專利名稱：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(jī)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。
專利DE-PS3416660介紹了如下的車床鉛垂向下的工作主軸，驅(qū)動電機(jī)安裝在主軸箱上，工作卡盤位于工作主軸下端，刀盤位于工作主軸下方，主軸箱可沿鉛垂Z軸和水平X軸平移。平移行程的一端相應(yīng)于車削加工的進(jìn)給量，另一端一動至水平上料站，工件裝卸采用拾取式。其優(yōu)點是自動上料十分簡單，其X，Y，Z導(dǎo)軌均高于并遠(yuǎn)離加工區(qū)，導(dǎo)軌的防護(hù)很容易。
德國EMAG公司專利CN1080230A介紹的部件組合式加工中心采用了上述的鉛垂向下的工作主軸，及拾取式裝卸工件的方法。
按其從屬權(quán)利要求12，25，26的一個實施例，在機(jī)架的兩壁之間安裝了一個可回轉(zhuǎn)的軸，其上裝有一個安裝固定刀具的轉(zhuǎn)塔，和一個安裝旋轉(zhuǎn)刀具的轉(zhuǎn)塔，第二個轉(zhuǎn)塔上還裝有一個第二主軸，床頭箱除Z軸和X軸外，還能沿Y軸水平移動，這樣，該加工中心在一次裝夾中除能完成車削加工外，還可對工件進(jìn)行5自由度的鉆銑加工。利用第二主軸，還可進(jìn)行工件第二端的加工。
該實施例的缺點是1，因一種動力卡盤只能夾取一定范圍的工件毛坯，工件主軸不能自動更換卡盤意味著該加工中心只能對較小范圍的工件毛坯自動加工。由于卡盤朝下，也不便于對難于自動裝夾的工件實行人工輔助裝夾。
2，裝在回轉(zhuǎn)軸上的第二主軸和卡盤，雖然能自動夾取某些形狀的已加工一端的工件進(jìn)行第二端的加工，但工件第二端的加工無法利用轉(zhuǎn)塔上的刀具，而必須靠工件主軸卡盤中心的裝刀機(jī)構(gòu)從傳送帶上夾取刀具來進(jìn)行加工，即必須配置兩套不同的刀具系統(tǒng)。使用裝在卡盤中心的刀具進(jìn)行加工時必須當(dāng)心大直徑的卡盤與工件或別的刀具相碰。第二主軸不能自動更換卡盤也使一些工件無法自動進(jìn)行第二端的加工。
3，旋轉(zhuǎn)刀具呈幅射狀裝在轉(zhuǎn)塔上，如兩刀之間的夾角小于60度，則由于相鄰力具會發(fā)生干涉，不能以對工件軸線垂直或接近垂直的角度進(jìn)行加工。如要避免這種情形，除非大幅度增大轉(zhuǎn)塔直徑，或減小工件的最大尺寸。
另外，用轉(zhuǎn)塔上的同一刀具進(jìn)行平行于工件軸線的加工和垂直于工件軸線的加工，床頭箱必須具有很大的伸出量，該伸出量約等于轉(zhuǎn)塔上最長的刀具的回轉(zhuǎn)半徑加上工件的長度。對于最大尺寸200×270mm的工件，床頭箱的懸伸量將大于800mm。如此大的懸伸量將嚴(yán)重影響工件主軸的剛性。
4，只能進(jìn)行車削和鉆銑加工，進(jìn)一步的加工，如齒輪加工，花鍵和花鍵孔加工，淬火，磨削等只能靠機(jī)械手和搬運(yùn)裝置依次運(yùn)到第二，第三臺加工中心上去完成。對某些要求較高定位精度的工件或難于裝夾的工件，還必須設(shè)計制造專用的心軸或夾具才能在第二，第三臺加工中心上裝夾。
中國專利申請95100745.7提出了一種與轉(zhuǎn)塔式換刀或刀庫＋機(jī)械手式換刀不同的換刀和變換加工類型的機(jī)制，即用一個相對工件主軸在X、Y、Z三個方向受控移動的工具框架，其邊框上沿X或Y方向安裝多把固定刀具、旋轉(zhuǎn)刀具和其它加工裝置，如磨削裝置，切齒裝置，淬火裝置等，利用工具框架相對工件主軸箱在X方向或Y方向移動來實現(xiàn)自動換刀和更換加工類型。從而實現(xiàn)工件在一次裝夾中完成多種類型加工。
用專利申請95100746.7所述的工具框架來改進(jìn)發(fā)明CN 10800230A的刀具系統(tǒng)，可克服其換刀系統(tǒng)的缺點，并增強(qiáng)該加工中心的工藝能力，使一次上料完成全部加工成為可能。
本發(fā)明的目的是把上述三種發(fā)明的優(yōu)點結(jié)合起來，克服彼此的缺點，從而提供一種集成加工中心，它具有鉛垂的主軸，能自動從傳送帶上拾取工件毛坯或爪取予先裝夾有復(fù)雜工件的卡盤進(jìn)行加工，不用第二主軸而能進(jìn)行工件第二端的加工。它的工具框架上除安裝有足夠的內(nèi)外圓車刀，刨刀，插刀外，也可安裝足夠多的銑，鏜，鉆，鉸，功等旋轉(zhuǎn)刀具，所有刀具都能以任意角度對主軸上的工件進(jìn)行5維的加工，還可安裝插齒，拉削，錐齒輪切齒，珩磨剃齒，淬火，精磨等加工裝置和自動測量機(jī)構(gòu)，以保證能在一次上下料中完成一個典型機(jī)械另件的全部加工測量過程。
本發(fā)明實現(xiàn)目的的關(guān)鍵手段是(A)增設(shè)一個卡盤自動交換系統(tǒng)，它由裝在工件主軸內(nèi)部的一個卡盤自動抓取及驅(qū)動機(jī)構(gòu)，有統(tǒng)一接口的動力和非動力卡盤，和一個傳送帶構(gòu)成。這樣工件主軸利用卡盤自動爪取及驅(qū)動機(jī)構(gòu)能自動爪取卡盤，把卡盤拉緊在主軸端部的定位面上，并能驅(qū)動卡盤直接拾取傳送帶上的工件。
定位面可以是傳統(tǒng)的組合回轉(zhuǎn)面加切向定位鍵(或銷)，也可以是分別裝在主軸端面和卡盤后面的鼠齒盤，后者使卡盤的安裝有高的定位精度和剛性。
抓取機(jī)構(gòu)可采用類似NC機(jī)床主軸抓刀機(jī)構(gòu)的構(gòu)造，但反其意而用之，即以卡盤上凹的抓取孔和主軸上凸出的抓取元件接口，這樣卡盤可以平穩(wěn)放置在傳送帶或運(yùn)料車上，也便于人工裝夾。
抓取機(jī)構(gòu)也可采用類似照相機(jī)鏡頭卡口的構(gòu)造，即用外端帶有卡口的拉緊套來抓取制有卡口的卡盤后接盤。抓取時，工件主軸先要使拉緊套卡口對準(zhǔn)卡盤后接盤卡口插入，再轉(zhuǎn)一定角度把卡盤抓住，最后拉緊套拉緊卡盤。
拉緊的動力可取自一個經(jīng)減速器由馬達(dá)驅(qū)動的螺紋機(jī)構(gòu)，或取自一個液壓缸，或一組由液壓缸預(yù)壓縮的碟型壓縮彈簧。
為供應(yīng)卡盤夾取工件的動力，工件主軸端部設(shè)置有動力接口，動力接口可以是工件主軸中心的一個機(jī)械驅(qū)動軸，或是電源接頭，或是自封液壓接頭，或是氣源接頭。還可設(shè)置一個電信號接口，用于從裝在工件主軸端部的卡盤或其它裝置上獲取夾緊力或卡爪位置或其它反饋信號。
不同的卡盤具有相同的定位面，抓取接口和動力接口。爪式自定心卡盤夾取工件的動力可以直接地，或經(jīng)減速機(jī)構(gòu)取自機(jī)械動力接口，或取自卡盤內(nèi)裝的電機(jī)，或氣動馬達(dá)，或液壓馬達(dá)。彈簧脹套式，彈簧夾頭式或液形塑料式動力卡盤夾取工件的動力可取自一組壓縮的碟形彈簧。放松工件的動力可取自油缸，或氣缸，或主軸中心的一個頂桿?？ūP上可以設(shè)置電信號接口以便反饋夾緊力或卡爪位置信息。
工件主軸利用不同的卡盤可從傳送帶上直接拾取不同類型的工件毛坯。利用裝在傳送帶上部或側(cè)面的卡盤交換手，還可以把傳送帶上預(yù)先裝夾有工件的卡盤送交工件主軸抓取進(jìn)行加工。
空的或裝夾有工件的卡盤定位面朝下放在傳送帶的托盤上，它們被卡盤交換手從傳送帶上夾取，并翻轉(zhuǎn)180度，就可由工件主軸爪取。
為了進(jìn)行工件第二端的加工，主軸先把已完成一端的工件卸到被卡盤交換手夾取的第二卡盤上，讓其夾緊，再把第一卡盤脫卸，等卡盤交換手把第二卡盤翻轉(zhuǎn)180度再爪取第二卡盤，進(jìn)行工件第二端的加工。加工好的工件也卸到傳送帶上運(yùn)出。
如已加工完一端的工件用第二卡盤自動夾緊有困難，可以把該工件卸到傳送帶上送到機(jī)床外部，由工人輔助裝夾到第二卡盤上，再由傳送帶送入，并經(jīng)卡盤交換手交由主軸抓取進(jìn)行加工。
(B)固定或旋轉(zhuǎn)刀具的安裝不采用轉(zhuǎn)塔形式，而采用專利申請95100742.7所介紹的工具框架的形式。
按照工具框架的定義，專利CN10800230A所述加工中心的左右機(jī)架相當(dāng)于沿X-Z平面延展了的左右框邊，機(jī)架聯(lián)結(jié)構(gòu)件和傳送帶相當(dāng)于固定框邊，不同之處在于A.工具框架上裝有包括固定刀具和旋轉(zhuǎn)刀具的多種切削、加工、工作裝置。B.在工具框架上固定刀具和旋轉(zhuǎn)刀具平行安裝并沿Y或X軸線方向排列。
以這種形式布置刀具，可保證工件尺寸一定時，工具框架上能安裝足夠多的固定和旋轉(zhuǎn)刀具，而加工時相鄰刀具不會發(fā)生干涉。由于旋轉(zhuǎn)刀具主軸相互平行，工具框架內(nèi)部的傳動機(jī)構(gòu)較為簡單。
工件尺寸較大時，工具框架的可回轉(zhuǎn)多軸箱宜采用四棱柱形，旋轉(zhuǎn)刀具主軸在每個棱柱面上偏靠逆時針的一邊安裝，這樣，旋轉(zhuǎn)刀具從平行于工件主軸轉(zhuǎn)到垂直于工件主軸進(jìn)行加工時，主軸箱的懸伸量可以減小而提高了剛性。
在旋轉(zhuǎn)刀具的傳動系統(tǒng)中，裝有一個與電腦系統(tǒng)聯(lián)接的碼盤，它可使工件主軸與刀具同步回轉(zhuǎn)，以便用滾刀加工齒輪、蝸輪、花鍵軸等，也可實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)刀具的自動刃磨。
工具框架上的固定框邊或可回轉(zhuǎn)多軸箱上可以有選擇地安裝下列切削和工作裝置以在一次裝夾中完成多種類型的加工1，徑向和軸向固定刀具，可一次完成內(nèi)外圓車削，刨削，插削。
2，旋轉(zhuǎn)刀具，用于安裝鉆頭，鉸刀，絲攻，指型或盤型銑刀，鏜刀，進(jìn)行孔、平面、型面加工，或安裝滾齒刀，剃齒刀，珩磨輪，進(jìn)行齒輪加工。
3，大砂輪磨頭，可一次完成外圓柱，圓錐，端面，徑向凸輪的磨削，也可磨削平面，曲面，螺紋，齒輪等，4，小砂輪磨頭，可一次完成內(nèi)圓柱，圓錐，內(nèi)徑向凸輪的磨削，也可磨削平面，曲面，坐標(biāo)孔，模具曲線等，5，淬火裝置，可以是感應(yīng)淬火線圈，或火焰噴射槍，或激光發(fā)射裝置。后者還可用于激光打孔，切割，焊接等特種加工。
