[0001] 本发明属于数控机床领域  ，具体地说  ，涉及一种微型多功能复合加工中心 。

背景

[0002] 加工中心是高度自动化的机械加工设备  ，其特点为：具备刀库  ，可以完成自动换刀 工作  ，工件一次装夹后  ，根据事先编制好的数控加工程序  ，机床可以自动选择加工方式、更 换刀具、自动对刀、自动改变主轴转速、进给量等  ，可连续完成多种工序  ，减少了工件装夹、 测量和机床调整等辅助工序时间 。

[0003] 现有技术中的加工中心设备多是为工业生产加工而设计  ，其体积庞大  ，重达数吨  ， 普通的家庭制造爱好者  ，或者学校实验室  ，一般无法提供工业加工中心所需的空间与地基 要求；供电必须使用三相动力电  ，即使安装了变相设备  ，工业加工中心的功率也非照明电源 所能承受；工业加工中心的设计目的是为生产使用  ，其结构特点为高效率  ，高稳定性  ，机床 的功能越多  ，其效率与稳定性就越差  ，因此工业加工中心功能往往较为单调 。

内容

[0004] 本发明要解决的技术问题是提供一种微型多功能复合加工中心  ，要求体积小、重 量轻、支持照明电源、功能丰富满足各种加工需求 。

[0005] 为解决上述技术问题  ，本发明提出了一种微型多功能复合加工中心 。其特点为：专 为家庭或教学以及小零件快速打样设计；其外形体积小  ，最大外形尺寸仅1. 2米  ，重量轻  ， 整体重量约280KG  ，随处皆可放置  ，可以在楼房上使用；功耗低  ，可直接使用照明电源供电； 功能极其丰富  ，结构灵活可控  ，含刀库  ，可自动换刀  ，拥有两个主轴  ，五个自由度  ，可实现五 轴联动  ，可完成车削、统削、镗削、刨削、磨削、插削、钻削、攻丝、滚齿等加工工艺 。

[0006] 本发明的技术方案为：一种微型多功能复合加工中心  ，包括刀库、数控系统、两个 主轴、三个自由度进给轴、两个自由度旋转轴 。所述两个主轴  ，其一为可受刀库操作完成自 动换刀的刀具主轴  ，另一主轴为装夹工件进行车削加工的工件主轴  ，另外此主轴还作为机 床旋转轴的A轴使用 。

[0007] 所述刀库安装在机床正面  ，主轴箱正前方最高点位置  ，其自动刀具交换装置机械 臂纵向布置在机床右侧 。

[0008] 所述数控系j9九游会平台装在机床右侧  ，通过两段连杆机构连接  ，可在连杆机构运动范围 内自由活动  ，并可使用锁紧把手锁紧该机构使数控系统位置固定 。

[0009] 所述三个自由度进给轴  ，分别为X轴、Y轴、Z轴  ，其空间分布为：Y轴安装在机床底 座上  ，运动部件为X轴滑枕；X轴安装在X轴滑枕上  ，运动部件为机床工作台；Z轴安装在机 床立柱上  ，机床立柱安装在机床底座上  ，Z轴的运动部件为旋转轴B轴涡轮箱 。

[0010] 所述两个自由度旋转轴  ，分别为A轴和B轴  ，其中A轴同时作为车削主轴使用  ，采 用大功率大惯量伺服电机直驱  ，高速时可完成车削加工  ，低速时可做联动铣削  ，分度等功 能；A轴与其配对的尾坐作为分体的组件  ，可以安装在工作台上进行工作  ，也可拆除增加工作台空间和机床X轴行程  ，A轴组件上设有定位机构  ，确保其拆装后位置精度可靠 。

[0011] 所述B轴安装在B轴涡轮箱上  ，B轴涡轮箱内含两只蜗杆  ，一为左旋  ，一为右旋  ，一 个涡轮  ，两只蜗杆同时与涡轮啮合  ，使用一台伺服电机驱动其中一只蜗杆  ，同步带经过同步 轮连接两个蜗杆使其同步  ，其中一个同步轮使用卷簧与蜗杆连接 。

