应用于数控机床并绕Z轴定角度、定转速偏转的控制装置的制作方法

本发明涉及机械加工技术领域。

背景技术：

现有技术中的机床技术成熟，加工精度高，可实现车、铣、镗、钻等功能，但是，不能有效的将车、刨进行结合；现有技术中的三轴机床的刀具夹持机构通常是被固定的，不能控制刀具沿轴线方向运动，从而限制了加工区域。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种高精度加工机床，通过一次装夹，可完成车、铣、镗、钻、刨等功能，并且可控制刀具的轴线方向运动，从而提高加工区域。

为实现上述技术目的，本发明所采用的技术方案如下。

应用于数控机床并绕Z轴定角度、定转速偏转的控制装置，其包括Z轴向转轴、外壳体，滑动套接于Z轴向转轴并可绕自身轴线转动的定位套环、活动旋转件，活动旋转件通过第三传动机构与步进电机连接，活动旋转件连接于第三传动机构的从动件；活动旋转件上还设置有与其同心布置的环形凸出台阶，环形凸出台阶的内壁上设置有第二内键槽，Z轴向转轴上设置有第一外键槽，Z轴向转轴外部滑动套接有可相对于Z轴向转轴发生轴线方向移动的联动旋转件，联动旋转件的内壁处设置有与第一外键槽相匹配的第一内键槽，联动旋转件的外壁处设置有与第二内键槽相匹配的第二外键槽，联动旋转件上设置有与其同心布置的环形牵引凹槽，联动旋转件通过环形牵引凹槽与牵引套环连接，牵引套环上设置有一对水平摆放的连接块体，连接块体上设置有垂直于Z轴向转轴轴线的导向块，外壳体套接于定位套环、连接块体的外部，外壳体内设置有用于导向连接块体沿着Z轴向转轴轴线方向运动的内导向槽，定位套环上设置有与导向块相匹配并且导向导向块在Z轴向转轴轴线方向移位的弧形导向槽，Z轴向转轴外套接有第三弹簧，第三弹簧一端连接定位套环，另一端连接外壳体的内壁部。

上述技术方案的进一步改进。

上述的牵引套环由第一子环与第二子环拼接组成，第一子环与第二子环通过螺钉固定，一对导向块固定连接第一子环和/或第二子环。

上述技术方案的进一步改进。

上述的活动旋转件通过轴承与Z轴向转轴相连接，活动旋转件连接于该轴承的外圈，Z轴向转轴连接于该轴承的内圈。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的结构示意图。

图3为本发明的机构示意图。

图4为本发明的过载保护机构结构示意图。

图5为本发明的过载保护机构结构示意图。

图6为本发明的过载保护机构的摩擦盘结构示意图。

图7为本发明的锁紧机构结构示意图。

图8为本发明的锁紧机构结构示意图。

图9为本发明的锁紧机构结构示意图。

图10为本发明的双动力机构与刀具夹持机构连接结构示意图。

图11为本发明的双动力机构结构示意图。

图12为本发明的双动力机构结构示意图。

图13为本发明的双动力机构结构示意图。

图14为本发明的双动力机构结构示意图。

图15为本发明的刀具夹持机构结构示意图。

图16为本发明的工件夹持机构与Z轴导轨连接结构示意图。

图17为本发明的第一滑动板体结构示意图。

图18为本发明的中间转动板体结构示意图。

图19为本发明的第二滑动板体连接结构示意图。

图20为本发明的第三滑动板体与工件夹持机构连接结构示意图。

图21为本发明的Z轴转动机构的结构示意图。

图22为本发明的Z轴转动机构的结构示意图。

图23为本发明的Z轴转动机构的结构示意图。

图24为本发明的Z轴转动机构的结构示意图。

图25为本发明的Z轴转动机构的结构示意图。

图26为本发明的Z轴转动机构的结构示意图。

图27为本发明的工件夹持机构结构示意图。

图28为本发明的工件夹持机构结构示意图。

图29为本发明的卡爪盘结构示意图。

图30为本发明的卡盘体结构示意图。

图31为本发明的大锥齿轮结构示意图。

图32为本发明的双动力机构与行程控制机构连接结构示意图。

图33为本发明的行程控制机构结构示意图。

图34为本发明的行程滑块结构示意图。

图中标示为：

100、机架；110、控制器；120、Z轴向导轨。

210、电机；220、主动轴；222、外螺纹；230、第一齿轮；240、从动摩擦盘；250、主动摩擦盘；260、挡环；262、第一弹簧；264、丝母；270、第二齿轮。

