專利名稱：一種基于萬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向工作頭的多功能數(shù)控機(jī)床。
背景技術(shù)：
近些年來，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，這對自動定心要求很高的數(shù)控鉆床和加工中心來說是 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。目前在我國生
產(chǎn)部門中，鉆頭尖的修磨主要由人工來完成，很難保證鉆頭的修磨質(zhì)量。對于數(shù)控機(jī)床和加 工中心所需的自動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30萬美元以上，國內(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)床上刀具的擺動運(yùn)動通?？课佪單仐U機(jī)構(gòu)來完 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)控銑床只能對工件完成水平或垂直的鉆削或銑削，要想對工件 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、延長了生產(chǎn)周期。
最后，要想對工件實(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)動來完成，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)到高精度要求的問題，本發(fā)明提出一種 結(jié)構(gòu)簡單、實(shí)時(shí)控制容易、性能價(jià)格比高，可對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)對工件帶有傾斜角的加工，可對工件完成曲面銑削的一種基 于特殊萬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 一種基于萬向工作頭的多功能數(shù)控機(jī)床，包括有床身、
十字滑臺、電機(jī)、立柱、砂輪頭和刀具夾頭裝置，十字滑臺上安裝一個(gè)萬向工作頭，萬向工 作頭包括刀具夾頭、萬向節(jié)外環(huán)、萬向節(jié)內(nèi)環(huán)、鋼球、位姿環(huán)、主軸、基座、球鉸、驅(qū)動軸 i和驅(qū)動軸n，刀具夾頭固定在萬向節(jié)外環(huán)輸出端，萬向節(jié)外環(huán)與萬向節(jié)內(nèi)環(huán)靠二個(gè)轉(zhuǎn)動副形成轉(zhuǎn)動連接，萬向節(jié)內(nèi)環(huán)與主軸通過一個(gè)轉(zhuǎn)動銷形成轉(zhuǎn)動連接，這樣刀具夾頭、萬向^ 外 環(huán)、內(nèi)環(huán)和主軸就組成一個(gè)十字萬向節(jié)，主軸與主軸電機(jī)連接，兩個(gè)驅(qū)動軸分別通過球鉸與 位姿環(huán)相連，驅(qū)動軸與驅(qū)動軸電機(jī)連接，位姿環(huán)通過鋼球與萬向節(jié)外環(huán)相連， 一方面通過驅(qū)
動軸i和驅(qū)動軸n可帶動位姿環(huán)，從而可使與萬向節(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，主軸通過萬向節(jié)帶動刀具夾頭實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動，并且起到支撐和限制刀具夾頭軸向
運(yùn)動的作用。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。 '
一種基于萬向工作頭的數(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 滑臺上安裝一個(gè)萬向工作頭，在萬向工作頭刀具夾頭上裝上鉆頭。
一種基于萬向工作頭的數(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 滑臺上安裝一個(gè)萬向工作頭，在萬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向工作頭的擺動機(jī)構(gòu)由萬向節(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兩個(gè)并聯(lián)的驅(qū)動軸的驅(qū)動使刀具獲得精確的空間位姿；另 外機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單，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為萬向工作頭的結(jié)構(gòu)示意圖中l(wèi)工作臺，2立柱，3砂輪電機(jī)，4砂輪，5刀具夾頭，6萬向節(jié)外環(huán)，7萬向節(jié) 內(nèi)環(huán)，8鋼球，9位姿環(huán)，IO主軸，ll基座，12驅(qū)動軸I， 13驅(qū)動軸n， 14虎克鉸，15球 鉸，16限位塊，17限位槽，18萬向工作頭，19驅(qū)動軸I電機(jī)，20主軸電機(jī)，21驅(qū)動軸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)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明
