 一种换刀与加工可同时进行的龙门式数控机床 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种换刀与加工可同时进行的龙门式数控机床，旨在实现多工序无间歇连续加工，机床换刀不占用加工时间，大大提高生产效率。由左机头、右机头、第一X滑动板、第二X滑动板、第一X轴驱动组件、第二X轴驱动组件、左Z轴驱动组件和右Z轴驱动组件组成，左机头和右机头分别通过第一X滑动板和第二X滑动板安装于横梁上，可分别在第一X轴驱动组件和第二X驱动组件作用下沿X方向独立往复移动，同时，分别在左Z轴驱动组件和右Z轴驱动组件作用下沿Z轴方向独立往复移动；数控***可在控制左机头执行加工动作的同时控制右机头执行换刀动作，也可在控制右机头执行加工动作的同时控制左机头执行换刀动作。

Description

一种换刀与加工可同时进行的龙门式数控机床
技术领域
本发明属于数控机床领域，特别涉及一种换刀与加工可同时进行的龙门式数控机床。
背景技术
现有的龙门式数控机床在进行单工位加工时，每完成一道加工工序，都需要将机头移动至换刀区域进行换刀，换刀完毕后再将机头移动至加工区进行下一道工序的加工，换刀占用时间长，影响了加工效率的提升，尤其是3C类产品的加工，由于加工工序较多，换刀频繁，大大增加了机床的非加工时间，机床占空比小，生产效率低。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种结构简单、机床占空比大、生产效率高的龙门式数控机床，机床换刀不占用加工时间，可实现多工序无间歇连续加工。
为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：一种换刀与加工可同时进行的龙门式数控机床，由床身、横梁、左立柱、右立柱、工作台组件、左机头、右机头、第一X滑动板、第二X滑动板、第一X轴驱动组件、第二X轴驱动组件、Y轴驱动组件、左Z轴驱动组件和右Z轴驱动组件组成，横梁与左立柱和右立柱组成龙门结构固定于床身上，工作台组件设置于横梁下方，并滑动安装于床身上，可在Y轴驱动组件作用下沿Y方向往复移动；左机头和右机头分别滑动安装于第一X滑动板和第二X滑动板上，可分别在左Z轴驱动组件和右Z轴驱动组件作用下沿Z轴方向独立往复移动；第一X滑动板和第二X滑动板分别滑动安装于横梁上，可分别在第一X轴驱动组件和第二X轴驱动组件作用下带动左机头和右机头沿X方向独立往复移动；左机头和右机头沿X方向和Z方向的独立往复移动以及工作台组件沿Y方向的往复移动均由数控***控制，数控***可在控制左机头执行加工动作的同时控制右机头执行换刀动作，也可在控制右机头执行加工动作的同时控制左机头执行换刀动作。
上述一种换刀与加工可同时进行的龙门式数控机床，所述第一X轴驱动组件由固定丝杠、左旋转丝母和左直驱丝母电机组成，第二X轴驱动组件由固定丝杠、右旋转丝母和右直驱丝母电机组成，第一X驱动组件与第二X驱动组件中的固定丝杠为同一个，该固定丝杠沿X方向设置，并固定安装于横梁上；左旋转丝母和右旋转丝母均螺旋配合于固定丝杠上；左直驱丝母电机与左旋转丝母联接，可直接驱动左旋转丝母旋转，并通过固定丝杠转化为左旋转丝母的直线移动；右直驱丝母电机与右旋转丝母联接，可直接驱动右旋转丝母旋转，并通过固定丝杠转化为右旋转丝母的直线移动；第一X滑动板与左直驱丝母电机联接，可在左旋转丝母的带动下沿X方向往复直线移动；第二X滑动板与右直驱丝母电机联接，可在右旋转丝母的带动下沿X方向往复直线移动。