310、移位锁紧盘；320、固定锁紧盘；330、拨动块；340、第二弹簧；350、拨叉；352、拨叉叉口；360、拨动转轴；370、操纵杆；380、拨动转槽。

400、双动力机构；402、第一导向槽；410、第一主轴；420、连接壳体；422、第三齿轮；424、第四齿轮；430、第二主轴；440、输出轴；442、第二导向槽；444、端部凹槽；450、移位块体；451、凸起部；452、台阶；453、外固定环；454、轴承；455、内固定环；460、行程控制机构；461、定位块；462、行程导向杆；463、标尺；464、行程滑块；465、行程开关；466、行程锁紧机构；467、指针。

500、刀具夹持机构；510、三爪卡盘；520、连接盘体；530、连接导柱；540、排屑孔。

600、运动托架；610、第一滑动板体；612、刻度转盘；614、转向槽；616、转角刻度；617、中间转动板体；618、转角指针；619、转动锁紧孔；620、第二滑动板体；622、立架；630、第三滑动板体；632、连接孔槽；634、Y轴向滑块。

700、工件夹持机构；710、卡盘体；712、径向滑槽；714、扳孔；720、卡爪盘；722、径向卡槽；724、夹持锁紧孔；726、卡盘导向块；730、大锥齿轮；732、平面螺旋槽；734、环形台阶；740、底板；750、小锥齿轮。

800、Z轴转动机构；810、Z轴向转轴；812、第一外键槽；820、定位套环；822、拨动杆；824、弧形导向槽；826、第三弹簧；830、连接块体；832、导向块；840、活动旋转件；842、环形凸出台阶；844、第二内键槽；850、联动旋转件；852、第二外键槽；854、环形牵引凹槽；856、第一内键槽；860、牵引套环；862、第一子环；864、第二子环。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下，所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护范围。

如图1、2、3所示，一种高精度多轴机床，其包括机架100、安装于机架100的控制器110、安装于机架100一端的双动力机构400、安装于机架100另一端的运动托架600、安装于双动力机构400输出端的刀具夹持机构500、安装于运动托架600的工件夹持机构700。

控制器可用于控制双动力机构的工作，还可以控制运动托架的移动。

如图1、2、3所示，本发明详细提供了刀具夹持机构中心轴线与工件夹持机构中心轴线平行的实施方式；本发明中的刀具夹持机构中心轴线还可以与工件夹持机构中心轴线竖直方向垂直布置，具体地，工件夹持机构的中心轴线竖直方向布置并且与刀具夹持机构的中心轴线垂直；本发明中的刀具夹持机构中心轴线还可以与工件夹持机构中心轴线水平方向垂直布置，具体地，工件夹持机构的中心轴线水平方向布置并且与刀具夹持机构的中心轴线垂直。刀具夹持机构与工件夹持机构的三种不同的布置方式，均可以实现车、铣、镗、钻、刨等功能。

