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[0001]本發(fā)明屬于數(shù)控機床領域，具體地說，涉及一種微型多功能復合加工中心。

背景

[0002]加工中心是高度自動化的機械加工設備，其特點為：具備刀庫，可以完成自動換刀 工作，工件一次裝夾后，根據事先編制好的數(shù)控加工程序，機床可以自動選擇加工方式、更 換刀具、自動對刀、自動改變主軸轉速、進給量等，可連續(xù)完成多種工序，減少了工件裝夾、 測量和機床調整等輔助工序時間。

[0003]現(xiàn)有技術中的加工中心設備多是為工業(yè)生產加工而設計，其體積龐大，重達數(shù)噸， 普通的家庭制造愛好者，或者學校實驗室，一般無法提供工業(yè)加工中心所需的空間與地基 要求；供電必須使用三相動力電，即使安裝了變相設備，工業(yè)加工中心的功率也非照明電源 所能承受；工業(yè)加工中心的設計目的是為生產使用，其結構特點為高效率，高穩(wěn)定性，機床 的功能越多，其效率與穩(wěn)定性就越差，因此工業(yè)加工中心功能往往較為單調。

內容

[0004]本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種微型多功能復合加工中心，要求體積小、重 量輕、支持照明電源、功能豐富滿足各種加工需求。

[0005]為解決上述技術問題，本發(fā)明提出了一種微型多功能復合加工中心。其特點為：專 為家庭或教學以及小零件快速打樣設計；其外形體積小，大外形尺寸僅1. 2米，重量輕， 整體重量約280KG，隨處皆可放置，可以在樓房上使用；功耗低，可直接使用照明電源供電； 功能極其豐富，結構靈活可控，含刀庫，可自動換刀，擁有兩個主軸，五個自由度，可實現(xiàn)五 軸聯(lián)動，可完成車削、統(tǒng)削、鏜削、刨削、磨削、插削、鉆削、攻絲、滾齒等加工工藝。

[0006]本發(fā)明的技術方案為：一種微型多功能復合加工中心，包括刀庫、數(shù)控系統(tǒng)、兩個 主軸、三個自由度進給軸、兩個自由度旋轉軸。所述兩個主軸，其一為可受刀庫操作完成自 動換刀的刀具主軸，另一主軸為裝夾工件進行車削加工的工件主軸，另外此主軸還作為機 床旋轉軸的A軸使用。

[0007]所述刀庫安裝在機床正面，主軸箱正前方高點位置，其自動刀具交換裝置機械 臂縱向布置在機床右側。

[0008]所述數(shù)控系統(tǒng)安裝在機床右側，通過兩段連桿機構連接，可在連桿機構運動范圍 內自由活動，并可使用鎖緊把手鎖緊該機構使數(shù)控系統(tǒng)位置固定。

[0009]所述三個自由度進給軸，分別為X軸、Y軸、Z軸，其空間分布為：Y軸安裝在機床底 座上，運動部件為X軸滑枕；X軸安裝在X軸滑枕上，運動部件為機床工作臺；Z軸安裝在機 床立柱上，機床立柱安裝在機床底座上，Z軸的運動部件為旋轉軸B軸渦輪箱。

[0010]所述兩個自由度旋轉軸，分別為A軸和B軸，其中A軸同時作為車削主軸使用，采 用大功率大慣量伺服電機直驅，高速時可完成車削加工，低速時可做聯(lián)動銑削，分度等功 能；A軸與其配對的尾坐作為分體的組件，可以安裝在工作臺上進行工作，也可拆除增加工作臺空間和機床X軸行程，A軸組件上設有定位機構，確保其拆裝后位置精度可靠。

[0011]所述B軸安裝在B軸渦輪箱上，B軸渦輪箱內含兩只蝸桿，一為左旋，一為右旋，一 個渦輪，兩只蝸桿同時與渦輪嚙合，使用一臺伺服電機驅動其中一只蝸桿，同步帶經過同步 輪連接兩個蝸桿使其同步，其中一個同步輪使用卷簧與蝸桿連接。

