專利名稱：小型集成加工中心的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種金屬切削機床，尤其是一種可在一次上下料的過程中完成一個復(fù)雜工件的大部或全部加工的加工中心。
英國專利GB2212753提出在車削加工中心的刀具轉(zhuǎn)塔上加裝動力傳動機構(gòu)以便驅(qū)動安裝在轉(zhuǎn)塔上的旋轉(zhuǎn)刀具。從而實現(xiàn)一次裝夾完成車，鉆，銑加工。實際上由于轉(zhuǎn)塔所能安裝的刀具受到轉(zhuǎn)塔直徑及工件尺寸的限制，除了車削用刀具以外，只能安裝少量旋轉(zhuǎn)刀具，因此這種加工中心只能在一次裝夾中完成較簡單的工件的車，鉆，銑加工。
其次，轉(zhuǎn)塔式換刀機構(gòu)依靠本身及刀具的高精度來保證精確定位，制造難度和成本較高，刀具的調(diào)整也較費事。
再則，轉(zhuǎn)塔式換刀機構(gòu)上所有刀具均定位于一個通過工件中心的平面，這就難以加工偏離工件中心的孔和型面，更無法用盤形銑刀加工齒輪等常用機械另件。
此外，實際的機械另件，往往在車，鉆，銑之后還需要更多其它類型的加工才能完成，如直、斜齒圓柱，圓錐齒輪的滾、插、刨、剃、珩、磨加工，花鍵孔，或其它型孔的拉削加工，表面淬火，以及內(nèi)外圓，平面和曲面的磨削加工等等。
按已有CIMS技術(shù)，上述機械另件只能在一臺加工中心上完成部分加工后靠自動搬運裝置依次送到第二，第三臺加工中心來完成。
各種形狀的未完成工件在第二第三臺加工中心上的再裝夾和再定位，往往是十分復(fù)雜的，為其所需的時間和工序管理上的附加工作量一般是加工整個工件的多倍，而這項任務(wù)的自動化，則仍是目前CIMS工程面臨的大難題之一。
本發(fā)明的目的在于針對上述缺點，提供一種新布局的集成加工中心，這種加工中心體積不大，結(jié)構(gòu)簡單，不但可以一次安裝足夠多的車刀和鉆銑刀具，而且能加裝激光加工、淬火裝置，磨削裝置，圓柱圓錐齒輪的滾、插、刨、銑裝置，以及拉削裝置等。
這種加工中心可以在一次裝夾中完成工件的全部車削，并在其上任意位置和角度加工孔、螺孔、型面、槽、縫、球面、直斜圓柱齒輪、圓錐齒輪、蝸輪、花鍵，以及藝術(shù)圖案、文字和三維曲面?？梢栽谲囥姾筮M行淬火，再精磨內(nèi)外圓，平面或曲面，可以把未完成工件以加工好的圓孔、錐孔、花鍵孔為基準(zhǔn)，自動安裝到工件主軸上的專用心軸上，進行進一步加工。該專用心軸是按工件內(nèi)孔要求在主軸上自動加工出來的。
這種新布局的集成加工中心在一定范圍內(nèi)可以代替一個CIMS，即以車削中心、鉆銑中心、齒輪加工機床、激光加工機床、磨削中心、座標(biāo)測量機、搬運機器人以及控制中心組成的一個龐大系統(tǒng)。
上述目的通過以下技術(shù)手段實現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)要點是用一個工具框架來代替已有加工中心的轉(zhuǎn)塔式或刀庫+機械手式換刀機構(gòu)以實現(xiàn)自動換刀。工具框架的各框邊平行于X或Y軸。所有刀具和其它工具，工作裝置均安裝在工具框架的框邊上，同時增加一個使工具框架相對工件主軸在Y向移動的導(dǎo)軌付及其伺服系統(tǒng)，用工具框架在Y和X兩個方向相對工件的移動以實現(xiàn)自動換刀和進刀運動。
工具框架上除安裝至少一組徑向固定刀具(外圓車刀或刨刀)，至少一組軸向固定刀具(內(nèi)孔車刀或插刀)外，還可安裝至少一組旋轉(zhuǎn)刀具。每組刀具至少2把，組內(nèi)刀具相互平行，每組不與Z軸平行的刀具沿X或Y向排成一行，每組與Z軸平行的刀具可排成一行到數(shù)行，或在X-Y平面內(nèi)布置。這樣工具框架的有限表面能安裝足夠多的刀具和工具，并使傳動機構(gòu)的構(gòu)造比較簡單，還能安裝多種工作頭，切削頭。
工具框架可以由一段到多段邊框連結(jié)而成，相連邊框相互垂直，其形狀可以是一字形，L形，U形，口字形，日字形，目字形等。
平行于Z軸的旋轉(zhuǎn)刀具主軸，可以安裝鉆頭，鏜刀，絲攻，絞刀，立銑刀加工工件上對軸線平行的孔，蜾孔，及端面型面，垂直于Z軸的旋轉(zhuǎn)刀具主軸，可以安裝鉆頭，鏜刀，絲攻，絞刀，立銑刀，加工工件上對軸線垂直的孔，螺孔，及在外圓上加工型面，還可以安裝盤形銑刀，如切斷銑刀，三面刃銑刀，齒輪銑刀在工件上加工縫，槽，面，花鍵，圓柱或圓錐齒輪等。對Z軸傾斜的主軸可以安裝旋轉(zhuǎn)刀具加工工件上對軸線傾斜的孔，螺孔，型面，球面以及加工斜齒輪，螺旋槽，如其上某刀具主軸裝有碼盤或主軸脈沖發(fā)生器，則還可安裝滾齒刀加工花鍵軸或直斜齒輪。
功能齊全的工具框架上應(yīng)至少有一個主軸對Z軸垂直的多軸箱，至少有一個主軸對Z軸平行的多軸箱，以及至少有一個主軸對Z軸傾斜的可回轉(zhuǎn)多軸箱，但這些軸箱可以用至少一個由伺服機構(gòu)控制回轉(zhuǎn)的可回轉(zhuǎn)多軸箱代替。
在工具框架上可安裝高頻淬火線圈或激光發(fā)射頭，以對車銑加工后的工件自動進行淬火，以便進一步進行精磨加工。如安裝后者還可進行切割，打孔，雕刻，焊接等加工。
在可回轉(zhuǎn)多軸箱上可安裝外圓磨頭或內(nèi)圓磨頭，以便在工件淬火后精磨內(nèi)外圓柱圓錐面，或以任意角度磨削平面，型面。利用Z，X，Y，C四軸之間連動插補，還可磨削凸輪，或復(fù)雜曲面。用安裝在床頭箱上的一個砂輪修整器能自動對砂輪進行直線或曲線修整。
在工具框加的固定框邊或可回轉(zhuǎn)多軸箱上可安裝一個插齒頭以加工內(nèi)齒輪或臺階齒輪。
在可回轉(zhuǎn)多軸箱上可安裝一個錐齒輪刨齒頭或錐齒輪銑齒頭以加工直齒或弧齒錐齒輪。
工具框架上還可安裝一個供料手爪或供料機構(gòu)的出料口以實現(xiàn)短毛坯的自動上料。
在工具框架上安裝工件測量傳感器，可以測量工件最終尺寸，或在試刀后測量工件尺寸，以對刀具位置數(shù)據(jù)進行進一步校正。
在床頭箱上安裝一個刀具測量傳感器，可以自動對安裝后的刀具進行測量，并自動修定刀尖或刀刃位置數(shù)據(jù)以實現(xiàn)自動對刀。
為完成工件兩端加工。與已有床頭箱相對地，在工具框架的另一面可安置一個第二床頭箱及與第一主軸同心的第二主軸。
或者在工具框架上安裝一個工件翻轉(zhuǎn)機械手，它可從工件主軸上夾取已完成一端加工的工件，翻轉(zhuǎn)180度后再讓工件主軸夾取，以實現(xiàn)某些工件的兩端加工。
還可以在工具框架上或床身上安裝一個型孔拉削裝置以及一個拉刀自動循環(huán)機構(gòu)，以便在工件加工過程中進行拉削加工。
本發(fā)明的優(yōu)點是(1)集已有車削中心，銑削加工中心，送料機器人以及淬為機床，拉床，磨床，齒輪機床等的功能于一身，為一單機CIMS。