上述一种换刀与加工可同时进行的龙门式数控机床，所述第一X驱动组件由第一旋转丝杠、第一丝母和第一伺服电机组成，第二X驱动组件由第二旋转丝杠、第二丝母和第二伺服电机组成；第一旋转丝杠和第二旋转丝杠支承于横梁上，并平行于X方向设置，可分别在第一伺服电机和第二伺服电机作用下旋转；第一X滑动板通过第一丝母与第一旋转丝杠联接，第二X滑动板通过第二丝母与第二旋转丝杠联接。
上述一种换刀与加工可同时进行的龙门式数控机床，所述床身上还设置有刀库组件，包括一个或两个刀库。
上述一种换刀与加工可同时进行的龙门式数控机床，所述刀库组件由一个刀库组成时，该刀库采用链式刀库结构，设置于横梁后方，该刀库上设置有左、右两个换刀点，左换刀点位于左机头换刀区，右换刀点位于右机头换刀区。
上述一种换刀与加工可同时进行的龙门式数控机床，所述刀库组件包含两个刀库时，该两个刀库可为任意结构形式的独立刀库，分别对应于左机头和右机头设置在床身的左右两侧。
上述一种换刀与加工可同时进行的龙门式数控机床，所述工作台组件上设置有单轴数控旋转工作台或双轴数控旋转工作台。
上述一种换刀与加工可同时进行的龙门式数控机床，所述数控***还可控制左机头和右机头同时执行换刀动作，也可控制左机头和右机头对工件不同部位同时执行加工动作。
上述一种换刀与加工可同时进行的龙门式数控机床，所述数控***还可控制左机头和右机头执行同步双工位加工动作。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明采用双机头独立运动形式，一个机头执行加工动作的同时，另一个机头可执行换刀动作，换刀不占用加工时间，双机头交替进行，可实现多工序无停歇连续加工，大大减少了非加工时间，提高了加工效率；并且，采用双机头独立运动形式，还能够使两个机头分别对工件的不同部位进行同时加工，大大提高了单个工序的加工效率；通过控制电机的同步运动还可实现双机头同步运动，从而实现双工位加工，提高机床的加工效率。另外，采用一根丝杠带动两个机头运动的结构形式，不但节省了驱动成本，而且电机驱动丝母旋转，丝杠固定不动，丝杠较长时也不会产生旋转跳动，稳定性强，响应速度快，可大大提高直线运动速度，保证运动精度。
附图说明
图1是本发明实施例1的整体结构示意图。
图2是本发明实施例1的X轴驱动结构示意图。
图3是本发明实施例2的整体结构示意图。
图4是本发明实施例2的X轴驱动结构示意图。
图5是本发明刀库换刀结构示意图。
图6是本发明双机头采用单丝杠驱动对应双刀库结构示意图。
图7是本发明双机头采用双丝杠驱动对应双刀库结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
实施例1。
结合图1、图2和图5所示，本发明的一种换刀与加工可同时进行的龙门式数控机床，由床身1、横梁2、左立柱3、右立柱4、工作台组件5、左机头6、右机头7、第一X滑动板8、第二X滑动板9、链式刀库10组成。
横梁2与左立柱3和右立柱4组成龙门结构固定于床身1上，工作台组件5设置于横梁2下方，并滑动安装于床身1上，可在Y轴驱动组件作用下沿Y方向往复移动。
横梁2上沿X方向设置有上下两根导轨11，两导轨11之间设置有与之平行的固定丝杠12，固定丝杠12的两端固定于横梁2上。固定丝杠12上设置有左旋转丝母13和右旋转丝母14。左旋转丝母13与左直驱丝母电机15的输出端联接，可在左直驱丝母电机15的作用下旋转，并通过固定丝杠12转化为沿X方向的直线移动；右旋转丝母14与右直驱丝母电机16的输出端联接，可在右直驱丝母电机16的作用下旋转，并通过固定丝杠12转化为沿X方向的直线移动。第一X滑动板8通过滑块作用于导轨11上，并与左直驱丝母电机15的固定座联接，可在左旋转丝母13的带动下沿X方向往复直线移动；第二X滑动板9通过滑块作用于导轨11上，并与右直驱丝母电机16的固定座联接，可在右旋转丝母14的带动下沿X方向往复直线移动。