本发明以刀具夹持机构中心轴线与工件夹持机构中心轴线平行布置的方式进行详细说明。

如图10-14所示，双动力机构400，其包括套筒，与套筒固定连接的连接壳体420，套接于套筒内的第二主轴430、输出轴440，连接壳体420内设置有一对相互啮合的第三齿轮422、第四齿轮424，第二主轴430为丝杆并且第二主轴430外套接有移位块体450，移位块体450通过丝母与第二主轴430连接，移位块体通过第一导向机构与套筒连接，第一导向机构的导向方向与套筒的长度方向相同，移位块体450与第一导向机构的运动件连接；优选地，第一导向机构包括设置于套筒并沿其轴线方向延伸的第一导向槽402、设置于移位块体并与第一导向槽402相匹配的凸起部451，通过转动第二主轴，由于凸起部451与第一导向槽402的匹配关系，使得移位块体450沿第二主轴430的轴线方向运动；移位块体450上设置有与其同心布置的圆环形台阶452，输出轴440套接于第二主轴430外部并且输出轴440的驱动端设置有端部凹槽444，端部凹槽444通过轴承454与圆环形台阶452连接，输出轴440上设置有沿其轴线方向延伸的第二导向槽442，第四齿轮424通过健与第二导向槽442的匹配套接于输出轴440的外部；当第四齿轮424不转动情况下，通过第二驱动装置驱动第二主轴的转动，既可带动移位块体沿第二主轴的轴线方向往复运动，由于输出轴的端部凹槽连接于轴承454的外圈，并且该轴承454的内圈连接于圆环形台阶452，并且在健与第二导向槽的匹配作用下，使得输出轴440只能沿其轴线方向运动；第三齿轮422套接于第一主轴410的外部，通过第一驱动装置驱动主轴410的转动，并且通过第三齿轮与第四齿轮的传动，既可驱动输出轴440绕自身轴线转动。

如图14所示，上述的圆环形台阶452的外部分别依次套接有外固定环453、轴承454、内固定环455，外固定环453的直径大于轴承454的外圈直径，内固定环455的直径大于轴承454的内圈直径并小于轴承454的外圈直径，端部凹槽套接于轴承454、内固定环455外部，内固定环455通过螺钉与圆环形台阶452固定，外固定环453通过螺钉与输出轴440的驱动端固定；通过外固定环453、内固定环455的固定以及限制作用，使得端部凹槽与轴承454的紧密贴合。

如图3-9所示，第一主轴410的驱动端连接有锁紧机构，锁紧机构包括套接于第一主轴410的第二齿轮270、固定套接于第一主轴410的移位锁紧盘310、套接于第一主轴410并与机架100固定的固定锁紧盘320，第一主轴410上设置有沿其轴线方向布置的轴向键槽，第二齿轮270通过健与轴向键槽匹配并活动套接于第一主轴410外部，移位锁紧盘310上设置有锁紧凸起，固定锁紧盘320上设置有与锁紧凸起相匹配的锁紧凹槽，移位锁紧盘310上设置有与其同心布置的环形拨动凹槽，移位锁紧盘310与第二齿轮270之间安装有套接于第一主轴410的第二弹簧340，优选地，第一输出轴410上还固定有位于移位锁紧盘与第二齿轮之间的锁紧固定环，移位锁紧盘与锁紧固定环之间安装有第二弹簧340，通过增设锁紧固定环，避免第二弹簧340与第二齿轮的直接接触，可避免弹簧对第二齿轮施加作用力，提高本装置的精度。

如图4、7、8、9所示，移位锁紧盘310还连接有拨动机构，通过拨动机构施加的作用力，使得移位锁紧盘310克服第二弹簧340的弹力并沿第一主轴410的轴向运动，从而使得移位锁紧盘310与固定锁紧盘320脱离；当第二齿轮270发生转动时，即可驱动第一主轴410的转动。

