專利名稱：小型數(shù)控鉆銑床及控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及數(shù)控機床，是一種小型數(shù)控鉆銑床及控制方法。
背景技術(shù)：
數(shù)控機床是機械行業(yè)較為普遍的設(shè)備之一，它對零件的切削加工起到缺一不可的作用。但 現(xiàn)在的數(shù)控機床普遍都為大型的加工機床，主要適用于加工批量較大、體積較大、形狀復(fù)雜、 精度高的零件，其結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，價格昂貴。而一些形狀、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的小件產(chǎn)品在大型數(shù)控機 床上加工，就顯得生產(chǎn)成本太高。因此，大型數(shù)控機床不適合小型復(fù)雜零件的生產(chǎn)，而大型數(shù) 控機床的投入提高了個體或小企業(yè)經(jīng)營成本。另外，大專院校和中級技術(shù)學院的數(shù)控編程(CAD 和CAM)和數(shù)控機床操作實驗、實訓缺乏性能較好，功能較多，價格較低的小型數(shù)控銑床。
目前，也有不少的小型數(shù)控機床，能夠滿足個體或小企業(yè)經(jīng)營者生產(chǎn)的需求。如中國專利 文獻刊載的專利號ZL200720049720. 2，公告日為2008年11月5日，名稱為"一種數(shù)控小型臺 鉆"；再如中國專利文獻刊載的專利號ZL200820069805. 1，公告日為2008年12月24日，名稱 為"小型數(shù)控鉆床"。上述兩種數(shù)控機床結(jié)構(gòu)都較為簡單，使用方便，但是功能比較單一，只 能為鉆床使用，在結(jié)構(gòu)、安全性和操作方法上還需改進。

發(fā)明內(nèi)容
為克服上述問題，本發(fā)明目的是提供一種小型數(shù)控鉆銑床及控制方法，使其能解決小型復(fù) 雜零件的加工及滿足數(shù)控教學的需要。本發(fā)明的目的是通過如下的技術(shù)方案實現(xiàn)的。
一種小型家用數(shù)控鉆銑床，該數(shù)控鉆銑床包括X軸裝置、Y軸裝置、Z軸裝置、主軸裝置、 機床底座、拖板、銑夾頭、背罩裝置和電器柜。其設(shè)計要點是整個數(shù)控鉆銑床為立式結(jié)構(gòu)， 在X軸裝置、拖板和機床底座上均設(shè)有導軌，使得工作臺可在X軸和Y軸方向上進行直線運 動；在Z軸裝置上設(shè)有垂直導軌，使主軸裝置在垂直方向可作上下調(diào)節(jié)；整個數(shù)控鉆銑床下 端為機床底座，通過機床底座上的導軌與拖板下端面導軌相配合，在配合的一側(cè)導軌中設(shè)有 Y軸直鑲條，通過Y軸直鑲條與底座導軌配合，使用拖板鎖緊螺母、調(diào)節(jié)螺母和螺栓對拖板 和機床底座間的間隙進行調(diào)整；拖板上端面的導軌與X軸裝置中的工作臺導軌相配合，在相 配合的外側(cè)導軌中設(shè)有X軸直鑲條，通過X軸直鑲條與工作臺配合，使用工作臺鎖緊螺母、 調(diào)節(jié)螺母和螺栓，對拖板與工作臺間的間隙進行調(diào)整；背罩裝置內(nèi)設(shè)有立柱，立柱垂直安裝 于機床底座上，立柱上的垂直導軌與主軸裝置中Z軸拖板上的導軌相配合，在Z軸拖板一側(cè) 導軌上插有一根斜鑲條，斜鑲條上端設(shè)有調(diào)節(jié)螺釘，通過調(diào)節(jié)螺釘調(diào)整托板與立柱之間的配合間隙；主軸裝置通過Z軸拖板安裝于立柱導軌上，并與安裝在機床底座上的氣彈簧相連接；
背罩裝置的后側(cè)設(shè)有電器柜，機床底座上還設(shè)有放置計算機的支架。根據(jù)實際加工需要，上
