CN105196059A - 一种复合式钻铣中心 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种复合式钻铣中心，包括机床床身和设于机床床身一侧的立柱，所述机床床身上设有XY轴工作台，还包括第一主轴机构、第二主轴机构、主轴变频器和数控处理器，所述第一主轴机构设于立柱上，所述第二主轴机构设于第一主轴机构上，所述主轴变频器分别连接第一主轴机构和第二主轴机构，所述数控处理器连接主轴变频器。与现有技术相比，本发明设计了可综合现有设备的加工工艺，实现复合加工，减少多工序、多种设备之间的流转，具有效率高、降低不良和误差等优点，对企业的生产效率有很大提高，对制造业加工精度有很大提升。

Description

一种复合式钻铣中心

技术领域

本发明涉及一种数控机床，尤其是涉及一种复合式钻铣中心。

背景技术

目前，大部分数控机床，尤其是钻攻中心X/Y/Z三轴的驱动方式多为马达带动丝杆传动，而且主轴转速普遍较低(20000转以下)。限于现有大部分数控机床的丝杆传动，在使用过程中无法避免丝杆的缺陷所带来的弊端，例如抖动，反向间隙误差，温升，加速度慢，无法高速直线运动等。而转数较低的主轴又无法完成一些特殊的工艺，达到特殊的加工效果。另，现有市场也已经有利用直线电机驱动各轴运动或配备高速主轴(30000转以上)的设备，但是此种设备造价异常昂贵，通用性差，行业内无法进行大范围利用。

介于现在加工制造业的大环境，传统数控设备，尤其是钻攻中心，只可以进行一些普通加工，无法胜任类似于高光，高顺畅度等特殊要求高精度的加工工艺，而单纯的直线电机设备或高转数电主轴虽然可以保证相应精度，并可达到一些特殊的加工要求，但通用性差，高速电主轴加工刚性不如普通的机械主轴，不适合切削量大的加工，市场需求量不大等缺点。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种效率高、结构简单、使用方便、可进行复合式加工的复合式钻铣中心，可综合现有设备(钻攻中心，雕铣机等)的加工工艺，完成复合加工，减少多工序、多种设备之间的流转，具有效率高、降低不良和误差等优点，对企业的生产效率有很大提高，对制造业加工精度有很大提升，是加工制造业设备的革新。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种复合式钻铣中心，包括机床床身和设于机床床身一侧的立柱，所述机床床身上设有XY轴工作台，还包括第一主轴机构、第二主轴机构、主轴变频器和数控处理器，所述第一主轴机构设于立柱上，所述第二主轴机构设于第一主轴机构上，所述主轴变频器分别连接第一主轴机构和第二主轴机构，所述数控处理器连接主轴变频器。

所述第一主轴机构包括主轴箱体、Z轴滑动组件和用于安装刀具的第一主轴，所述主轴箱体设于立柱上，所述第一主轴设于主轴箱体内，并通过Z轴滑动组件与立柱滑动连接。

所述Z轴滑动组件包括滑动块、滑动轨道、直线电机和光栅尺，所述滑动块设于第一主轴上，所述滑动轨道、直线电机和光栅尺分别设于立柱上，滑动块与滑动轨道滑动连接。

所述Z轴滑动组件还包括分别连接直线电机和光栅尺的伺服驱动。

所述第一主轴为机械式主轴。

所述第二主轴机构包括主轴安装座和用于安装刀具的第二主轴，所述主轴安装座设于主轴箱体上，所述第二主轴设于主轴安装座内。

所述第二主轴的轴径小于第一主轴的轴径。

所述第二主轴为电主轴或气浮式主轴。

还包括向第一主轴机构提供刀具的第一刀库，所述第一刀库设于立柱上。

还包括向第二主轴机构提供刀具的第二刀库，所述第二刀库设于XY轴工作台上。

与市场占有量很大的普通钻攻设备相比，本发明具有以下优点：

1)加工精度提升。本发明设计了两部主轴，一部主轴和普通钻攻主轴装配位置一样，为第一主轴，一部设置在主轴箱体右侧，为第二主轴，第一主轴选择轴径较大的机械主轴，以获得良好的加工刚性和扭力，第二主轴选择转速较高的电主轴或气浮式主轴，以获得较高的转速和较低的震动率，两者配合使用，以完成粗加工，精加工及高精加工的复合加工，既可满足普通的CNC加工需求，也可在同一台设备上完成类似高光加工、高顺畅加工等高速高精密加工。