(2)不需專門的換刀機構(gòu)，刀庫和換刀機械手即可使用足夠多的刀具對工件進行多種工序加工，不需上料機器人即可實現(xiàn)短毛坯的自動上料和成品的自動出料，體積小，構(gòu)造簡單，造價低。
與由多臺加工中心組成的CIMS相比，前者能在各臺加工中心上同時進行不同工序的加工，而本發(fā)明只能依次進行各工序的加工。但考慮半成品的多次卸下，搬運，重裝夾而帶來的麻煩，本發(fā)明對多種小量工件加工的優(yōu)點就十分明顯。
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例作進一步的描述

圖1是采用最簡工具框架的單主軸小型車銑加工中心及其工具框架圖。
圖2是一種采用主軸-減速器-動力組件的工具框架。
圖3是具有三種不同多軸箱的工具框架。
圖4是具有由A軸伺服機構(gòu)控制的可回轉(zhuǎn)多軸箱的工具框架。
圖5是雙主軸車銑加工中心的正視圖和俯視圖。
圖6是雙主軸集成加工中心的正視圖和俯視圖。
圖7是圖6實施例的工具框架和拉削裝置結(jié)構(gòu)圖。
圖8是插齒頭及刨齒附件結(jié)構(gòu)圖。
圖9是圖7工具框架的第一種變形結(jié)構(gòu)。
圖10是圖7工具框架的第二種變形結(jié)構(gòu)。
圖11是能加工較長工件的雙主軸集成加工中心的正視圖和俯視圖。
圖12是在滑枕上安裝第二主軸的雙主軸車銑加工中心正視圖和俯視圖。
在車削后需要用旋轉(zhuǎn)刀具繼續(xù)加工的工件中，多數(shù)是比較簡單的，往往只需1-4把旋轉(zhuǎn)刀具就能完成加工，這種情況下采用最簡單的只有一組旋轉(zhuǎn)刀具主軸的工具框架的加工中心也許是最合理的。
圖1是一種采用最簡單工具框架的小型集成加工中心。
圖1中，床身(1)前部制有垂直Y導(dǎo)軌(5)，床身上部制有縱向Z導(dǎo)軌(2)，床頭箱(11)的底部制有滑動面(3)，可在床身上的Z導(dǎo)軌(2)上滑動，且由Z軸伺服機構(gòu)(4)控制其定位和移動。
床頭箱(11)中裝有主軸(12)，該主軸在車削加工時經(jīng)變速機構(gòu)或直接由主電機驅(qū)動，在鉆銑加工時該主軸與一個C軸分度伺服機構(gòu)(16)結(jié)合并由它驅(qū)動。主軸還與一個C′軸碼盤聯(lián)動以確定主軸的角度或用以加工螺紋。
主軸也可不安裝單獨的分度伺服機構(gòu)(16)，而由主電機和C′軸碼盤來實現(xiàn)C軸的伺服控制。
主軸(12)的后部裝有棒料送料機構(gòu)(15)以實現(xiàn)自動送料。
(20)是工具框架，它下部制有X向?qū)к?9)，可以在滑臺(8)上部的X向?qū)к壣匣瑒樱⒂蒟軸伺服機構(gòu)(10)控制移動或定位?；_前部，與X導(dǎo)軌垂直地制有Y向滑動面，可以在床身前部的Y導(dǎo)軌(5)上上下滑動，并由Y軸伺服機構(gòu)(7)控制移動或定位。
在床頭箱(11)上，裝有一個刀具測量傳感器(17)，它可以繞軸轉(zhuǎn)動(或伸縮)，在加工時它們處于不妨礙加工的位置，而在測量時，它們將向下轉(zhuǎn)動(或伸到)測量位置。它們的轉(zhuǎn)動(或伸縮)可以用油缸，或氣缸，或電動裝置實現(xiàn)。刀具測量傳感器(17)用于自動測量并確定刀刃和刀尖的位置，以簡化刀具安裝調(diào)整的過程。
上述各直線運動伺服機構(gòu)由滾珠絲杠+步進電機或由滾珠絲杠＋伺服電機＋直線或回轉(zhuǎn)位置反饋裝置構(gòu)成，分度伺服機構(gòu)由分度蝸輪付＋步進電機或由分度蝸輪付＋伺服電機＋回轉(zhuǎn)位置反饋裝置構(gòu)成。
上述導(dǎo)軌和滑動面可以是帶或不帶塑料貼面的普通滑動導(dǎo)軌付，靜壓導(dǎo)軌付，或滾動導(dǎo)軌付。
圖1右邊是工具框架(20)的另兩個視圖。
工具框架采用U形結(jié)構(gòu)，下邊框(31)底部制有X導(dǎo)軌，上部制有圓弧T形槽，右邊框(40)也固定在其上。左邊框是一個可回轉(zhuǎn)多軸箱(32)，其上裝有一排5個旋轉(zhuǎn)刀具主軸(33)，5個主軸由同一個電機(35)驅(qū)動，各軸轉(zhuǎn)速自下而上逐級降低，這些主軸用于安裝鉆頭，絲攻，鉸刀，鏜刀，指型銑刀等。最上一個主軸(34)上可裝一根長刀桿(38)，其上可裝1--4把銑刀，如鋸片銑刀，三面刃銑刀，齒輪銑刀，角度銑刀，以及滾齒刀等。以便在工件外圓或端面上加工溝，槽，平面，以及加工花鍵軸，直齒圓柱或圓錐齒輪。為了能用滾齒刀滾削齒輪或蝸輪，主軸(34)上應(yīng)安裝一個Q軸碼盤，或經(jīng)傳動機構(gòu)與一個Q軸碼盤聯(lián)動。該碼盤也可以是一個光電或電磁的旋轉(zhuǎn)脈沖發(fā)生器。松開螺母(44)和(45)，多軸箱(32)可以繞心軸(36)回轉(zhuǎn)，以便加工對Z軸成某一角度的孔或型面，或加工螺旋齒輪，或用滾齒刀滾削齒輪。(37)是刀桿支座，它可固定在左邊框(40)上部的T形槽中。多軸箱回轉(zhuǎn)的角度用一個弧形刻度尺(54)指示。
右邊框(40)是一個車刀架，其上自上而下安裝一排7把徑向固定刀具(41)，如外圓車刀，刨刀，壓光刀，滾花刀，外圓珩磨工具等。一排6把軸向固定刀具(42)，如內(nèi)孔車刀，鉆頭，絞刀，絲攻，板牙，插刀等。(43)是一個工件測量傳感器。用于即時測量所加工工件的實際尺寸。
本加工中心適合于用棒料或短毛坯進行加工。為實現(xiàn)短毛坯自動上料，在工具框架上裝有一個工件裝卸和翻轉(zhuǎn)機械手(19)，上料時，手爪向X-Y方向移動并夾取供料槽中最下一個毛坯，再移動到對準(zhǔn)第一主軸，第一主軸卡盤張開，Z向移向工件，把工件夾住。然后(19)的手爪張開并退出。
該機械手也可用于夾取已加工好一端的工件，把它翻轉(zhuǎn)180度，再讓工件主軸夾具夾取，以便繼續(xù)工件第二端的加工。但這只適合于用短毛坯加工的工件。該機械手還可從主軸卡盤上取下成品送至出料槽。
該機械手上裝有至少兩對手爪，每對分別由油缸驅(qū)動同步相向移動以夾住臺階形或部分錐形工件，并保證工件直徑不同軸心不變，機械手裝在一個翻轉(zhuǎn)機構(gòu)(21)上，翻轉(zhuǎn)機構(gòu)(21)保證機械手將工件準(zhǔn)確翻轉(zhuǎn)180度。翻轉(zhuǎn)機構(gòu)用油缸，也可用氣缸或電機驅(qū)動。
由于刀具平行布置，在保證刀具與工件之間不發(fā)生干涉的情況下，每把刀具所占空間十分有限。
工具框架的外形尺寸主要取決于旋轉(zhuǎn)刀具主軸的數(shù)量和間距。間距S1與工件最大直徑D及刀具平均直徑d有關(guān)，一般S1＝D＋d＋δ1，δ1是工件位于兩刀之間時，與兩刀之間隙之和。因此設(shè)計時可按不等距布置，安裝小直徑高速刀具的主軸之間距離可小些，而安裝大直徑低速刀具的主軸之間距離應(yīng)大些。當(dāng)D＝60mm，d＝20mm，δ＝5mm時，S1＝85mm。