6，插削頭，可在圓柱或圓錐孔內(nèi)插削單鍵槽，雙鍵槽，花鍵槽，或插削特殊的平面，斜面，曲面。
7，插齒頭，用于加工內(nèi)齒輪或臺階齒輪，也可加工小錐度錐齒輪和插齒刀。在插齒頭滑柱兩端安裝不同的插齒刀，利用可回轉(zhuǎn)多軸箱回轉(zhuǎn)180度，或利用自動換刀機(jī)構(gòu)，可以一次加工內(nèi)外齒輪或不同參數(shù)的臺階齒輪。
8，錐齒輪刨齒頭和錐齒輪銑齒頭，可以用展成方式加工較精密的直、斜齒錐齒輪或弧齒錐齒輪。
9，電脈沖或電解加工電極，它與工具框架絕緣，并有電纜與電源相聯(lián)，有管路與工作液泵相通，用于對模具等特殊型狀工件進(jìn)行最終的修飾加工。
10，自動拉削裝置，可裝在機(jī)架外側(cè)，以便在加工過程中自動拉削圓孔、花鍵孔或特殊型孔。
11，線切割裝置，可加工工件內(nèi)孔或外部復(fù)雜型面。
12，工件測量頭，工件攝象頭，用于對工件-卡盤-主軸系統(tǒng)進(jìn)行觀察、測量。
另外，主軸箱端部裝有可伸出的刀具測量傳感器，和砂輪修整器，前者用于對新安裝調(diào)整的刀具及使用中的刀具自動進(jìn)行測量，后者用于自動修整砂輪。
回轉(zhuǎn)多軸箱上的所有刀具可回轉(zhuǎn)到工人便于觀察和安裝調(diào)整的位置，但本加工中心還可配一個機(jī)械手，用于自動換刀。最簡單的機(jī)械手具有與卡盤相同的接口，可以由工件主軸抓取，不用時放在傳送帶上，可利用主軸的X，Y，Z，C四軸控制進(jìn)行換刀和其它工作。
也可在主軸箱外側(cè)安裝一個能自動更換工具的多用途機(jī)械手，它可利用主軸的X，Y，Z，三軸控制，能從可換工具庫中自動抓取換刀手爪、換刀手指、刀具測量頭，砂輪修整器，攝象頭等進(jìn)行工作。
為實現(xiàn)刀具、工具的自動更換，每種工作裝置至少裝有一個工具、刀具自動裝卸機(jī)構(gòu)，所配所有工具、刀具帶有可換接柄。
為實現(xiàn)多品種單件齒輪的自動加工，插齒頭應(yīng)能實現(xiàn)切削行程自動調(diào)整和自動換刀，傘齒輪刨齒頭應(yīng)能實現(xiàn)刨刀行程、起始位置、齒角自動調(diào)整和自動換刀，傘齒輪銑齒頭應(yīng)能實現(xiàn)刀位自動調(diào)整和自動換刀。
加工中心上還可配一個自動刃磨頭，它具有與卡盤相同的接口，可以由工件主軸爪取，它的砂輪除能利用工件主軸的C軸分度伺服機(jī)構(gòu)繞C軸回轉(zhuǎn)外，還可由一個獨立的D軸伺服機(jī)構(gòu)控制繞對C軸及砂輪軸線垂直的軸線回轉(zhuǎn)，從而能以任意角度對固定刀具和旋轉(zhuǎn)刀具進(jìn)行自動刃磨復(fù)礪。
本發(fā)明的優(yōu)點是(1)由于工件主軸能自動更換卡盤，a.因此能自動裝夾更多類型的毛坯進(jìn)行加工，包括能自動抓取事先裝夾有復(fù)雜工件的卡盤或從其它加工中心傳來的裝夾有半成品工件的卡盤進(jìn)行加工。
b.借助于標(biāo)準(zhǔn)接口的卡盤，半成品工件在加工中心之間傳遞和重裝夾定位的過程可大大簡化，并容易保證第二，第三次裝夾定位的精度。
(2)加工中心上的傳送帶同時起到多種作用，a.毛坯和半成品的輸送裝置和緩沖庫，b.卡盤的輸送裝置和卡盤庫，c.刀具輸送裝置和刀具庫，d.人工輔助裝夾工件的工作臺，e.用鉛垂的工件主軸下端卡盤直接從傳送帶上拾取工件毛坯，節(jié)省了裝卸機(jī)械手，簡化了裝卸過程。
(3)集車削中心，鉆銑加工中心，激光加工中心，磨削中心，齒輪加工中心，拉床，淬火機(jī)床，坐標(biāo)測量機(jī)及裝卸機(jī)器人的功能于一身，為一單機(jī)CIMS，體積小，構(gòu)造簡單，造價低。
(4)也可把幾臺具有單一或部分功能的上述加工中心用傳送帶或其它工件、卡盤輸送機(jī)構(gòu)連接成一個FMS或CIMS。
下面結(jié)合附圖和實例對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的說明。


圖1是第一種卡盤自動抓取機(jī)構(gòu)和平面螺紋型動力卡盤的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。
圖2是第二種卡盤自動抓取機(jī)構(gòu)和楔型動力卡盤的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。
圖3是第三種卡盤自動抓取機(jī)構(gòu)及其它各型動力卡盤結(jié)構(gòu)圖。
圖4是一種用于加工中心的卡盤自動交換系統(tǒng)。
圖5是另一種卡盤自動交換系統(tǒng)。
圖6是用于水平主軸的卡盤自動交換系統(tǒng)。
圖7是用于鉛垂向上主軸的卡盤自動交換系統(tǒng)。
圖8是有卡盤自動交換系統(tǒng)的集成加工中心正面視圖和左剖面圖。
圖9是上述集成加工中心俯視圖。
圖10是上述集成加工中心齒輪切削裝置的結(jié)構(gòu)圖。
圖11是多用途機(jī)械手結(jié)構(gòu)及使用示意圖。
圖12是能自動裝卸刀具或工具的工作裝置的結(jié)構(gòu)圖。
圖13是第二種插齒頭結(jié)構(gòu)圖。
圖14是有自動換刀系統(tǒng)的集成加工中心正視圖和俯視圖。
圖15是有自動換刀系統(tǒng)的集成加工中心的左剖視圖及使用狀況示意圖。
圖16是上述集成加工中心的使用狀況示意圖。
圖1中，(01)是工件主軸，(02)是卡盤爪取機(jī)構(gòu)殼體，(03)是回轉(zhuǎn)定位面，(04)是切向定位鍵，(05)是抓取元件，(06)是卡盤夾緊驅(qū)動軸，傳動軸(06)經(jīng)齒圈(07)帶動諧波發(fā)生器(09)旋轉(zhuǎn)，使柔輪(10)的形狀周期變化，剛輪(11)對殼體(03)固定，而剛輪(12)可以旋轉(zhuǎn)，(11)和(12)相差很少齒數(shù)，這樣，從(09)到(12)的減速比可達(dá)100-300，力矩也得到相應(yīng)增大。(12)制有螺紋孔，與拉緊套(13)的外螺紋嚙合，(13)通過鍵或花鍵與殼體(03)連接，不可相對轉(zhuǎn)動但可軸向移動，多個爪取元件(05)繞卡盤軸線排成一周，并利用其凸起部(或凹下部)與拉緊套(13)軸向連接，在圖示位置，爪取元件頭部的分布直徑小于卡盤后接盤(21)通孔的直徑，因此可以進(jìn)出卡盤后接盤的通孔。隨著拉緊套(13)向上移動，爪取元件頭部后斜面沿變徑套(15)的錐面滑動，使其頭部的分布直徑逐漸變大，直至滑過變徑套(15)的錐面，到達(dá)圓柱面。此后爪取元件繼續(xù)向上移動，直到把卡盤緊緊拉牢在主軸端部的定位面上。如驅(qū)動軸反轉(zhuǎn)，則上述過程相反，將把卡盤放松并脫卸。圖中的推力軸承(16)用于平衡軸向拉緊力，并減小活動剛輪(12)對殼體(03)的磨擦力。變徑套(15)與殼體(03)固定或制成一體。(19)是電流接口。
(20)是一個動力卡盤，(22)是用于機(jī)械手定位的定位圈，(21)是卡盤后接盤，(23)是定位面，(24)是切向定位鍵槽。當(dāng)卡盤被工件主軸(01)抓取并拉緊后，利用主軸箱上端的一個氣缸(145)把驅(qū)動軸(06)向下推移一距離，齒圈(07)將與諧波發(fā)生器(09)的內(nèi)齒圈脫開，而齒圈(17)將在壓簧(18)的推動下與內(nèi)齒套(26)嚙合，并帶動諧波發(fā)生器(27)旋轉(zhuǎn)，(27)通過柔輪(28)，固定剛輪(29)使帶有平面螺紋的活動剛輪(30)以大力矩轉(zhuǎn)動。并使2--4個帶卡爪(32)的卡爪座(31)沿半徑同步向內(nèi)或向外移動。
(14)是一個防塵圈，用于防止切屑或雜物進(jìn)入定位面，當(dāng)主軸抓取或脫卸卡盤時，可以向主軸內(nèi)孔導(dǎo)入壓縮空氣，以便把定位面及防塵圈周圍表面上的雜物吹凈?？ūP后接盤(21)有一高于定位面的環(huán)形邊緣，用于防止定位面與放置卡盤的表面磨擦或接觸。(25)是一個電流接口，可用于反饋卡盤卡爪位置或其它被主軸抓取的裝置的座標(biāo)信息。
本動力卡盤的優(yōu)點是具有大的工作范圍，缺點是卡爪座和卡爪在高轉(zhuǎn)速時受到較大的離心力，因此主軸轉(zhuǎn)速不宜過高，圖2是一種楔塊式動力卡盤及卡盤自動抓取機(jī)構(gòu)，在該實施例中主軸的定位面(35)是一個鼠齒盤，它與卡盤后接盤上的定位鼠齒盤(36)嚙合，這種定位面可以保證高的同軸度和切向定位精度，并可轉(zhuǎn)遞大的扭矩。
圖中，卡爪座(37)上制有斜面，并以斜面與環(huán)形楔塊(38)上的楔形面嚙合，(38)內(nèi)孔制有螺紋，螺紋套(39)與之嚙合，(39)孔內(nèi)制有內(nèi)齒圈，可與驅(qū)動軸前端的齒圈(17)接合以便獲得動力。(39)的轉(zhuǎn)動，將推動楔塊(38)軸向移動，并導(dǎo)致卡爪座(37)及卡爪(32)的同步徑向移動。(40)是平衡塊，它通過杠桿(41)與卡爪座(37)連接，以消除高速轉(zhuǎn)動時離心力對卡爪及卡爪座的影響。
驅(qū)動軸(06)由裝在主軸后部的一個帶減速器的電機(jī)驅(qū)動，在圖示位置驅(qū)動軸(06)上的齒圈(07)由壓簧(18)推動與內(nèi)齒輪(33)嚙合，從而驅(qū)動內(nèi)螺紋圈(34)轉(zhuǎn)動，外螺紋圈(13)上端與(34)嚙合，下部經(jīng)齒圈，或花鍵或平鍵與抓取機(jī)構(gòu)殼體(3)連接，可相對(3)軸向移動但不能轉(zhuǎn)動。(34)的轉(zhuǎn)動使(13)上下平移，并帶動排成一圈的抓取元件(05)向上移動。在圖示位置，抓取元件(05)的分布外徑小于卡盤后接盤(21)的孔徑，應(yīng)而可伸入卡盤后端孔內(nèi)，隨著(13)的上移，變徑套(15)的錐面使抓取元件(05)的分布直徑變大，從而抓住卡盤，抓取元件(05)繼續(xù)上移，直到把卡盤拉緊在主軸定位面(35)上。
驅(qū)動軸(06)從圖示位置向下移動，將使齒圈(07)脫離齒輪(33)，而使齒圈(17)和卡盤中螺紋套(39)中的內(nèi)齒輪(40)嚙合，從而可以驅(qū)動卡爪的張合。