左机头6滑动安装于第一X滑动板8上，可随第一X滑动板8一起沿X方向进行往复直线移动；同时，可在左Z轴驱动组件17作用下沿Z轴方向进行往复直线移动。右机头7滑动安装于第二X滑动板9上，可随第二X滑动板9一起沿X方向进行往复直线移动；同时，可在右Z轴驱动组件18作用下沿Z轴方向进行往复直线移动。
链式刀库10安装于床身1上，并设置在横梁2的后方。链式刀库10上设置有左换刀点101和右换刀点102两个换刀点，分别位于左换刀区和右换刀区。左机头6换刀时移动至左换刀区，通过左换刀机械臂103进行换刀；右机头7换刀时移动至右换刀区，通过右换刀机械臂104进行换刀。
左机头6和右机头7可在数控***控制下沿X、Z方向独立运动，进行单工位加工；也可以同步运动实现双工位加工。单工位加工时，左机头6和右机头7可对多道工序交替加工，也可对同一道工序中工件的不同部位进行同时加工。
单工位双机头交替加工时，左机头6执行第一道工序加工动作的同时，右机头7通过右换刀机械臂104从链式刀库10中换取第二道工序所需刀具，左机头6完成当前第一道工序加工后，在左直驱丝母电机15和左旋转丝母13的作用下迅速移动至左换刀区，通过左换刀机械臂103换取第三道工序所需刀具，与此同时，右机头7快速移动至加工区执行第二道工序的加工动作，以此循环，左机头6和右机头7交替加工，实现无间歇连续加工，换刀备刀不占用加工时间，可大大提高加工效率。由于采用的是单刀库形式，左机头6和右机头7所需刀具均储备于链式刀库10中，当左机头6和右机头7其中之一出现故障时，数控***可立即调整程序控制，由无故障机头进行常规单机头的加工及换刀流程，工件加工不会因单个机头故障而中断。
单工位双机头同时加工时，链式刀库10中的刀具根据两个换刀点位置按顺序排布，左机头6和右机头7分别在左换刀区和右换刀区换刀完成后，移动至加工区对同一工件的不同部位进行加工，加工完成后，再分别移动至左换刀区和右换刀区换取下一道工序所需刀具，以此循环。
双工位加工时，链式刀库10中的刀具根据两个换刀点位置按顺序排布，左机头6和右机头7执行同步加工动作，当前工序加工完成后，左机头6和右机头7分别沿X轴向相反方向移动至左换刀区和右换刀区，并分别通过左换刀机械臂103和右换刀机械臂104换取下一道工序所需刀具后，再从两个方向相对移动至各自加工区进行下一道工序加工，以此循环。
本实施例中左机头6和右机头7沿X方向的往复直线移动，采用直驱丝母的驱动形式，只需一根丝杠即可实现两个机头的独立驱动，驱动成本低；并且电机直接驱动丝母旋转，丝杠固定不动，丝杠较长时也不会产生旋转跳动，稳定性强，响应速度快，可大大提高直线运动速度，保证运动精度。
实施例2。
结合图3、图4和图5所示，本发明的一种换刀与加工可同时进行的龙门式数控机床，由床身1、横梁2、左立柱3、右立柱4、工作台组件5、左机头6、右机头7、第一X滑动板8、第二X滑动板9、链式刀库10组成。
横梁2与左立柱3和右立柱4组成龙门结构固定于床身1上，工作台组件5设置于横梁2下方，并滑动安装于床身1上，可在Y轴驱动组件作用下沿Y方向往复移动。