多把外圓車刀在工具框架上采取平行排列方式，因而具有較高的空間利用率，如外圓車刀徑向進給方向?qū)Φ毒吲帕蟹较虼怪?，即采用第一種排列方式，兩刀之間最小距離可為S2＝D/2＋B＋δ2，B為車刀的厚度，δ2是第一把刀在切削工件時，工件與第二把刀之間隙。當(dāng)D＝60mm，B＝15mm，δ＝5mm時，S2＝50mm。
但如外圓車刀水平排列，用上述方法安裝的外圓車刀在切削時不便于觀察。為便于觀察，可采用第二種排列方式，即平行排列的斜立棱柱形車刀，在高速鋼棱柱刀桿的頂部磨出前角，或在刀桿頂部安裝硬質(zhì)合金刀片。切削時徑向進刀方向為水平方向，不但便于觀察，也便于車刀的刃磨和更換。此時兩刀之間最小距離應(yīng)為S3＝D＋B＋δ。當(dāng)D＝60mm，B＝15mm，δ＝5mm時，S3＝80mm。
如需要安裝更多的刀具，可采取第三種排列方式，即每兩把刀背對背安裝的方法，形成V字型排列。刀座可背對背安裝兩把高速鋼棱柱車刀，刀桿可在頂部背對背安裝兩片硬質(zhì)合金刀片。此時背對背兩刀之間距離為S4＝D/2＋B＋δ，面對面兩刀之間距離為S5＝D＋δ，平均距離為S6＝(1.5D＋B＋2δ)/2，在上述條件下S6＝60mm。
圖1工具框架上的旋轉(zhuǎn)刀具主軸可以通過傳動系統(tǒng)由共同的能自動變速的動力驅(qū)動，也可每個主軸由單獨的帶減速器的動力驅(qū)動。還可以制成標(biāo)準(zhǔn)外徑的主軸-減速器-動力組件。
圖2工具框架的上邊框(47)上制有一排安裝孔，其中裝有對工件軸線垂直的主軸-減速器-動力組件，工具框架的左邊框(52)也裝有一排對Z軸平行的主軸-減速器-動力組件。每個組件由標(biāo)準(zhǔn)的主軸總成(48)或(49)，減速箱(50)，和動力(51)裝配而成，使用時可按工作需要進行組合，以達到要求的轉(zhuǎn)速，力矩和性能。動力可以是電機，或氣動馬達，或液壓馬達。
采用圖1圖2工具框架的車銑加工中心除了能完成一般車削加工以外，利用C′-Z-X軸插補可車削錐螺紋；利用C′-X軸插補可車削凸輪或鏟齒；
所安裝的旋轉(zhuǎn)刀具除了一般型孔型面的加工外，利用C--Y(或X)軸插補可銑削端面凸輪；利用C--Z軸插補可銑削柱面凸輪；利用C--Y軸插補，Z軸聯(lián)動可雕刻三維曲面；利用主軸C分度伺服機構(gòu)能自動銑削直齒圓柱齒輪，花鍵軸等。如再配合Z--Y軸插補聯(lián)動，還能自動銑削直齒圓錐齒輪。
利用Q-C聯(lián)動，還可用滾齒刀滾削直齒或螺旋齒圓柱齒輪，花鍵軸，或用蝸輪滾刀加工蝸輪，利用Q-C-Y聯(lián)動，還可用飛刀加工蝸輪，。
本加工中心的缺點是，在一次裝夾中，只能用對工件軸線角度相同的幾把旋轉(zhuǎn)刀具進行加工，如工件需要不同角度的旋轉(zhuǎn)刀具加工，則不能一次完成。
圖3工具框架的上邊框是一個旋轉(zhuǎn)刀具軸線對Z軸垂直的多軸箱，右邊框是一個旋轉(zhuǎn)刀具軸線對Z軸平行的多軸箱，左邊框是一個可回轉(zhuǎn)多軸箱(32)，可回轉(zhuǎn)多軸箱(32)的上下端制有同軸的回轉(zhuǎn)面，操縱夾緊機構(gòu)(44)，(32)可繞與Y軸平行的軸線轉(zhuǎn)動，或鎖定在某一角度。指示器(54)用與指示多軸箱偏離對工件垂直位置的角度。這樣，安裝在(32)上的旋轉(zhuǎn)刀具可以加工對工件軸線傾斜的型孔或型面，在(32)上安裝盤型銑刀可以加工螺旋槽或螺旋齒輪。在主軸(34)上裝有一個與控制系統(tǒng)連接的Q軸碼盤，以便用安裝在主軸(34)上的滾齒刀滾削齒輪或花鍵軸。
Q軸碼盤也可通過傳動機構(gòu)與主軸(34)聯(lián)動。
前車刀座(46)上裝有外圓車刀(41)，(42)是內(nèi)孔刀具，(43)是工件測量傳感器，用于測量加工中的工件。
為了能對第二主軸上的工件進行加工，在工具框架的另一面裝有后車刀座(57)，其上裝有外圓車刀(55)，和內(nèi)孔車刀(56)用于車削第二主軸上的工件。后車刀座(57)比前車刀座(46)短，目的在允許第二主軸向前伸夾取第一主軸上將被切斷的工件。
4個軸線對Z軸平行的旋轉(zhuǎn)刀具主軸(33)的另一端也制有裝刀錐孔或裝有刀具夾頭(58)，以便加工第二主軸上的工件。
(176)是用于測量第二主軸上的工件的測量傳感器。
本工具框架可在工件的一次裝夾中，除了兩端的全部車削加工外，還可用6個對工件軸線垂直的旋轉(zhuǎn)刀具，4個對工件軸線傾斜的旋轉(zhuǎn)刀具，4個對工件軸線平行的旋轉(zhuǎn)刀具對工件的兩端進行加工。
采用本工具框架的車銑加工中心除能完成以上各方案所能進行的加工以外，能在一次裝夾中用對Z軸垂直的旋轉(zhuǎn)刀具，對Z軸平行的旋轉(zhuǎn)刀具，對Z軸傾斜的旋轉(zhuǎn)刀具對車削后的工件進行更復(fù)雜的加工。
本工具框架的缺點是如對工件軸線垂直的，或平行的，或傾斜的型孔型面比較復(fù)雜，比如工件上有三個不同尺寸的對工件軸線垂直的臺階螺孔，則6把對Z軸垂直的旋轉(zhuǎn)刀具就可能不夠用。另外，三個多軸箱上可能不得不安裝三到四組同樣的旋轉(zhuǎn)刀具。
這一缺點可以通過在工具框架上加裝一個A軸伺服機構(gòu)來克服。A軸伺服機構(gòu)按照加工中心的控制程序，驅(qū)動可回轉(zhuǎn)多軸箱的轉(zhuǎn)角。這樣可回轉(zhuǎn)多軸箱上的每個刀具都可以用于對工件的每個角度的加工。而可以用一個可回轉(zhuǎn)多軸箱代替圖3工具框架上的三個多軸箱。
另外繞可回轉(zhuǎn)多軸箱的回轉(zhuǎn)軸線可布置一排，兩排，甚至多排旋轉(zhuǎn)刀具，從而縮小了體積，又數(shù)倍增加了可用旋轉(zhuǎn)刀具的數(shù)量。
圖4工具框架的上框邊是一個可回轉(zhuǎn)多軸箱(32)，它的左右兩端制有同軸的回轉(zhuǎn)面，與框架上的回轉(zhuǎn)面吻合，因而可以繞平行于X軸的軸線回轉(zhuǎn)，其回轉(zhuǎn)由一個A軸伺服機構(gòu)(66)控制。液壓(或電動)夾緊機構(gòu)(68)用于把多軸箱(32)鎖定在設(shè)定角度。
可回轉(zhuǎn)多軸箱(32)上共有6個安裝旋轉(zhuǎn)刀具的主軸(33)，各主軸軸線相互平行，而且排成一行。這些主軸兩端都帶有刀具夾頭，這樣共可安裝12把旋轉(zhuǎn)刀具，每把刀具都能垂直地，平行地或傾斜地對工件的兩端進行加工。
如需要使用更多的旋轉(zhuǎn)刀具，還可以在回轉(zhuǎn)多軸箱上與已有主軸(33)垂直地安置主軸，這樣最多可安裝24把旋轉(zhuǎn)刀具，或可縮短多軸箱(32)和工具框架的長度。
