CN207771276U - 复合加工数控雕铣机床 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种复合加工数控雕铣机床，包括机床本体，所述机床本体的工作台上设置有用于夹持工件的夹持机构，主轴相对于工作台的位置至少三维可调，所述机床本体上设置有刀具模块、激光模块或/和辅助模块，主轴调用所述刀具模块、激光模块或/和辅助模块分别进行金属雕铣、激光雕刻或/和清吹加工，实现一次装夹工件，同时完成普通加工和精细加工。本实用新型能够实现一次装夹同时完成普通图案和/或文字与高精细图案和/或文字加工的技术效果，同时保证了加工精度与质量，减少了生产工序，提高了生产效率。

Description

复合加工数控雕铣机床

技术领域

本实用新型涉及一种复合加工数控雕铣机床。

背景技术

随着经济社会的发展，更多个性化、高精细图案和/或文字被应用于轮胎模具等产品上；这些高精细图案和/或文字尺寸要求在0.05mm的细微水平，传统的数控加工设备无法完成上述细微水平要求的高精细图案和/或文字的加工。

但与此同时，这些高精细图案和/或文字一般仅仅只是工件上需要进行加工的图案和/或文字内容的一部分。

因此，加工此类(即具有要求一般加工水平且同时具有要求精细加工水平的)工件方法包括以下三种：

一是使用激光雕刻机床对工件上所有图案和/或文字进行加工，但是加工普通图案和/或文字时，激光雕刻机床效率及成本缺少优势；

二是单纯使用普通数控机床来加工工件上普通的图案和/或文字，但是精细区域无法操作，不能完成任务；

三是使用普通数控机床来加工工件上普通的图案和/或文字，使用激光雕刻机床来加工工件上高精细图案和/或文字，但是这种方法需要购买至少两种机床，采购成本高，且加工过程中工件的转序、重复装夹、重复找正所带来的生产成本浪费问题也不容小觑。

实用新型内容

本实用新型为了解决上述问题，提出了一种复合加工数控雕铣机床，本实用新型通过对加工件的灵活配置与切换，能够实现一次装夹同时完成普通图案和/或文字与高精细图案和/或文字加工的技术效果，同时保证了加工精度与质量，减少了生产工序，提高了生产效率。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种复合加工数控雕铣机床，包括机床本体，所述机床本体的工作台上设置有用于夹持工件的夹持机构，主轴相对于工作台的位置至少三维可调，所述机床本体上设置有刀具模块、激光模块或/和辅助模块，主轴调用所述刀具模块、激光模块或/和辅助模块分别进行金属雕铣、激光雕刻或/和清吹加工，实现一次装夹工件，同时完成普通加工和精细加工。

进一步的，所述机床本体为三维加工机床、四轴加工机床、五轴加工机床或六轴加工机床中的任意一种。

进一步的，所述辅助模块包括刀柄和喷嘴，所述刀柄内部设置有喷气通道，与喷嘴连通，所述喷气通道与主轴的喷气通道相连通，空气管路连接主轴旋转接头。

进一步的，所述辅助模块包括刀柄和清洁头，清洁头设置于刀柄上。

进一步的，所述刀具模块包括加工刀具、对刀仪和刀具检测装置，对刀仪实现加工刀具的自动换刀、自动对刀，进行刀具补偿，刀具检测装置对加工刀具进行检测，判断是否发生断刀、刀具磨损情况。

进一步的，所述激光模块包括激光器、振镜***和冷却回路，所述振镜***对激光器发射的激光进行聚焦，所述激光器连接冷却回路。

更进一步的，所述激光器采用风冷结构。

优选的，所述激光器为脉冲光纤激光器，波长1064nm，平均功率100-400W，脉冲重复频率5-200kHz，单脉冲能量1-100mJ，其输出光束质量(M2)<1.8，光斑直径6-8mm。

当然，本领域技术人员能够在本实用新型的基础上，将激光器替换为其他类型的产品，其具体的参数指标也可以根据代加工工件以及激光器产品进行调整，这些均属于简单替换，理应属于本实用新型的保护范围。

进一步的，所述振镜***为X-Y双轴振镜***，将X-Y双轴振镜***设置于主轴的刀柄上，光纤及控制线路与振镜***的连接部分使用托管连接于振镜***上，接口刚性连接，垂直于B轴，便于跟随B轴进行小角度摆动。