加工中心也可同時配備上述兩種不同的動力卡盤，為此兩種動力卡盤應(yīng)采用統(tǒng)一的定位面及接口，卡盤抓取機(jī)構(gòu)采用第二種，第一種卡盤的減速器不用或改為小減速比的行星減速器。
上述兩種動力卡盤及卡盤自動抓取機(jī)構(gòu)的優(yōu)點是1，卡盤抓取機(jī)構(gòu)及卡盤夾緊動力取自同一個裝在主軸中心的驅(qū)動軸，2，卡盤夾緊及主軸的抓取均能可靠自鎖，使主軸能連同所裝夾的工件抓取或脫卸卡盤。
圖3A是一種卡口式卡盤自動抓取機(jī)構(gòu)。(45)是一個帶內(nèi)卡口的拉緊套，碟形彈簧組(46)以100-200KN的彈力把拉緊套向內(nèi)拉。拉緊套的左端和導(dǎo)向套(47)構(gòu)成一個油缸，當(dāng)其油腔(48)引入壓力油，液壓力將克服彈簧力，使拉緊套的卡口(49)向外伸出。當(dāng)主軸要抓取卡盤時，油腔(48)通入壓力油，拉緊套卡口伸出，同時主軸轉(zhuǎn)到指定角度，在該角度，主軸拉緊套內(nèi)卡口與卡盤后緣外卡口應(yīng)正好凹凸相對，然后主軸向卡盤運(yùn)動，使拉緊套內(nèi)卡口通過卡盤后緣外卡口，接著主軸回轉(zhuǎn)相當(dāng)于180/n的角度，(n＝卡口數(shù))。最后，油腔(48)卸壓，碟形彈簧通過拉緊套把卡盤拉緊在主軸定位面上。(50)是自封液壓接頭，用作動力接口驅(qū)動卡盤的夾緊機(jī)構(gòu)。
除自定心動力卡盤外，還可使用多種形式的動力卡盤，及非動力卡盤進(jìn)行工作。
圖3B是一個彈簧夾頭式動力卡盤。碟形彈簧組(51)把錐形套(52)向右壓，使右端被螺帽(54)擋住的彈簧夾頭(53)徑向收縮，從而夾住其中的工件。從接頭(55)通入壓力油，油腔(56)充油將把錐形套(52)拉向左側(cè)而把彈簧夾頭放松。
圖3C中碟形彈簧用另一個油腔(57)來代替。圖中錐形套(52)，夾頭體(60)，導(dǎo)向套(58)構(gòu)成一個雙作用油缸，向接頭(59)注油，彈簧夾頭夾緊，向接頭(55)注油，彈簧夾頭放松。螺帽和夾頭體可以是螺紋連接，也可是卡口連接。鋼球(61)使彈簧夾頭(53)和螺帽(54)連在一起，從可實現(xiàn)彈簧夾頭自動更換。
圖3D所示動力卡盤與上圖相反，用于夾緊工件內(nèi)孔。彈簧脹套(65)套在錐形套(66)外，并用螺帽(67)軸向連接在拉桿(68)的右端，碟形彈簧組(69)把拉桿向左拉，并通過螺帽使彈簧脹套(65)沿錐形套(66)的表面向左移動，而使彈簧脹套外徑脹大，把工件夾緊。向接頭(55)通入壓力油，把與拉桿一體的活塞向右推，就可把工件放松。螺帽(67)與拉桿也可采用卡口連接。鋼球使螺帽能向右拉出彈簧脹套?？蓪崿F(xiàn)彈簧脹套的自動更換。彈簧脹套的更換過程與彈簧夾頭相似。
圖3E所示卡盤不用液壓機(jī)構(gòu)，而利用主軸中心的驅(qū)動軸(06)的軸向移動把拉桿(68)向右頂出而放松工件。在這種情況下，驅(qū)動軸也可用一個只作軸向移動的頂桿代替。
圖3F卡盤采用了液形塑料夾緊裝置。碟形彈簧組(51)把柱塞(70)向右壓，使封閉空間中的液形塑料的壓力升高，該壓力導(dǎo)致套(71)上的薄壁部分變形脹大，從而夾緊套在其上的工件。從接頭(55)注入壓力油，將把活塞(72)連同柱塞(70)向左拉，使液形塑料中壓力降低，使套(71)的變形恢復(fù)，松開工件。更換不同的液性塑料夾具(73)可裝夾不同尺寸形狀的工件。
放置彈簧夾頭等的夾具庫(75)可以裝在傳送帶上或工件主軸活動區(qū)內(nèi)的某固定構(gòu)架上。
更換彈簧夾頭的過程如下a.主軸把夾頭螺帽(54)對準(zhǔn)夾具庫的空位插入；b.主軸反時針轉(zhuǎn)動，夾具庫非圓形的孔使夾頭螺帽不能轉(zhuǎn)動，因而把螺帽連同彈簧夾頭擰出并脫卸在夾具庫中；c.主軸移動并對準(zhǔn)要換的彈簧夾頭插入，彈簧(76)使夾頭螺帽壓在夾頭體的螺紋上；d.主軸順時針轉(zhuǎn)動，使不能轉(zhuǎn)動的夾頭螺帽旋入夾頭體的外螺紋，直至擰緊力矩達(dá)到定值后主軸停止；c.主軸抽出。更換彈簧脹套(65)的過程與此相似。
圖4是一種用于加工中心的卡盤自動交換系統(tǒng)。這種加工中心的主軸(01)鉛垂向下安裝，并能相對機(jī)架在X，Y，Z三個方向移動。在其左右墻(80)(81)的中部開有窗孔(84)，一條傳送帶(94)從窗孔和前后構(gòu)架(82)，(83)之間的空間穿過，該空間位于主軸移動的范圍之內(nèi)，所以主軸利用其卡盤(20)可以從傳送帶上直接抓取毛坯(85)，或把加工好的工件卸到傳送帶上送出。傳送帶可以是鏈?zhǔn)?，或輥式。鏈?zhǔn)絺魉蛶в涉湷梢淮亩鄠€托盤(86)構(gòu)成，每個托盤中心有通孔，兩端由銷軸(87)和鏈板(88)與其它托盤相連。托盤通過其底部的滑塊或滾輪在底座(89)上滑動。整個傳送帶的運(yùn)動由大鏈輪(140)驅(qū)動。托盤上可安放卡盤，或工件，或毛坯，或備換刀具和砂輪，或能為主軸抓取的其它裝置。
在傳送帶上部，還裝有一個卡盤交換手，它由卡盤架(90)，夾爪(91)，回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(92)所構(gòu)成，夾爪(91)用于夾緊或放開卡盤，回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(92)用于把卡盤架準(zhǔn)確地翻轉(zhuǎn)180度。油缸(93)用于驅(qū)動夾爪。
在傳送帶下部，正對卡盤交換手所夾卡盤的中心，還裝有一個卡盤爪夾緊驅(qū)動機(jī)構(gòu)，它有一個可以升降的驅(qū)動軸(95)，該軸由馬達(dá)(96)驅(qū)動回轉(zhuǎn)，由油缸(97)推動升降。驅(qū)動軸(95)上端有一個由彈簧推出的離合齒圈(98)，可以和卡盤后部的卡爪驅(qū)動機(jī)構(gòu)內(nèi)齒圈(26)或(40)結(jié)合以驅(qū)動卡爪夾緊或松開工件。
該驅(qū)動軸(95)的另一個作用，是把卡盤從傳送帶的托盤上頂起，推入卡盤交換手卡盤架(90)的定位面中，或把卡盤架中的卡盤接下，放到傳送帶托盤上。
在后構(gòu)架(83)上部，還裝有一個卡盤暫存架(99)，用于存放暫時不用的卡盤。
在工件一端已加工好，需要加工第二端時，工件主軸先把工件卸放到被卡盤交換手夾緊的第二卡盤上，再用驅(qū)動軸(95)驅(qū)動第二卡盤把工件夾緊，然后驅(qū)動軸降下，卡盤交換手把第二卡盤翻轉(zhuǎn)180度，工件主軸把第一卡盤臨時卸到暫存架(99)上，然后工件主軸對準(zhǔn)并抓取第二卡盤，開始工件第二端的加工。
通過卡盤交換手和可升降的驅(qū)動軸(95)，工件主軸可以方便地把不用的卡盤面朝下地放到傳送帶托盤上，或把傳送帶上的任意一個卡盤裝到工件主軸上?？ūP面朝下放置不管裝夾有什么樣的工件都能保證穩(wěn)定，又能防止灰塵落在卡盤定位面上而影響定位精度，而且便于操作者對復(fù)雜工件進(jìn)行人工輔助裝夾。
對于一般形狀的工件或毛坯，工件主軸利用其動力卡盤，可以直接從傳送帶上拾取，或把加工好的工件直接放到傳送帶上送出。
圖5A是另一種卡盤交換手，它的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(92)裝在卡盤架的一側(cè)，卡盤架(90)上有按120度安置的三個夾爪(101)和(102)，中夾爪(101)由油缸(103)直接驅(qū)動，左右夾爪(102)經(jīng)銷軸(104)與拉桿(105)連接，(105)通過杠桿(106)與中夾爪(101)聯(lián)動，從而實現(xiàn)同步動作。拉桿(105)移動時，(102)與卡盤架(90)的斜面作用，而產(chǎn)生繞軸(104)的擺動，擴(kuò)大了(102)的活動范圍，既保證三爪同時夾緊卡盤，又保證本機(jī)構(gòu)回轉(zhuǎn)時左右夾爪不接觸卡盤體。用偏心的銷軸(107)可調(diào)整所夾卡盤的中心位置。這種卡盤交換手可直接從傳送帶上夾取卡盤，不須借助驅(qū)動軸把卡盤頂起。
圖5B說明工件主軸直接從傳送帶拾取毛坯的情形。
圖5C說明工件主軸把已加工好一端的工件卸放到第二卡盤上，驅(qū)動軸(95)升起驅(qū)動卡盤把工件夾緊。
圖5D說明如工件第二端的加工必須以加工好的圓孔，或錐孔，或花鍵孔等定位夾緊才能進(jìn)行，可以先在第二卡盤上加工帶螺紋端的專用定位心軸(108)，然后主軸把第二卡盤脫卸在卡盤交換手上，再抓取第一卡盤并拾取工件毛坯進(jìn)行加工，等工件定位孔加工好后就可把它裝到已翻轉(zhuǎn)180度的第二卡盤的專用心軸上，再用空的第一卡盤或換用卡盤狀機(jī)械手(109)夾取螺帽(110)把工件擰緊在心軸上，最后主軸再換取裝夾有工件的第二卡盤進(jìn)行加工。
圖5E說明工件主軸即將抓取已翻轉(zhuǎn)180度的夾有半成品工件的第二卡盤。
圖5F說明傳送帶可以用自動運(yùn)料車(111)代替。這將使加工中心有更高的柔性。
除了用于工件主軸鉛垂向下的加工中心以外，上述的卡盤自動交換系統(tǒng)也可用于工件主軸水平的機(jī)床或加工中心。
圖6說明了一種用于工件主軸水平的機(jī)床或加工中心的卡盤自動交換系統(tǒng)，圖6A中，工件主軸(01)水平布置，主軸箱可相對卡盤交換手沿Z軸運(yùn)動，卡盤交換手水平時可直接從傳送帶(94)上夾取卡盤，它回轉(zhuǎn)90度后，利用主軸箱的Z向相對運(yùn)動，主軸(01)可以抓取卡盤。
圖6B中，自動運(yùn)料車(112)代替了傳送帶，卡盤交換手上除有回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(92)外，還增加了一個回轉(zhuǎn)軸對Z軸平行的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(113)，當(dāng)卡盤交換機(jī)構(gòu)從運(yùn)料車上夾取卡盤，并回轉(zhuǎn)90度后，回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(113)使卡盤向前擺動到與主軸軸線重合的位置，再通過卡盤交換手相對工件主軸沿Z軸的移動，工件主軸就可抓取卡盤。卡盤交換手也可直接裝在運(yùn)料車(112)上，這樣卡盤交換手沿Z軸的移動可利用運(yùn)料車的行走實現(xiàn)。運(yùn)料車借助固定在機(jī)床一側(cè)的導(dǎo)向裝置(114)引入交換卡盤的準(zhǔn)確位置，并沿(114)作Z向的移動。