為了能用滾齒刀加工齒輪，多軸箱(32)上應(yīng)至少有一個主軸(34)裝有一個Q軸碼盤或脈)沖發(fā)生器(65)或通過傳動機構(gòu)與一個Q軸碼盤或脈沖發(fā)生器聯(lián)動。
工具框架的左框邊是一個軸向刀具座，其前后兩面各可安裝多至10把固定軸向刀具(42)，(56)。
工具框架的下框邊前后是兩個徑向刀具座，前刀座可安裝8把外圓車刀(41)，后刀座可安裝6把外圓車刀(55)。后刀座上裝刀較少，目的是允許第二主軸前伸夾住將要切斷的第一主軸上的工件。
(59)是工件測量傳感器，用以測量兩個主軸上的已加工工件的實際尺寸并對所用刀具的定位數(shù)據(jù)進行校正。
也可在工具框架固定框邊安裝工件測量傳感器(43)，它們具有更小的測量誤差，但不能測量工件外圓上的孔和凹面。
(99)是第二主軸夾具庫。
圖5是采用本工具框架的雙主軸車銑加工中心。
圖中，床身(1)中部裝有垂直Y導(dǎo)軌(5)，左右裝有同向的水平Z，Z1導(dǎo)軌(2)，(70)。第一床頭箱(11)底部有滑動面(3)，可在Z導(dǎo)軌(2)上滑動，且由Z軸伺服機構(gòu)(4)控制其定位和移動，第二床頭箱(73)底部有滑動面(71)，可在Z1導(dǎo)軌(70)上滑動，且由Z1軸伺服機構(gòu)(72)控制其定位和移動。
(20)是工具框架，其各框邊平行于X，Y軸?？蚣艿撞坑蠿導(dǎo)軌(9)，可在滑臺(8)頂部的X向滑動面上滑動。并由X向伺服機構(gòu)(10)控制移動和定位?；_(8)兩側(cè)，與X向?qū)к壌怪钡匮b有Y向滑動面(6)，可以在床身中部的Y導(dǎo)軌(5)上上下滑動，并由Y軸伺服機構(gòu)(7)控制定位和移動。
第一床頭箱中裝有第一主軸(12)，其軸線對Z軸平行。該主軸在車削加工時由主電機(68)驅(qū)動，在鉆銑加工時與一個C軸分度伺服機構(gòu)(16)結(jié)合。第一主軸還經(jīng)傳動機構(gòu)與一個C′軸碼盤聯(lián)動用以確定主軸的角度或加工螺紋。
第一主軸也可不用單獨的分度伺服機構(gòu)(16)，而由主軸電機和C′軸碼盤來實現(xiàn)C軸閉環(huán)伺服控制。
第一主軸的后部裝有一個棒料送料機構(gòu)(15)以實現(xiàn)自動送料。
第二床頭箱中裝有軸線對Z軸平行的第二主軸(76)，該主軸在車削加工時由主電機驅(qū)動，在鉆銑加工時由C1軸分度伺服機構(gòu)(74)驅(qū)動。第二主軸也與一個C1′軸碼盤聯(lián)動。
如工件的第二端只須車削加工，第二主軸可以省略C1軸分度伺服機構(gòu)。
第二主軸的后部裝有一個工件頂出裝置(77)，用以把已完成的工件自動頂出工件夾具(76)。
第一和第二床頭箱上各裝有一個可轉(zhuǎn)動(或可伸縮)的刀具測量傳感器(17)，(75)。
本車銑加工中心與以上實施例相比，除具有前者全部能力外，由于具有數(shù)倍于前者的可用刀具，能加工前者所不能加工的更為復(fù)雜的工件。而且在加工不同的另件時，更換和重調(diào)刀具的必要性也大為減小。
第二主軸適合于以棒料和以短毛坯為原料的工件第二端的加工，并對第一主軸上另件已加工部分的裝夾定位有較高的精度。
對于一些必須以圓柱，圓錐，花鍵內(nèi)孔裝夾定位來加工第二端的工件，可以先在第二主軸上加工好所需的心軸，再把第一主軸上加工好一端(包括內(nèi)孔)的工件插到第二主軸的心軸上，最后擰入預(yù)先放在工具框架夾具庫(99)中的螺母夾緊。全部過程可在程序控制下自動完成。
本車銑加工中心也適于加工毛坯尺寸所能包容的非回轉(zhuǎn)小型復(fù)雜工件，如小型箱體，機架，連桿，模具，漿葉等。
其車削能力相當(dāng)于一臺雙主軸車削中心；其鉆銑能力相當(dāng)于一臺5坐標(biāo)鉆銑加工中心；其測量工件的能力相當(dāng)于5坐標(biāo)測量機。
圖6是一種集成加工中心，它除了以上各實施例的全部車，鉆，銑加工能力以外，還增加了插齒，磨削，淬火，型孔拉削，錐齒輪刨齒等功能。
圖中，工具框架(20)垂直布置，其右框底部裝有兩根導(dǎo)軌(9)，可在滑臺(8)的垂直X向滾珠滑塊中滑動，X軸伺服系統(tǒng)(10)控制工具框架的升降?；_(8)底部裝有水平Y(jié)向滾珠滑塊(6)，可在床身(1)中部的水平Y(jié)向?qū)к?5)上滑動，Y軸伺服系統(tǒng)(7)控制其移動。第一床頭箱(11)底部裝有與主軸平行的滾珠滑塊(3)，可在床身左側(cè)的水平Z導(dǎo)軌(2)上滑動，Z軸伺服系統(tǒng)(4)控制第一床頭箱的移動。第二床頭箱(73)底部裝有與主軸平行的滾珠滑塊(71)，可在床身右側(cè)的水平Z1導(dǎo)軌(70)上滑動，Z1軸伺服系統(tǒng)(72)控制第二床頭箱的移動。床身外側(cè)裝有一個拉削裝置(82)，(88)是一個拉刀循環(huán)機構(gòu)。整個工作區(qū)由外罩(80)封閉。(62)是供應(yīng)短毛坯的供料槽，(63)是成品出料槽。
第一第二床頭箱上裝有可伸縮(或可轉(zhuǎn)動)的刀具測量傳感器(17)，(75)，其中一個床頭箱上還裝有一個可伸縮(或可轉(zhuǎn)動)的砂輪修整器(81)，用于對工具框架上的大小砂輪進行修整。并在不修正時收縮(或回轉(zhuǎn))到不影響加工的位置。砂輪修正器的轉(zhuǎn)動或收縮可由一個電動機構(gòu)，液壓缸，或氣缸驅(qū)動。
拉削裝置(82)外部制有燕尾，可在床身前部的Z向燕尾導(dǎo)軌(85))中滑動，(83)是一個結(jié)合裝置，可把拉削裝置(82)和第二床頭箱連結(jié)以便用Z1伺服機構(gòu)控制拉削裝置的軸向位置。(100)是液壓缸，(101)是活塞拉桿，(84)是工件支承座，(102)是拉刀夾頭，(103)是夾頭外套，(87)是拉刀循環(huán)機構(gòu)的刀尾夾頭。
拉削工作過程A.拉刀夾頭(102)被活塞拉桿推到最左端，夾頭外套(103)被工件支座(84)的內(nèi)表面壓縮，夾頭(102)內(nèi)的鎖塊(105)縮回，使拉刀(86)頭部能自由出入夾頭孔。B.手爪(60)抓住一個工件放到與拉削裝置同軸的位置上。C.結(jié)合裝置(83)把拉削裝置與第二床頭箱連結(jié)，并使其移動到工件支座與工件接觸。D.刀尾夾頭(87)帶著拉刀右移，使拉刀頭部通過工件孔，并插入拉刀夾頭(102)孔中。E.活塞拉桿右移，夾頭外套(103)被彈簧推出，使鎖塊(105)內(nèi)伸，制止拉刀脫出，進行拉削，直至拉刀通過工件。F.手爪取走工件。G.拉刀夾頭(102)向左送出拉刀，把拉刀尾部插入刀尾夾頭(87)孔中，并使夾頭外套被工件支座內(nèi)表面壓縮。H.刀尾夾頭(87)帶拉刀左移到起始位置。
至此一個工件的拉削循環(huán)完成。