述小型數(shù)控鉆銑床的外圍可安裝機械防護裝置，使現(xiàn)場操作較為安全。
所述的機床底座的一側(cè)面設(shè)有手壓油泵，利用油泵的供油來潤滑導軌副。 所述的工作臺在X軸方向上的行程為280咖，在Y軸方向上的行程為160mm，主軸裝置在
Z軸方向的行程為170mm。
所述的X軸裝置、Y軸裝置和Z軸裝置中分別設(shè)有X軸步進電機、Y軸步進電機和Z軸步
進電機，它們通過步進電機驅(qū)動器連接于數(shù)控系統(tǒng)的軸控模塊，通過脈沖信號控制電機的工作。
所述的主軸裝置上設(shè)有控制面板，控制面板上設(shè)有液晶顯示屏和按鍵板兩部分。液晶顯 示屏能顯示主軸當前轉(zhuǎn)速及正反轉(zhuǎn)情況，按鍵板能控制主軸的啟動、停止、加減速、正 反轉(zhuǎn)，實現(xiàn)了簡單的主軸手動控制。
所述的機床底座設(shè)有四個調(diào)整螺釘墊塊，用于反復(fù)調(diào)整和校核機床安裝水平。 一種小型數(shù)控鉆銑床的控制方法，該控制方法包括X軸裝置、Y軸裝置、Z軸裝置、主軸 裝置、控制面板、電器柜和計算機，該方法的要點是X軸裝置、Y軸裝置、Z軸裝置中分別安 裝X軸步進電機，Y軸步進電機，Z軸步進電機，這三種步進電機通過相應(yīng)的電機驅(qū)動器連接 于數(shù)控系統(tǒng)的軸控模塊，軸控模塊通過并口連接于計算機，構(gòu)成了軸部控制系統(tǒng)主軸裝置 中的電機連接于主軸控制面板，主軸控制面板是由按鍵板和液晶顯示屏構(gòu)成，能夠?qū)崿F(xiàn)簡單 的主軸手動控制，主軸電機的軸控制模塊通過并口連接于計算機，實現(xiàn)主軸轉(zhuǎn)速的計算機控 制和調(diào)節(jié)。
所述的數(shù)控系統(tǒng)區(qū)別于傳統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)，該方法通過外部處理器(CPU)連接計算機，由計 算機編程，再經(jīng)外部處理器(CPU)處理輸出相關(guān)信號，對電機進行調(diào)節(jié)和控制。
所述的控制方法分手動控制和計算機控制兩種方法，手動控制主要是對主軸的方向及轉(zhuǎn) 速控制，計算機控制包括各軸的點動、連續(xù)動、水冷控制、主軸轉(zhuǎn)速及方向控制。
該發(fā)明結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，控制方法簡單，又實現(xiàn)了機床的多種加工功能，適用于小型復(fù) 雜零件的生產(chǎn)，也可用于數(shù)控教學實訓和模型制作。


圖l是本發(fā)明的立體結(jié)構(gòu)圖。
圖2是本發(fā)明的主軸裝置爆炸圖。
圖3是本發(fā)明除主軸裝置以外的整體爆炸圖。
圖4是本發(fā)明的局部結(jié)構(gòu)圖。圖5是本發(fā)明的機床防護裝置結(jié)構(gòu)圖。
圖6是本發(fā)明的機床控制原理圖。
圖7是本發(fā)明的Y軸原理圖。
圖8是本發(fā)明的Z軸原理圖。
圖9是本發(fā)明的X軸原理圖。
圖IO是本發(fā)明的電源原理圖。
圖ll是本發(fā)明的接口板原理圖。
圖12是本發(fā)明的主板原理圖。
圖13是本發(fā)明的供電線路原理圖。
圖14是本發(fā)明的主軸電機原理圖。