2)效率提升。结合直线电机的优势和高速主轴的优势，可充分发挥出普通数控设备无法企及的高效率，设计两部主轴，可以在本发明上完成各种加工工艺，避免了因转换不同设备进行不同工艺带来的时间浪费。

3)质量提升。普通钻攻中心通过丝杆进行传动，主轴转速低，通过编码器回馈信号，导致精度受丝杆、机械，误差等原因影响大，从而无法达到一些特殊的加工要求，例如高光，高顺畅度等。而本发明X/Y/Z三轴不限于马达丝杆或直线电机驱动，由直线电机驱动，光栅尺反馈定位，最大限度的减小背隙等误差，以配合第二主轴的高速电主轴完成高光，高顺畅度要求的加工工艺。结合了直线电机驱动、光栅尺反馈定位、高刚性第一主轴和高速第二主轴，完美解决各种高精加工时所面临的加工难点。

4)结构简单，使用方便。本发明设计多样(不限于整体式)，比较容易得到较高的装配精度，维修方便。两部主轴各自使用一台主轴变频器，断绝了两部主轴在完成各种数控系统指令时的干扰。

5)自动化生产。本发明由数控系统统一发送指令给第一主轴、第二主轴的主轴变频器，以完成两部主轴的各自动作，充分降低了因安排不同机种完成不同加工工艺的各种问题及风险，解决了加工制造业日益增长的精度要求及效率问题，可做到“一机到位”。

6)应用广泛。本发明对目前制造业3C、航空产品的工艺工序具有无与伦比的针对性，使用本发明，在不需要转换工艺工序的情况下，可完成产品的开粗，中粗，半精加工，精加工，高光，高顺畅等一整套加工工艺。可极大提高产品制造的良率，提高效率，降低成本。

本发明将会革新现有加工技术的加工工艺，与市场上现有的高精加工工艺(受数控设备直接影响)相比，本发明具有以下优点：

1)使用成本相对较低。在本发明一台设备上可完成全部高精加工工艺，不用因数控设备的原因而分作两台或多台设备配合加工，降低设备采购成本。

2)效率提升。在本发明一台设备上可完成各工序加工，避免了因转换不同设备进行不同工艺工序时造成的时间浪费。

3)质量提升。在本发明一台设备上可完成各工序加工，避免了在各设备工艺工序转换时累计的装夹误差和重复定位误差。加工质量更高。

4)产品适应性更强。本发明在原有夹臂式刀库的基础上为第二主轴也配备了排刀架式刀库，扩充了可使用刀具的数量，对产品加工的适应性更强，避免了很多时候因普通钻攻中心刀库数量不够，而产生的被动增加工序的时间和成本浪费。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图；

图2为第一主轴机构和第二主轴机构的结构示意图；

图3为第一刀库的结构示意图；

图4为第二刀库的结构示意图。

图中：1、机床床身，2、立柱，3、XY轴工作台，4、主轴变频器，5、数控处理器，6、主轴箱体，7、第一主轴，8、主轴安装座，9、第二主轴，10、第一刀库，11、第二刀库，12、通信线缆。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1和图2所示，一种设置两部主轴、两部独立刀库、由直线电机驱动、利用光栅尺反馈定位的复合式钻铣中心，包括机床床身1、立柱2、第一主轴机构、第二主轴机构、主轴变频器4、数控处理器5、第一刀库10和第二刀库11，立柱2设于机床床身1一侧，机床床身1上设有XY轴工作台3，第一主轴机构设于立柱2上，第二主轴机构设于第一主轴机构上，第二主轴机构与第一主轴机构并列竖直设置，主轴变频器4通过通信线缆12分别连接第一主轴机构和第二主轴机构，数控处理器5通过通信线缆12连接主轴变频器4，第一刀库10设于立柱2上，并向第一主轴机构提供刀具，第二刀库11设于XY轴工作台3上，并向第二主轴机构提供刀具的第二刀库11。

其中，第一主轴机构包括主轴箱体6、Z轴滑动组件和用于安装刀具的第一主轴7，主轴箱体6设于立柱2上，第一主轴7设于主轴箱体6内，并通过Z轴滑动组件与立柱2滑动连接。

XY轴工作台3的X/Y轴以及Z轴滑动组件推荐使用直线电机驱动，但不排除传统的由马达丝杆驱动的方式，具体根据实际需要加以选择。

Z轴滑动组件包括滑动块、滑动轨道、直线电机、光栅尺和伺服驱动，滑动块设于第一主轴7上，滑动轨道、直线电机和光栅尺分别设于立柱2上，滑动块与滑动轨道滑动连接，伺服驱动分别连接直线电机和光栅尺。Z轴滑动组件上下运动，带动第一主轴7或第二主轴9进行上下运动，从而配合X/Y轴的左右和前后运动进行加工。

