小型集成加工中心制造技术

一种小型集成加工中心，利用一种装有足够多刀具和多种工作头的工具框架，能自动上下料，并能在一次上下料中完成一个复杂机械零件的车，钻，铣，制齿，淬火，磨削等全部加工以及测量，其工艺能力相当于一个由数台不同的加工中心，坐标测量机和机器人组成的ＣＩＭＳ，并可免除已有ＣＩＭＳ中半成品在加工中心之间传递和重装夹定位而引起的麻烦和精度损失。（*该技术在2015年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种金属切削机床，尤其是一种可在一次上下料的过程中完成一个复杂工件的大部或全部加工的加工中心。英国专利GB2212753提出在车削加工中心的刀具转塔上加装动力传动机构以便驱动安装在转塔上的旋转刀具。从而实现一次装夹完成车，钻，铣加工。实际上由于转塔所能安装的刀具受到转塔直径及工件尺寸的限制，除了车削用刀具以外，只能安装少量旋转刀具，因此这种加工中心只能在一次装夹中完成较简单的工件的车，钻，铣加工。其次，转塔式换刀机构依靠本身及刀具的高精度来保证精确定位，制造难度和成本较高，刀具的调整也较费事。再则，转塔式换刀机构上所有刀具均定位于一个通过工件中心的平面，这就难以加工偏离工件中心的孔和型面，更无法用盘形铣刀加工齿轮等常用机械另件。此外，实际的机械另件，往往在车，钻，铣之后还需要更多其它类型的加工才能完成，如直、斜齿圆柱，圆锥齿轮的滚、插、刨、剃、珩、磨加工，花键孔，或其它型孔的拉削加工，表面淬火，以及内外圆，平面和曲面的磨削加工等等。按已有CIMS技术，上述机械另件只能在一台加工中心上完成部分加工后靠自动搬运装置依次送到第二，第三台加工中心来完成。各种形状的未完成工件在第二第三台加工中心上的再装夹和再定位，往往是十分复杂的，为其所需的时间和工序管理上的附加工作量一般是加工整个工件的多倍，而这项任务的自动化，则仍是目前CIMS工程面临的大难题之一。本专利技术的目的在于针对上述缺点，提供一种新布局的集成加工中心，这种加工中心体积不大，结构简单，不但可以一次安装足够多的车刀和钻铣刀具，而且能加装激光加工、淬火装置，磨削装置，圆柱圆锥齿轮的滚、插、刨、铣装置，以及拉削装置等。这种加工中心可以在一次装夹中完成工件的全部车削，并在其上任意位置和角度加工孔、螺孔、型面、槽、缝、球面、直斜圆柱齿轮、圆锥齿轮、蜗轮、花键，以及艺术图案、文字和三维曲面。可以在车铣后进行淬火，再精磨内外圆，平面或曲面，可以把未完成工件以加工好的圆孔、锥孔、花键孔为基准，自动安装到工件主轴上的专用心轴上，进行进一步加工。该专用心轴是按工件内孔要求在主轴上自动加工出来的。这种新布局的集成加工中心在一定范围内可以代替一个CIMS，即以车削中心、钻铣中心、齿轮加工机床、激光加工机床、磨削中心、座标测量机、搬运机器人以及控制中心组成的一个庞大系统。上述目的通过以下技术手段实现本专利技术的技术要点是用一个工具框架来代替已有加工中心的转塔式或刀库+机械手式换刀机构以实现自动换刀。工具框架的各框边平行于X或Y轴。所有刀具和其它工具，工作装置均安装在工具框架的框边上，同时增加一个使工具框架相对工件主轴在Y向移动的导轨付及其伺服系统，用工具框架在Y和X两个方向相对工件的移动以实现自动换刀和进刀运动。工具框架上除安装至少一组径向固定刀具(外圆车刀或刨刀)，至少一组轴向固定刀具(内孔车刀或插刀)外，还可安装至少一组旋转刀具。每组刀具至少2把，组内刀具相互平行，每组不与Z轴平行的刀具沿X或Y向排成一行，每组与Z轴平行的刀具可排成一行到数行，或在X-Y平面内布置。这样工具框架的有限表面能安装足够多的刀具和工具，并使传动机构的构造比较简单，还能安装多种工作头，切削头。工具框架可以由一段到多段边框连结而成，相连边框相互垂直，其形状可以是一字形，L形，U形，口字形，日字形，目字形等。平行于Z轴的旋转刀具主轴，可以安装钻头，镗刀，丝攻，绞刀，立铣刀加工工件上对轴线平行的孔，蜾孔，及端面型面，垂直于Z轴的旋转刀具主轴，可以安装钻头，镗刀，丝攻，绞刀，立铣刀，加工工件上对轴线垂直的孔，螺孔，及在外圆上加工型面，还可以安装盘形铣刀，如切断铣刀，三面刃铣刀，齿轮铣刀在工件上加工缝，槽，面，花键，圆柱或圆锥齿轮等。对Z轴倾斜的主轴可以安装旋转刀具加工工件上对轴线倾斜的孔，螺孔，型面，球面以及加工斜齿轮，螺旋槽，如其上某刀具主轴装有码盘或主轴脉冲发生器，则还可安装滚齿刀加工花键轴或直斜齿轮。