[0012] 所述B轴与B轴涡轮箱之间使用一圆锥面连接  ，B轴运动面为一锥形运动体  ，其固 定体为一锥环  ，使用16只螺钉连接锥环与B轴涡轮箱  ，其中8只固定螺钉  ，8只顶起螺钉  ，两 者交替分布 。

[〇〇13] 本机床所使用车刀、刨刀、插刀等刀柄为自行设计  ，其特点为刀刃中心点过刀柄轴

线 。

[0014] 本发明的工作过程如下：

本机床第一实施例  ，作为常见普通三轴数控加工中心使用  ，即只启用本机床刀库  ，机床 运动轴X轴、Y轴、Z轴  ，即可实现此工作  ，如工作台空间不足  ，亦可拆除车削主轴与尾坐来增 加工作台空间 。

[0015] 本机床第二实施例  ，作为常见普通四轴数控加工中心使用  ，即在第一实施例的基 础上  ，再启用A轴  ，即可实现此工作 。

[0016] 本机床第三实施例  ，作为第四轴为B轴的四轴数控加工中心使用  ，即在第一实施 例的基础上  ，再启用B轴  ，即可完成此工作 。

[0017] 本机床第四实施例  ，作为五轴联动数控加工中心使用  ，即在第一实施例的基础上  ， 再启用A轴、B轴  ，即可实现此工作 。

[0018] 本机床第五实施例  ，作为车削加工中心使用  ，即启用本机床刀库7  ，机床运动轴X 轴、Y轴、Z轴、车削主轴、B轴  ，在机床主轴上装入车刀刀柄  ，车削主轴上装夹工件  ，X轴与Z 轴联动即可完成车外圆、车端面等工作  ，B轴旋转90度使刀柄与车削主轴轴线平行  ，即可实 现车内圆工作  ，还可使用多轴联动完成复杂型面的车削工作 。

[0019] 本机床第六实施例  ，作为五轴联动车铣复合数控加工中心使用  ，即在第四实施例 的基础上  ，结合第五实施例功能  ，两者工序交替进行  ，实现车铣复合数控加工 。

[0020] 本机床第七实施例  ，作为常见普通三轴数控平面磨床使用  ，即在第一实施例的基 础上  ，再启用B轴  ，使用其分度功能  ，使主轴箱组件6旋转90度  ，在主轴上装入磨削砂轮  ，即 可实现此工作 。

[0021] 本机床第八实施例  ，作为常见普通数控万能磨床使用  ，即在第五实施例的基础上  ， 在主轴上装入磨削砂轮  ，即可实现此工作 。

[0022] 本机床第九实施例  ，作为常见普通刨床使用  ，即在第一实施例的基础上  ，在主轴上 装入刨刀  ，机床X轴快速往复运动作为主运动  ，Y、Z轴进给运动  ，即可实现此工作 。

[〇〇23] 本机床第十实施例  ，作为常见普通插床使用  ，即在第一实施例的基础上  ，在主轴上 装入插刀  ，机床Z轴快速往复运动作为主运动  ，X、Y轴进给运动  ，即可实现此工作 。

[〇〇24] 本机床第十一实施例  ，作为常见普通滚齿机使用  ，即在第二实施例的基础上  ，在主 轴上装入滚刀  ，机床主轴与A轴联动切削齿坯  ，X、Y轴进给运动  ，即可实现此工作 。

[0025] 本机床第十二实施例  ，在以上全部实施例基础上随意搭配工艺工序  ，自动化完成 多种多类工序  ，即称为多功能复合加工中心 。

[0026] 本发明的有益效果在于：1、外形体积小  ，最大外形尺寸仅1. 2米  ，重量轻  ，整体重量约280KG  ，随处皆可放置  ，可以在楼房上使用；2、功耗低  ，可直接使用照明电源供电；3、功 能极其丰富  ，结构灵活可控  ，含刀库  ，可自动换刀  ，拥有两个主轴  ，五个自由度  ，可实现五轴 联动  ，可完成车削、铣削、镗削、刨削、磨削、插削、钻削、攻丝、滚齿等加工工艺；4、使用了一 种高刚性无背隙的旋转轴设计  ，解决了普通旋转轴设计方案精度差或刚性低的问题；5、利 用旋转轴的灵活特点  ，将刀库的自动刀具交换装置机械臂纵向安置  ，省去了换刀行程  ，使机 床Z轴行程的利用率大为提高；6、自行开发研制的数控系统  ，可实现前述所有机械运动功 能的控制 。