上述的拨动机构包括拨动块330、拨叉350，拨动块330通过第二导向机构与机架100连接，第二导向机构的导向方向与第一主轴410的轴线方向平行，拨动块330与第二导向机构的运动件相连接；如图8所示，优选地，第二导向机构包括与机架100固定并平行于第一主轴的拨动导向杆，拨动块330通过滑套或者直线轴承与拨动导向杆相匹配，拨动块330上设置有与移位锁紧盘上的环形拨动凹槽相匹配的拨动叉，优选的，该拨动叉为U型叉；拨动块330与拨叉350活动连接，拨叉350驱动拨动块330沿拨动导向杆的轴线方向往复运动，优选地，拨动块330上设置有拨柱并且拨柱的轴线方向与拨动导向杆的轴线方向垂直，拨叉350的输出端设置有与拨柱相匹配的拨叉叉口352，优选地，该拨叉叉口352为U型叉，拨叉350的中间位置安装有拨动转轴360，与机架100相固定的拨动控制面板上设置有与拨动转轴360相匹配的拨动转槽380，拨叉350的驱动端铆接有操纵杆370，拨动控制面板上设置有导向操作杆370驱动拨动块330轴向运动的拨动导向槽，优选地，拨动导向槽上还设置有固定移位锁紧盘310处于分离状态下的沟槽。

如图3-7所示，第二齿轮270与第一驱动装置之间还安装有过载保护机构，可有效保护本装置中的传动零部件，所述的过载保护机构包括与第二齿轮270相啮合的第一齿轮230，与第一齿轮230相固定并且同心布置的从动摩擦盘240，第一齿轮230通过轴承与主动轴220活动套接，主动轴220上设置有外螺纹222并且通过外螺纹222与丝母264螺纹连接，丝母264与挡环260固定连接，主动轴220上还套接有与从动摩擦盘240相匹配的主动摩擦盘250，主动轴220上设置有沿主动轴220轴向布置的摩擦键槽，主动摩擦盘250通过健与摩擦键槽的匹配使得主动摩擦盘250可相对于主动轴发生轴线方向的移位，从动摩擦盘240上设置有摩擦凸起/摩擦凹槽，主动摩擦盘250上设置有与从动摩擦盘相匹配的摩擦凹槽/摩擦凸起，挡环260与主动摩擦盘250之间还安装有第一弹簧262；由于第一齿轮230的位置固定，通过转动丝母264，可调整第一弹簧262的弹力，从而控制主动摩擦盘与从动摩擦盘之间的摩擦阻力；当主动轴220在动能的驱动下发生转动时，通过健与摩擦键槽的匹配使得主动摩擦盘250发生转动，在第一弹簧262的弹力作用下，使得主动摩擦盘250与从动摩擦盘240接触紧密，从而带动从动摩擦盘、第一齿轮的转动，从而实现动能的正常传递以及输出；当第一主轴410卡死或者其他机构的超负荷，当主动轴220转动时，主动摩擦盘与从动摩擦盘发生打滑，不能正常的向第一齿轮输入动能，从而保护了机构的安全。

上述的主动轴220通过第一传动机构与第一驱动装置连接，主动轴连接于第一传动机构的输出端，第一驱动装置连接于第一传动机构的驱动端；如图3、4所示，主动轴的驱动端通过同步带传动机构连接电机210，通过电机提供动能并通过同步带传动机构传递动能，从而驱动主动轴220的转动。

