一种可使刀具按螺旋线轨迹进行连续性的自动走刀的机床制造技术

本发明专利技术涉及一种可使刀具按螺旋线轨迹进行连续性的自动走刀的机床，包括主轴传动/退刀装置、阿基米德螺旋线径向变位装置、极轴转角装置、工作台、可编程逻辑控制器和机架；阿基米德螺旋线径向变位装置用于对加工半径进行变位；阿基米德螺旋线径向变位装置包括承载板和螺旋线变径盘；螺旋线变径盘中设有呈阿基米德螺旋线分布的机床传动主轴变径通孔，机床传动主轴变径通孔用于导向机床传动主轴沿阿基米德螺旋线运动。本发明专利技术采用极坐标定位、能进行连续性自动进给切削和自动退刀，且满足柔性加工需求，对于代加工孔的半径定位更加精准、分度误差更小，实施效果更好。实施效果更好。实施效果更好。

【技术实现步骤摘要】
一种可使刀具按螺旋线轨迹进行连续性的自动走刀的机床


[0001]本专利技术属于机床加工
，涉及一种可使刀具按螺旋线轨迹进行连续性的自动走刀的机床。

技术介绍

[0002]当前，均匀布置的孔或非均匀布置的孔一般用普通钻床进行加工，但孔的位置要通过划线、使用在钻模或者数控编程点窝的方式进行确定，以至工艺制备路线较长，影响生产效率和加工的精度和进度，使得生产成本增加。普通机床一次只能钻削一个孔，对多孔布置的零件进行时，需要加工完成一个孔之后，需要重复定位的步骤、走刀等工序再加工另一个孔，效率低下。特别是对于同心布置的不同直径上分布的孔以及不同工件上有相对位置要求的均匀或者不均匀布置的孔，若采用普通机床加工，不但加工效率低下，而且多次定位走刀造成非常大的定位误差和尺寸误差，使得工件的装配精度降低、装配困难，不满足设计要求、生产要求和装配要求。
[0003]此外，钻床常用到笛卡尔坐标系方式的进行孔的定位，在当前孔加工结束后常需要调动多个空间坐标进行变位和走刀，在刀具进行工序和工步的变化过程中会在这个过程中增大定位误差，使得孔的位置精度下降。现也有钻床中使用极坐标定位的，此类的机床自由度较多，方位调节较为复杂，间接性的增加了加工时候的误差和加工的效率，并且此类机床的坐标系原点通常在工件外部，当加工分布在同一圆周上的孔，需要调用平面坐标时，依然需要改动两个变量。随着技术的发展，也要调用一个坐标调节径向距离的，仅仅是在同一圆周上孔的周向分布的时候调用角度坐标进行孔的位置定位，所以这些都不是真正意义上的完全极坐标定位机床。
[0004]同时，许多专用性质的加工机床的只能加工特殊的一类工艺类型或涉及车削、铣削、磨削、钻削、拉削等加工方法的一种，柔性加工能力较差。
[0005]专利CN202763112U公开了同心多环均布孔钻削装置，其包括摇臂钻床，摇臂钻床的主轴箱的下面设置竖向的导向机构，导向机构的下面联接电磁分度机构，电磁分度机构的下面连接用于调整钻头径向位置的钻盘机构，钻盘机构下面安装有钻轴机构，钻轴机构包括由液压装置驱动的位于钻盘机构中心用于安装中心轴的中间轴和均匀在钻盘机构下面用于安装钻头的多个输出轴；摇臂钻床的机床传动主轴通过一输入轴分别连接导向机构和驱动钻轴机构的液压装置；
