專利名稱：一種基于萬(wàn)向工作頭的多功能數(shù)控機(jī)床的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于數(shù)控機(jī)床技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種可對(duì)麻花鉆和銑刀進(jìn)行修磨、可進(jìn)行鉆削 和銑削的一種基于特殊萬(wàn)向工作頭的多功能數(shù)控機(jī)床。
背景技術(shù)：
近些年來(lái)，由于材料科學(xué)的發(fā)展使許多高強(qiáng)度金屬材料和復(fù)合材料等不斷地應(yīng)用于制造 業(yè)中，同時(shí)由于高速加工技術(shù)的發(fā)展和數(shù)控加工中心的廣泛應(yīng)用，對(duì)鉆削和銑削加工提'出了 更高的技術(shù)要求。以鉆削為例，如由于普通麻花鉆橫刃前角為負(fù)值(一60° 一54°)，鉆削時(shí) 橫刃處發(fā)生嚴(yán)重的擠壓而造成很大的軸向力。通常，橫刃的軸向力約占全部軸向力的1/2以 上。另外，普通麻花鉆的定心性很差，這對(duì)自動(dòng)定心要求很高的數(shù)控鉆床和加工中心來(lái)說(shuō)是 及其不利的。因此普通麻花鉆和磨損后的麻花鉆經(jīng)常需要進(jìn)行鉆頭尖的修磨。目前在我國(guó)生
產(chǎn)部門中，鉆頭尖的修磨主要由人工來(lái)完成，很難保證鉆頭的修磨質(zhì)量。對(duì)于數(shù)控機(jī)床和加 工中心所需的自動(dòng)定位和鉆孔精度要求很高的鉆頭尖的修磨只能采用數(shù)控的刀具磨床。但是， 數(shù)控刀具磨床(包括數(shù)控鉆尖刃磨機(jī))的價(jià)格昂貴， 一般都要30萬(wàn)美元以上，國(guó)內(nèi)的一般生 產(chǎn)部門難以承受。另外，傳統(tǒng)數(shù)控刀具磨床機(jī)床上刀具的擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)通常靠蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)來(lái)完 成，但是高精度的蝸輪蝸桿的加工成本很高且裝配穡度不易保證。
其次，普通數(shù)控鉆床或數(shù)控銑床只能對(duì)工件完成水平或垂直的鉆削或銑削，要想對(duì)工件 實(shí)現(xiàn)帶有傾斜角的加工必須靠夾具的配合，增加了生產(chǎn)成本、延長(zhǎng)了生產(chǎn)周期。
最后，要想對(duì)工件實(shí)現(xiàn)曲面的銑削加工必須在數(shù)掉加工中心上靠多軸聯(lián)動(dòng)來(lái)完成，而數(shù) 控加工中心價(jià)格昂貴，生產(chǎn)成本很高。
發(fā)明內(nèi)齊
為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的加工成本高、難于達(dá)到高精度要求的問(wèn)題，本發(fā)明提出一種 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、實(shí)時(shí)控制容易、性能價(jià)格比高，可對(duì)鉆頭和銑刀等刀具進(jìn)行修磨，可做為多軸數(shù)
控鉆床或銑床使用，并且^r,實(shí)現(xiàn)對(duì)工件帶有傾斜角的加工，可對(duì)工件完成曲面銑削的一種基 于特殊萬(wàn)向工作頭的多功能數(shù)控機(jī)床
本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí).現(xiàn)的 一種基于萬(wàn)向工作頭的多功能數(shù)控機(jī)床，包括有床身、
十字滑臺(tái)、電機(jī)、立柱、砂輪頭和刀具夾頭裝置，十字滑臺(tái)上安裝一個(gè)萬(wàn)向工作頭，萬(wàn)向工 作頭包括刀具夾頭、萬(wàn)向節(jié)外環(huán)、萬(wàn)向節(jié)內(nèi)環(huán)、鋼球、位姿環(huán)、主軸、基座、球鉸、驅(qū)動(dòng)軸 i和驅(qū)動(dòng)軸n，刀具夾頭固定在萬(wàn)向節(jié)外環(huán)輸出端，萬(wàn)向節(jié)外環(huán)與萬(wàn)向節(jié)內(nèi)環(huán)靠二個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副形成轉(zhuǎn)動(dòng)連接，萬(wàn)向節(jié)內(nèi)環(huán)與主軸通過(guò)一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)銷形成轉(zhuǎn)動(dòng)連接，這樣刀具夾頭、萬(wàn)向^ 外 環(huán)、內(nèi)環(huán)和主軸就組成一個(gè)十字萬(wàn)向節(jié)，主軸與主軸電機(jī)連接，兩個(gè)驅(qū)動(dòng)軸分別通過(guò)球鉸與 位姿環(huán)相連，驅(qū)動(dòng)軸與驅(qū)動(dòng)軸電機(jī)連接，位姿環(huán)通過(guò)鋼球與萬(wàn)向節(jié)外環(huán)相連， 一方面通過(guò)驅(qū)