圖7是它所用的工具框架及拉削裝置的放大圖。
在該工具框架的可回轉(zhuǎn)多軸箱內(nèi)裝有一個插齒頭(94)，它由殼體(110)，滑柱(111)，分度蝸輪付(120)(121)，滑柱往復(fù)機構(gòu)等構(gòu)成，滑柱(111)兩端各制有刀具安裝孔，以便安裝兩把不同的插齒刀對工件進行加工。分度蝸輪付(120)(121)由一個S軸伺服電機(95)驅(qū)動，以便實現(xiàn)插齒刀對工件C軸的同步展成運動。殼體與可回轉(zhuǎn)多軸箱之間裝有軸承(125)(126)，該軸承為直線軸承，以便使殼體相對可回轉(zhuǎn)多軸箱滑動，以形成讓刀運動，或者(125)(126)為普通回轉(zhuǎn)軸承，但相對滑柱(111)軸線偏心安裝，以利用殼體(110)的擺動而形成讓刀運動?；耐鶑?fù)運動和殼體的讓刀運動可以由電動機構(gòu)，或液壓缸，或氣缸驅(qū)動。
除了內(nèi)齒輪，臺階齒輪的加工以外，利用Y-C-S軸插補，本插齒頭還可以加工非圓齒輪，利用S-X軸插補，還可以加工短齒條。停住S軸伺服電機(95)，并安裝單頭插刀，還可插削內(nèi)孔鍵槽。
該工具框架上裝有淬火裝置，以便對工件在車銑加工后，精磨前進行淬火。淬火裝置可以是高頻淬火線圈，或是激光發(fā)射頭。
激光發(fā)射頭(91)安裝在可回轉(zhuǎn)多軸箱上。激光器(90)可安裝在工具框架上，利用反射鏡組把激光束引至激光發(fā)射頭(91)射出。
激光發(fā)射頭上可加各種附件，如加一反射鏡，使激光束直角射出，就能淬火工件內(nèi)孔。
除對工件進行淬火以外，通過調(diào)制激光功率和頻率，及更換不同的激光發(fā)射頭還可進行切割，鉆孔，焊接，打標(biāo)，刻字等工作。
激光發(fā)射頭和工件之間的相對位置可由5個軸控制，而能實現(xiàn)復(fù)雜表面的加工。
在工具框架的可回轉(zhuǎn)多軸箱(32)上裝有大砂輪磨頭(92)和小砂輪磨頭(93)，以便能進行磨削加工。
大小砂輪磨頭可由單獨的動力驅(qū)動，動力可以是電機或氣動馬達。
利用床頭箱上安裝的砂輪修正器(81)，能對砂輪自動進行修正，安裝大小砂輪磨頭后本加工中心相當(dāng)于一臺五座標(biāo)數(shù)控磨床，除能一次磨削內(nèi)外圓柱圓錐面外，利用C-Y或C1-Y軸插補，可以磨削外內(nèi)凸輪，端面凸輪，利用C-Z或C1-Z1軸插補，可以磨削柱面凸輪，利用X-Y軸插補，可以磨削曲面；利用X-Z軸插補，Y軸聯(lián)動，或X-Y軸插補，Z軸聯(lián)動，可以行星磨削座標(biāo)孔，或模具曲線。
由于利用Y-Z插補，可以對砂輪進行斜線或曲線修正，這樣，結(jié)合C，Z，X，Y軸插補功能，本加工中心還可磨削更為復(fù)雜的規(guī)律曲面。
如利用C或C1軸分度，可以仿形磨削花鍵或齒輪，利用C或C1軸分度，C-X或C1-X軸插補，可以展成磨削齒輪，利用C-Z或C1-Z1插補，可以磨螺紋，利用C-X或C1-X插補，可以鏟磨銑刀，利用C-X-Z或C1-X-Z1插補，可以鏟磨滾齒刀，絲錐等等。
在可回轉(zhuǎn)多軸箱上還可安裝一個錐齒輪刨齒頭或一個錐齒輪銑齒頭，以便用展成法加工較精密的錐齒輪。
手爪(60)用于夾取供料槽上(62)上的毛坯送到第一主軸卡盤，或者把第一主軸上的半成品工件送到拉削裝置(82)的工作位置，以及把經(jīng)過拉削加工的工件送回第一主軸卡盤或第二主軸卡盤或套裝到第二主軸上的心軸上。
手爪(61)用于從第二主軸上夾取成品工件并送到出料槽(63)。
(99)是制在工具框架上的夾具庫，它可以放置頂尖、外圓或內(nèi)孔夾頭，以及各種用于把空心工件安裝到第二主軸的專用心軸上的螺母組件(174)。
圖8是機械驅(qū)動插齒頭的一種實施方案。
殼體(110)通過其兩端的直線軸承(125)(126)安裝在可回轉(zhuǎn)多軸箱的箱體(32)中，(125)或(126)的內(nèi)外環(huán)(127)，(128)相對的一面制有平行的滾道，使插齒頭能相對多軸箱(32)作無隙的直線讓刀滑動?；?111)右端在滑套(114)孔中可以滑動也可以轉(zhuǎn)動，其左端與分度蝸輪(122)間通過滾珠花鍵(112)聯(lián)結(jié)?；ㄦI套(113)與滑柱(111)之間以錐面聯(lián)接，并通過調(diào)整螺母(115)和套(116)來改變花鍵套的外徑以實現(xiàn)無隙傳動。分度蝸桿(120)與一個S軸伺服電機(95)聯(lián)動。滾環(huán)(117)通過滾珠(118)安裝在滑柱上形成一個雙向推力軸承。擺桿(134)可繞其一端的軸(136)擺動，其另一端有一個撥銷(135)插在滾環(huán)(117)的環(huán)溝中。齒輪軸(130)與可回轉(zhuǎn)多軸箱內(nèi)的動力傳動系統(tǒng)嚙合。(130)的偏心孔中裝有一個軸(131)，其一端有一個帶偏心銷的圓盤，另一端帶有螺紋，其偏心銷上套有一個滑塊(133)，滑塊(133)在擺桿(134)的直槽內(nèi)滑動。
松開螺母(132)，軸(131)可以轉(zhuǎn)動以便調(diào)節(jié)滑柱行程的大小。軸(131)的下端圓盤背面和齒輪軸(130)的凹面上都制有齒紋以便把軸(131)可靠固定。
殼體(110)上裝有一個小軸承(137)，彈簧(139)強迫殼體(110)上移，并把軸承(137)壓向齒輪軸(130)下端面的凸輪上。當(dāng)齒輪軸轉(zhuǎn)動，滑桿(111)開始正向行程時，凸輪把殼體下推一固定距離(0.5--1MM)，而當(dāng)滑桿開始反向行程時，凸輪面變低，彈簧(139)把殼體拉回，實現(xiàn)讓刀運動。
用另一端的刀具插齒時，齒輪軸(130)的轉(zhuǎn)向應(yīng)相反。
錐齒輪刨齒頭的實施方案之一是利用插齒頭的分度機構(gòu)，在插齒頭上附加一個錐齒輪刨齒附件來實現(xiàn)直齒錐齒輪加工。
圖8中，(140)是錐齒輪刨齒附件的搖臺，可它安裝在插齒頭的分度蝸輪芯(122)的端面，其上裝有左右導(dǎo)軌(145)，(146)左右滑塊(147)，(148)可在左右導(dǎo)軌上滑動，左右刨刀(151)，(152)通過刀座(149)，(150)安裝在左右滑塊上。左右滑塊的內(nèi)側(cè)面都制有齒條，兩個齒條都與中心齒輪(141)嚙合。中心齒輪通過軸承(142)裝在搖臺(140)中心，其另一端制有一個大導(dǎo)程螺桿，與螺套(143)配合，螺套(143)外是錐面，用內(nèi)六角螺釘(144)安裝在滑柱(111)左端的裝刀孔中。
當(dāng)滑柱往復(fù)運動時，螺套(143)迫使螺桿及齒輪(141)往復(fù)轉(zhuǎn)動，并經(jīng)齒條帶動左右滑塊(147)，(143)并左右刨刀(151)，(152)往復(fù)運動，實現(xiàn)切齒。