[0006]该方案虽然可以通过一次装夹实现大尺寸零件的多环孔的同时加工，通过设置阿基米德螺旋线机构提高了零件的定位精度；但是由于采用摇臂结构，上方结构承压能力有限，整体结构的稳定性非常有限；而调整位置时用到液压装置、变量泵等装置，因而没有起到提高加工的精度的作用；且该方案并未对采用的阿基米德螺线机构做具体的描述，其机构的运动方式描述模糊；该方案的钻削主轴用到多条油管通道，在加工的过程中容易产生干涉的情况；采用多个钻头进行同时钻削，当某一个或者某几个钻头发生卡刀的情况，没办法及时退刀，不能保护刀头和工件，容易造成较高的废品率和安全问题；机床的主轴钻削和
进给机构采用连接形式较为刚性，且零件多，可靠性不高，力矩变化大，运作不平稳，操作比较繁琐，控制较为复杂，加工过程中会造成较大的机械振动，影响加工的质量和精度。
[0007]专利CN114309701A公开了一种周转式钻床，包括工作台、回转机构、主轴箱机构(含钻头)和横梁机构，回转机构包括一钻床底座和两个回转组件；钻床底座为圆环形结构，圆环形的内侧壁上设一圈齿圈，圆环形的底部连接一个带有圆环形导轨的底板，两个回转组件对称放置；主轴箱机构包括一主轴箱和一移动板；横梁机构包括两个横梁侧盖；主轴箱机构与横梁机构上的水平导轨配合，并实现沿水平导轨的移动；横梁机构中的横梁侧盖与回转机构中的立柱固定；工作台固定在钻床底座的底部，工作台的工作面、圆环形导轨和水平导轨均与水平面平行，主轴箱机构中的竖直导轨与水平面垂直；
[0008]此专利技术的钻床虽然可以提高加工的精度与加工效率，在可加工工件相同时缩小钻床占地面积，但是没办法对同一圆周上分布的单数孔进行加工，只能加工偶数分布的孔；如若加工单数孔，根据该机床的结构，将会在横梁处产生倾覆力矩，进而产生不对称的机械振动；对于孔的径向定位仍然用到了笛卡尔坐标系，对于整体加过程而言不是真正意义上的极坐标定位机床，所以孔的径向定位误差不会降低；其次对孔的定位方式采用双钻头，单独驱动的设计，在径向定位时会产生两个半径方向的误差，对于加工误差的误差传递不友好，并且该钻床设有横梁机构，横梁的刚度、强度和稳定性难以保证，致使加工过程中容易产生较大的机械振动和横梁的形变，使得加工的精度和质量难以得到保障。
[0009]上述专利中的摇臂钻床、多功能机床均不能使刀具按螺旋线轨迹进行连续性自动进给切削被加工件平面的功能，因此，不能平稳高效的的加工出高质量的平面。对于水平面上的阿基米德螺旋线加工纹理是最美观的，所以对于工件上的孔加工和平面的磨削、铣削就成了加工的难题。
[0010]因此，研究一种采用极坐标定位、能按螺旋线轨迹进行连续性自动进给切削、钻削和磨削能进行自动退刀，且满足柔性加工需求的一体式机床，以提高加工的精度和加工的效率，具有十分重要的意义。