動(dòng)軸i和驅(qū)動(dòng)軸n可帶動(dòng)位姿環(huán)，從而可使與萬(wàn)向節(jié)外'環(huán)相連的刀具夾頭實(shí)現(xiàn)空間的各種位
姿；另一方面，主軸通過(guò)萬(wàn)向節(jié)帶動(dòng)刀具夾頭實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)，并且起到支撐和限制刀具夾頭軸向
運(yùn)動(dòng)的作用。所述的位姿環(huán)上的限位塊放在K位槽中起限位作用，防止位姿環(huán)進(jìn)行偏擺時(shí)沿
自身軸向轉(zhuǎn)動(dòng)。 '
一種基于萬(wàn)向工作頭的數(shù)控鉆床，將數(shù)控鉆床的立柱及其上的電機(jī)和砂輪卸去，十字 滑臺(tái)上安裝一個(gè)萬(wàn)向工作頭，在萬(wàn)向工作頭刀具夾頭上裝上鉆頭。
一種基于萬(wàn)向工作頭的數(shù)控銑床，將數(shù)控銑床的立柱及其上的電機(jī)和砂輪卸去，'十字 滑臺(tái)上安裝一個(gè)萬(wàn)向工作頭，在萬(wàn)向工作頭的刀具夾頭上裝上銑刀。
本發(fā)明的有益效果是由手其萬(wàn)向工作頭的擺動(dòng)機(jī)構(gòu)由萬(wàn)向節(jié)和并聯(lián)桿機(jī)構(gòu)組成，所以 使機(jī)床既可靠主軸傳遞扭矩又可靠?jī)蓚€(gè)并聯(lián)的驅(qū)動(dòng)軸的驅(qū)動(dòng)使刀具獲得精確的空間位姿；另 外機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，構(gòu)思新穎，控制方便，并且可實(shí)現(xiàn)帶角度的鉆削或銑削，剛度增大，數(shù)控 編程容易，生產(chǎn)成本降低，具有極大的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展前景。


圖1為基于萬(wàn)向工作頭的多功能數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為萬(wàn)向工作頭的結(jié)構(gòu)示意圖中l(wèi)工作臺(tái)，2立柱，3砂輪電機(jī)，4砂輪，5刀具夾頭，6萬(wàn)向節(jié)外環(huán)，7萬(wàn)向節(jié) 內(nèi)環(huán)，8鋼球，9位姿環(huán)，IO主軸，ll基座，12驅(qū)動(dòng)軸I， 13驅(qū)動(dòng)軸n， 14虎克鉸，15球 鉸，16限位塊，17限位槽，18萬(wàn)向工作頭，19驅(qū)動(dòng)軸I電機(jī)，20主軸電機(jī)，21驅(qū)動(dòng)軸II電 機(jī)，22Y向?qū)к墸?3Y向電機(jī)，24X向電機(jī)，25X向?qū)к墶?br> 具體實(shí)施例方式
下面將結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明
如圖l、 2所示，為萬(wàn)向工作頭的結(jié)構(gòu)示意圖， 一種基于萬(wàn)向工作頭的多功能數(shù)控機(jī)床，
包括有床身、十字滑臺(tái)、電機(jī)、立柱2、砂輪頭和刀具夾頭裝置，十字滑臺(tái)上安裝一個(gè)萬(wàn)向 工作頭，萬(wàn)向工作頭包括刀具夾頭5、萬(wàn)向節(jié)外環(huán)6、萬(wàn)向節(jié)內(nèi)環(huán)7、鋼球8、位姿環(huán)9、主 軸IO、基座ll、球鉸15、驅(qū)動(dòng)軸I12和驅(qū)動(dòng)軸I113，刀具夾頭5固定在萬(wàn)向節(jié)外環(huán)6'輸出 端，萬(wàn)向節(jié)外環(huán)6與萬(wàn)向節(jié)內(nèi)環(huán)7靠二個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副形成轉(zhuǎn)動(dòng)連接，萬(wàn)向節(jié)內(nèi)環(huán)7與主軸10通過(guò) 