优选地，X-Y双轴振镜***可反射最大光斑直径为7-30mm，最大标记速度0.7-3.5m/s，最大定位速度9.0-12.0m/s，该双轴振镜***上设置有平场聚焦透镜，其焦距优选为f＝100-300mm，扫描区域75*75-200*200mm；使用上述激光器及X-Y双轴振镜***，聚焦后焦点直径27—36um，满足精细加工的需求。

当然，本领域技术人员能够在本实用新型的基础上，将其具体的参数指标也可以根据代加工工件以及激光器产品进行调整，这些均属于简单替换，理应属于本实用新型的保护范围。

进一步的，所述振镜***设置于定位夹紧机构上，该定位夹紧机构固定安装于定位支架上。

进一步的，定位夹紧机构为气动夹紧机构，采用电磁阀控制通断气以执行夹紧以及松放动作，定位夹紧机构优选为全封闭结构，以保护光学组件。

进一步的，所述机床设置有激光防护罩，振镜***设置于激光防护罩内，当需要调用振镜***时，激光防护罩由护罩驱动机构打开，调用振镜***。

进一步的，所述工作台上设置有刀库，刀库内设置有多个存储区域，以放置各个刀具模块或/和辅助模块。

进一步的，所述机床设置有工控机、工作护罩、防尘护罩、电器柜或/和油雾除尘装置。

轮胎模具部件表面加工***，包括上述复合加工数控雕铣机床。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：

1、本实用新型同时具备切削加工及激光加工能力，适用范围广，尤其适用于轮胎模具侧板的复合雕铣加工。

2、本实用新型能够实现一次装夹工件，通过更换加工主轴上的模块，就能够完成普通图案和/或文字与高精细图案和/或文字加工的技术效果；保证了加工精度与质量，减少了生产工序，提高了生产效率10％以上。

3、本实用新型的刀库中设置有辅助设备，可以对工件进行自动地定位轻吹与清洁，降低了工件加工过程中的人工参与度，进一步提升了生产过程的自动化程度。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为加工机床的示例图；

图2为加工机床示例的侧视图；

图3为加工机床示例的俯视图；

图4为激光模块防护罩门打开后的侧视图；

图5为主轴第一模式(刀具加工模式)示意图；

图6为主轴第二模式(激光加工模式)示意图；

图7(a)、图7(b)为主轴第三模式(辅助加工模式)示意图；

图8(a)、图8(b)为激光模块刀座结构示意图；

图9(a)、图9(b)为具体应用效果部分区域示意图。

其中：1、刀库，2、激光模块，3、门形台架，4、光纤及控制线路，5、刀柄，6、振镜***，7、定位支架，8、护罩，9、主轴，10、刀具，11、托管，12、喷嘴，13、清洁头，14、气动夹紧机构，15、精细区域，16、一般区域，17、工作台，18、X轴横臂，19、Z轴立臂，A、局部放大。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本实用新型作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在本实用新型中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本实用新型各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本实用新型中任一部件或元件，不能理解为对本实用新型的限制。

本实用新型中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本实用新型中的具体含义，不能理解为对本实用新型的限制。

正如背景技术所介绍的，现有技术中存在普通机械加工设备无法进行高精细操作，而单独配置高精细加工机床设备对于普通要求的加工效率低下且投入成本高的不足，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种复合加工数控雕铣机床。

如图1-图3所示，复合加工数控雕铣机床，包括床身，床身上安装有转轴(C轴)，转轴传动连接有工作台17旋转驱动装置，转轴上安装有工作台17；床身上安装有门形台架，门形台架上安装有X轴横臂18，Z轴立臂19通过立臂安装座滑动连接于X轴横臂18上，立臂安装座连接有横向驱动装置，Z轴立臂19连接有纵向驱动装置，Z轴立臂19的底端安装有摆动轴(B轴)，摆动轴连接有摆动驱动装置，摆动轴上安装有刀具10主轴9，工作台17位于主轴9下方。

当然，在本实施例中，是以四轴加工机床为例，由于本实用新型并不需要对加工机床本体进行大幅度的结构改造，因此，在其他实施例中，可以将机床替换为三维加工机床、五轴加工机床或六轴加工机床中的任意一种。