横梁2上沿X方向设置有上下两根导轨11，两导轨11之间设置有与之平行的第一旋转丝杠19和第二旋转丝杠20，第一旋转丝杠19和第二旋转丝杆20分别通过轴承支承于横梁2上。第一旋转丝杠19的左端联接有第一伺服电机21，可在第一伺服电机21的作用下旋转，并转化为第一丝母23的直线移动；第二旋转丝杠20的右端联接有第二伺服电机22，可在第二伺服电机22的作用下旋转，并转化为第二丝母24的直线移动。第一X滑动板8通过滑块作用于导轨11上，并通过丝母座与第一丝母23联接，可随第一丝母23一起沿X方向进行往复直线移动；第二X滑动板9通过滑块作用于导轨11上，并通过丝母座与第二丝母24联接，可随第二丝母24一起沿X方向进行往复直线移动。
左机头6滑动安装于第一X滑动板8上，可随第一X滑动板8一起沿X方向进行往复直线移动；同时，可在左Z轴驱动组件17作用下沿Z轴方向往复移动。右机头7滑动安装于第二X滑动板9上，可随第二X滑动板9一起沿X方向进行往复直线移动；同时，可在右Z轴驱动组件18作用下沿Z轴方向往复移动。
链式刀库10安装于床身1上，并设置在横梁2的后方。链式刀库10上设置有左换刀点101和右换刀点102两个换刀点，分别位于左换刀区和右换刀区。左机头6换刀时移动至左换刀区，通过左换刀机械臂103进行换刀；右机头7换刀时移动至右换刀区，通过右换刀机械臂104进行换刀。
左机头6和右机头7可在数控***控制下沿X、Z方向独立运动，进行单工位加工；也可以同步运动实现双工位加工。单工位加工时，左机头6和右机头7可对多道工序交替加工，也可对同一道工序工件的不同部位进行同时加工。
单工位双机头交替加工时，左机头6执行第一道工序加工动作的同时，右机头7通过右换刀机械臂104从链式刀库10中换取第二道工序所需刀具，左机头6完成当前第一道工序加工后，在第一伺服电机21及第一旋转丝杠19的作用下移动至左换刀区，通过左换刀机械臂103换取第三道工序所需刀具，与此同时，右机头7移动至加工区执行第二道工序的加工动作，以此循环，左机头6和右机头7交替加工，实现无间歇连续加工，换刀备刀不占用加工时间，可大大提高加工效率。由于采用的是单刀库形式，左机头6和右机头7所需刀具均储备于链式刀库10中，当左机头6和右机头7其中之一出现故障时，数控***可立即调整程序控制，由无故障机头进行常规单机头的加工及换刀流程，工件加工不会因单个机头故障而中断。
单工位双机头同时加工时，链式刀库10中的刀具根据两个换刀点位置按顺序排布，左机头6和右机头7分别在左换刀区和右换刀区换刀完成后，移动至加工区对同一工件的不同部位进行加工，加工完成后，再分别移动至左换刀区和右换刀区换取下一道工序所需刀具，以此循环。
双工位加工时，链式刀库10中的刀具根据两个换刀点位置按顺序排布，左机头6和右机头7执行同步加工动作，当前工序加工完成后，左机头6和右机头7分别沿X轴向相反方向移动至左换刀区和右换刀区，并分别通过左换刀机械臂103和右换刀机械臂104换取下一道工序所需刀具后，再从两个方向相对移动至各自加工区进行下一道工序加工，以此循环。
上述实施例1和实施例2中采用的是一个刀库对应两个机头的结构形式，也可采用机头与刀库一对一的结构形式，刀库分别设置于床身的左右两侧，如图6和图7所示。另外，还可在工作台组件5上设置单轴数控旋转工作台或双轴数控旋转工作台，实现多轴联动加工。