如圖l、 2所示，為萬向工作頭的結(jié)構(gòu)示意圖， 一種基于萬向工作頭的多功能數(shù)控機(jī)床，
包括有床身、十字滑臺、電機(jī)、立柱2、砂輪頭和刀具夾頭裝置，十字滑臺上安裝一個(gè)萬向 工作頭，萬向工作頭包括刀具夾頭5、萬向節(jié)外環(huán)6、萬向節(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)動軸I12和驅(qū)動軸I113，刀具夾頭5固定在萬向節(jié)外環(huán)6'輸出 端，萬向節(jié)外環(huán)6與萬向節(jié)內(nèi)環(huán)7靠二個(gè)轉(zhuǎn)動副形成轉(zhuǎn)動連接，萬向節(jié)內(nèi)環(huán)7與主軸10通過 一個(gè)轉(zhuǎn)動銷形成轉(zhuǎn)動連接，主軸10與主軸電機(jī)20連接，驅(qū)動軸I 12和驅(qū)動軸II13分別通過球鉸15與位姿環(huán)9相連，驅(qū)動軸I 12和驅(qū)動軸II13分別與驅(qū)動軸電機(jī)連接，位姿環(huán)9通過 鋼球8與萬向節(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。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。刃磨之前通過刀具夾頭 5將鉆頭夾緊在萬向工作頭18上，X向電機(jī)24和Y向電機(jī)23帶動滾珠絲杠旋轉(zhuǎn)，再通過絲 母座分別帶動X向?qū)к?5和Y向?qū)к?2移動，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1上裝有立柱2，通過該立柱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)，萬向工作頭18上的主軸電 機(jī)20通過主軸10帶動特殊萬向節(jié)旋轉(zhuǎn)，從而帶動刀具夾頭5上的鉆頭自轉(zhuǎn)；同時(shí)驅(qū)動軸I 電機(jī)19和驅(qū)動軸II電機(jī)21分別實(shí)現(xiàn)驅(qū)動軸I 12和驅(qū)動軸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；另外，再通過Y向電機(jī)23帶動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。在這個(gè)過程中主軸電機(jī)20驅(qū)動主軸10從0°轉(zhuǎn)動到180°實(shí)現(xiàn)鉆頭 一個(gè)后刀面的刃磨，然后驅(qū)動軸I電機(jī)19、驅(qū)動軸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)動主軸10從180°轉(zhuǎn)動到360 °，同時(shí)驅(qū)動軸I電機(jī)19、驅(qū)動軸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，修磨之前通過夾頭裝置5將銑刀夾緊在特殊萬向工作頭18上，X向電 機(jī)24和Y向電機(jī)23帶動滾珠絲杠旋轉(zhuǎn)，再通過絲母座分別帶動X向?qū)к?5和Y向?qū)к?2 移動，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1上裝有立柱2，通過 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 先通過特殊萬向工作頭18上驅(qū)動軸電機(jī)I 19和驅(qū)動軸II電機(jī)21實(shí)現(xiàn)驅(qū)動軸I 12和驅(qū)動軸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的相對位置，然后通過Y向電機(jī)23 帶動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。修磨完這個(gè)銑刀后刀面后驅(qū)動軸I電 機(jī)19、驅(qū)動軸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)動主軸10轉(zhuǎn)動 120°，然后重復(fù)上述過程實(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)動主軸IO轉(zhuǎn)動 120°，重復(fù)上述過程實(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)明就成為一臺基于特殊萬向工作頭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1上，通過特殊萬向工作頭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帶動滾珠絲杠旋轉(zhuǎn)，再通過絲母座分別 帶動X向?qū)к?5和Y向?qū)к?2移動，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)，通過特殊萬向工作頭18上的驅(qū)動軸I電機(jī)19和驅(qū)動 軸II電機(jī)21實(shí)現(xiàn)驅(qū)動軸I 12和驅(qū)動軸I113的伸縮來調(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).