如图1和图3所示，旋转工作台17一侧设置有刀库1；刀库1优选为伞形刀库1，刀库1中设置有多个刀位放置有多把雕刻刀具10；进一步的，刀库1中还设置有辅助设备，辅助设备包括喷嘴12，喷嘴12集成(连接)于标准刀柄5上，该标准刀柄5上设置有喷气通道，所述喷气通道与喷嘴、机床主轴9的喷气通道相连通，空气管路连接机床主轴9旋转接头；辅助设备还包括清洁头13，清洁头13同样集成(连接)于标准刀柄5上，机床主轴9可以随时调用辅助设备对工件进行定位清吹及清洁。

当然，作为另一种实施例，喷嘴12和标准刀柄5也可以是分体式、活动连接的结构。例如通过螺纹连接或者定位机构装夹连接等等。

刀库1配置有刀库1管理***、高精度对刀仪，对刀重复定位精度为0.001mm，实现自动换刀、自动对刀，并可以进行刀具10补偿，具有刀具10破损检测功能，加工暂停检测刀具10或换刀，加工完成后***自动检测刀具10，判断是否发生断刀、刀具10磨损等情况，检测信息自动反馈，并自动判断是否由于刀具10磨损造成加工缺陷，是否复位继续加工。

机床设置有激光模块2；激光模块2可以设置于刀库1相对一侧，激光模块2包括激光器、振镜***6及其驱动板卡、光纤及控制线路4、冷却回路等。

激光器优选为脉冲光纤激光器，波长1064nm，平均功率100-400W，脉冲重复频率5-200kHz，单脉冲能量1-100mJ，其输出光束质量(M2)<1.8，光斑直径6-8mm；激光器优选采用风冷结构，进一步优化冷却***，增加集成度。

当然，本领域技术人员能够在本实用新型的基础上，将其具体的参数指标也可以根据代加工工件以及激光器产品进行调整，这些均属于简单替换，理应属于本实用新型的保护范围。

振镜***6优选为X-Y双轴振镜***6，将X-Y双轴振镜***6集成(连接)于标准刀柄5上，光纤及控制线路4与振镜***6的连接部分使用托管集成(连接)于振镜***6上，接口刚性连接，垂直于B轴，便于跟随B轴进行小角度摆动；优选地，X-Y双轴振镜***6可反射最大光斑直径为7-30mm，最大标记速度0.7-3.5m/s，最大定位速度9.0-12.0m/s，该双轴振镜***6上设置有平场聚焦透镜，其焦距优选为f＝100-300mm，扫描区域75*75-200*200mm；使用上述激光器及X-Y双轴振镜***6，聚焦后焦点直径27—36um，满足精细区域(如图9(a)中)的加工的需求。

当然，作为另一种实施方式，振镜***6可以是其他结构，比如三轴振镜***等，与机床的类型相适配。

同样的，作为再一种实施方式，振镜***6和标准刀柄5也可以是分体式、活动连接的结构。例如通过螺纹连接或者定位机构装夹连接等等。

当然，本领域技术人员能够在本实用新型的基础上，将其具体的参数指标也可以根据代加工工件以及激光器产品进行调整，这些均属于简单替换，理应属于本实用新型的保护范围。

如图8(a)和图8(b)所示，集成后的X-Y双轴振镜***6设置于定位夹紧机构上，该定位夹紧机构固定安装于定位支架上；定位夹紧机构优选为气动夹紧机构14，采用电磁阀控制通断气以执行夹紧、松放动作，定位夹紧机构优选为全封闭结构，可以保护光学组件。