以上附圖的序號及名稱1、 X軸裝置，2、 Y軸裝置，3、 Z軸裝置，4、主軸裝置，5、 機床底座，6、拖板，7、背罩裝置，8、電器柜，9、銑夾頭，10、計算機，11、機械防護裝 置，12、安全連鎖開關(guān)，101、 X軸螺母座，102、 X軸絲桿，103、 X軸軸承支撐，104、工作 臺，105、 X軸絲桿支架，106、 X軸軸承座，107、 X軸軸承，108、第一X軸螺母，109、 X軸 電機支架，110、 X軸軸承蓋，111、第二X軸螺母，112、 X軸聯(lián)軸器，113、 X軸電機底座， 114、 X軸步進電機，115、 X軸電機罩，201、 Y軸電機罩，202、 Y軸步進電機，203、 Y軸電 機座，204、 Y軸聯(lián)軸器，205、第一Y軸螺母，206、 Y軸軸承蓋，207、第二Y軸螺母，208、 Y軸電機支架，209、 Y軸軸承，210、 Y軸軸承座，211、 Y軸絲桿支架，212、 Y軸絲桿防塵 罩，213、 Y軸絲桿，214、 Y軸螺母座，301、第一機頭夾板，302、 Z軸絲桿支撐，303、第 三Z軸軸承，304、第二Z軸軸承座，305、第二機頭夾板，306、 Z軸絲桿，307、 Z軸軸承蓋， 308、第二Z軸軸承，309、第一Z軸軸承座，310、 Z軸絲桿支架，311、第一Z軸軸承，312、 Z軸螺母，313、 Z軸聯(lián)軸器，314、 Z軸電機底座，315、 Z軸步進電機，316、立柱，401、錐 柄，402、主軸，403、錐柄拉桿，404、第一擋圈，405、圓錐滾子軸承，406、第二擋圈，407、 主軸軸套，408、銅套，409、單向推力球軸承，410、隔離環(huán)，411、深溝球軸承，412、墊圈， 413、圓螺母，414、軸套，415、銷，416、定位銷，417、急停開關(guān)，418、控制按鈕，419、 控制面板，420、液晶顯示屏，421、控制板，422、主軸箱，423、卡簧，424、彈簧墊片，425、 主軸軸承，426、主軸軸承座，427、第一同步帶輪，428、機頭上蓋，429、主軸法蘭，430、 主軸防護罩，431、同步帶，432、螺母，433、螺母銷，434、墊片，435、第二同步帶輪，436、 主軸電機底座，437、鍵，438、主軸電機，439、調(diào)整螺釘，440、斜鑲條，441、 Z軸托板， 442、機頭防塵罩，501、 Y軸直鑲條，502、 Y軸限位開關(guān)，503、手壓油泵，504、汽彈簧， 505、調(diào)整螺釘墊塊，506、計算機支架，507、調(diào)節(jié)螺母，508、螺栓，509、拖板鎖緊螺母，601、限位塊，602、 X軸限位開關(guān)，603、 X軸直鑲條，604、工作臺鎖緊螺母，701、第一背 罩蓋板，702、第二背罩蓋板，703、第一控制板，704、電源插座，705、第二控制板，706、 電源開關(guān)，707、背罩，708、波紋管，709、背罩隔板，801、控制箱。 具體實施方法
結(jié)合附圖，本發(fā)明以型號為X4的家用數(shù)控鉆銑床為例，它包括X軸裝置1、 Y軸裝置2、 Z軸裝置3、主軸裝置4、機床底座5、拖板6、背罩裝置7、電器柜8和銑夾頭9 (或鉆夾頭)。
所述的X軸裝置1是由X軸軸承支撐103， X軸螺母座lOl， X軸絲桿102，工作臺104， X軸絲桿支架105， X軸軸承座106， X軸軸軸承107，第一X軸螺母108， X軸電機支架109， X軸軸承蓋llO，第二X軸螺母lll， X軸聯(lián)軸器112， X軸電機底座113， X軸步進電機114 和X軸電機罩115依次連接構(gòu)成。
所述的Y軸裝置2是由Y軸電機罩201， Y軸步進電機202， Y軸電機座203， Y軸聯(lián)軸器 204,第一Y軸螺母205， Y軸軸承蓋206，第二Y軸螺母207， Y軸電機支架208, Y軸軸承 209， Y軸軸承座210, Y軸絲桿支架211， Y軸絲桿防護罩212, Y軸絲桿213和Y軸螺母座 214依次連接構(gòu)成。
所述的Z軸裝置3中第一機頭夾板301， Z軸絲桿支撐302，第三Z軸軸承303，第二 Z 軸軸承座304，第二機頭夾板305， Z軸絲桿306， Z軸軸承蓋307，第二Z軸軸承308,第一 Z軸軸承座309， Z軸絲桿支架310,第一Z軸軸承311, Z軸螺母312， Z軸聯(lián)軸器313， Z軸 電機底座314和Z軸步進電機315，上述部件依次連接裝配于立柱316上構(gòu)成了 Z軸裝置。