由直线电机驱动，光栅尺反馈定位，最大限度的减小背隙等误差，以配合第二主轴的高速电主轴完成高光，高顺畅度要求的加工工艺。

第二主轴机构包括主轴安装座8和用于安装刀具的第二主轴9，主轴安装座8设于主轴箱体6上，第二主轴9设于主轴安装座8内。

第二主轴9的轴径小于第一主轴7的轴径。第一主轴7为机械式主轴，轴径较大，刚性好，扭力大，对应刀具切换的第一刀库10选取夹臂式刀库，如图3所示。第二主轴9为电主轴或气浮式主轴，转速高，质量轻，震动小，对应刀具切换的第二刀库11选取排式刀架，排式刀架上有相应数量的刀位，如图4所示。两个刀具切换方式为现有市场上标准的换刀方式。

主轴安装座8与主轴箱体6之间的结构设计不限于整体式，也可设计为分体式，以紧固方式来固定，并可在两安装接触面之间设置垫块，销钉等手段以保证安装精度。

第一主轴7装配位置和普通钻攻中心一样，增加的第二主轴9随着第一主轴7由Z轴滑动组件在Z轴上运动，第一主轴7和第二主轴9的运动方向和方式一致。由数控系统统一发送指令给第一主轴7、第二主轴9的主轴变频器4，以完成两部主轴的自个动作。可根据不同加工要求，有选择的选用主轴，加工针对性更广更强。普通设备只有一根，没有选择余地。主轴可以满足普通的CNC加工需求，第二主轴跟随Z轴运动配合完成类似高光加工、高顺畅加工等高速高精密加工，两者配合使用，以完成粗加工、精加工及高精加工的复合加工。

本发明应用范围广，现行业内的所有包含粗精加工及高精加工的产品都可以通过本发明来克服现有技术的困难。

Claims (10)

1.一种复合式钻铣中心，包括机床床身(1)和设于机床床身(1)一侧的立柱(2)，所述机床床身(1)上设有XY轴工作台(3)，其特征在于，还包括第一主轴机构、第二主轴机构、主轴变频器(4)和数控处理器(5)，所述第一主轴机构设于立柱(2)上，所述第二主轴机构设于第一主轴机构上，所述主轴变频器(4)分别连接第一主轴机构和第二主轴机构，所述数控处理器(5)连接主轴变频器(4)。

2.根据权利要求1所述的一种复合式钻铣中心，其特征在于，所述第一主轴机构包括主轴箱体(6)、Z轴滑动组件和用于安装刀具的第一主轴(7)，所述主轴箱体(6)设于立柱(2)上，所述第一主轴(7)设于主轴箱体(6)内，并通过Z轴滑动组件与立柱(2)滑动连接。

3.根据权利要求2所述的一种复合式钻铣中心，其特征在于，所述Z轴滑动组件包括滑动块、滑动轨道、直线电机和光栅尺，所述滑动块设于第一主轴(7)上，所述滑动轨道、直线电机和光栅尺分别设于立柱(2)上，滑动块与滑动轨道滑动连接。

4.根据权利要求3所述的一种复合式钻铣中心，其特征在于，所述Z轴滑动组件还包括分别连接直线电机和光栅尺的伺服驱动。

5.根据权利要求2所述的一种复合式钻铣中心，其特征在于，所述第一主轴(7)为机械式主轴。

6.根据权利要求2所述的一种复合式钻铣中心，其特征在于，所述第二主轴机构包括主轴安装座(8)和用于安装刀具的第二主轴(9)，所述主轴安装座(8)设于主轴箱体(6)上，所述第二主轴(9)设于主轴安装座(8)内。

7.根据权利要求6所述的一种复合式钻铣中心，其特征在于，所述第二主轴(9)的轴径小于第一主轴(7)的轴径。

8.根据权利要求6所述的一种复合式钻铣中心，其特征在于，所述第二主轴(9)为电主轴或气浮式主轴。

9.根据权利要求1所述的一种复合式钻铣中心，其特征在于，还包括向第一主轴机构提供刀具的第一刀库(10)，所述第一刀库(10)设于立柱(2)上。

10.根据权利要求1所述的一种复合式钻铣中心，其特征在于，还包括向第二主轴机构提供刀具的第二刀库(11)，所述第二刀库(11)设于XY轴工作台(3)上。