附图说明

[〇〇27] 图1是本发明的整体结构等轴侧视图 。

[0028] 图2是本发明的整体结构主视图 。

[0029] 图3是本发明的整体结构轴侧视图 。

[0030] 图4是本发明的旋转轴正面结构剖视图 。

[0031] 图5是本发明的旋转轴外形示意图 。

[0032] 图6是本发明的旋转轴侧面结构剖视图 。

[0033] 图7是本发明的旋转轴驱动方法示意图 。

实施

[0034] 以下结合附图具体说明本发明 。

[0035] 如图1所示  ，本发明包括机床底座1、X轴滑枕2、车削主轴（A轴组件）3、机床立柱 4、B轴蜗轮箱组件5、主轴箱组件6、刀库7、刀库支架8、数控系统9、尾坐10、工作台11、油 盘12、卡盘13、数控系统支架14、数控系统支架锁紧机构15、刀具主轴16、自动刀具交换装 置机械臂17,其中：工作台11为机床X之轴运动部件、X轴滑枕2为机床Y轴运动部件、B 轴蜗轮箱组件5为Z轴运动部件、卡盘13为机床A轴运动部件、主轴箱组件6为B轴运动 部件 。

[0036] 刀库7安装在机床正面  ，主轴箱组件6正前方最高点位置  ，其自动刀具交换装置机 械臂17纵向布置在机床右侧；数控系统9安装在机床右侧  ，通过两段连杆机构的数控系统 支架14连接  ，可在连杆机构运动范围内自由活动  ，并可使用数控系统支架锁紧机构15锁紧 该机构使数控系统位置固定；X轴、Y轴、Z轴的空间分布为：Y轴安装在机床底座1上  ，X轴 安装在X轴滑枕2上  ，Z轴安装在机床立柱3上  ，机床立柱3安装在机床底座1上 。

[0037] 两个自由度旋转轴分别为A轴和B轴  ，其中A轴组件3同时作为车削主轴使用  ， 采用大功率大惯量伺服电机直驱  ，高速时可完成车削加工  ，低速时可做联动铣削  ，分度等功 能；A轴组件3与其配对的尾坐10作为分体的组件  ，可以安装在工作台11上进行工作  ，也 可拆除增加工作台11空间和机床X轴行程  ，A轴组件3上设有定位机构  ，确保其拆装后位 置精度可靠 。

[0038] 主轴箱组件6安装在B轴涡轮箱组件5上  ，B轴涡轮箱组件5内含两只蜗杆20和 蜗杆25, 一为左旋  ，一为右旋  ，一个涡轮31  ，两只蜗杆同时与涡轮31啮合  ，使用一台伺服电 机18驱动其中一只蜗杆  ，同步带23经过同步轮22和同步轮28连接两个蜗杆使其同步  ，其 中一个同步轮28使用卷簧26与蜗杆25连接  ，利用蜗轮的自锁性  ，在卷簧仅需较小弹力的

前提下也可完全排除蜗轮31的回程间隙 。

[0039] 主轴箱组件6与B轴涡轮箱组件5之间使用一圆锥面连接  ，主轴箱组件6运动面 为一锥形运动体  ，其固定体为一压盖锥环40,使用16只螺钉连接锥环与B轴涡轮箱36,其 中8只螺钉39为固定螺钉  ，8只螺钉41为顶起螺钉  ，两者交替分布  ，调整压盖锥环40与主 轴箱箱体32之间的间隙  ，完成压盖锥环40的固定工工作 。