[0012]所述B軸與B軸渦輪箱之間使用一圓錐面連接，B軸運動面為一錐形運動體，其固 定體為一錐環(huán)，使用16只螺釘連接錐環(huán)與B軸渦輪箱，其中8只固定螺釘，8只頂起螺釘，兩 者交替分布。

[〇〇13] 本機床所使用車刀、刨刀、插刀等刀柄為自行設計，其特點為刀刃中心點過刀柄軸

線。

[0014]本發(fā)明的工作過程如下：

本機床第一實施例，作為常見普通三軸數(shù)控加工中心使用，即只啟用本機床刀庫，機床 運動軸X軸、Y軸、Z軸，即可實現(xiàn)此工作，如工作臺空間不足，亦可拆除車削主軸與尾坐來增 加工作臺空間。

[0015]本機床第二實施例，作為常見普通四軸數(shù)控加工中心使用，即在第一實施例的基 礎上，再啟用A軸，即可實現(xiàn)此工作。

[0016]本機床第三實施例，作為第四軸為B軸的四軸數(shù)控加工中心使用，即在第一實施 例的基礎上，再啟用B軸，即可完成此工作。

[0017]本機床第四實施例，作為五軸聯(lián)動數(shù)控加工中心使用，即在第一實施例的基礎上， 再啟用A軸、B軸，即可實現(xiàn)此工作。

[0018]本機床第五實施例，作為車削加工中心使用，即啟用本機床刀庫7，機床運動軸X 軸、Y軸、Z軸、車削主軸、B軸，在機床主軸上裝入車刀刀柄，車削主軸上裝夾工件，X軸與Z 軸聯(lián)動即可完成車外圓、車端面等工作，B軸旋轉90度使刀柄與車削主軸軸線平行，即可實 現(xiàn)車內圓工作，還可使用多軸聯(lián)動完成復雜型面的車削工作。

[0019]本機床第六實施例，作為五軸聯(lián)動車銑復合數(shù)控加工中心使用，即在第四實施例 的基礎上，結合第五實施例功能，兩者工序交替進行，實現(xiàn)車銑復合數(shù)控加工。

[0020]本機床第七實施例，作為常見普通三軸數(shù)控平面磨床使用，即在第一實施例的基 礎上，再啟用B軸，使用其分度功能，使主軸箱組件6旋轉90度，在主軸上裝入磨削砂輪，即 可實現(xiàn)此工作。

[0021]本機床第八實施例，作為常見普通數(shù)控磨床使用，即在第五實施例的基礎上， 在主軸上裝入磨削砂輪，即可實現(xiàn)此工作。

[0022]本機床第九實施例，作為常見普通刨床使用，即在第一實施例的基礎上，在主軸上 裝入刨刀，機床X軸快速往復運動作為主運動，Y、Z軸進給運動，即可實現(xiàn)此工作。

[〇〇23] 本機床第十實施例，作為常見普通插床使用，即在第一實施例的基礎上，在主軸上 裝入插刀，機床Z軸快速往復運動作為主運動，X、Y軸進給運動，即可實現(xiàn)此工作。

[〇〇24] 本機床第十一實施例，作為常見普通滾齒機使用，即在第二實施例的基礎上，在主 軸上裝入滾刀，機床主軸與A軸聯(lián)動切削齒坯，X、Y軸進給運動，即可實現(xiàn)此工作。

[0025]本機床第十二實施例，在以上全部實施例基礎上隨意搭配工藝工序，自動化完成 多種多類工序，即稱為多功能復合加工中心。

[0026]本發(fā)明的有益效果在于：1、外形體積小，大外形尺寸僅1. 2米，重量輕，整體重量約280KG，隨處皆可放置，可以在樓房上使用；2、功耗低，可直接使用照明電源供電；3、功 能極其豐富，結構靈活可控，含刀庫，可自動換刀，擁有兩個主軸，五個自由度，可實現(xiàn)五軸 聯(lián)動，可完成車削、銑削、鏜削、刨削、磨削、插削、鉆削、攻絲、滾齒等加工工藝；4、使用了一 種高剛性無背隙的旋轉軸設計，解決了普通旋轉軸設計方案精度差或剛性低的問題；5、利 用旋轉軸的靈活特點，將刀庫的自動刀具交換裝置機械臂縱向安置，省去了換刀行程，使機 床Z軸行程的利用率大為提高；6、自行開發(fā)研制的數(shù)控系統(tǒng)，可實現(xiàn)前述所有機械運動功 能的控制。