圖7說明了一種用于工件主軸鉛垂向上的機(jī)床或加工中心的卡盤自動交換系統(tǒng)，圖7A中，(01)是鉛垂向上的工件主軸，卡盤交換手的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(92)的軸線對Z軸平行，并增加一個升降機(jī)構(gòu)(115)。當(dāng)卡盤交換手從運(yùn)料車(112)上夾起卡盤后，利用(115)向上升起，再利用(92)回轉(zhuǎn)到卡盤與工件主軸軸線重合的位置然后把卡盤向下降落到工件主軸端面，讓其抓緊。運(yùn)料車靠導(dǎo)向裝置(114)引入交換卡盤的定位位置。
圖7B中，卡盤交換手上帶有兩付卡盤架及夾爪，因此可一次完成卡盤的卸和裝的過程。
圖8，9說明了帶有自動卡盤交換系統(tǒng)的一種集成加工中心整體布局，圖中左右墻(80)(81)由前后構(gòu)件(82)，(83)連成一個整體，左右機(jī)架頂部各鋪設(shè)一條X向滾珠導(dǎo)軌(116)(117)，并裝有滾珠絲杠(118)(119)，兩個滾珠絲杠由軸(120)聯(lián)動，由X軸伺服機(jī)構(gòu)(121)同步驅(qū)動。橫梁(122)兩端底部固定有滾珠滑塊(123)(124)及滾珠螺母，因此橫梁(122)能在X向滾珠導(dǎo)軌上滑動并受滾珠絲杠及X軸伺服電機(jī)控制。橫梁頂部裝有Y向?qū)к?125)(126)，滾珠絲杠(127)和Y軸伺服電機(jī)(128)，滑塊(129)以其底部的滾珠滑塊(130)(131)在導(dǎo)軌(125)(126)上沿Y向滑動并受Y軸伺服電機(jī)(128)及其滾珠絲杠(127)控制。
(100)是主軸箱，其中裝有工件主軸(01)，其外部對軸線平行地裝有Z向滾珠導(dǎo)軌(132)(133)，滾珠絲杠(134)和Z軸伺服電機(jī)(135)，滾珠滑塊(136)(137)鉛垂地固定在滑塊(129)的前面，因而主軸箱(01)能沿Z軸上下滑動并受Z軸伺服電機(jī)及滾珠絲杠(134)的控制。(138)是平衡油缸，用于平衡主軸箱組件的重力。上述X，Y，Z向?qū)к壐币部捎没瑒訉?dǎo)軌或靜壓導(dǎo)軌。
平行于X，Y，Z導(dǎo)軌安裝有精密直線位移檢測器，它們可以是光柵尺，或感應(yīng)同步器，或磁尺等。但也可以不用直線位移檢測器，而用裝在滾珠絲杠或伺服電機(jī)上的碼盤來實現(xiàn)直線位置反饋。
工件主軸由主電機(jī)(139)驅(qū)動，主電機(jī)(139)也可與主軸(01)制成一體，即主軸電機(jī)，安裝在主軸箱內(nèi)部。主軸(01)上裝有高分辨率的碼盤，該碼盤和主電機(jī)(139)及伺服電路形成一個C軸伺服系統(tǒng)，以實現(xiàn)工件主軸的伺服控制。C軸控制也可不用碼盤和主電機(jī)，而用一個可以與主軸結(jié)合和脫開的分度機(jī)構(gòu)及一個驅(qū)動該分度機(jī)構(gòu)的C軸伺服機(jī)構(gòu)來實現(xiàn)工件主軸的C軸伺服控制。
工件主軸下端裝有一個卡盤自動抓取裝置，用于自動更換卡盤。左右機(jī)架的中部設(shè)有窗口(84)，一條傳送帶從窗口和前后構(gòu)件(82)，(83)之間的空間穿過，并在機(jī)架后部閉合形成一個環(huán)路。
在左右墻(80)(81)前部內(nèi)壁之間，裝有一個可回轉(zhuǎn)多軸箱(150)，其回轉(zhuǎn)軸A軸對Y軸平行，該可回轉(zhuǎn)多軸箱由A軸伺服機(jī)構(gòu)(151)驅(qū)動回轉(zhuǎn)，并由夾緊機(jī)構(gòu)夾緊。在可回轉(zhuǎn)多軸箱的四個棱面上和工具框架的其它部位，裝有多種刀具，切削裝置和工作裝置，如徑向固定刀具，軸向固定刀具，旋轉(zhuǎn)刀具，大砂輪磨頭，小砂輪磨頭，激光加工裝置，工件測量裝置，插齒裝置，傘齒輪刨齒，銑齒裝置等，并利用工件主軸相對于工具框架在X，Y軸的移動來實現(xiàn)刀具和加工類型的自動更換。
(152)是軸向固定刀座，主要用于安裝內(nèi)孔車刀，鉆頭，絞刀，絲攻，板牙，內(nèi)孔珩磨頭，內(nèi)孔壓光刀等，以車床方式加工工件中心孔。它們沿A軸排成一行，每兩把刀之間的距離為S1＝(D＋d)/2＋δ，D-工件最大直徑，d-相鄰刀桿平均直徑，δ-工件與相鄰刀桿的間隙。X向為徑向進(jìn)刀方向。
除了一般的車削加工外，利用C-X軸插補(bǔ)，可以車削內(nèi)圓凸輪，利用C-Z軸插補(bǔ)，可以車削曲線油槽，利用C-X-Z軸插補(bǔ)，可車削內(nèi)孔錐螺紋，變距螺紋，及鏟車板牙。
刀座(152)上還可安裝插刀，插削行程，終點位置，切削速度，回程速度均可由Z軸自動控制，利用X軸還可實現(xiàn)回程讓刀。除一般的插削加工外，利用Z-X插補(bǔ)，可以插削錐孔健槽或曲線槽，利用C軸分度，可加工花鍵孔或內(nèi)齒輪，利用C-X插補(bǔ)，可加工內(nèi)圓凸輪。
(153)是徑向固定刀座，主要用于安裝外圓車刀，滾花刀，壓光刀，外圓珩磨工具等，以車床方式加工工件外圓或端面。它們沿A軸排成一行，每兩把刀具之間的距離為S2＝D/2＋B＋δ，B-車刀桿的厚度。X向為徑向進(jìn)刀方向。
除了一般的車削加工外，利用C-Z軸插補(bǔ)，可以車削軸向凸輪，利用C-X軸插補(bǔ)，可以車削徑向凸輪，或鏟車銑刀，利用C-X-Z軸插補(bǔ)，可車削外錐螺紋，變距螺紋，及鏟車絲攻或滾刀。
徑向固定刀座(153)高出多軸箱(150)棱面一定距離，并與棱面傾斜一定角度，其目的是1.減小外圓車削時主軸箱的懸伸量，以提高剛性。2.避免加工時工件和相鄰刀具發(fā)生干涉。圖9B說明了這一目的。
刀座(153)上也可安裝刨刀，刨削行程，終點位置，刨削速度，回程速度均可由Z軸自動控制。除一般的刨削加工外，利用C軸分度，可加工花鍵、齒輪，或任意分度工件，如安裝刻線刀可進(jìn)行圓或直線刻線。利用C-X或X-Y插補(bǔ)，可刨削母線對Z軸平行的任意曲面。利用Z-X-Y或Z-X-C插補(bǔ)，可刨削斜面或曲面；如安裝直邊齒形刨刀或齒條形梳刀并利用C-Z-Y插補(bǔ)可進(jìn)行斜齒或人字齒輪的展成法加工。
(154)是旋轉(zhuǎn)刀具主軸，主要用于安裝端銑刀，指形銑刀，盤形銑刀，各型鉆頭，鏜刀，絞刀，絲攻等旋轉(zhuǎn)刀具，以鉆銑鏜床的方式進(jìn)行加工。它們在多軸箱(150)的三個棱面上各安裝一排，共三排12把(或更多)，每兩個主軸之間的距離為S3＝D＋dl＋δ。dl-兩個旋轉(zhuǎn)刀具的平均直徑。
旋轉(zhuǎn)刀具主軸在每個棱面上靠逆時針方向的邊緣安裝，目的是使這些刀具從對工件軸線平行轉(zhuǎn)到對工件軸線垂直地進(jìn)行加工時主軸的懸伸量比較小。
利用A軸伺服系統(tǒng)控制多軸箱(150)的回轉(zhuǎn)角度，所有旋轉(zhuǎn)刀具可以以任意角度對工件進(jìn)行加工。
所有旋轉(zhuǎn)刀具主軸經(jīng)傳動系統(tǒng)由電機(jī)(155)驅(qū)動，傳動系統(tǒng)中，或電機(jī)(155)上，或至少一個旋轉(zhuǎn)刀具主軸上裝有一個R軸碼盤，用于確定旋轉(zhuǎn)刀具的角位置。碼盤的信號送到控制系統(tǒng)可實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)刀具與工件主軸(C軸)的比例同步回轉(zhuǎn)，以便安裝滾齒刀加工直、斜齒輪，蝸輪，花鍵軸等。
R軸碼盤的信號也可用于控制電機(jī)(155)，以實現(xiàn)所有旋轉(zhuǎn)刀具的的角度伺服控制，從而便于旋轉(zhuǎn)刀具自動測量和自動刃磨。
12把旋轉(zhuǎn)刀具使本加工中心具有一臺5坐標(biāo)5面鉆銑加工中心的全部功能，此外，利用第二卡盤及工件主軸自動更換卡盤的功能，本加工中心還能加工第6面；(156)是大砂輪磨頭，砂輪軸的兩端可安裝兩個不同規(guī)格的砂輪以適應(yīng)不同加工的需要。砂輪軸上還可安裝砂輪自動平衡裝置以實現(xiàn)砂輪自動平衡，提高磨削質(zhì)量。
除一般外圓磨床，平面磨床的功能以外，利用A，Z，X三軸控制，可以一次快速磨削多個圓柱圓錐面，利用C-X插補(bǔ)，可以磨削外徑向凸輪，利用C-Z-Y插補(bǔ)，可以磨削外螺紋，外錐度螺紋，變距螺紋，或鏟磨絲攻、滾刀，利用X，Y，Z，C四軸控制，可以以各種角度磨削平面，曲面。用主軸箱下端的砂輪修整器(157)，利用Z-X插補(bǔ)對砂輪進(jìn)行直線，斜線或曲線修整，從而能磨削更復(fù)雜的型面。本加工中心的磨削功能相當(dāng)于5坐標(biāo)磨削中心，能在一次裝夾中進(jìn)行高位置精度的5面磨削，如利用第二卡盤裝夾已加工端則可完成第六面加工。
(158)是小砂輪磨頭，磨頭主軸可和馬達(dá)制成一體，馬達(dá)可以由電機(jī)或液壓馬達(dá)或氣壓馬達(dá)驅(qū)動。如需要，可在回轉(zhuǎn)多軸箱上其它位置安裝多個小砂輪磨頭。
除一般內(nèi)圓磨床的功能外，利用A，Z，X三軸控制可一次磨削同軸的多個圓柱圓錐面，利用C-X插補(bǔ)可以磨削內(nèi)徑向凸輪，利用C-Y-Z插補(bǔ)，可以磨削內(nèi)螺紋，內(nèi)錐度螺紋，變距螺紋，或鏟磨板牙，利用X，Y，Z，C四軸控制，可以以各種角度磨削孔內(nèi)或槽內(nèi)的平面，曲面，以及進(jìn)行坐標(biāo)孔的行星磨削和坐標(biāo)曲線的磨削。
(159)是激光發(fā)射頭，主要用于激光淬火，也可用于打孔，切割，雕刻，打標(biāo)等多種用途。激光束由激光器(160)產(chǎn)生，并經(jīng)反射鏡組引到激光發(fā)射頭聚焦射出。(161)是吸光涂料噴咀，用于對要淬火的工件表面進(jìn)行預(yù)處理以提高對紅外激光的吸收率。
更換不同的激光發(fā)射頭和改變激光束的特性、功率，并利用X，Y，Z，A，C五軸控制，可以在工件任意表面進(jìn)行淬火、焊接、打孔、切割、雕刻、打標(biāo)、刻線等多種加工。