尽管上文对本发明进行了详细说明，但是本发明不限于此，本领域技术人员可以根据本发明的原理进行各种修改。因此，凡按照本发明原理所作的修改，都应当理解为落入本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种换刀与加工可同时进行的龙门式数控机床，由床身、横梁、左立柱、右立柱、工作台组件、左机头、右机头、第一X滑动板、第二X滑动板、第一X轴驱动组件、第二X轴驱动组件、Y轴驱动组件、左Z轴驱动组件和右Z轴驱动组件组成，横梁与左立柱和右立柱组成龙门结构固定于床身上，工作台组件设置于横梁下方，并滑动安装于床身上，可在Y轴驱动组件作用下沿Y方向往复移动；其特征在于，左机头和右机头分别滑动安装于第一X滑动板和第二X滑动板上，可分别在左Z轴驱动组件和右Z轴驱动组件作用下沿Z轴方向独立往复移动；第一X滑动板和第二X滑动板分别滑动安装于横梁上，可分别在第一X轴驱动组件和第二X轴驱动组件作用下带动左机头和右机头沿X方向独立往复移动；左机头和右机头沿X方向和Z方向的独立往复移动以及工作台组件沿Y方向的往复移动均由数控***控制，数控***可在控制左机头执行加工动作的同时控制右机头执行换刀动作，也可在控制右机头执行加工动作的同时控制左机头执行换刀动作。
2.根据权利要求1所述的一种换刀与加工可同时进行的龙门式数控机床，其特征在于，所述第一X轴驱动组件由固定丝杠、左旋转丝母和左直驱丝母电机组成，第二X轴驱动组件由固定丝杠、右旋转丝母和右直驱丝母电机组成，第一X驱动组件与第二X驱动组件中的固定丝杠为同一个，该固定丝杠沿X方向设置，并固定安装于横梁上；左旋转丝母和右旋转丝母均螺旋配合于固定丝杠上；左直驱丝母电机与左旋转丝母联接，可直接驱动左旋转丝母旋转，并通过固定丝杠转化为左旋转丝母的直线移动；右直驱丝母电机与右旋转丝母联接，可直接驱动右旋转丝母旋转，并通过固定丝杠转化为右旋转丝母的直线移动；第一X滑动板与左直驱丝母电机联接，可在左旋转丝母的带动下沿X方向往复直线移动；第二X滑动板与右直驱丝母电机联接，可在右旋转丝母的带动下沿X方向往复直线移动。
3.根据权利要求1所述的一种换刀与加工可同时进行的龙门式数控机床，其特征在于，所述第一X驱动组件由第一旋转丝杠、第一丝母和第一伺服电机组成，第二X驱动组件由第二旋转丝杠、第二丝母和第二伺服电机组成；第一旋转丝杠和第二旋转丝杠支承于横梁上，并平行于X方向设置，可分别在第一伺服电机和第二伺服电机作用下旋转；第一X滑动板通过第一丝母与第一旋转丝杠联接，第二X滑动板通过第二丝母与第二旋转丝杠联接。
4.根据权利要求1所述的一种换刀与加工可同时进行的龙门式数控机床，其特征在于，所述床身上还设置有刀库组件，包括一个或两个刀库。
5.根据权利要求4所述的一种换刀与加工可同时进行的龙门式数控机床，其特征在于，所述刀库组件由一个刀库组成时，该刀库采用链式刀库结构，设置于横梁后方，该刀库上设置有左、右两个换刀点，左换刀点位于左机头换刀区，右换刀点位于右机头换刀区。
6.根据权利要求4所述的一种换刀与加工可同时进行的龙门式数控机床，其特征在于，所述刀库组件包含两个刀库时，所述两个刀库可为任意结构形式的独立刀库，分别对应于左机头和右机头设置在床身的左右两侧。
7.根据权利要求1所述的一种换刀与加工可同时进行的龙门式数控机床，其特征在于，所述工作台组件上设置有单轴数控旋转工作台或双轴数控旋转工作台。
8.根据权利要求1所述的一种换刀与加工可同时进行的龙门式数控机床，其特征在于，所述数控***还可控制左机头和右机头同时执行换刀动作，也可控制左机头和右机头对工件不同部位同时执行加工动作。
9.根据权利要求1所述的一种换刀与加工可同时进行的龙门式数控机床，其特征在于，所述数控***还可控制左机头和右机头执行同步双工位加工动作。
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