一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)銷形成轉(zhuǎn)動(dòng)連接，主軸10與主軸電機(jī)20連接，驅(qū)動(dòng)軸I 12和驅(qū)動(dòng)軸II13分別通過(guò)球鉸15與位姿環(huán)9相連，驅(qū)動(dòng)軸I 12和驅(qū)動(dòng)軸II13分別與驅(qū)動(dòng)軸電機(jī)連接，位姿環(huán)9通過(guò) 鋼球8與萬(wàn)向節(jié)外環(huán)6相連。 實(shí)施例l:
數(shù)控鉆頭刃磨機(jī)床夢(mèng)實(shí)現(xiàn)鉆頭尖的刃磨，要同時(shí)實(shí)現(xiàn)刃磨鉆頭尖所需的運(yùn)動(dòng)。以螺旋面 鉆頭尖的刃磨為例，要同時(shí)實(shí)現(xiàn)刃磨螺旋面鉆頭尖所需的三個(gè)運(yùn)動(dòng)。刃磨之前通過(guò)刀具夾頭 5將鉆頭夾緊在萬(wàn)向工作頭18上，X向電機(jī)24和Y向電機(jī)23帶動(dòng)滾珠絲杠旋轉(zhuǎn)，再通過(guò)絲 母座分別帶動(dòng)X向?qū)к?5和Y向?qū)к?2移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)鉆頭與砂輪4 X向和Y向位置的調(diào) 整。機(jī)床工作平臺(tái)1上裝有立柱2，通過(guò)該立柱2可以調(diào)整砂輪4的高度以及砂輪軸線與鉆 頭軸線之間的角度，即確定所刃磨鉆頭的頂尖角。在鉆尖刃磨時(shí)，萬(wàn)向工作頭18上的主軸電 機(jī)20通過(guò)主軸10帶動(dòng)特殊萬(wàn)向節(jié)旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)刀具夾頭5上的鉆頭自轉(zhuǎn)；同時(shí)驅(qū)動(dòng)軸I 電機(jī)19和驅(qū)動(dòng)軸II電機(jī)21分別實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)軸I 12和驅(qū)動(dòng)軸II13的伸縮，使刀具夾頭5上的鉆 頭實(shí)現(xiàn)刃磨螺旋面鉆頭尖的擺動(dòng)；另外，再通過(guò)Y向電機(jī)23帶動(dòng)Y向?qū)к?2實(shí)現(xiàn)刃磨'螺旋 面鉆頭尖所需的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。在這個(gè)過(guò)程中主軸電機(jī)20驅(qū)動(dòng)主軸10從0°轉(zhuǎn)動(dòng)到180°實(shí)現(xiàn)鉆頭 一個(gè)后刀面的刃磨，然后驅(qū)動(dòng)軸I電機(jī)19、驅(qū)動(dòng)軸II電機(jī)21和Y向電機(jī)23均返回初始位置， 接著主軸電機(jī)20驅(qū)動(dòng)主軸10從180°轉(zhuǎn)動(dòng)到360 °，同時(shí)驅(qū)動(dòng)軸I電機(jī)19、驅(qū)動(dòng)軸II電機(jī)21 和Y向電機(jī)23工作實(shí)現(xiàn)鉆頭另一個(gè)刃磨螺旋面后刀面的刃磨，經(jīng)過(guò)如此循環(huán)，最終實(shí)現(xiàn)螺旋 面鉆尖的刃磨。
實(shí)施例2:
數(shù)控刀具磨床要實(shí)現(xiàn)銑刀的修磨，只要實(shí)現(xiàn)銑刀初始位置的擺動(dòng)和修磨時(shí)的進(jìn)給即可。 以修磨3刃ft刀為例，修磨之前通過(guò)夾頭裝置5將銑刀夾緊在特殊萬(wàn)向工作頭18上，X向電 機(jī)24和Y向電機(jī)23帶動(dòng)滾珠絲杠旋轉(zhuǎn)，再通過(guò)絲母座分別帶動(dòng)X向?qū)к?5和Y向?qū)к?2 移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)銑刀與砂輪4 X向和Y向位置的調(diào)整。機(jī)床工作平臺(tái)1上裝有立柱2，通過(guò) 該立柱2可以調(diào)整砂輪4的高度以及砂輪4軸線與銑刀軸線之間的角度。