刨齒時必須停住插齒頭的讓刀運動，為此在多軸箱體(32)上裝有一個推桿(圖中未畫出)，用手或利用工件主軸推動此推桿，推桿即通過其上的斜面把插齒頭殼體(110)推離凸輪面并固定。
錐齒輪切齒頭的實施方案之二是在可回轉(zhuǎn)多軸箱上裝有一個公用的回轉(zhuǎn)接盤，它由一個T軸分度伺服機構(gòu)驅(qū)動，回轉(zhuǎn)接盤的中心可裝一個動力傳動軸，一個錐齒輪刨齒附件或一個錐齒輪銑齒附件可安裝在回轉(zhuǎn)接盤上并從動力傳動軸獲得動力。
錐齒輪切齒頭的實施方案之三是在可回轉(zhuǎn)多軸箱上制有一個公用的安裝面，安裝面的中心有一個動力傳動軸，一個錐齒輪刨齒頭或一個錐齒輪銑齒頭(165)可安裝在其上并從動力傳動軸獲得動力，它們各帶有一個驅(qū)動搖臺回轉(zhuǎn)的T軸分度伺服機構(gòu)。
第二第三方案中，動力也可從自帶的動力源獲得。自帶的動力源可以是電動的，或液壓的，或是氣動的。
圖9和圖10的兩種工具框架是圖7工具框架的變形。
圖9中，可回轉(zhuǎn)多軸箱上相隔90度地裝有4排，共16個旋轉(zhuǎn)刀具主軸，并裝有一個插削頭(166)該插削頭滑柱兩端都可安裝刀具。(168)是一把刨刀，刀頭裝在一個抬刀機構(gòu)上，抬刀機構(gòu)能繞滑柱軸線回轉(zhuǎn)并固定在某角度。利用該刨刀能在工件上以任意角度刨削型面。(167)是一把內(nèi)孔插刀，可以插削圓孔或錐孔鍵槽，花鍵槽或多種型面。(165)是一個錐齒輪刨齒頭，或是一個弧齒錐齒輪銑齒頭，它們帶有一個驅(qū)動其搖臺回轉(zhuǎn)的T軸分度伺服機構(gòu)，刀具運動的動力可從可回轉(zhuǎn)多軸箱內(nèi)部獲得，或從自帶的動力源獲得。(94)是一個插齒頭，其殼體通過軸承(125)(126)裝在工具框架的固定部分。讓刀運動利用(94)的擺動形成。(170)是滑柱行程調(diào)整機構(gòu)。(169)是高頻淬火線圈。(171)是一個可彎曲的供料槽，其上端固定，下端出口(173)安裝在工具框架上，(173)后部有一個頂料機構(gòu)(172)，用于把毛坯頂出。(41)是平行排列的斜立棱柱形車刀。
圖10中，可回轉(zhuǎn)多軸箱上不安裝錐齒輪切齒頭，但裝有4排，共24個旋轉(zhuǎn)刀具主軸，另外裝有一個激光發(fā)射頭(91)，激光器(90)裝在工具框架固定部分。插齒頭(94)通過前后軸承安裝在固定框架內(nèi)部，可防止雜物進入插齒頭內(nèi)部。插齒頭的滑柱對前后軸承偏心，因而可利用插齒頭的擺動形成讓刀運動。插齒刀往復(fù)運動和殼體的擺動由動力(177)驅(qū)動。車刀(41)采用背對背V型排列的型式。
上述實施例，還可以根據(jù)工業(yè)生產(chǎn)實際的不同要求進行變更，得出不同的實用布局方案。
如圖7的工具框架上，旋轉(zhuǎn)刀具主軸和插齒頭都安裝在可回轉(zhuǎn)多軸箱上，所有旋轉(zhuǎn)刀具和兩把插齒刀都可回轉(zhuǎn)到不同工位對工件兩端進行加工，刀具利用率較高，但增加的A軸自由度對刀具的定位精度會有影響。因此為加工某些高精度的工件，可以除可回轉(zhuǎn)多軸箱之外，在固定邊框上安裝對Z軸垂直的和對Z軸平行的旋轉(zhuǎn)刀具主軸，插齒頭也可安裝在固定邊框上。甚至安裝兩個或兩個以上插齒頭以插削內(nèi)外齒輪或不同模數(shù)的齒輪。
為安裝更多的刀具和切削頭，工具框架的結(jié)構(gòu)可以采用日字形，或目字形。
工具框架在機床上的布置可以是水平的，或垂直的，或傾斜的。
較長的工件要用頂尖頂著一端進行加工，所以為加工較長的工件，應(yīng)使工具框架沿Z導(dǎo)軌滑動。
如工件的第二端只考慮車削加工，則可以省略第二主軸C1軸伺服系統(tǒng)。
如不考慮工件第二端的加工，則第二床頭箱及其主軸，Z1導(dǎo)軌及其伺服機構(gòu)均可省略，工具框架也可簡化。
圖11雙主軸集成加工中心的工具框架(20)通過滑板(155)在床身Z導(dǎo)軌上滑動，因此能加工較長的工件。
圖中，第一床頭箱(11)由Y軸伺服機構(gòu)(7)控制，在前立柱的Y導(dǎo)軌(5)上滑動，(16)是第一主軸(12)的C1軸分度伺服機構(gòu)。滑臺(155)由Z軸伺服機構(gòu)(4)控制，在床身(1)的Z導(dǎo)軌(2)上滑動?；_(155)上部制有與Z導(dǎo)軌垂直的X向水平滑動面，工具框架(20)以其底部X導(dǎo)軌(9)在滑臺(155)上的滑動面中滑動，并受X軸伺服機構(gòu)(10)控制。后立柱(154)的底部制有水平滑動面，可在床身的Z導(dǎo)軌(2)上滑動，并由Z1軸伺服機構(gòu)(72)控制移動。第二床頭箱(73)上制有垂直滑動面，它由Y1軸伺服機構(gòu)(157)控制，在后立柱(154)的Y1導(dǎo)軌(156)上上下滑動。后立柱在Z導(dǎo)軌上的滑動也可用一個簡單的電動，或液壓，或氣動推拉機構(gòu)驅(qū)動。
工具框架(20)上朝向第二主軸一面制有夾具庫(99)，它是制在固定邊框上的孔穴，其中可放置頂尖和內(nèi)外圓可換夾具。以使第二主軸能在加工過程中自動更換頂尖和工件夾具。
如工件第二端只考慮車削加工，則可以省略后立柱(154)，和伺服機構(gòu)(157)等，第二床頭箱(73)也可省略C1軸分度伺服機構(gòu)(74)，并直接通過其底部的滑動面(71)在床身Z向?qū)к?2)上滑動。
但工具框架(20)朝向第二主軸的內(nèi)外圓車刀(55)，(56)，夾具庫(99)均應(yīng)布置在第二主軸中心線的高度上。
圖12是一種簡易的雙主軸集成加工中心。
圖中，和床身一體的床頭箱(11)的頂部制有與Z軸平行的Z1導(dǎo)軌，其中安放了一個滑枕(160)，滑枕的外端裝有第二主軸(76)，第二主軸可以通過齒輪機構(gòu)和傳動軸與第一主軸剛性聯(lián)動，因而省略了C1軸分度伺服機構(gòu)?；砜捎梢粋€Z1軸伺服機構(gòu)驅(qū)動，但也可由一個簡易的推拉機構(gòu)推動，該推拉機構(gòu)或把第二主軸推向外端加工位置，或把第二主軸拉向第一主軸以夾取工件，(16)是第一主軸C軸分度伺服機構(gòu)。(15)是棒料推送機構(gòu)。
為了減小主軸軸線到滑枕底部的距離，以提高第二主軸的剛性，工具框架(20)采用了U型結(jié)構(gòu)。其左邊是可回轉(zhuǎn)多軸箱(32)，其上間隔90度地安裝了4組，每組4個旋轉(zhuǎn)刀具主軸，共可裝旋轉(zhuǎn)刀具16把。(32)的回轉(zhuǎn)由伺服機構(gòu)(66)控制?？苫剞D(zhuǎn)多軸箱(32)上所有主軸由電機(35)驅(qū)動。右邊框裝有內(nèi)外圓車刀，外圓車刀上下排列，前向外圓車刀(41)左排四把，右排三把，后向外圓車刀(55)左排四把，右排兩把，前后向內(nèi)孔刀具各八把。(161)是第二主軸夾具夾緊油缸，(77)是工件頂出缸。