技术实现思路

[0011]本专利技术的目的是解决现有技术中存在的问题，提供一种可使刀具按螺旋线轨迹进行连续性的自动走刀的机床。
[0012]为达到上述目的，本专利技术采用的方案如下：
[0013]一种可使刀具按螺旋线轨迹进行连续性的自动走刀的机床，包括主轴传动/退刀装置、阿基米德螺旋线径向变位装置、极轴转角装置、工作台、可编程逻辑控制器和机架；
[0014]主轴传动/退刀装置用于为机床提供动力，具备传动和退刀的作用；主轴传动/退刀装置包括竖直放置的机床传动主轴；
[0015]阿基米德螺旋线径向变位装置用于对加工半径进行变位；阿基米德螺旋线径向变位装置包括承载板和螺旋线变径盘；
[0016]承载板为水平板；
[0017]承载板的中心位置设有一个中空圆柱区域，螺旋线变径盘为水平的圆盘，螺旋线变径盘固定嵌在中空圆柱区域内；
[0018]螺旋线变径盘中设有呈阿基米德螺旋线分布的机床传动主轴变径通孔，机床传动
主轴从机床传动主轴变径通孔中穿出，机床传动主轴变径通孔用于导向机床传动主轴沿阿基米德螺旋线运动，阿基米德螺旋线环绕螺旋线变径盘的中心轴分布；
[0019]机床传动主轴变径通孔的数量为1，主轴传动/退刀装置的数量为1；或者，机床传动主轴变径通孔的数量为2，两个机床传动主轴变径通孔对应的阿基米德螺旋线呈中心对称分布，主轴传动/退刀装置的数量为2，每个主轴传动/退刀装置的机床传动主轴分别从不同的机床传动主轴变径通孔中穿出；
[0020]极轴转角装置用于推动主轴传动/退刀装置在螺旋线变径盘中运动，为变径提供动力；
[0021]工作台用于安装工件、Z轴方向进给以及在XOY平面内进行分度；
[0022]可编程逻辑控制器是可编程逻辑控制器，机床的控制部分，其作用是为了方便对工作原理、结构和功用的描述，与六大部分有紧密的联系。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可使刀具按螺旋线轨迹进行连续性的自动走刀的机床，其特征在于，包括主轴传动/退刀装置(6)、阿基米德螺旋线径向变位装置(3)、极轴转角装置(7)、工作台(5)、可编程逻辑控制器(2)和机架(1)；主轴传动/退刀装置(6)用于为机床提供动力，具备传动和退刀的作用；主轴传动/退刀装置(6)包括竖直放置的机床传动主轴(606)；阿基米德螺旋线径向变位装置(3)用于对加工半径进行变位；阿基米德螺旋线径向变位装置(3)包括承载板(322)和螺旋线变径盘(321)；承载板(322)为水平板；承载板(322)的中心位置设有一个中空圆柱区域，螺旋线变径盘(321)为水平的圆盘，螺旋线变径盘(321)固定嵌在中空圆柱区域内；螺旋线变径盘(321)中设有呈阿基米德螺旋线分布的机床传动主轴变径通孔(324)，机床传动主轴(606)从机床传动主轴变径通孔(324)中穿出，机床传动主轴变径通孔(324)用于导向机床传动主轴(606)沿阿基米德螺旋线运动，阿基米德螺旋线环绕螺旋线变径盘(321)的中心轴分布；机床传动主轴变径通孔(324)的数量为1，主轴传动/退刀装置(6)的数量为1；或者，机床传动主轴变径通孔(324)的数量为2，两个机床传动主轴变径通孔(324)对应的阿基米德螺旋线呈中心对称分布，主轴传动/退刀装置(6)的数量为2，每个主轴传动/退刀装置(6)的机床传动主轴(606)分别从不同的机床传动主轴变径通孔(324)中穿出；极轴转角装置(7)用于推动主轴传动/退刀装置(6)在螺旋线变径盘(321)中运动，为变径提供动力；工作台(5)用于安装工件、Z轴方向进给以及在XOY平面内进行分度。2.根据权利要求1所述的一种可使刀具按螺旋线轨迹进行连续性的自动走刀的机床，其特征在于，机床还包括磁吸底座(4)；磁吸底座(4)包括底板(401)；底板(401)为水平矩形板，底板(401)上表面的四个角的位置各设有一个竖直的电磁吸螺旋管(403)，各电磁吸螺旋管(403)的下方各设有一个竖直的、贯穿底板(401)的磁吸孔(402)；电磁吸螺旋管(403)与可编程逻辑控制器(2)电性连接；承载板(322)为矩形板，其上表面的四个角的位置各设有一个竖直的磁吸柱(323)，四个磁吸柱(323)分别插入四个磁吸孔(402)内，由磁吸孔(402)吸合。3.根据权利要求2所述的一种可使刀具按螺旋线轨迹进行连续性的自动走刀的机床，其特征在于，极轴转角装置(7)包括圆形底板(701)、极轴转板(703)、竖直轴I、轴承I、大圆锥齿轮a(708)、大圆锥齿轮b、径向变位转角传感器(710)、减速器(711)、转角电机(712)、轴承II、水平轴I和连杆；圆形底板(701)为水平板，其上表面与底板(401)下表面贴合且固定连接，其下表面设有n个圆环形的极轴转板柱滑轨(702)，n≥1，圆形底板(701)与极轴转板柱滑轨(702)的中心轴共轴，当n>1时，n个极轴转板柱滑轨(702)呈同心圆布置；极轴转板(703)为长条状水平板，且位于圆形底板(701)的下方；极轴转板(703)的上表面的中心位置固定连接1个转角机构壳体(709)和n对极轴转板柱(704)，每对极轴转板柱(704)都竖直地对称分布在转角机构壳体(709)的两侧，n对极轴转板柱(704)的上端与n个极轴转板柱滑轨(702)一一对应滑动连接；