当然，本实施例只是一种优选方式，在其他实施方式中，可以将夹紧机构换成其他结构或/和控制结构。在此不再赘述。

机床设置有激光防护罩8，当需要调用振镜***6时，激光防护罩8由护罩驱动机构(驱动机构优选为气缸)将防护罩门打开，调用该振镜***6；

在其他实施例中，作为优选的方案，机床上还可以设置有工控机、工作护罩、防尘护罩、电器柜或油雾除尘装置等中的若干设备，以保证机床的自动或更优化运行。

上述复合加工数控雕铣机床至少具有三种功能模式：

模式一：如图5所示，刀具10加工模式，从刀库1中调用刀具10，进行金属雕铣；

模式二：如图6所示，激光加工模式，从激光模块2定位支架7上调用振镜***6，进行激光雕刻加工。

模式三：如图7(a)或图7(b)所示，辅助加工模式，同样在刀库1中，集成两套辅助设备，包括喷嘴12及清洁头13，用于对工件进行定位清吹及清洁。

机床可以随时启用上述三种功能模式或者进行三种功能模式的自动切换。

作为应用实施例，下面以三种实施例进行具体说明。

第一种应用实施例，利用该机床对工件(如图9所示，工件上设置有普通图案与文字，同时设置有高精细区域15(包括图案与文字))进行加工的具体操作方法如下：

(1)首先进行普通切削加工，调用刀库1中的刀具10，对线条、汉字、英文字母等一般区域16进行雕铣加工，同时使用切削液；

(2)普通切削完成以后，调用刀库1中的辅助设备，对工件上的残留的切削液进行清理吹除。

(3)调用刀库1中的辅助设备，对需要精细雕刻的区域15，进行自动清洁。

(4)护罩驱动机构驱动激光防护罩开启，机床主轴9调用振镜***6。

(5)主轴9移动至待加工区域，机械轴定位完成后，X/Z/C/B四轴联动进行激光雕刻分层加工，机械轴定位与激光加工交叉进行。

(6)激光雕刻完成后，将激光模块2放回到定位夹紧机构上。

应用本实用新型所公开的复合加工数控雕铣机床对工件上的图案和/或文字进行嵌套加工，其具体操作方式与上述内容的区别在于：首先进行普通切削加工，调用刀库1中的刀具10高效率地进行大面积材料去除，加工至要求的深度，然后调用激光模块2在已加工好的花纹表面进一步进行加工，以达到嵌套的效果。

第二种应用实施例，与第一种应用实施例的结构上的区别在于激光模块2设置于机床主轴9后方或者其他位置，定位夹紧机构连接有驱动机构，当防护罩门打开后，通过驱动机构将振镜***6推出激光防护罩。

第三种应用实施例，与第一种应用实施例的区别在于：可以将喷嘴12及其管路固定于机床主轴9上或者轴立臂19上，在控制***的控制下，可以随时启动喷嘴12对工件进行定位轻吹。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

上述虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式进行了描述，但并非对本实用新型保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本实用新型的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本实用新型的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种复合加工数控雕铣机床，包括机床本体，所述机床本体的工作台上设置有用于夹持工件的夹持机构，主轴相对于工作台的位置至少三维可调，其特征是：所述机床本体上设置有刀具模块、激光模块或/和辅助模块，主轴调用所述刀具模块、激光模块或/和辅助模块分别进行金属雕铣、激光雕刻或/和清吹加工，实现一次装夹工件，同时完成普通加工和精细加工。

2.如权利要求1所述的一种复合加工数控雕铣机床，其特征是：所述辅助模块包括刀柄和喷嘴，所述刀柄内部设置有喷气通道，与喷嘴连通，所述喷气通道与主轴的喷气通道相连通，空气管路连接主轴旋转接头。

3.如权利要求1所述的一种复合加工数控雕铣机床，其特征是：所述辅助模块包括刀柄和清洁头，清洁头设置于刀柄上。

4.如权利要求1所述的一种复合加工数控雕铣机床，其特征是：所述激光模块包括激光器、振镜***和冷却回路，所述振镜***对激光器发射的激光进行聚焦，所述激光器连接冷却回路。

5.如权利要求4所述的一种复合加工数控雕铣机床，其特征是：所述激光器采用风冷结构。

6.如权利要求4所述的一种复合加工数控雕铣机床，其特征是：所述振镜***为X-Y双轴振镜***，将X-Y双轴振镜***设置于主轴的刀柄上，光纤及控制线路使用托管连接于振镜***上，接口刚性连接，垂直于B轴，便于跟随B轴进行摆动。

7.如权利要求4所述的一种复合加工数控雕铣机床，其特征是：所述振镜***设置于定位夹紧机构上，该定位夹紧机构固定安装于定位支架上。

8.如权利要求7所述的一种复合加工数控雕铣机床，其特征是：定位夹紧机构为气动夹紧机构，采用电磁阀控制通断气以执行夹紧以及松放动作。

9.如权利要求1所述的一种复合加工数控雕铣机床，其特征是：所述机床设置有激光防护罩，振镜***设置于激光防护罩内，当需要调用振镜***时，激光防护罩由护罩驱动机构打开，调用振镜***。

10.如权利要求1所述的一种复合加工数控雕铣机床，其特征是：所述工作台上设置有刀库，刀库内设置有多个存储区域，以放置各个刀具模块或/和辅助模块。