以上各實施例均只適合于加工直徑小于100MM的工件，如工件尺寸較大，應(yīng)采用工具框架固定，床頭箱沿X，Y，Z三軸移動的布局。
以上所有實施方案，均可在電腦程序伺服控制下實現(xiàn)自動加工，為了便于新產(chǎn)品研制，科研，機械維修中單件復(fù)雜工件的加工，控制軟件上應(yīng)設(shè)計有電腦輔助人工操作和部分自動加工的功能。
圖6所示的集成加工中心即為本發(fā)明最佳實施例。
附圖標(biāo)號說明(1)床身 (2)Z向滑動或滾珠導(dǎo)軌(3)Z向滑動面或滾珠滑塊(4)Z向伺服機構(gòu) (5)Y向滑動或滾珠導(dǎo)軌(6)Y向滑動面或滾珠滑塊(7)Y向伺服機構(gòu) (8)Y-X滑臺 (9)X向滑動或滾珠導(dǎo)軌(10)X向伺服機構(gòu) (11)(第一)床頭箱(12)(第一)工件主軸及夾頭(14)棒料 (15)棒料送進機構(gòu)(16)C軸分度伺服機構(gòu) (17)刀具測量傳感器(18)工件 (19)工件翻轉(zhuǎn)及裝卸機械手(20)工具框架(21)翻轉(zhuǎn)機構(gòu) (31)工具框架下邊框 (32)可回轉(zhuǎn)多軸箱(33)旋轉(zhuǎn)刀具主軸 (34)帶碼盤的刀具主軸(35)工具框架動力電機(36)回轉(zhuǎn)心軸 (37)刀桿支承座 (38)裝盤型銑刀的長刀桿(39)滾齒刀 (40)工具框架右邊框 (41)前向外圓車刀，刨刀(42)內(nèi)孔刀具，插刀 (43)前向工件測量傳感器 (44)可回轉(zhuǎn)多軸箱夾緊機構(gòu)(45)支承座固定螺絲 (46)前向車刀座 (47)工具框架上邊框(48)中高速主軸組件 (49)低速主軸組件(50)減速箱(51)電，液，氣動馬達 (52)工具框架左邊框 (53)工具框架固定部分(54)角度指示裝置 (55)后向外圓車刀，刨刀 (56)后向內(nèi)孔刀具，插刀(57)后向車刀座 (58)后向裝刀夾頭(59)工件測量傳感器(60)上料手爪 (61)下料手爪(62)供料槽(63)出料槽 (64)變速箱 (65)O軸碼盤或脈沖發(fā)生器(66)A軸回轉(zhuǎn)伺服機構(gòu) (67)凹口(68)自動夾緊機構(gòu)(70)Z1滑動或滾珠導(dǎo)軌 (71)Z1滑動面或滾珠滑塊 (72)Z1向伺服機構(gòu)(73)第二床頭箱 (74)C1軸分度伺服機構(gòu)(75)刀具測量傳感器(76)第二主軸及夾頭 (77)工件頂出機構(gòu)(80)外罩(81)砂輪修整器 (82)型孔拉削裝置(83)接合機構(gòu)(84)工件支承座 (85)拉削裝置導(dǎo)軌(86)拉刀(87)刀尾夾頭(88)拉刀循環(huán)機構(gòu)(89)滑座(90)激光器 (91)激光發(fā)射頭 (92)大砂輪磨頭(93)小砂輪磨頭 (94)插齒頭 (95)S軸分度伺服機構(gòu)(96)插齒刀 (97)插齒刀 (98)剃齒或珩齒頭(99)工件夾具庫 (100)拉削油 (101)活塞拉桿(102)拉刀夾頭 (103)拉刀夾頭外套 (104)導(dǎo)向滑塊(105)鎖塊 (110)插齒頭外殼 (111)滑柱(112)滾珠及保持器 (113)滾珠花鍵套 (114)滑套(115)螺母 (116)隔套 (117)帶槽滾環(huán)(118)滾珠 (119)滾道 (120)分度蝸桿(121)分度蝸輪 (122)蝸輪芯 (123)軸承(124)軸承 (125)直線軸承 (126)直線軸承(127)直線軸承滾環(huán) (128)直線軸承滾 (130)齒輪軸(131)帶盤軸 (132)螺母 (133)滑塊(134)擺桿 (135)撥銷 (136)軸(137)小軸承 (138)銷軸 (139)拉簧(140)刨齒頭搖臺 (141)帶齒輪的大導(dǎo)程螺桿 (142)軸承(143)帶外錐面的螺套 (144)內(nèi)六角螺釘 (145)左導(dǎo)軌(146)右導(dǎo)軌 (147)左滑塊 (148)右滑塊(149)左刀座 (150)右刀座 (151)左刨刀(152)右刨刀 (153)定心套 (154)后立柱(155)X--Z滑臺 (156)Y1滑動或滾珠導(dǎo)軌 (157)Y1向伺服機構(gòu)(160)滑枕 (161)第二主軸夾具夾緊缸 (163)Y--Z滑臺(164)Y向滑動面或滾珠滑塊(165)錐齒輪切齒頭(166)插削頭 (167)插刀 (168)刨刀及抬刀機構(gòu)(169)高頻淬火線圈 (170)插齒刀行程調(diào)整機構(gòu) (171)可彎曲的供料槽(172)毛坯頂出 (173)供料槽出料口 (174)第二主軸用可換夾具(175)插齒頭的動力 (176)后向工件測量傳感器
權(quán)利要求
1.一種小型集成加工中心由床身，Z向?qū)к壐都癦軸伺服機構(gòu)，一個或兩個工件主軸及其床頭箱，工件主軸的分度伺服機構(gòu)，X向?qū)к壐都癤軸伺服機構(gòu)等構(gòu)成，其特征在于該集成加工中心有一個工具框架(20)，該工具框架是一個剛性構(gòu)件，其上除有安裝固定刀具(內(nèi)外圓車、刨、插刀)的型面或結(jié)構(gòu)外，還至少裝有一組，每組至少兩個相互平行的旋轉(zhuǎn)刀具主軸，每組對Z軸不平行的旋轉(zhuǎn)刀具主軸沿X軸或Y軸排成一行，每組平行于Z軸的旋轉(zhuǎn)刀具主軸可排成一行或在在X-Y平面內(nèi)排列，在該工具框架和床頭箱之間，除有電腦伺服控制的Z軸和X軸之外，還有一個電腦伺服控制的Y軸，即Y向?qū)к壐?5)，(6)及其伺服機構(gòu)(7)。
2.按權(quán)力要求1所述之小型集成加工中心，其特征在于所述工具框架上至少有一個裝有旋轉(zhuǎn)刀具主軸的框邊，即多軸箱，與工具框架整體之間以回轉(zhuǎn)面連結(jié)，因而可回轉(zhuǎn)，回轉(zhuǎn)軸線平行于X或Y軸，工具框架上還裝有下列之一的機構(gòu)A.一個驅(qū)動可回轉(zhuǎn)多軸箱(32)回轉(zhuǎn)和定位的A軸伺服機構(gòu)(66)，和一個鎖定可回轉(zhuǎn)多軸箱的自動緊固機構(gòu)(68)，B.一個角度指示器(54)和一個手動緊固機構(gòu)(44)。
3.按權(quán)力要求1和2的小型集成加工中心，其特征在于所述可回轉(zhuǎn)多軸箱(32)上至少有一個主軸(34)裝有一個Q軸碼盤(65)或與一個Q軸碼盤(65)連動。
4.按權(quán)力要求1或其下任一項權(quán)力要求的小型集成加工中心，其特征在于工具框架上配置有下列之一的多軸箱(1)旋轉(zhuǎn)刀具主軸對Z軸垂直的多軸箱，(2)旋轉(zhuǎn)刀具主軸對Z軸平行的多軸箱，(3)可回轉(zhuǎn)的多軸箱，(4)以上各項的任意組合。