在修磨銑刀時(shí)，首 先通過(guò)特殊萬(wàn)向工作頭18上驅(qū)動(dòng)軸電機(jī)I 19和驅(qū)動(dòng)軸II電機(jī)21實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)軸I 12和驅(qū)動(dòng)軸II 13的伸縮，調(diào)整好銑刀需要修磨的一個(gè)切削刃與砂輪4的相對(duì)位置，然后通過(guò)Y向電機(jī)23 帶動(dòng)Y向?qū)к?2實(shí)現(xiàn)修磨銑刀后刀面所需的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。修磨完這個(gè)銑刀后刀面后驅(qū)動(dòng)軸I電 機(jī)19、驅(qū)動(dòng)軸II電機(jī)21和Y向電機(jī)23均返回初始位置；接著主軸電機(jī)20驅(qū)動(dòng)主軸10轉(zhuǎn)動(dòng) 120°，然后重復(fù)上述過(guò)程實(shí)現(xiàn)銑刀第二個(gè)切削刃的修磨；最后主軸電機(jī)20驅(qū)動(dòng)主軸IO轉(zhuǎn)動(dòng) 120°，重復(fù)上述過(guò)程實(shí)現(xiàn)銑刀第三個(gè)切削刃的修磨，最終實(shí)現(xiàn)3刃銑刀的修磨。
實(shí)施例3:
將立柱2及其上的電機(jī)3和砂輪4卸去，本發(fā)明就成為一臺(tái)基于特殊萬(wàn)向工作頭18的數(shù)控鉆床。.鉆削之前將需要進(jìn)行鉆削的工件裝夾在工作平臺(tái)1上，通過(guò)特殊萬(wàn)向工作頭18上的 刀具夾頭5將鉆頭夾緊，X向電機(jī)24和Y向電機(jī)23帶動(dòng)滾珠絲杠旋轉(zhuǎn)，再通過(guò)絲母座分別 帶動(dòng)X向?qū)к?5和Y向?qū)к?2移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)鉆頭與工件X向和Y向位置的初步調(diào)整，在 所要鉆削的工件表面是個(gè)傾斜表面時(shí)，通過(guò)特殊萬(wàn)向工作頭18上的驅(qū)動(dòng)軸I電機(jī)19和驅(qū)動(dòng) 軸II電機(jī)21實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)軸I 12和驅(qū)動(dòng)軸I113的伸縮來(lái)調(diào)整刀具夾頭5上鉆頭的角度，使其垂 直于工件的傾斜表面。在鉆削時(shí).，特殊萬(wàn)向工作頭18上的主軸電機(jī)20通過(guò)主軸10帶動(dòng)特殊 萬(wàn)向節(jié)旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)刀具夾頭5上的鉆頭自轉(zhuǎn)，同時(shí)通過(guò)Y向電機(jī)23帶動(dòng)Y向?qū)к?2實(shí) 現(xiàn)鉆削工件所需的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。 實(shí)施例4:
將立柱2及其上的電機(jī)3和砂輪4卸去，本發(fā)明就成為一臺(tái)基于特殊萬(wàn)向工作頭18的數(shù) 控銑床。銑削之前將需要進(jìn)行銑削的工件裝夾在工作平臺(tái)1上，通過(guò)特殊萬(wàn)向工作頭18上的 刀具夾頭5將銑刀夾緊，X向電機(jī)24和Y向電機(jī)23帶動(dòng)滾珠絲杠旋轉(zhuǎn)，再通過(guò)絲母座分別 帶動(dòng)X向?qū)к?5和Y向?qū)к?2移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)銑刀與工件X向和Y向位置的初步調(diào)整，在 所要銑削的工件表面是個(gè)傾斜表面時(shí)，通過(guò)特殊萬(wàn)向工作頭18上的驅(qū)動(dòng)軸I電機(jī)19和'驅(qū)動(dòng) 軸II電機(jī)21實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)軸I 12和驅(qū)動(dòng)軸I113的伸縮來(lái)調(diào)整刀具夾頭5上銑刀的角度，使其垂 直于工件的傾斜表面。在銑削時(shí)，特殊萬(wàn)向工作頭18上的主軸電機(jī)20通過(guò)主軸10帶動(dòng)特殊 萬(wàn)向節(jié)旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)刀具夾頭5上的銑刀自轉(zhuǎn)，同時(shí)通過(guò)X向電機(jī)24帶動(dòng)X向?qū)к?5實(shí) 現(xiàn)銑削工件所需的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。另外，銑削時(shí)在主軸IO自轉(zhuǎn)帶動(dòng)銑刀轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)，可通過(guò)驅(qū)動(dòng) 軸I 12和驅(qū)動(dòng)軸II13的伸縮或通過(guò)驅(qū)動(dòng)X向?qū)к?5和Y向?qū)к?2移動(dòng)即可實(shí)現(xiàn)工件的曲面 銑削。