圆形底板(701)的下表面的中心位置与竖直轴I固定连接，轴承I的内圈固定套在竖直轴I上，大圆锥齿轮a(708)固定套在轴承I的外圈上；大圆锥齿轮b位于大圆锥齿轮a(708)的下方，且与转角机构壳体(709)的上表面固定连接；大圆锥齿轮a(708)与大圆锥齿轮b之间对称布置一个转角机构小圆锥齿轮(707)，转角机构小圆锥齿轮(707)同时与大圆锥齿轮a(708)与大圆锥齿轮b啮合；一个转角机构小圆锥齿轮(707)同时与径向变位转角传感器(710)和减速器(711)连接，径向变位转角传感器(710)同时与减速器(711)和可编程逻辑控制器(2)连接，减速器(711)与转角电机(712)连接；另一个转角机构小圆锥齿轮(707)固定套在轴承II的外圈上，轴承II的内圈固定套在水平轴I上，水平轴I与连杆固定连接，连杆的上端与圆形底板(701)的下表面固定连接；极轴转板(703)中间长对称线上设有长条状的变径接触杆滑孔(706)。4.根据权利要求3所述的一种可使刀具按螺旋线轨迹进行连续性的自动走刀的机床，其特征在于，主轴传动/退刀装置(6)还包括双通孔板(601)、变径接触杆(604)、轴承III(603)、轴承IV(615)、滚轮(602)、滚动轴承轮(605)、机壳(607)、大锥齿轮a(609)、大锥齿轮b、小锥齿轮(610)、轴承V(608)、减速器/扭矩传感器(613)、主轴电机(614)和退刀机构(612)；主轴传动/退刀装置(6)除变径接触杆(604)以外的部件均位于极轴转板(703)的下方；双通孔板(601)为水平板，其上设有竖直通孔a和竖直通孔b；变径接触杆(604)竖直放置，变径接触杆(604)穿过竖直通孔a且通过轴承III(603)与双通孔板(601)转动连接，机床传动主轴(606)穿过竖直通孔b且通过轴承IV(615)与双通孔板(601)转动连接；变径接触杆(604)的顶部插入变径接触杆滑孔(706)内；滚轮(602)位于竖直通孔a的下方，滚动轴承轮(605)位于竖直通孔b的下方；滚轮(602)套在变径接触杆(604)上且与其转动连接，滚动轴承轮(605)套在机床传动主轴(606)上且与其转动连接；机壳(607)位于竖直通孔b的上方；大锥齿轮a(609)、大锥齿轮b、小锥齿轮(610)、轴承V(608)位于机壳(607)内，大锥齿轮a(609)位于大锥齿轮b的下方，小锥齿轮(610)位于大锥齿轮a(609)与大锥齿轮b之间且同时与二者啮合，轴承V(608)位于大锥齿轮a(609)的下方，轴承V(608)的外圈与机壳(607)固定连接；减速器/扭矩传感器(613)和主轴电机(614)位于机壳(607)的上方；大锥齿轮a(609)以及轴承V(608)的内圈都固定套在机床传动主轴(606)上；大锥齿轮b、减速器/扭矩传感器(613)、主轴电机(614)依次连接；减速器/扭矩传感器(613)与可编程逻辑控制器(2)电性连接；小锥齿轮(610)与退刀机构(612)连接，退刀机构(612)用于带动小锥齿轮(610)平移退出或进入与大锥齿轮a(609)和大锥齿轮b的啮合。5.根据权利要求4所述的一种可使刀具按螺旋线轨迹进行连续性的自动走刀的机床，其特征在于，退刀机构(612)包括凸形件(616)、螺旋管磁吸座(617)和小锥齿轮转轴(611)；机壳(607)由立方体壳和圆柱体壳组成，圆柱体壳位于立方体壳和小锥齿轮(610)的一侧，圆柱体壳的中心轴为水平轴，大锥齿轮a(609)、大锥齿轮b、小锥齿轮(610)、轴承V(608)位于立方体壳内；凸形件(616)为磁性件，由小圆柱体和大圆柱体组成，小圆柱体和大圆柱体的中心轴为
水平轴且重合，小圆柱体的外径小于大圆柱体；大圆柱体背离小圆柱体的一端内嵌轴承VI，轴承VI与大圆柱体共轴且轴承VI的外圈与大圆柱...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄帅，刘胜，潘自立，凌志文，恽熠鑫，卢浩翔，罗向城，王大中，
申请(专利权)人：上海工程技术大学，
类型：发明
国别省市：