5.按權(quán)力要求1或其下任一項權(quán)力要求的小型集成加工中心，其特征在于所述工具框架上制有安裝孔，其中裝有標(biāo)準(zhǔn)外徑的主軸--減速器--動力組件，它由主軸組件(48)或(49)，減速器(50)，動力(51)裝配而成，動力為電機或氣動馬達或液壓馬達。
6.按權(quán)力要求1或其下任一項權(quán)力要求的小型集成加工中心，其特征在于所述工具框架上裝有工件測量傳感器，其安裝位置為A.一個工件測量傳感器(59)安裝在可回轉(zhuǎn)多軸箱(32)上，B.固定框架(53)朝第一主軸方向安裝一個工件測量傳感器(43)，C.固定框架(53)朝第二主軸方向安裝一個工件測量傳感器(176)，D.以上各項的任意組合。
7.按權(quán)力要求1或其下任一項權(quán)力要求的小型集成加工中心，其特征在于所述工具框架(20)上裝有機械手。
8.按權(quán)力要求1或其下任一項權(quán)力要求的小型集成加工中心，其特征在于與已有床頭箱相對地，在工具框架的對面安置有一個第二床頭箱及與第一主軸同心的第二主軸，其安裝形式為下列之一(A)第二床頭箱直接或間接地裝在Z導(dǎo)軌(2)或與Z導(dǎo)軌平行的Z1導(dǎo)軌上。(B)第二床頭箱裝在一個可在第一床頭箱上沿Z1導(dǎo)軌滑動的滑枕(160)的前部。
9.按權(quán)力要求1或其下任一項權(quán)力要求的小型集成加工中心，其特征在于所述工具框架的固定邊框(53)或可回轉(zhuǎn)多軸箱(32)上制有用于安裝工作裝置的安裝面和接口。
10.按權(quán)力要求1或其下任一項權(quán)力要求的小型集成加工中心，其特征在于所述工具框架上裝有下列工作裝置的任意組合A.大砂輪磨頭(92)，B.小砂輪磨頭(93)。
11.按權(quán)力要求1或其下任一項權(quán)力要求的小型集成加工中心，其特征在于所述工具框架上裝有下列工作裝置的任意組合A.激光發(fā)射頭(91)，F(xiàn).高頻淬火線圈(169)。
12.按權(quán)力要求1或其下任一項權(quán)力要求的小型集成加工中心，其特征在于所述床頭箱上裝有可回轉(zhuǎn)或可伸縮的下列之一的工具A.刀具測量傳感器(17)，B.砂輪修整器(81)，C.以上各項之任意組合。
13.按權(quán)力要求1或其下任一項權(quán)力要求的小型集成加工中心，其特征在于所述工具框架(20)上制有存放可換主軸夾具(174)的夾具庫(99)。
14.按權(quán)力要求1或其下任一項權(quán)力要求的小型集成加工中心，其特征在于有一個可彎曲或伸縮的毛坯供料槽(171)，其出料口(173)固定在工具框架上。
15.按權(quán)力要求1或其下任一項權(quán)力要求的小型集成加工中心，其特征在于在所述可回轉(zhuǎn)多軸箱(32)上裝有剃齒頭或齒輪珩磨頭(98)，
16.按權(quán)力要求1或其下任一項權(quán)力要求的小型集成加工中心，其特征在于在工具框架(20)上裝有插削頭(166)。
17.按權(quán)力要求1或其下任一項權(quán)力要求的小型集成加工中心，其特征在于在床身或工具框架上裝有一個型孔拉削裝置以及一個拉刀自動循環(huán)機構(gòu)。
18.按權(quán)力要求1或其下任一項權(quán)力要求的小型集成加工中心，其特征在于所述工具框架的固定邊框(53)或可回轉(zhuǎn)多軸箱(32)上裝有插齒頭(94)，其上裝有一個驅(qū)動其分度機構(gòu)的S軸伺服機構(gòu)(95)。
19.按權(quán)力要求18的小型集成加工中心，其特征在于所述插齒頭的滑柱(111)兩端都制有裝刀結(jié)構(gòu)。
20.按權(quán)力要求18的小型集成加工中心，其特征在于所述插齒頭的滑柱(111)和蝸輪芯(122)之間以滾珠花鍵連接，外花鍵套(113)與滑柱(111)或內(nèi)花鍵套與蝸輪芯(122)之間的接合面為錐面。
21.按權(quán)力要求18的小型集成加工中心，其特征在于所述插齒頭的殼體(110)通過軸承(125)(126)安裝到工具框架內(nèi)，讓刀運動通過下列措施之一實現(xiàn)A.軸承(125)，(126)為直線軸承，其內(nèi)外環(huán)(127)(128)相對的一面上制有平行滾道，B.插齒頭殼體(110)上安裝軸承(125)(126)的表面對滑柱(111)軸線偏心。
22.按權(quán)力要求1或其下2-19中任一項權(quán)力要求的小型集成加工中心，其特征在于所述可回轉(zhuǎn)多軸箱上裝有錐齒輪切齒裝置，其構(gòu)成為下列之一A.一個直齒錐齒輪刨齒頭或一個弧齒錐齒輪銑齒頭(165)安裝在可回轉(zhuǎn)多軸箱上的安裝面上，并從裝在該安裝面中心的一個動力軸上，或從單獨的動力源獲得動力。該直齒錐齒輪刨齒頭或弧齒錐齒輪銑齒頭上各裝有一個用于驅(qū)動其搖臺回轉(zhuǎn)的電腦控制T軸分度伺服機構(gòu)。B.在可回轉(zhuǎn)多軸箱上裝有一個由T軸伺服機構(gòu)驅(qū)動的分度轉(zhuǎn)盤，一個直齒錐齒輪刨齒附件或一個弧齒錐齒輪銑齒附件安裝在上述分轉(zhuǎn)度盤上，動力從裝在該分度轉(zhuǎn)盤中心的一個動力軸上或從單獨的動力源獲得，A和B項所述之單獨的動力源可以是電機，液壓馬達或氣動馬達，C.一個可卸的直齒錐齒輪刨齒附件(140)-(153)裝在插齒頭(94)的蝸輪芯(122)上，帶有刨刀的左右滑塊經(jīng)齒條與齒輪(141)聯(lián)動，(141)右端的大導(dǎo)程螺桿插在螺套(143)孔中，螺套(143)裝在滑柱(111)左端裝刀孔中，
23.按權(quán)力要求7的小型集成加工中心，其特征在于所述機械手裝在一個翻轉(zhuǎn)機構(gòu)(21)上。
24.按權(quán)力要求7的小型集成加工中心，其特征在于所述機械手上裝有至少兩對分別由動力驅(qū)動同步相向動作的手爪。
全文摘要
一種小型集成加工中心，利用一種裝有足夠多刀具和多種工作頭的工具框架，能自動上下料，并能在一次上下料中完成一個復(fù)雜機械零件的車，鉆，銑，制齒，淬火，磨削等全部加工以及測量，其工藝能力相當(dāng)于一個由數(shù)臺不同的加工中心，坐標(biāo)測量機和機器人組成的CIMS，并可免除已有CIMS中半成品在加工中心之間傳遞和重裝夾定位而引起的麻煩和精度損失。
文檔編號B23Q39/02GK1132675SQ9510074
公開日1996年10月9日 申請日期1995年2月6日 優(yōu)先權(quán)日1995年2月6日
發(fā)明者邵文遠 申請人:邵文遠