附圖說明

[〇〇27] 圖1是本發(fā)明的整體結構等軸側視圖。

[0028]圖2是本發(fā)明的整體結構主視圖。

[0029]圖3是本發(fā)明的整體結構軸側視圖。

[0030]圖4是本發(fā)明的旋轉軸正面結構剖視圖。

[0031]圖5是本發(fā)明的旋轉軸外形示意圖。

[0032]圖6是本發(fā)明的旋轉軸側面結構剖視圖。

[0033]圖7是本發(fā)明的旋轉軸驅動方法示意圖。

實施

[0034]以下結合附圖具體說明本發(fā)明。

[0035]如圖1所示，本發(fā)明包括機床底座1、X軸滑枕2、車削主軸（A軸組件）3、機床立柱 4、B軸蝸輪箱組件5、主軸箱組件6、刀庫7、刀庫支架8、數(shù)控系統(tǒng)9、尾坐10、工作臺11、油 盤12、卡盤13、數(shù)控系統(tǒng)支架14、數(shù)控系統(tǒng)支架鎖緊機構15、刀具主軸16、自動刀具交換裝 置機械臂17,其中：工作臺11為機床X之軸運動部件、X軸滑枕2為機床Y軸運動部件、B 軸蝸輪箱組件5為Z軸運動部件、卡盤13為機床A軸運動部件、主軸箱組件6為B軸運動 部件。

[0036]刀庫7安裝在機床正面，主軸箱組件6正前方高點位置，其自動刀具交換裝置機 械臂17縱向布置在機床右側；數(shù)控系統(tǒng)9安裝在機床右側，通過兩段連桿機構的數(shù)控系統(tǒng) 支架14連接，可在連桿機構運動范圍內自由活動，并可使用數(shù)控系統(tǒng)支架鎖緊機構15鎖緊 該機構使數(shù)控系統(tǒng)位置固定；X軸、Y軸、Z軸的空間分布為：Y軸安裝在機床底座1上，X軸 安裝在X軸滑枕2上，Z軸安裝在機床立柱3上，機床立柱3安裝在機床底座1上。

[0037]兩個自由度旋轉軸分別為A軸和B軸，其中A軸組件3同時作為車削主軸使用， 采用大功率大慣量伺服電機直驅，高速時可完成車削加工，低速時可做聯(lián)動銑削，分度等功 能；A軸組件3與其配對的尾坐10作為分體的組件，可以安裝在工作臺11上進行工作，也 可拆除增加工作臺11空間和機床X軸行程，A軸組件3上設有定位機構，確保其拆裝后位 置精度可靠。

[0038]主軸箱組件6安裝在B軸渦輪箱組件5上，B軸渦輪箱組件5內含兩只蝸桿20和 蝸桿25, 一為左旋，一為右旋，一個渦輪31，兩只蝸桿同時與渦輪31嚙合，使用一臺伺服電 機18驅動其中一只蝸桿，同步帶23經過同步輪22和同步輪28連接兩個蝸桿使其同步，其 中一個同步輪28使用卷簧26與蝸桿25連接，利用蝸輪的自鎖性，在卷簧僅需較小彈力的

前提下也可*排除蝸輪31的回程間隙。

[0039] 主軸箱組件6與B軸渦輪箱組件5之間使用一圓錐面連接，主軸箱組件6運動面 為一錐形運動體，其固定體為一壓蓋錐環(huán)40,使用16只螺釘連接錐環(huán)與B軸渦輪箱36,其 中8只螺釘39為固定螺釘，8只螺釘41為頂起螺釘，兩者交替分布，調整壓蓋錐環(huán)40與主 軸箱箱體32之間的間隙，完成壓蓋錐環(huán)40的固定工工作。