[0040] 本机床在实行某些工艺时  ，如车削、刨削等  ，需要锁定主轴  ，目前采取伺服电机自 锁  ，和刀具刀柄设计减轻扭转力矩的方法来解决  ，具体如下  ，所有车刀  ，刨刀  ，插刀等  ，刀刃 中心点过刀柄轴线  ，使用此方法制造车刀柄基本不会产生扭转力矩  ，相对于强力主轴锁定 更有利于切削稳定 。

[0041] 本发明的工作过程如下：

本机床第一实施例  ，作为常见普通三轴数控加工中心使用  ，即只启用本机床刀库7,机 床运动轴X轴(运动部件为工作台11 )、Y轴(运动部件为X轴滑枕2)、Z轴(运动部件为主轴 箱组件6)  ，即可实现此工作  ，如工作台空间不足  ，亦可拆除车削主轴（A轴组件）3与尾坐10 来增加工作台空间 。

[〇〇42] 本机床第二实施例  ，作为常见普通四轴数控加工中心使用  ，即在第一实施例的基 础上  ，再启用A轴(运动部件为卡盘13)  ，即可实现此工作 。

[0043] 本机床第三实施例  ，作为第四轴为B轴的四轴数控加工中心使用  ，即在第一实施 例的基础上  ，再启用B轴(运动部件为B轴蜗轮箱组件5)  ，即可完成此工作 。

[〇〇44] 本机床第四实施例  ，作为五轴联动数控加工中心使用  ，即在第一实施例的基础上  ， 再启用A轴(运动部件为卡盘13)、B轴(运动部件为B轴蜗轮箱组件5)  ，即可实现此工作 。 [0045] 本机床第五实施例  ，作为车削加工中心使用  ，即启用本机床刀库7,机床运动轴X 轴(运动部件为工作台11)、Y轴(运动部件为X轴滑枕2)、Z轴(运动部件为主轴箱组件6)、 车削主轴(运动部件为卡盘13)、B轴(运动部件为B轴蜗轮箱组件5)  ，在机床主轴上装入车 刀刀柄  ，车削主轴上装夹工件  ，X轴与Z轴联动即可完成车外圆、车端面等工作  ，B轴旋转90 度使刀柄与车削主轴轴线平行  ，即可实现车内圆工作  ，还可使用多轴联动完成复杂型面的 车削工作 。

[〇〇46] 本机床第六实施例  ，作为五轴联动车铣复合数控加工中心使用  ，即在第四实施例 的基础上  ，结合第五实施例功能  ，两者工序交替进行  ，实现车铣复合数控加工 。

[〇〇47] 本机床第七实施例  ，作为常见普通三轴数控平面磨床使用  ，即在第一实施例的基 础上  ，再启用B轴(运动部件为B轴蜗轮箱组件5)  ，使用其分度功能  ，使主轴箱组件6旋转 90度  ，在主轴上装入磨削砂轮  ，即可实现此工作 。

[0048] 本机床第八实施例  ，作为常见普通数控万能磨床使用  ，即在第五实施例的基础上  ， 在主轴上装入磨削砂轮  ，即可实现此工作 。

[0049] 本机床第九实施例  ，作为常见普通刨床使用  ，即在第一实施例的基础上  ，在主轴上 装入刨刀  ，机床X轴快速往复运动作为主运动  ，Y、Z轴进给运动  ，即可实现此工作 。

[0050] 本机床第十实施例  ，作为常见普通插床使用  ，即在第一实施例的基础上  ，在主轴上 装入插刀  ，机床Z轴快速往复运动作为主运动  ，X、Y轴进给运动  ，即可实现此工作 。

[0051] 本机床第十一实施例  ，作为常见普通滚齿机使用  ，即在第二实施例的基础上  ，在主 轴上装入滚刀  ，机床主轴与A轴联动切削齿坯  ，X、Y轴进给运动  ，即可实现此工作 。

[0052] 本机床第十二实施例  ，在以上全部实施例基础上随意搭配工艺工序  ，自动化完成 多种多类工序  ，即称为多功能复合加工中心 。

[0053] 本发明不限于所展示的实施例  ，在不脱离本发明精神和范围的前提下  ，本发明还 会有各种变化  ，这些变化都落入本发明专利的要求保护范围内 。

 

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