所述的主軸裝置4中的主軸機構(gòu)是由錐柄401，主軸402，錐柄拉桿403，第一擋圈404， 圓錐滾子軸承405，第二擋圈406，主軸軸套407，銅套408，單向推力球軸承409，隔離環(huán) 410，深溝球軸承411，墊圈412，圓螺母413，主軸箱422，卡簧423，彈簧墊片424，主軸 軸承425，主軸軸承座426，第一同步帶輪427，主軸法蘭429，主軸防護罩430依次連接， 并通過第一同步帶輪427用同步帶431連接第二同步帶輪435，第二同步帶輪通過螺母432， 螺母銷433，墊片434和鍵437連接主軸電機438，主軸電機又與主軸電機底座436連接固定 于主軸箱中，上述部件之間通過相互配合就構(gòu)成了主軸裝置中的主軸傳動機構(gòu)。
所述的主軸裝置4還包括控制面板419，機頭防塵罩442， Z軸拖板441和機頭上蓋428。 其中控制面板上設(shè)有急停開關(guān)417，控制按扭418，液晶顯示器420,控制板421; Z軸拖板 一側(cè)導軌處設(shè)有斜鑲條440，斜鑲條上設(shè)有調(diào)整螺釘439。
所述主軸裝置4上的控制面板419通過軸套414，銷415和定位銷416連接主軸箱體422, 機頭防塵罩442安裝于主軸箱的底部，機頭上蓋428安裝于主軸箱上端，Z軸拖板441安裝 于主軸箱放置電機的一側(cè)。所述的機床底座5上設(shè)有Y軸直鑲條501， Y軸限位開關(guān)502，手壓油泵503，氣彈簧504 和計算機支架506。其中Y軸直鑲條通過拖板鎖緊螺母509、調(diào)整螺母507和螺栓508連接于 機床底座導軌的一側(cè)，從而能夠?qū)ν习?和機床底座間的間隙進行調(diào)整。在機床底座上還設(shè) 有4個調(diào)整螺釘墊塊505，用于反復(fù)調(diào)整和校核該機床安裝水平。
所述的拖板6導軌與工作臺104導軌之間設(shè)有X軸直鑲條603, X軸直鑲條與拖板外側(cè)導 軌通過工作臺鎖緊螺母604、調(diào)整螺母507和螺栓508相連接，從而能夠?qū)ν习迮c工作臺間 的間隙進行調(diào)整。拖板上還設(shè)有限位塊601和X軸限位開關(guān)602。
所述的背罩裝置7是由第一背罩蓋板701，第二背罩蓋板702，背罩707和背罩隔板709 構(gòu)成，在背罩裝置上還設(shè)有第一控制板703，第二控制板705，電源插座704和波紋管708。
所述的電器柜8安裝于背罩裝置7第二背罩蓋板702的一側(cè)，它由控制箱801和相關(guān)電 器設(shè)備構(gòu)成。
根據(jù)機床實際加工的需要，在機床整體的外圍可設(shè)有機械防護裝置ll，在機械防護裝置 的門上設(shè)有安全連鎖開關(guān)12。機械防護裝置安裝好后，工作時，應(yīng)關(guān)好門，門一打開急停信 號被觸發(fā)，機床會立即停止工作。
本發(fā)明的控制方法，包括工作原理X軸步進電機114， Y軸步進電機202， Z軸步進電 機315通過電路連接于軸控制模塊，其中電機的工作狀態(tài)是通過控制裝置提供的脈沖信號進 行保持和改變的，每一個脈沖即為一個信號，步進電機是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位 移的開環(huán)控制元件。在非超載的情況下，電機的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率 和脈沖數(shù)，而不受負載變化的影響，即給電機加一個脈沖信號，電機則轉(zhuǎn)過一個步距角。所 以控制電脈沖信號量就可以控制步進電機的轉(zhuǎn)動狀態(tài)，從而達到機床所要實現(xiàn)的步驟。