低成本的集成加工中心也可采用火焰噴頭代替激光發(fā)射頭。火焰噴頭上除有火焰噴嘴外，還帶有電子點火裝置，燃?xì)夂脱鯕饨?jīng)管路由電磁氣閥控制。這樣火焰的狀態(tài)以及點燃，熄滅均可由程序控制。噴頭上還裝有冷卻液噴咀，以對已加熱的表面進(jìn)行淬火。利用X，Y，Z，A，C五軸控制，不但可對工件各種型面進(jìn)行淬火，還可進(jìn)行曲線切割、焊接。
圖10說明了插齒，刨齒，銑齒裝置的結(jié)構(gòu)。
插齒頭刀軸(166)經(jīng)軸承安裝在可回轉(zhuǎn)多軸箱(150)的中部，其一端裝有分度蝸輪(167)，與其嚙合的蝸桿(169)由S軸伺服機(jī)構(gòu)(165)驅(qū)動回轉(zhuǎn)。S軸伺服機(jī)構(gòu)可以由步進(jìn)電機(jī)，或由帶有碼盤的伺服電機(jī)構(gòu)成，碼盤可裝在蝸輪上，或蝸桿上，或電機(jī)軸上。插齒刀(168)通過刀柄直接安裝在刀軸(166)的裝刀孔中。
工作時，插齒刀和工件的展成運(yùn)動由S-C軸聯(lián)動實現(xiàn)。插齒刀相對工件切削運(yùn)動的終點位置，切削行程，切削速度，回程速度均由Z軸控制。插齒刀相對工件的徑向進(jìn)給和讓刀運(yùn)動由Y軸控制。此外，利用Y-Z軸插補(bǔ)，可加工鼓形齒，可回轉(zhuǎn)多軸箱回轉(zhuǎn)一小角度可加工小錐角錐齒輪；利用C-Z或S-Z插補(bǔ)，可加工螺旋齒輪；利用S-Y-C軸插補(bǔ)，可以加工非圓齒輪；加長插齒刀刀桿可加工特寬齒輪。
在刀軸(166)的另一端還可安裝第二把插齒刀，多軸箱回轉(zhuǎn)180度即可實現(xiàn)自動換刀，從而能在一次裝夾中完成不同模數(shù)的臺階齒或內(nèi)外齒面的加工。
與已有插齒機(jī)床不同之處在于插齒前所有調(diào)整工作，如換刀，按展成滾比配掛齒輪，按螺旋角更換插刀軸導(dǎo)軌，調(diào)整切削行程，切削終點，切削速度，對刀等均不必人工操作，而全由軟件控制C，S，Z，Y等軸自動完成。并能在一個工件上進(jìn)行多個不同齒面的加工。
該插齒頭結(jié)構(gòu)十分簡單但具有很高的柔性，其不足之處在于因Z，Y軸運(yùn)動慣量較大，不宜采用高的切削速度，因此主要適合于不要求高切削效率的單件多品種齒輪的加工。
(170)是一個冷齒輪刨齒頭，其底座固定在可回轉(zhuǎn)多軸箱(150)上，搖臺(171)通過分度蝸輪、蝸桿副(172)(173)由一個T軸伺服機(jī)構(gòu)(174)驅(qū)動回轉(zhuǎn)。左右扇形導(dǎo)軌(175)(176)可繞搖臺中心回轉(zhuǎn)一定角度并可固定在搖臺上。左右滑塊(177)(178)可在扇形導(dǎo)軌中直線滑動。左右刨刀(179)(180)通過各自的刀座(181)(182)裝在左右滑塊的抬刀機(jī)構(gòu)(183)(184)上。位于搖臺中心的偏心軸(185)通過電磁離合器(186)與多軸箱中的動力傳動系統(tǒng)連接。當(dāng)(186)結(jié)合時，偏心軸(185)回轉(zhuǎn)，其上偏心距可調(diào)的偏心銷(187)通過連桿(188)使擺盤(189)往復(fù)擺動，擺盤又通過左右拉桿(190)(191)驅(qū)動左右滑塊(177)(178)并帶動左右刨刀作往復(fù)相向運(yùn)動。
工作時，工件和搖臺的同步展成運(yùn)動及搖臺擺動由C-T軸插補(bǔ)聯(lián)動實現(xiàn)，工件分齒運(yùn)動由C軸控制，工件根錐角由A軸控制，工件相對刨刀的位置可由工件測量傳感器(195)及刀具測量傳感器(199)測量，并用Z-X軸自動調(diào)整，進(jìn)給切入運(yùn)動由Z-X軸控制。所有的調(diào)整工作均可直接根據(jù)齒輪數(shù)據(jù)和加工方式由軟件自動計算并控制各軸伺服系統(tǒng)自動完成。由于取消了傳統(tǒng)刨齒機(jī)中由多對圓柱和圓錐傘齒輪副構(gòu)成的傳動系統(tǒng)，本刨齒裝置將達(dá)到較高的精度。齒輪的粗切可以在旋轉(zhuǎn)刀具主軸上安裝盤形銑刀預(yù)先進(jìn)行。
本刨齒裝置的不足之處在于左右扇形導(dǎo)軌的安裝角，刨刀的終點位置和刨刀行程調(diào)整，及刨刀的更換還需要人工操作。
(200)是傘齒輪銑齒頭，其底座及搖臺分度機(jī)構(gòu)與傘齒輪刨齒頭的相同，在搖臺(201)上偏心地裝有一個轉(zhuǎn)鼓(202)，其上偏心地裝有銑刀主軸(203)，該主軸通過齒輪(204)(205)與鼓輪中心的傳動軸(206)聯(lián)動，傳動軸(206)又通過齒輪(207)(208)與軸(209)聯(lián)動，軸(209)位于搖臺中心，并通過電磁離合器(190)與多軸箱內(nèi)的動力傳動系統(tǒng)相聯(lián)。
與刨齒頭類似地，工件和搖臺的同步展成運(yùn)動，搖臺擺動，工件分齒運(yùn)動，進(jìn)給切入運(yùn)動，以及工件根錐角的調(diào)整，工件相對銑刀盤的位置的調(diào)整均可直接根據(jù)齒輪數(shù)據(jù)和加工方式由軟件自動計算并控制各軸伺服系統(tǒng)自動完成。
本銑齒裝置的缺點是刀位的調(diào)整，即轉(zhuǎn)鼓(202)的回轉(zhuǎn)，以及刀盤的更換還需要人工進(jìn)行操作。
在旋轉(zhuǎn)刀具主軸上還可安裝剃齒刀或珩齒輪進(jìn)行齒輪的剃齒或珩磨加工。剃齒或珩磨時，刀具對工件軸線的傾角由A軸控制，用工件主軸的回轉(zhuǎn)實現(xiàn)切削，由工件的Z向往復(fù)運(yùn)動實現(xiàn)軸向進(jìn)給，控制Y軸實現(xiàn)徑向進(jìn)給，利用Z-Y軸聯(lián)動可實現(xiàn)鼓形齒加工，Z-X軸聯(lián)動，使工件有一個沿刀具軸線的斜向附加移動，可使剃刀齒或珩輪全寬磨損均勻。
(195)是工件測量頭，由于安裝在可回轉(zhuǎn)多軸箱上，可以以不同的角度對工件進(jìn)行測量，測量頭垂直時可測量工件內(nèi)孔或偏心的軸向孔，測量頭水平時可以測量工件外圓及外圓上的溝，槽，孔，測量頭傾斜時可以測量工件上的斜面斜孔。采用Y向為測量方向可減少多軸箱的回轉(zhuǎn)誤差對測量精度的影響。
另一個工件測量頭(196)直接安裝在某固定構(gòu)架上，因此可有較高的測量精度。
工件攝象頭(198)可用于檢查工件的外形或卡盤、夾具的狀況。
裝在主軸箱下端的刀具測量頭(199)和砂輪修整器(157)在使用時由一個推拉機(jī)構(gòu)推動伸出并夾緊，不用時縮回。
刀具攝象頭(197)固定安裝在主軸箱下端，它可以用于檢查刀刃的磨損或破損，幫助剃齒刀或珩磨輪與工件進(jìn)入嚙合，幫助齒輪精加工時的對刀，檢查砂輪與被磨削表面的距離，根據(jù)火花確定砂輪與工件接觸等。
主軸箱中還可裝一個聲波傳感器，以便檢測刀具或砂輪與工件接觸時發(fā)出的聲波，以確定兩者剛接觸時的位置，并可在加工中檢查切削狀況。還可根據(jù)聲波圖譜作出刀具磨損，破損，以及工件與其它物體發(fā)生非常碰撞的判斷。
傳送帶上放有備換動力卡盤，無動力卡盤(215)，刀具庫(212)，夾具庫(213)，以及一個自動刃磨頭(217)。
自動刃磨頭具有與卡盤相同的接口，可以由工件主軸爪取，它的砂輪除能利用工件主軸的C軸控制繞C軸回轉(zhuǎn)外，還可由一個獨立的D軸伺服機(jī)構(gòu)控制繞對C軸及砂輪軸線垂直的軸線回轉(zhuǎn)，從而能以任意角度對固定刀具和旋轉(zhuǎn)刀具進(jìn)行自動刃磨復(fù)礪。砂輪動力和D軸伺服機(jī)構(gòu)的控制信號可取自電流接口。
本加工中心右墻外側(cè)還可安裝一個立式自動拉削裝置(211)。該自動拉削裝置用一個工件移送機(jī)構(gòu)伸入主軸活動區(qū)來接受工件毛坯并移到拉削位置進(jìn)行拉削，或把拉削好的工件送回讓工件主軸拾取。該自動拉削裝置具有自動拉削循環(huán)和拉刀自動更換的功能。其細(xì)部結(jié)構(gòu)將另行公開上述集成加工中心可一次安裝較多的刀具并利用工件主軸箱在X、Y方向的移動實現(xiàn)換刀，結(jié)構(gòu)簡單，換刀速度也較快，其不足之處是1，當(dāng)工件類型改變時往往需要人工更歡具或滑整切削裝置，因此不適合大量多品種單件工件的全自動加工。2，一次安裝的旋轉(zhuǎn)和固定刀具的數(shù)量可能不能滿足某些特殊工件的要求。3，同樣空間中，安裝較多的刀具使工件的最大尺寸受到限制。
如在上述集成加工中心上作下列改進(jìn)1.加裝換刀機(jī)械手以進(jìn)行自動換刀，2.安裝刀具和其它工具的刀座，旋轉(zhuǎn)主軸，切削裝置等均加裝自動裝卸刀機(jī)構(gòu)，3.加裝備換刀庫，4.齒輪切削裝置所有調(diào)整工作實現(xiàn)自動化，這樣成批多品種單件工件的無人加工成為可能。
圖11中，機(jī)械手(230)通過對Z軸平行的導(dǎo)軌付(231)安裝在主軸箱(100)的前側(cè)，并由伺服電機(jī)(232)及滾珠絲杠(233)控制上下移動，(234)是夾緊機(jī)構(gòu)，用于消除導(dǎo)軌(231)的間隙，以保證測量或修整砂輪的精度。機(jī)械手下端，裝有一個工具自動抓取機(jī)構(gòu)，它由抓取元件(235)，拉桿(236)，碟形彈簧組(237)，釋放油缸(238)組成，利用該自動抓取機(jī)構(gòu)，本機(jī)械同的工具，如換刀手(239)，(241)，攝象頭(242)等。
與一般抓刀機(jī)構(gòu)不同之處是拉桿(236)和釋放油缸(238)的活塞中心制有通孔，一個油缸(244)的推桿(245)從中通過，用于控制換刀手(239)的手爪的開合。換刀手(239)帶有與其它可換工具相同的接柄(246)，但其中裝有予壓縮的碟形彈簧(247)，(247)的彈力通過拉桿(248)使左右手爪(249)同步動作夾緊刀柄。而當(dāng)油缸(244)動作時，油缸推桿(245)把拉桿(248)向下推，壓縮彈簧(247)，并使左右手爪同步張開，放開所抓的刀柄。