權(quán)利要求
1、一種基于萬(wàn)向工作頭的多功能數(shù)控機(jī)床，包括有床身、十字滑臺(tái)、電機(jī)、立柱、砂輪頭和刀具夾頭裝置，其特征在于十字滑臺(tái)上安裝一個(gè)萬(wàn)向工作頭，萬(wàn)向工作頭包括刀具夾頭、萬(wàn)向節(jié)外環(huán)、萬(wàn)向節(jié)內(nèi)環(huán)、鋼球、位姿環(huán)、主軸、基座、球鉸、驅(qū)動(dòng)軸I和驅(qū)動(dòng)軸II，刀具夾頭固定在萬(wàn)向節(jié)外環(huán)輸出端，萬(wàn)向節(jié)外環(huán)與萬(wàn)向節(jié)內(nèi)環(huán)靠二個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副形成轉(zhuǎn)動(dòng)連接，萬(wàn)向節(jié)內(nèi)環(huán)與主軸通過(guò)一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)銷形成轉(zhuǎn)動(dòng)連接，主軸與主軸電機(jī)連接，兩個(gè)驅(qū)動(dòng)軸分別通過(guò)球鉸與位姿環(huán)相連，驅(qū)動(dòng)軸與驅(qū)動(dòng)軸電機(jī)連接，位姿環(huán)通過(guò)鋼球與萬(wàn)向節(jié)外環(huán)相連。
2、 根據(jù)權(quán)利要求i所述的^種基于萬(wàn)向工作頭的多功能數(shù)控機(jī)床，其特征在于所述的位,姿環(huán) 上的限位塊放在限位槽中。
3、 一種如權(quán)利要求i所述的基于萬(wàn)向工作頭的數(shù)控鉆床，其特征在于將數(shù)控鉆床的立柱及其 上的電機(jī)和砂輪卸去，十字滑臺(tái)上安裝一個(gè)萬(wàn)向工作頭，在萬(wàn)向工作頭刀具夾頭上裝上鉆 頭。
4、 一種如權(quán)利要求l所述的基于萬(wàn)向工作頭的數(shù)控銑床，其特征在于將數(shù)控銑床的立柱及其上的^機(jī)和砂輪卸去，十字滑臺(tái)上安裝一個(gè)萬(wàn)向工作頭，在萬(wàn)向工作頭的刀具夾頭上裝上 銑刀。
全文摘要
一種基于萬(wàn)向工作頭的多功能數(shù)控機(jī)床，屬于數(shù)控機(jī)床技術(shù)領(lǐng)域，包括有床身、十字滑臺(tái)、電機(jī)、立柱、砂輪頭和刀具夾頭裝置，十字滑臺(tái)上安裝一個(gè)萬(wàn)向工作頭，萬(wàn)向工作頭包括刀具夾頭、萬(wàn)向節(jié)外環(huán)、萬(wàn)向節(jié)內(nèi)環(huán)、鋼球、位姿環(huán)、主軸、基座、球鉸、驅(qū)動(dòng)軸I和驅(qū)動(dòng)軸II，刀具夾頭固定在萬(wàn)向節(jié)外環(huán)輸出端，萬(wàn)向節(jié)外環(huán)與萬(wàn)向節(jié)內(nèi)環(huán)連接，萬(wàn)向節(jié)內(nèi)環(huán)與主軸連接，主軸與主軸電機(jī)連接，兩個(gè)驅(qū)動(dòng)軸分別通過(guò)球鉸與位姿環(huán)相連，位姿環(huán)與萬(wàn)向節(jié)外環(huán)相連；萬(wàn)向工作頭用于數(shù)控鉆床或銑床時(shí)，將鉆床或銑床的立柱及其上的電機(jī)和砂輪卸去，在萬(wàn)向工作頭刀具夾頭上裝上鉆頭或銑刀，機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，構(gòu)思新穎，控制方便，并且可實(shí)現(xiàn)帶角度的鉆削或銑削。
文檔編號(hào)B23Q11/00GK101480782SQ200910010199
公開日2009年7月15日 申請(qǐng)日期2009年1月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月21日
發(fā)明者平 鄒 申請(qǐng)人:東北大學(xué)