主軸電機438,通過電路連接于主軸控制模塊，電機工作狀態(tài)由PWM (占空比)信號決定， 占空比接近0%時，主軸電機將停止不轉(zhuǎn)，當占空比接近100%時，主軸電機的轉(zhuǎn)速將趨向最大， 如果加載在主軸電機上的負載沒有超過主軸電機的最大力矩，那么主軸電機的轉(zhuǎn)速就只受占 空比信號的控制，占空比0% 100%分別對應(yīng)0 3500轉(zhuǎn)，當負載過大，實際轉(zhuǎn)速低于占空比 對應(yīng)轉(zhuǎn)速的90%時，主軸電機將自動停轉(zhuǎn)，防止電機線圈因為電流過大而燒壞。
限位/原點開關(guān)X，限位/原點開關(guān)Y，限位/原點開關(guān)Z, 3個開關(guān)均為常閉開關(guān)，軸上的 觸頭接觸到開關(guān)后，開關(guān)將從常閉，變成斷開狀態(tài)，開關(guān)控制模塊將收到相應(yīng)信號，并使機 床停止。
權(quán)利要求
1、一種小型數(shù)控鉆銑床，該鉆銑床包括X軸裝置(1)、Y軸裝置(2)、Z軸裝置(3)、主軸裝置(4)、機床底座(5)、拖板(6)、背罩裝置(7)、電器柜(8)和銑夾頭(9)，其特征在于整個數(shù)控鉆銑床為立式結(jié)構(gòu)，在X軸裝置(1)、拖板(6)和機床底座(5)上均設(shè)有導軌，使得工作臺可在X軸和Y軸方向上直線運動；在Z軸裝置(3)上設(shè)有垂直導軌，使主軸裝置在垂直方向可作上下調(diào)節(jié)；整個數(shù)控鉆銑床下端為機床底座(5)，通過機床底座上的導軌與拖板(6)下端面導軌相配合，在配合的一側(cè)導軌中設(shè)有Y軸直鑲條(501)，通過拖板鎖緊螺母(509)、調(diào)節(jié)螺母(507)和螺栓(508)，對拖板和機床底座間的間隙進行調(diào)整；拖板(6)上端面的導軌與X軸裝置(1)中的工作臺導軌相配合，在配合的外側(cè)導軌中設(shè)有X軸直鑲條(603)，通過工作臺鎖緊螺母(604)、調(diào)節(jié)螺母(507)和螺栓(508)，對拖板與工作臺間的間隙進行調(diào)整；背罩裝置(7)內(nèi)設(shè)有立柱(316)，立柱垂直安裝于機床底座(5)上，立柱上的垂直導軌與主軸裝置(4)中Z軸拖板(441)上的導軌相配合，在Z軸拖板一側(cè)導軌上插有一根斜鑲條(440)，斜鑲條上端設(shè)有調(diào)整螺釘(439)，通過調(diào)整螺釘對機頭和斜鑲條進行調(diào)節(jié)；主軸裝置(4)通過Z軸拖板(441)安裝于立柱(316)導軌上，并與安裝在機床底座(5)上的氣彈簧(504)相連接；背罩裝置(7)的后側(cè)設(shè)有電器柜(8)，機床底座(5)上還設(shè)有放置計算機的支架(506)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的小型數(shù)控鉆銑床，其特征是所述的機床底座(5)的一側(cè)面設(shè)有手壓油泵(503)，利用油泵的供油來潤滑導軌副。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的小型數(shù)控鉆銑床，其特征是所述的工作臺(104)在X軸方向上的行程為280mm，在Y軸方向上的行程為160mm。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的小型數(shù)控鉆銑床，其特征是所述的主軸裝置(4)在Z軸方的行程為170mm。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的小型數(shù)控鉆銑床，其特征是所述的X軸裝置(1)、 Y軸裝置(2)和Z軸裝置(3)中分別設(shè)有X軸步進電機(114)、 Y軸步進電機(202)和Z軸步進電機(315)，它們通過步進電機驅(qū)動器連接于數(shù)控系統(tǒng)的軸控模塊，通過脈沖信號控制電機的工作。