換刀脹指(243)主要用于抓取那工具，它由柄部(250)，外套(251)，鋼球(253)，推桿(252)，彈簧(254)等構(gòu)成，平時，推桿在彈簧(254)作用下退向上端，鋼球縮回外套內(nèi)，此時脹指(243)能自由出入刀具上的抓刀孔，當(dāng)油缸(244)動作時，油缸推桿(245)把推桿(252)向下推，使鋼球(253)的分布直徑變大，并卡入刀具抓刀孔中的凹槽，使脹指緊緊抓住所抓的刀具。外套(251)的截面為矩形或其它非圓形以防止所抓取的工具轉(zhuǎn)動。擰下螺母(255)即可更換不同尺寸和截面的外套。外套(251)及鋼球(253)也可用一個彈簧脹套(256)代替，當(dāng)推桿(248)向下移動時，彈簧脹套(256)將脹開而夾住所抓的工具。
刀具測量頭(240)，砂輪修整器(241)和攝象頭(242)相當(dāng)于前述安裝在主軸箱下端的刀具測量頭(199)，砂輪修整器(157)和攝象頭(197)，但可根據(jù)需要自動更換不同性能用途的測量頭，砂輪修整器和攝象頭，因而具有更大的柔性。測量頭(240)的測量信號及攝象頭(242)的視頻信號可通過與機(jī)械手(230)之間的電信號插接口，或通過內(nèi)裝的紅外或高頻發(fā)射裝置與控制電腦聯(lián)系。后兩者將更簡便而可靠。
可由機(jī)械手(230)抓取的備用工具尾朝上地放在一個工具庫(260)上，為防止備用工具尾部落灰，在平時有一個蓋子(261)蓋在工具庫(260)上，當(dāng)需要更換工具時，機(jī)械手(230)將碰動推桿(262)，此桿通過撥叉(263)和偏心銷(264)使蓋子(261)繞軸(265)轉(zhuǎn)動而打開。但只要機(jī)械手離開，一個彈簧(266)就把蓋子(261)重新蓋到工具庫上。
(267)是測量頭校正塊，它可固定在工具框架的任意位置，它有5個基準(zhǔn)面，可以在X，Y，Z三個方向校正測量頭的安裝誤差和測桿變形引起的誤差。對于球形觸頭，5個基準(zhǔn)面是平面，并分別對X，Y，Z軸垂直。對立方形觸頭，5個基準(zhǔn)面是球面。
機(jī)械手(230)下端可安一個噴頭，以便用高壓空氣或液體對刀具，多軸箱等進(jìn)行有重點的沖洗。
備換刀具既可以放置在固定的矩陣刀庫(268)上。也可放置在傳送帶托盤上的小刀庫(212)上。后者便于與車間的刀具管理系統(tǒng)發(fā)生聯(lián)系。
圖12說明不同的切削裝置和工作裝置自動裝卸機(jī)構(gòu)的構(gòu)造。
圖12A說明為實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)刀具的自動換了，安裝旋轉(zhuǎn)刀具的刀桿應(yīng)制有抓刀盤(270)及統(tǒng)一尺寸的錐柄(271)和拉釘(272)。旋轉(zhuǎn)刀具主軸(273)應(yīng)制有統(tǒng)一尺寸的裝刀孔(274)及定位鍵(275)，并有至少一個旋轉(zhuǎn)刀具主軸中裝有自動裝卸刀機(jī)構(gòu)，它由抓取元件(276)，拉桿(277)，碟形彈簧組(278)及釋放缸(279)構(gòu)成，釋放缸(279)是一個氣缸，換刀時壓縮空氣從油缸推桿中的一個節(jié)流孔(280)引出，并經(jīng)過拉桿頭(277)中心孔以便吹凈刀具和裝刀孔的定位面。圖12B說明如釋放缸(279)是油缸，則需從油缸推桿后端引來壓縮空氣。
圖12C說明徑向和軸向固定刀具的刀座中，應(yīng)至少有一個刀座(281)裝有自動裝卸刀機(jī)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)與旋轉(zhuǎn)刀具主軸的裝卸刀機(jī)構(gòu)相同。
某些刀具(282)要求較高的回轉(zhuǎn)定位精度，為保證這一精度，在刀座(281)的上端面制有鼠齒盤(283)，要求較高回轉(zhuǎn)精度的刀具(282)的抓刀盤的底面也制有鼠齒盤，當(dāng)?shù)稐U被裝卸刀機(jī)構(gòu)拉緊時，一對鼠齒盤緊密嚙合，保證刀具有高的定位精度和剛性。
刀座(281)的上端面上，還同時裝有定位鍵(284)，以便安裝以鍵槽定位的普通刀具(285)，這些刀具的柄部與旋轉(zhuǎn)刀具的相同。
因為實現(xiàn)了自動換刀，部分工作裝置如徑向固定刀具，軸向固定刀具，插齒頭等可以安置在人不易接近的機(jī)架的固定構(gòu)件(83)上，使可回轉(zhuǎn)多軸箱上可安裝更多其它工作裝置。
圖12D.說明可自動更換的電加工電極(290)裝有與刀具相同的可換刀柄(291)，因此可以安裝在某個旋轉(zhuǎn)刀具主軸上，但準(zhǔn)備安裝電加工電極的主軸(292)的旁邊應(yīng)安裝一個電流及工作液接頭，它由絕緣座(293)，帶密封圈的工作液接頭(294)及電流接觸片(295)所構(gòu)成。刀柄(291)上，通過絕緣墊(296)裝有接盤(297)，電極座(298)及成形電極(290)裝在其上，集流環(huán)(299)套在電極座的圓柱表面，并可繞其回轉(zhuǎn)。電流通過接觸從集流環(huán)導(dǎo)入電極，工作液通過孔(300)，環(huán)形槽(301)導(dǎo)入工作電極。(302)是密封圈，用于防止工作液泄漏。(303)是通電源的導(dǎo)線。本電極可用于電火花成形加工，也可用于電解加工。
本結(jié)構(gòu)的電加工電極可隨主軸(292)回轉(zhuǎn)，因此，利用對旋轉(zhuǎn)刀具主軸回轉(zhuǎn)角的R軸控制，可以按需改變成形電極的角度，實現(xiàn)5軸電加工。
圖12E.說明感應(yīng)淬火線圈的自動更換機(jī)構(gòu)。感應(yīng)淬火線圈(316)應(yīng)裝有與可換刀具相同尺寸的刀柄，其錐柄部制有接觸電極(310)和(311)，它們靠絕緣層(312)與刀柄本體(315)絕緣，并通過導(dǎo)體引到接頭(313)和(314)上，高頻線圈(316)即固定在接頭(313)(314)上。刀座錐孔內(nèi)也制有接觸電極(317)和(318)它們靠絕緣層(319)與刀座本體(308)絕緣，并通過導(dǎo)線(320)與一個變壓器接通。當(dāng)?shù)侗蛔サ稒C(jī)構(gòu)拉緊時，刀柄接觸電極和刀座接觸電極緊密接觸，使淬火線圈和變壓器次級可靠連通。環(huán)槽(321)及(322)通過接頭(323)(324)和冷卻液泵相通，并通過孔(325)，接頭(313)(314)和空心線圈相通，以向工件加熱部位噴射冷卻液并使線圈得到冷卻。
此外，大砂輪磨頭的主軸內(nèi)也應(yīng)安裝自動抓刀機(jī)構(gòu)以實現(xiàn)大砂輪的自動更換，為使機(jī)械手能抓取大砂輪，砂輪安裝盤上應(yīng)制有抓刀盤，或制有抓刀孔。
為自動更換小砂輪，小砂輪應(yīng)裝在可換刀柄上，它和可換刀具一樣具有錐柄，抓刀盤，拉釘，但尺寸較小。小砂輪磨頭的主軸內(nèi)也裝有一個小型的自動裝卸刀機(jī)構(gòu)。
為了自動更換激光發(fā)射頭，以進(jìn)行不同的激光加工，如打孔，切割，焊接，雕刻，淬火等，激光發(fā)射頭上應(yīng)制有與刀具相似的柄部，但該柄部較短，拉釘部較粗，中心制有通孔以便激光束通過。它的安裝座中也裝有自動裝卸機(jī)構(gòu)，但其拉桿及釋放油缸的推桿直徑較大，其中制有通孔，以便激光束通過。
圖13是第二種插齒頭的結(jié)構(gòu)圖。插齒頭的分度轉(zhuǎn)盤(331)通過軸承(332)(333)安裝在殼體(330)中，(331)通過蝸輪(334)蝸桿(335)由S軸伺服機(jī)構(gòu)(336)驅(qū)動回轉(zhuǎn)?；?337)下端裝有一個可預(yù)的滾珠花鍵套(338)，與分轉(zhuǎn)臺中心的滾珠花鍵(339)嚙合，實現(xiàn)圓周方向無隙傳動，滑柱(337)上端，與殼體(330)中心的臺階孔及導(dǎo)向套(340)形成一個雙向右缸，并由密封圈(341)(342)(343)實現(xiàn)上下油腔的封閉。上油腔進(jìn)油實現(xiàn)工作切削，下油腔進(jìn)油實現(xiàn)回程，利用上油腔截面積大于下油腔來實現(xiàn)快速回程?；恢糜裳b在后蓋(344)中心線上，伸入滑柱孔中的一個Q軸直線位置傳感器(345)檢測。插齒刀(346)通過可換刀桿(347)固定在滑柱中心錐孔中。刀桿尾部拉釘被滑柱中的一個自動裝械刀機(jī)構(gòu)抓住并拉緊，需要換刀時，應(yīng)把滑柱向后運(yùn)動到超過工作行程的最終位置使裝在后蓋(344)中心的一個頂桿(348)頂動拉桿(349)，壓縮碟形彈簧(350)，把刀桿(347)頂出并釋放。換刀時，接頭(356)中通入壓縮空氣以吹凈刀具定位面。
為實現(xiàn)讓刀運(yùn)動，殼體(330)通過偏心地裝在殼體上的軸承(351)(352)安裝在多軸箱殼體(150)或機(jī)架上的某固定構(gòu)件中，短行程油缸(353)和(354)推動殼體(330)作往復(fù)擺動，由于插齒刀軸線對殼體擺動軸線的偏心，形成了插齒刀的讓刀運(yùn)動。讓刀幅度可由螺桿(355)調(diào)整。油缸(354)也可用彈簧代替。
工作時，插齒刀和工件的展成運(yùn)動由S-C軸聯(lián)動實現(xiàn)。插齒刀相對工件切削運(yùn)動的終點位置，切削行程，切削速度均由滑柱油缸和Q軸位置傳感器構(gòu)成的Q軸液壓伺服系統(tǒng)控制。插齒刀相對工件的徑向進(jìn)給由X軸控制。此外，利用X-Q軸插補(bǔ)，可加工鼓形齒；利用C-Q插補(bǔ)或S-Q插補(bǔ)，可加工螺旋齒輪；利用S-X-C軸插補(bǔ)，可以加工非圓齒輪；調(diào)整可回轉(zhuǎn)多軸箱的角度，可加工小錐角錐齒輪；利用主軸箱的Z向運(yùn)動還可加工特長齒輪。
利用滑柱移動到最后端與頂桿(348)的作用，并利用換刀機(jī)械手可實現(xiàn)插齒刀的自動換刀，從而能在一次裝夾中完成多個不同齒面或內(nèi)外齒面的加工。
與已有插齒機(jī)床不同之處在于插齒前所有調(diào)整工作，如換刀，調(diào)整展成滾比，調(diào)整插齒螺旋角，調(diào)整切削行程，切削終點，切削速度，以及對刀等均不必人工操作，而全由軟件控制Q，C，S，X等軸自動完成。并能在一個工件上進(jìn)行多個不同齒面的加工。
圖14，15，16是集成加工中心的第二實施例，及其加工狀況圖。