功能齐全的工具框架上应至少有一个主轴对Z轴垂直的多轴箱，至少有一个主轴对Z轴平行的多轴箱，以及至少有一个主轴对Z轴倾斜的可回转多轴箱，但这些轴箱可以用至少一个由伺服机构控制回转的可回转多轴箱代替。在工具框架上可安装高频淬火线圈或激光发射头，以对车铣加工后的工件自动进行淬火，以便进一步进行精磨加工。如安装后者还可进行切割，打孔，雕刻，焊接等加工。在可回转多轴箱上可安装外圆磨头或内圆磨头，以便在工件淬火后精磨内外圆柱圆锥面，或以任意角度磨削平面，型面。利用Z，X，Y，C四轴之间连动插补，还可磨削凸轮，或复杂曲面。用安装在床头箱上的一个砂轮修整器能自动对砂轮进行直线或曲线修整。在工具框加的固定框边或可回转多轴箱上可安装一个插齿头以加工内齿轮或台阶齿轮。在可回转多轴箱上可安装一个锥齿轮刨齿头或锥齿轮铣齿头以加工直齿或弧齿锥齿轮。工具框架上还可安装一个供料手爪或供料机构的出料口以实现短毛坯的自动上料。在工具框架上安装工件测量传感器，可以测量工件最终尺寸，或在试刀后测量工件尺寸，以对刀具位置数据进行进一步校正。在床头箱上安装一个刀具测量传感器，可以自动对安装后的刀具进行测量，并自动修定刀尖或刀刃位置数据以实现自动对刀。为完成工件两端加工。与已有床头箱相对地，在工具框架的另一面可安置一个第二床头箱及与第一主轴同心的第二主轴。或者在工具框架上安装一个工件翻转机械手，它可从工件主轴上夹取已完成一端加工的工件，翻转180度后再让工件主轴夹取，以实现某些工件的两端加工。还可以在工具框架上或床身上安装一个型孔拉削装置以及一个拉刀自动循环机构，以便在工件加工过程中进行拉削加工。本专利技术的优点是(1)集已有车削中心，铣削加工中心，送料机器人以及淬为机床，拉床，磨床，齿轮机床等的功能于一身，为一单机CIMS。(2)不需专门的换刀机构，刀库和换刀机械手即可使用足够多的刀具对工件进行多种工序加工，不需上料机器人即可实现短毛坯的自动上料和成品的自动出料，体积小，构造简单，造价低。与由多台加工中心组成的CIMS相比，前者能在各台加工中心上同时进行不同工序的加工，而本专利技术只能依次进行各工序的加工。但考虑半成品的多次卸下，搬运，重装夹而带来的麻烦，本专利技术对多种小量工件加工的优点就十分明显。下面结合附图对本专利技术的实施例作进一步的描述附图说明图1是采用最简工具框架的单主轴小型车铣加工中心及其工具框架图。图2是一种采用主轴-减速器-动力组件的工具框架。图3是具有三种不同多轴箱的工具框架。图4是具有由A轴伺服机构控制的可回转多轴箱的工具框架。图5是双主轴车铣加工中心的正视图和俯视图。图6是双主轴集成加工中心的正视图和俯视图。图7是图6实施例的工具框架和拉削装置结构图。图8是插齿头及刨齿附件结构图。图9是图7工具框架的第一种变形结构。图10是图7工具框架的第二种变形结构。图11是能加工较长工件的双主轴集成加工中心的正视图和俯视图。图12是在滑枕上安装第二主轴的双主轴车铣加工中心正视图和俯视图。在车削后需要用旋转刀具继续加工的工件中，多数是比较简单的，往往只需1-4把旋转刀具就能完成加工，这种情况下采用最简单的只有一组旋转刀具主轴的工具框架的加工中心也许是最合理的。图1是一种采用最简单工具框架的小型集成加工中心。图1中，床身(1)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种小型集成加工中心由床身，Ｚ向导轨付及Ｚ轴伺服机构，一个或两个工件主轴及其床头箱，工件主轴的分度伺服机构，Ｘ向导轨付及Ｘ轴伺服机构等构成，其特征在于：该集成加工中心有一个工具框架（２０），该工具框架是一个刚性构件，其上除有安装固定刀具（内外圆车、刨、插刀）的型面或结构外，还至少装有一组，每组至少两个相互平行的旋转刀具主轴，每组对Ｚ轴不平行的旋转刀具主轴沿Ｘ轴或Ｙ轴排成一行，每组平行于Ｚ轴的旋转刀具主轴可排成一行或在在Ｘ－－Ｙ平面内排列，在该工具框架和床头箱之间，除有电脑伺服控制的Ｚ轴和Ｘ轴之外，还有一个电脑伺服控制的Ｙ轴，即Ｙ向导轨付（５），（６）及其伺服机构（７）。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：邵文远，
申请(专利权)人：邵文远，
类型：发明
国别省市：34[中国|安徽]