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的小型數(shù)控鉆銑床，其特征是所述的主軸裝置(4)上設(shè)有控制面板(419)，控制面板上設(shè)有液晶顯示屏和按鍵板兩部分。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的小型數(shù)控鉆銑床，其特征是所述的機床底座(5)設(shè)有四個調(diào)整螺釘墊塊(505)，用于反復(fù)調(diào)整和校核機床安裝水平。
8、 一種小型數(shù)控鉆銑床的控制方法，該控制方法包括X軸裝置(1)、 Y軸裝置(2)、 Z 軸裝置(3)、主軸裝置(4)、控制面板、電器柜(8)和計算機(10)，其特征是X軸裝置(1)、 Y軸裝置(2)、 Z軸裝置(3)中分別安裝X軸步進電機(114)， Y軸步進 電機(202)， Z軸步進電機(315)，這三種步進電機通過相應(yīng)的電機驅(qū)動器連接于數(shù)控系統(tǒng) 的軸控模塊，軸控模塊通過并口連接于計算機，構(gòu)成了軸部控制系統(tǒng)；主軸裝置中的電機連接于主軸控制面板，主軸控制面板是由按鍵板和液晶顯示屏構(gòu)成， 能夠?qū)崿F(xiàn)簡單的主軸手動控制，主軸電機的軸控制模塊通過并口連接于計算機，實現(xiàn)主軸轉(zhuǎn) 速的計算機控制和調(diào)節(jié)。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的小型數(shù)控鉆銑床的控制方法，其特征是所述的數(shù)控系統(tǒng)區(qū)別于 傳統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)，該方法通過并口連接計算機，由計算機編程，再經(jīng)CPU處理輸出相關(guān)信號， 對步進電機及主軸電機進行調(diào)節(jié)和控制。
10、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的小型數(shù)控鉆銑床的控制方法，其特征是所述的控制方法分手 動控制和計算機控制兩種方法，手動控制主要是對主軸的方向及轉(zhuǎn)速控制，計算機控制包括 各軸的點動、連續(xù)動、水冷控制、主軸轉(zhuǎn)速及方向控制。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種小型數(shù)控鉆銑床及控制方法，它包括X軸裝置、Y軸裝置、Z軸裝置、機床底座、主軸裝置、背罩裝置、電器柜和計算機。X軸裝置中的工作臺與拖板上端面通過導軌配合，Y軸裝置連接于拖板和機床底座之間，Z軸裝置安裝于背罩裝置內(nèi)；主軸裝置與第一機頭夾板和第二機頭夾板配合安裝于立柱上，并沿立柱軌道可垂直上下運動；在機床底座上安設(shè)有手壓油泵、計算機支架和氣彈簧；背罩裝置由第一背罩蓋板、第二背罩蓋板、背罩和背罩隔板構(gòu)成；機床防護裝置為立方結(jié)構(gòu)，裝于機床外圍。本發(fā)明結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，控制簡單，方法可行。實現(xiàn)了機床的多種加工功能，適用于小型零件的單件小批量生產(chǎn)，也可用于數(shù)控教學實訓和模型制作。
文檔編號G05B19/18GK101579814SQ20091009869
公開日2009年11月18日 申請日期2009年5月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月21日
發(fā)明者碩 徐 申請人:徐正松