圖中，主軸箱前側(cè)安裝了可自動更換工具的機(jī)械手(230)，機(jī)械手夾緊機(jī)構(gòu)(234)。(239)是換刀手爪。(268)是矩陣式刀庫。(212)是傳送帶上的小刀庫。(75)是備換夾具庫。(260)是備換工具庫。
徑向刀具座(360)和軸向刀具(361)安裝在固定構(gòu)架(82)上，本實施例沒有(但可以配置)自動拉削裝置，花鍵孔或異型孔可用插齒頭(330)，或裝在軸向固定刀座上的插刀(361)，或內(nèi)孔線切割裝置(375)來加工。
可回轉(zhuǎn)多軸箱(150)上裝有線切割裝置自動裝卸機(jī)構(gòu)，以便自動安裝和更換不同的線切割裝置，其中包含有電氣接口和工作液接口，以便向線切割裝置提供脈沖電流，控制電流和工作液。
(160)是激光器，激光束經(jīng)鏡組引導(dǎo)到可換的激光發(fā)射器(373)射出。(161)是吸光涂料噴槍。
(363)是一個傘齒輪刨齒頭，與前述的刨齒頭(170)不同之處是1.刨刀的切削運(yùn)動起點及行程能自動調(diào)節(jié)，2.實現(xiàn)了齒角的自動調(diào)整，3.實現(xiàn)了自動抬刀，4.實現(xiàn)自動換刀。這樣加工中和加工前所有的工作，完全可由電腦控制并完成。使單件直齒傘齒輪的快速自動加工成為可能。有關(guān)細(xì)節(jié)將另行公開。
前述的弧齒傘齒輪銑齒頭(200)，由于刀位，即轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)角的調(diào)整，與及刀盤的安裝更換還必須人工操作，所以對需兩個刀盤切齒的齒輪，不能一次完成加工，更不能自動完成多個不同齒輪的加工。要實現(xiàn)弧齒傘齒輪加工的完全自動化必須實現(xiàn)刀位的自動調(diào)整和刀盤的自動更換。有關(guān)細(xì)節(jié)將另行公開。
圖15B.說明利用外圓車刀(360)或刨刀進(jìn)行車削或刨削的狀態(tài)。
圖15C.說明利用插刀(361)或內(nèi)孔車刀進(jìn)行插削或車削的狀態(tài)。
圖15D.說明利用指形旋轉(zhuǎn)刀具(364)進(jìn)行銑、鉆、鏜、攻絲加工的狀態(tài)。
圖15E.說明利用盤形旋轉(zhuǎn)刀具(365)進(jìn)行銑削加工的狀態(tài)。
圖15F.說明利用大砂輪(366)和小砂輪(367)進(jìn)行外圓或內(nèi)孔磨削的狀態(tài)。
圖15G.說明利用小砂輪(368)磨削凸輪的加工狀態(tài)。
圖16A.說明利用旋轉(zhuǎn)刀具主軸安裝滾齒刀(369)滾削齒輪的狀態(tài)。
圖16B.說明利用插齒頭安裝插齒刀(346)加工多聯(lián)齒輪的狀態(tài)。
圖16C.說明利用直齒傘齒輪刨齒頭(363)刨削傘齒輪的狀態(tài)。
圖16D.說明利用銑齒刀盤(370)加工弧齒傘齒輪的狀態(tài)。
圖16E.說明利用成型砂輪(371)展成法磨削齒輪的狀態(tài)。
圖16F.說明利用成型砂輪(372)磨削螺紋的狀態(tài)。
圖16G.說明利用反射型激光發(fā)射頭(373)加工工件內(nèi)孔，用直射型激光發(fā)射頭(374)加工工件外表面的狀態(tài)。
圖16H.說明利用感應(yīng)線圈(316)對工件進(jìn)行淬火的狀態(tài)。
圖16I.說明利用電加工成形電極(290)對工件型腔進(jìn)行加工的狀態(tài)。
圖16J.說明利用內(nèi)孔線切割裝置(375)加工工件內(nèi)孔花鍵的狀態(tài)。
圖16K.說明利用線切割裝置(362)加工工件復(fù)雜型面的情況。
圖16L.說明利用工件測量頭(195)測量工件表面尺寸的情況。
圖14，15實施例的一個變通方案，是用一個獨立控制的雙手爪換刀機(jī)械手代替裝在主軸箱上的機(jī)械手(230)，該換刀機(jī)械手由獨立的伺服機(jī)構(gòu)控制沿Y軸移動以便為不同的工作裝置服務(wù)，沿Z軸運(yùn)動以實現(xiàn)換刀，除非所有工作裝制均安裝在可回轉(zhuǎn)多軸箱上，并采用平行于可回轉(zhuǎn)多軸箱的鏈?zhǔn)降稁?，否則還需要沿X軸的運(yùn)動控制，該換刀機(jī)械手可在主軸工作的同時執(zhí)行換刀程序，換刀耗時可減到2秒以下，使裝有自動裝卸刀機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)刀具主軸和固定刀具座的數(shù)量可以減少到每種一個。
上述集成加工中心的左右墻板之間還可對Y軸平行地安裝數(shù)個可回轉(zhuǎn)多軸箱、固定構(gòu)架，和傳送帶以便安裝更多的工作裝置，和容量更大的工件、卡盤、夾具、工具、刀具輸送和存儲裝置。
也可把上述集成加工中心簡化為只安裝一種工作裝置或少量工作裝置的組合，并把幾臺具有不同工作裝置的上述加工中心用傳送帶或其它卡盤、工件遞送機(jī)構(gòu)串連起來而成為一個FMS或CIMS。
圖14，15所示的集成加工中心即為本發(fā)明的最佳實施例。
權(quán)利要求
1.一種機(jī)床或加工中心由帶有工件主軸的主軸箱，可控制相對主軸箱的直線移動的裝有工作裝置的工具框架組成，其特征在于一個卡盤自動交換系統(tǒng)，該系統(tǒng)由裝在工件主軸中的卡盤自動爪取及驅(qū)動機(jī)構(gòu)，接口統(tǒng)一的動力或無動力卡盤，以及卡盤存儲及遞送機(jī)構(gòu)所構(gòu)成。
2.按權(quán)利要求1所述之機(jī)床或加工中心，其特征在于所述工件主軸的卡盤自動爪取及驅(qū)動機(jī)構(gòu)由卡盤抓取機(jī)構(gòu)，定位機(jī)構(gòu)，拉緊機(jī)構(gòu)和卡盤驅(qū)動接口所構(gòu)成。所述卡盤爪取機(jī)構(gòu)為下列之一A.由拉緊套(13)，與拉緊套軸向聯(lián)接，并且排成一圈，可伸入卡盤后孔內(nèi)凹槽的爪取元件(05)，和一個相對主軸固定的帶有錐面的變徑套(15)所構(gòu)成，B.外端帶有內(nèi)(外)卡口(49)的拉緊套(45)，其卡口與卡盤后部的外(內(nèi))卡口松動吻合，所述定位機(jī)構(gòu)是下列之一A.鼠齒盤(35)，B.組合回轉(zhuǎn)面(03)＋切向定位元件(04)，所述拉緊機(jī)構(gòu)是下列之一A.與拉緊套(13)上的螺紋嚙合的一個螺紋套(12)或(34)，它直接地，或經(jīng)減速器，由驅(qū)動軸(06)，或由內(nèi)裝的電機(jī)，或氣動馬達(dá)，或液壓馬達(dá)驅(qū)動，B.向內(nèi)壓緊拉緊套(45)的預(yù)壓緊的碟形彈簧組(46)，及把拉緊套向外推出放松的液壓或氣壓缸。所述卡盤驅(qū)動接口是下述之一A.由動力(144)驅(qū)動旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動軸(06)，B.電氣接頭(19)，C.通向油壓源的自封液壓接頭(50)，D.通向氣壓源的氣壓接頭，E.以上各項的任意組合。
3.按權(quán)利要求1，2所述之機(jī)床或加工中心，其特征在于所述統(tǒng)一接口的可換卡盤帶有統(tǒng)一尺寸的，與主軸上的卡盤抓取機(jī)構(gòu)及定位機(jī)構(gòu)吻合的抓取孔及定位面，動力卡盤還具有下列之一的工件夾緊機(jī)構(gòu)A.平面螺紋卡爪夾緊機(jī)構(gòu)，平面螺紋(30)由下列之一的動力驅(qū)動A1.直接經(jīng)離合齒輪(26)由驅(qū)動軸(06)驅(qū)動，A2.經(jīng)減速器及其離合齒輪(26)由驅(qū)動軸(06)驅(qū)動，A3.經(jīng)減速器由內(nèi)裝電機(jī)驅(qū)動，A3.經(jīng)減速器由內(nèi)裝液壓馬達(dá)驅(qū)動，A4.經(jīng)減速器由內(nèi)裝氣動馬達(dá)驅(qū)動，B.楔塊式卡爪夾緊機(jī)構(gòu)，環(huán)形楔塊(38)帶內(nèi)螺紋并可因螺桿(39)轉(zhuǎn)動而軸向移動，螺桿由下列之一的動力驅(qū)動B1.經(jīng)離合齒輪(40)由驅(qū)動軸(06)驅(qū)動，B2.經(jīng)減速器由內(nèi)裝電機(jī)驅(qū)動，B3.經(jīng)減速器由內(nèi)裝液壓馬達(dá)驅(qū)動，B4.經(jīng)減速器由內(nèi)裝氣動馬達(dá)驅(qū)動，C.彈簧夾頭式夾緊機(jī)構(gòu)，碟形彈簧組(51)經(jīng)錐形套(52)對被螺帽(54)軸向固定的彈簧夾頭(53)加壓，使之收縮夾緊工件，由接頭(55)注入壓力油或氣對壓力腔(56)加壓使錐形套反向移動而放松彈簧夾頭，D.彈簧脹套式夾緊機(jī)構(gòu)，碟形彈簧組(69)經(jīng)拉桿(68)，螺帽(67)把彈簧脹套(65)拉緊在錐形套(66)上，使之膨脹夾緊工件，由接頭(55)注入壓力油或氣或由驅(qū)動軸(06)軸向推動使之放松。E.液性塑料夾緊機(jī)構(gòu)，由碟形彈簧組(51)壓縮柱塞(70)以對液性塑料加壓，使薄壁套(71)脹大而夾緊工件，由接頭(55)注入壓力油或氣而壓縮碟形彈簧組，拔出柱塞，放松工件。
4.按權(quán)利要求1，2所述之機(jī)床或加工中心，其特征在于所述卡盤存儲及遞送機(jī)構(gòu)為A.經(jīng)過工件主軸移動區(qū)，并在機(jī)床外部閉合的傳送帶(94)，B.可停泊在工件主軸移動區(qū)的自動運(yùn)輸車(111)，C.卡盤暫存架(99)，D.以上各項的組合。
5.按權(quán)利要求1所述之機(jī)床或加工中心，其特征在于裝有卡盤交換手，它由卡盤架(90)，回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(92)和卡盤夾取機(jī)構(gòu)構(gòu)成，回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)與卡盤架的構(gòu)成及位置為下列之一A.回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)軸線垂直并相交于所夾卡盤的軸線，位于傳送帶或運(yùn)料車上方，B.回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)軸線垂直于卡盤的軸線，但距卡盤軸線大于卡盤半徑的距離，位于傳送帶或運(yùn)料車一側(cè)，C.回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)軸線平行于卡盤的軸線，但距卡盤軸線大于卡盤的半徑的距離?？ūP夾取機(jī)構(gòu)的構(gòu)造形式為下列之一A.兩爪式夾取機(jī)構(gòu)，B.三爪式夾取機(jī)構(gòu)，中夾爪(101)由油缸(103)直接驅(qū)動，左右夾爪(102)經(jīng)拉桿(105)，杠桿(106)與中夾爪聯(lián)動，左右夾爪以銷(107)和拉桿(105)連接，并與卡盤架(90)的斜面接觸。
