数控机床技术：模块化制造的智能复合机床
发布时间：2018-11-14 11:51:33
加工中心
传统数控机床多数采用一套主轴组件或者一套刀具组件，
无法满足两端都有加工 要求或复杂加工要求的工件一次性加工完成的需求。目前虽然存在部分机床采用双主轴设 计，但是第二主轴往往不可拆卸地设计在机床上。采用第一主轴组件和第二主轴组件分别位于刀具组件的两侧，其中第一主轴组件固定 设置在床身上，第二主轴组件能沿Z轴和X轴滑动设置在床身上，刀具组件的两侧都装夹有 刀具，可使两端有复杂工艺要求的工件一次加工完成，但是技术方案中存在结构设计不合 理、车床整体体积大、制造成本高等问题。从优化车床整体设计、及降低制作成本的角度出发，设计一种具有模组化 套件的智能复合机床。
模块化制造的智能复合机床
床身1以及设置在床身1上的主轴组件 2、刀具组件3、可拆卸安装添加的模组化套件4、第一套驱动组件和第二套驱动组件。床身1上端有成30°压铸成型的斜面，床身1的右端具有向外伸出 的安装支撑架1-1，安装支撑架1-1和床身1为一体压铸成型。主轴组件2包括主轴导轨2-1、主轴座2-2和主轴2-3。主轴导轨2-1 沿Z轴方向且沿Z轴的周向倾斜30°固定在床身1上。
主轴座2-2滑动安装在主轴导轨2-1上，从而主轴组件2就滑动安装在床身1上，并且能沿主轴导轨2-1在床身1上沿Z轴滑动。主轴2- 3采用电主轴，安装在主轴座2-2，其中轴线沿Z轴方向。此外，主轴2-3选用电主轴，具有结构 紧凑、重量轻、惯性小、噪声低、响应快、实现高转速、简化机床设计、易于实现主轴定位等优 点；主轴导轨2-1的倾斜设计具有排屑好、精度高的优点。
第一套驱动组件与主轴组件2连接，其包括第二Z轴驱动电机2-6 和Z轴丝杆2-5。第二Z轴驱动电机2-6驱动Z轴丝杆2-5。Z轴丝杆2-5上设置有Z轴丝杆螺母，Z 轴丝杆螺母和主轴座2-2进行固定连接，从而在第二Z轴驱动电机2-6的驱动下，Z轴丝杆2-5 的旋转运动带动主轴座2-2沿主轴导轨2-1的中轴线滑动。刀具组件3包括刀座导轨3-1、刀座3-2、转塔刀架3-3。刀座导轨3- 1固定在床身1上，其中轴线与Z轴垂直，且与水平面的夹角为锐角，夹角优选为30°，该角度 下结构紧凑合理。刀座3-2滑动安装在刀座导轨3-1上。转塔刀架3-3安装在刀座3-2的一侧， 其中轴线沿Z轴方向，在伺服电机3-4驱动下能绕Z轴做旋转运动进行换刀操作；该转塔刀架 3-3上设置有12个刀具安装槽3-5，可装夹多种刀具，从而可一次完成复杂工件的加工，满足 复杂加工要求，提高加工效率。第二套驱动组件与刀具组件3连接，其包括第二X轴驱动电机3-6 和X轴丝杆3-7。
第二X轴驱动电机3-6驱动X轴丝杆3-7。X轴丝杆3-7上设置有X轴丝杆螺母，X 轴丝杆螺母和刀座3-2进行固定连接，从而在第二X轴驱动电机3-6的驱动下，X轴丝杆3-7的 旋转运动带动刀座3-2沿刀座导轨3-1的中轴线滑动。模组化套件4可拆卸安装添加在床身1一侧的安装支撑架1-1上， 其包括第一导轨基座4-1、Z轴导轨4-2、Z轴托板4-3、第一Z轴驱动电机4-4、第二导轨基座4- 5、X轴导轨4-6、X轴托板4-7和第一X轴驱动电机4-8。
第一导轨基座4-1沿Z轴方向水平布置在床身1一侧的安装支撑架1-1上；Z轴导轨4-2设置在第一导轨基座4-1上；Z轴托板4-3滑动安装在Z轴导轨4-2上；第 一Z轴驱动电机4-4驱动Z轴托板4-3沿Z轴运动；第二导轨基座4-5沿X轴方向水平固定在Z轴托板4-3上；X轴导轨4-6沿X轴方 向安装在第二导轨基座4-5上；X轴托板4-7滑动安装在X轴导轨4-6上；第一X轴驱 动电机4-8驱动X轴托板4-7沿X轴运动。X轴托板4-7上设置有用于安装第二套主轴组件或第二套刀具组件的安装孔4-9， 在实际应用中，用户可根据工件的实际加工要求，在模组化套件上选择性地安装第二套主 轴组件或第二套刀具组件，从而实现两端有复杂工艺要求的工件一次加工完成。如果待加工工件两端都有加工要求，此种情况，可选择在模组化套件4上安装第二 套主轴组件，当工件在主轴组件2上完成加工时，通过主轴组件2沿Z轴移动以及第二套主轴 组件沿Z轴和X轴移动完成两个主轴同轴心线对接，将在主轴组件2上完成加工的工件移入 第二套主轴组件中，第二套主轴组件将工件夹紧后移动至刀具组件3处，进行工件的另一端 加工，增加第二套主轴组件不仅提高了工件的加工效率，还起到了机械手的作用，实现了无 人装卸，减少了人工成本。如果待加工工件具有复杂加工要求、工序多，仅具有刀具组件3不能满足将工件一 次装夹加工完成所有工序，此种情况，可选择在模组化套件4上安装第二套刀具组件。刀具 组件3和第二套刀具组件的配合使用，不仅能进行车削加工，还可进行镗、铣、钻、插、磨等加工方式，具有“一机多能”的特点，大大提高了加工效率。
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