[0040] 本機床在實行某些工藝時，如車削、刨削等，需要鎖定主軸，目前采取伺服電機自 鎖，和刀具刀柄設計減輕扭轉力矩的方法來解決，具體如下，所有車刀，刨刀，插刀等，刀刃 中心點過刀柄軸線，使用此方法制造車刀柄基本不會產生扭轉力矩，相對于強力主軸鎖定 更有利于切削穩(wěn)定。

[0041] 本發(fā)明的工作過程如下：

本機床第一實施例，作為常見普通三軸數(shù)控加工中心使用，即只啟用本機床刀庫7,機 床運動軸X軸(運動部件為工作臺11 )、Y軸(運動部件為X軸滑枕2)、Z軸(運動部件為主軸 箱組件6)，即可實現(xiàn)此工作，如工作臺空間不足，亦可拆除車削主軸（A軸組件）3與尾坐10 來增加工作臺空間。

[〇〇42] 本機床第二實施例，作為常見普通四軸數(shù)控加工中心使用，即在第一實施例的基 礎上，再啟用A軸(運動部件為卡盤13)，即可實現(xiàn)此工作。

[0043] 本機床第三實施例，作為第四軸為B軸的四軸數(shù)控加工中心使用，即在第一實施 例的基礎上，再啟用B軸(運動部件為B軸蝸輪箱組件5)，即可完成此工作。

[〇〇44] 本機床第四實施例，作為五軸聯(lián)動數(shù)控加工中心使用，即在第一實施例的基礎上， 再啟用A軸(運動部件為卡盤13)、B軸(運動部件為B軸蝸輪箱組件5)，即可實現(xiàn)此工作。 [0045] 本機床第五實施例，作為車削加工中心使用，即啟用本機床刀庫7,機床運動軸X 軸(運動部件為工作臺11)、Y軸(運動部件為X軸滑枕2)、Z軸(運動部件為主軸箱組件6)、 車削主軸(運動部件為卡盤13)、B軸(運動部件為B軸蝸輪箱組件5)，在機床主軸上裝入車 刀刀柄，車削主軸上裝夾工件，X軸與Z軸聯(lián)動即可完成車外圓、車端面等工作，B軸旋轉90 度使刀柄與車削主軸軸線平行，即可實現(xiàn)車內圓工作，還可使用多軸聯(lián)動完成復雜型面的 車削工作。

[〇〇46] 本機床第六實施例，作為五軸聯(lián)動車銑復合數(shù)控加工中心使用，即在第四實施例 的基礎上，結合第五實施例功能，兩者工序交替進行，實現(xiàn)車銑復合數(shù)控加工。

[〇〇47] 本機床第七實施例，作為常見普通三軸數(shù)控平面磨床使用，即在第一實施例的基 礎上，再啟用B軸(運動部件為B軸蝸輪箱組件5)，使用其分度功能，使主軸箱組件6旋轉 90度，在主軸上裝入磨削砂輪，即可實現(xiàn)此工作。

[0048] 本機床第八實施例，作為常見普通數(shù)控磨床使用，即在第五實施例的基礎上， 在主軸上裝入磨削砂輪，即可實現(xiàn)此工作。

[0049] 本機床第九實施例，作為常見普通刨床使用，即在第一實施例的基礎上，在主軸上 裝入刨刀，機床X軸快速往復運動作為主運動，Y、Z軸進給運動，即可實現(xiàn)此工作。

[0050] 本機床第十實施例，作為常見普通插床使用，即在第一實施例的基礎上，在主軸上 裝入插刀，機床Z軸快速往復運動作為主運動，X、Y軸進給運動，即可實現(xiàn)此工作。

[0051] 本機床第十一實施例，作為常見普通滾齒機使用，即在第二實施例的基礎上，在主 軸上裝入滾刀，機床主軸與A軸聯(lián)動切削齒坯，X、Y軸進給運動，即可實現(xiàn)此工作。

[0052]本機床第十二實施例，在以上全部實施例基礎上隨意搭配工藝工序，自動化完成 多種多類工序，即稱為多功能復合加工中心。

[0053]本發(fā)明不限于所展示的實施例，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還 會有各種變化，這些變化都落入本發(fā)明的要求保護范圍內。