6.按權(quán)利要求1及以下各項所述之機(jī)床或加工中心，其特征在于裝有由推拉機(jī)構(gòu)(97)推向或拉離卡盤的下列之一的工件夾緊驅(qū)動機(jī)構(gòu)A.由動力(96)驅(qū)動回轉(zhuǎn)的驅(qū)動軸(95)，其上裝有能與卡盤離合齒輪接合的離合齒圈(98)，B.通向電源的電流觸頭，C，通向液壓源的自封液壓接頭，D.通向氣源的氣壓接頭。
7.按權(quán)利要求1及以下各項所述之機(jī)床或加工中心，其特征在于在相對主軸箱Z，X，Y三軸可控的工具框架的固定構(gòu)件(82)或可回轉(zhuǎn)構(gòu)件(150)上，裝有下列之一的工作裝置A，徑向固定刀具及其刀座(153)和軸向固定刀具及其刀座(152)，B，旋轉(zhuǎn)刀具及其主軸(154)或(273)(292)，C，大砂輪及其磨頭(156)，D，小砂輪及其高速磨頭(158)，E，插齒刀由電腦伺服機(jī)構(gòu)驅(qū)動回轉(zhuǎn)的插齒頭，F(xiàn)，搖臺由電腦伺服機(jī)構(gòu)驅(qū)動回轉(zhuǎn)的傘齒輪刨齒頭(170)或(363)，G，搖臺由電腦伺服機(jī)構(gòu)驅(qū)動回轉(zhuǎn)的傘齒輪銑齒頭(200)，H，激光發(fā)射頭(159)或(373)(374)及其安裝接頭，I，感應(yīng)淬火線圈(316)及其安裝接頭，J，火焰噴頭及其安裝接頭，J，電加工電極(290)及其安裝接頭，K，電火花線切割裝置(362)或(375)，L，自動拉削裝置(211)，M，工件測量頭(195)，N，工件攝象頭(198)，O，刀具測量頭校正塊(267)P，備換刀庫(268)或(212)，Q，備換工具庫(260)，R，備換夾具庫(75)，T，以上各項的任意組合。
8.按權(quán)利要求1及以下各項所述之機(jī)床或加工中心，其特征在于徑向固定刀具座按間距S2＝D/2＋B＋δ沿Y軸平行安裝，D-工件最大直徑，d-相鄰刀桿平均直徑，δ-工件與相鄰刀桿的間隙，B-車刀桿的厚度，軸向固定刀具座按間距S1＝(D+d)/2＋δ在X-Y平面平行安裝。
9.按權(quán)利要求1及以下各項所述之機(jī)床或加工中心，其特征在于旋轉(zhuǎn)刀具主軸在可回轉(zhuǎn)多軸箱的每個棱面上靠逆時針方向的邊緣安裝，同一棱面上的主軸按間距S3＝D＋dl＋δ沿棱邊平行安裝，dl-兩個旋轉(zhuǎn)刀具的平均直徑。
10.按權(quán)利要求1及以下各項所述之機(jī)床或加工中心，其特征在于在至少一個旋轉(zhuǎn)刀具主軸(154)上或其傳動系統(tǒng)中，裝有一個與電腦系統(tǒng)聯(lián)接的碼盤。
11.按權(quán)利要求1-7所述之機(jī)床或加工中心，其特征在于所述插齒頭的刀軸(166)的兩端均可安裝插齒刀。
12.按權(quán)利要求1-7所述之機(jī)床或加工中心，其特征在于所述插齒頭的滑柱(337)的中心裝有自動裝卸刀機(jī)構(gòu)，后蓋中心裝有一個卸刀頂桿(348)。
13.按權(quán)利要求1-7所述之機(jī)床或加工中心，其特征在于所述插齒頭的滑柱(337)下端經(jīng)一個帶預(yù)緊機(jī)構(gòu)的滾珠花鍵副(338)(339)與分度轉(zhuǎn)臺同軸聯(lián)接，
14.按權(quán)利要求1-7所述之機(jī)床或加工中心，其特征在于所述插齒頭的滑柱上端有一個雙向油缸，一個Q軸直線位置傳感器(345)裝在后蓋(344)中心并伸入滑柱孔中。
15.按權(quán)利要求1-7所述之機(jī)床或加工中心，其特征在于所述插齒頭的殼體(330)通過偏心地裝在殼體上的軸承(351)(352)安裝在工具框架的固定構(gòu)件或可回轉(zhuǎn)多軸箱(150)中，并裝有推動殼體(330)往復(fù)擺動的短行程油缸(354)(355)。
16.按權(quán)利要求1及以下各項所述之機(jī)床或加工中心，其特征在于主軸箱(100)上裝有下列之一的工作裝置A.刀具測量頭(199)，B.砂輪修整器(157)，C.電視攝象頭(197)，D.機(jī)械手(230)，它經(jīng)與Z軸平行的導(dǎo)軌副(231)裝在主軸箱(100)的前側(cè)，并由伺服機(jī)構(gòu)(232)控制上下移動，由夾緊機(jī)構(gòu)(234)消除其導(dǎo)軌間隙，E.以上各項的任意組合。
17.按權(quán)利要求1，16所述之機(jī)床或加工中心，其特征在于所述機(jī)械手(230)中裝有自動工具抓取機(jī)構(gòu)和換刀手爪驅(qū)動機(jī)構(gòu)，后者是一個油缸(244)，其推桿(245)從自動工具抓取機(jī)構(gòu)的拉桿(236)和釋放缸(238)的中孔中通過。
18.按權(quán)利要求1，7所述之機(jī)床或加工中心，其特征在于備換工具庫(260)中放有帶統(tǒng)一接柄的下列工具A.刀具測量頭(240)，B.砂輪修整器(241)，C.電視攝象頭(242)，D.換刀手爪(239)，裝在接柄(246)中的碟形彈簧(247)通過拉桿(248)使左右手爪(249)同步夾緊。而機(jī)械手(230)的推桿(245)推動拉桿(248)使左右手爪同步張開。E.換刀脹指(243)，由外套(251)，鋼球(253)，推桿(252)，彈簧(254)構(gòu)成，F(xiàn).其它。
19.按權(quán)利要求1，7所述之機(jī)床或加工中心，其特征在于裝有一個雙手爪換刀機(jī)械手，該機(jī)械手至少在平行于Z，Y軸的兩個方向由控制系統(tǒng)獨立驅(qū)動。
20.按權(quán)利要求1，7所述之機(jī)床或加工中心，其特征在于電加工電極(290)裝有與旋轉(zhuǎn)刀具相同的刀柄(291)，至少一個有自動裝卸刀機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)刀具主軸(292)的附近裝有電流及工作液接頭，它由絕緣座(293)，工作液接頭(294)及電流接觸片(295)所構(gòu)成。
21.按權(quán)利要求1，7，19所述之機(jī)床或加工中心，其特征在于刀柄(291)上絕緣地固定有安裝電極座(298)的接盤(297)，帶臂導(dǎo)電集流環(huán)(299)套在接盤的回轉(zhuǎn)面上，兩者間制有溝通集流環(huán)(299)及電極(290)工作液孔的環(huán)形槽(301)，當(dāng)?shù)侗?291)裝入主軸(292)后，電流通過(299)的導(dǎo)電臂部與電流接觸片(295)接通，工作液通過臂部通孔(296)與工作液接頭(294)接通。
22.按權(quán)力要求1-5及10所述之機(jī)床或加工中心，其特征在于配有一個自動刃磨頭(217)，它具有與卡盤相同的定位面及接口，它的砂輪-電機(jī)組件由一個D軸伺服機(jī)構(gòu)控制繞對C軸及砂輪軸線垂直的軸線回轉(zhuǎn)。
23.按權(quán)利要求1所述之機(jī)床或加工中心，其特征在于在下列之一部位裝有聲波傳感器A.主軸箱中，B.工具框架上。
24.按權(quán)利要求1及以下各項所述之機(jī)床或加工中心，其特征在于可沿Z，X，Y向在機(jī)架上移動的主軸箱，鉛垂向下，有C軸控制，裝有卡盤抓取及驅(qū)動機(jī)構(gòu)的工件主軸，一條閉合的傳送帶穿過主軸箱活動區(qū)，裝有卡盤交換手，卡盤夾緊驅(qū)動機(jī)構(gòu)，卡盤暫存架，機(jī)架及其間的可回轉(zhuǎn)多軸箱上裝有車刨、鉆銑、直齒滾插、傘齒刨銑、磨削、激光加工、電加工、工件測量等工作裝置的部分或全部，主軸箱上裝有刀具測量頭、砂輪修整器，刀具攝象機(jī)，右墻外裝有自動拉削裝置。
25.按權(quán)利要求1及以下各項所述之機(jī)床或加工中心，其特征在于可沿Z，X，Y向在機(jī)架上移動的主軸箱，鉛垂向下，有C軸控制，裝有卡盤抓取和驅(qū)動機(jī)構(gòu)的工件主軸，一條閉合的傳送帶穿過主軸箱活動區(qū)，裝有卡盤交換手，卡盤夾緊驅(qū)動機(jī)構(gòu)，卡盤暫存架，機(jī)架及其間的可回轉(zhuǎn)多軸箱上裝有車刨、鉆銑、直齒滾插、傘齒刨銑、磨削、激光加工、電加工、工件測量等工作裝置的部分或全部，所有工作裝置有自動裝卸機(jī)構(gòu)，所有工、刀具有可換接柄，主軸箱上裝有可自動更換工具的機(jī)械手，工具庫備有換刀手爪、刀具測量頭、砂輪修整器、攝象機(jī)等工具，裝有刀具庫，裝有可自動調(diào)整及換刀的傘齒刨銑裝置。
26.按權(quán)利要求1及以下各項所述之機(jī)床或加工中心，其特征在于幾臺裝有不同工作裝置的上述加工中心用傳送帶或其它卡盤、工件遞送裝置串連成一個FMS。
全文摘要
一種集成加工中心，具有自動卡盤交換系統(tǒng)，其鉛垂向下，有C軸控制，裝有卡盤抓取和驅(qū)動機(jī)構(gòu)的工件主軸，能從傳送帶上直接拾取毛坯，或通過一個卡盤交換手從傳送帶上抓取預(yù)裝有工件的卡盤進(jìn)行加工。工具框架及其間的可回轉(zhuǎn)多軸箱上裝有車刨、鉆銑、直齒滾插、傘齒刨銑、磨削、激光加工、電加工、線切割、工件測量、刀庫、工具庫等工作裝置的部分或全部，可以在一次上下料中自動完成一個復(fù)雜機(jī)械零件兩端的全部或部分加工。
文檔編號B23H1/00GK1145840SQ9510942
公開日1997年3月26日 申請日期1995年9月14日 優(yōu)先權(quán)日1995年9月14日
發(fā)明者邵文遠(yuǎn) 申請人:邵文遠(yuǎn)