，特殊萬向工作頭18上的主軸電機(jī)20通過主軸10帶動特殊 萬向節(jié)旋轉(zhuǎn)，從而帶動刀具夾頭5上的鉆頭自轉(zhuǎn)，同時(shí)通過Y向電機(jī)23帶動Y向?qū)к?2實(shí) 現(xiàn)鉆削工件所需的進(jìn)給運(yùn)動。 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)明就成為一臺基于特殊萬向工作頭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1上，通過特殊萬向工作頭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帶動滾珠絲杠旋轉(zhuǎn)，再通過絲母座分別 帶動X向?qū)к?5和Y向?qū)к?2移動，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)，通過特殊萬向工作頭18上的驅(qū)動軸I電機(jī)19和'驅(qū)動 軸II電機(jī)21實(shí)現(xiàn)驅(qū)動軸I 12和驅(qū)動軸I113的伸縮來調(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)，特殊萬向工作頭18上的主軸電機(jī)20通過主軸10帶動特殊 萬向節(jié)旋轉(zhuǎn)，從而帶動刀具夾頭5上的銑刀自轉(zhuǎn)，同時(shí)通過X向電機(jī)24帶動X向?qū)к?5實(shí) 現(xiàn)銑削工件所需的進(jìn)給運(yùn)動。另外，銑削時(shí)在主軸IO自轉(zhuǎn)帶動銑刀轉(zhuǎn)動的同時(shí)，可通過驅(qū)動 軸I 12和驅(qū)動軸II13的伸縮或通過驅(qū)動X向?qū)к?5和Y向?qū)к?2移動即可實(shí)現(xiàn)工件的曲面 銑削。
權(quán)利要求
1、一種基于萬向工作頭的多功能數(shù)控機(jī)床，包括有床身、十字滑臺、電機(jī)、立柱、砂輪頭和刀具夾頭裝置，其特征在于十字滑臺上安裝一個(gè)萬向工作頭，萬向工作頭包括刀具夾頭、萬向節(jié)外環(huán)、萬向節(jié)內(nèi)環(huán)、鋼球、位姿環(huán)、主軸、基座、球鉸、驅(qū)動軸I和驅(qū)動軸II，刀具夾頭固定在萬向節(jié)外環(huán)輸出端，萬向節(jié)外環(huán)與萬向節(jié)內(nèi)環(huán)靠二個(gè)轉(zhuǎn)動副形成轉(zhuǎn)動連接，萬向節(jié)內(nèi)環(huán)與主軸通過一個(gè)轉(zhuǎn)動銷形成轉(zhuǎn)動連接，主軸與主軸電機(jī)連接，兩個(gè)驅(qū)動軸分別通過球鉸與位姿環(huán)相連，驅(qū)動軸與驅(qū)動軸電機(jī)連接，位姿環(huán)通過鋼球與萬向節(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，十字滑臺上安裝一個(gè)萬向工作頭，在萬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，十字滑臺上安裝一個(gè)萬向工作頭，在萬向工作頭的刀具夾頭上裝上 銑刀。
全文摘要
一種基于萬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、電機(jī)、立柱、砂輪頭和刀具夾頭裝置，十字滑臺上安裝一個(gè)萬向工作頭，萬向工作頭包括刀具夾頭、萬向節(jié)外環(huán)、萬向節(jié)內(nèi)環(huán)、鋼球、位姿環(huán)、主軸、基座、球鉸、驅(qū)動軸I和驅(qū)動軸II，刀具夾頭固定在萬向節(jié)外環(huán)輸出端，萬向節(jié)外環(huán)與萬向節(jié)內(nèi)環(huán)連接，萬向節(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)動軸分別通過球鉸與位姿環(huán)相連，位姿環(huán)與萬向節(jié)外環(huán)相連；萬向工作頭用于數(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，在萬向工作頭刀具夾頭上裝上鉆頭或銑刀，機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單，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B23Q11/00GK101480782SQ200910010199
公開日2009年7月15日 申請日期2009年1月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月21日
發(fā)明者平 鄒 申請人:東北大學(xué)