如图16-19所示，在数控编程时为了描述机床的运动，简化程序编制的方法及保证纪录数据的互换性，以机床原点O为坐标系原点并遵循右手笛卡尔直角坐标系建立的由X、Y、Z轴组成的固定的直角坐标系，初始状态下，运动托架600可驱动工件夹持机构沿X、Y、Z轴向运动以及围绕Z轴、Y轴转动，从而使得被夹持工件可完成多方位的加工，所述的运动托架600包括第一滑动板体610、第二滑动板体620、第三滑动板体630，第一滑动板体610通过螺母与安装于机架并且沿Z轴轴线方向布置以及可绕自身轴线转动的Z轴向丝杆连接，第一滑动板体610还通过第三导向机构与机架100连接，第三导向机构的导向方向沿Z轴轴线方向延伸，第一滑动板体610与第三导向机构中的运动件固定连接；第一滑动板体610与第二滑动板体620通过中间转动板体617连接，第一滑动板体610上设置有圆环型刻度转盘612，刻度转盘612的中心位置处设置有转向槽614，刻度转盘612的台面上还设置有转角刻度616，中间转动板体617的中心位置设置有与转向槽614相匹配的转向凸起，通过转向凸起与转向槽614的相互匹配并实现中间转动板体绕Y轴的转动，中间转动板体上设置有指向转角刻度的转角指针618，中间转动板体上安装有沿X轴轴线方向布置并且可绕自身轴线转动的X轴向丝杆，第二滑动板体620通过丝母与X轴线丝杆连接，中间转动板体通过第四导向机构与第二滑动板体620连接，第四导向机构的导向方向沿X轴的轴线方向延伸，第二滑动板体620与第四导向机构的运动件固定连接，中间转动板体617上设置有转动锁紧孔619以及与转动锁紧孔619相匹配的第二扳手，通过旋转第二扳手将中间转动板体与第一滑动板体锁紧并固定；第二滑动板体620上设置有竖直方向（即沿Y轴方向）布置的立架622，立架622上安装有沿Y轴轴线方向布置并且可绕自身轴线转动的Y轴向丝杆，第三滑动板体630通过丝母与Y轴向丝杆连接，立架622通过第五导向机构与第三滑动板体630相连接，第五导向机构的导向方向沿Y轴的轴线方向延伸，第三滑动板体630与第五导向机构的运动件固定连接；工件夹持机构700安装于第三滑动板体630。

上述的第三导向机构包括安装于机架100并且沿Z轴轴线方向布置的Z轴向导轨或者Z轴向导杆120，第三导向机构的运动件为与Z轴向导轨或者Z轴向导杆相匹配的Z轴向滑块或者滑套。

上述的第四导向机构包括设置于中间转动板体并且沿X轴轴线方向布置的X轴向导轨或者X轴向导杆，第四导向机构的运动件为与X轴向导轨或者X轴线导杆相匹配的X轴向滑块或者滑套。

上述的第五导向机构包括设置于立架622并且沿Y轴轴线方向延伸的Y轴向导轨或者Y轴向导杆，第五导向机构的运动件为与Y轴向导轨或者Y轴向导杆相匹配的Y轴向滑块或者滑套。

如图19-24所示，工件夹持机构700包括与第三滑动板体630活动连接并可绕自身轴线转动的底板740、与底板740活动连接并且可绕自身轴线转动的大锥齿轮730、底板740上安装有若干个与大锥齿轮730相匹配的小锥齿轮750、套接于底板740、大锥齿轮730外部并与底板相固定的卡盘体710、与卡盘体710滑动连接的四个相同尺寸的卡爪盘720，底板740安装于大锥齿轮730与第三滑动板体630之间，卡爪盘720的圆心角为90度并且四个卡爪盘可拼接成一个完整的圆形，第三滑动板体630上设置有连接孔槽632，大锥齿轮上设置有与其同心布置并且与底板740中心相连接的环形台阶734，底部740中心的另一端面还连接有Z轴向转轴810，大锥齿轮的背面设置有平面螺旋槽732，卡盘体710上设置有沿其径向分布的四个径向滑槽712，卡爪盘720的背面设置有与径向滑槽712相匹配的卡盘导向块726，卡盘导向块726上设置有与平面螺旋槽相匹配的螺旋凸起，小锥齿轮的驱动端设置有转动孔，卡盘体的壁部设置有与转动孔相匹配的通孔。

通过驱动扳手驱动小锥齿轮的转动，即可驱动大锥齿轮的转动，由于卡盘导向块与设置于大锥齿轮的平面螺旋槽匹配关系，从而使得四个卡爪盘发生同步的偏离或者聚拢。

采用四个卡爪盘的优点在于：四个卡爪盘发生同步的偏离或者聚拢，更便于夹持杆状部件，特别是夹持U型杆状部件，现有技术中的工件夹持机构，对U型杆状部件的夹持效果差，不能实现一次装夹，完成U型管状部件的两端加工。

如图20、21所示，卡爪盘720上正面还设置有沿其径向分布的径向卡槽722，卡爪盘720上还设置有位于径向卡槽722两侧的夹持锁紧孔724；通过径向卡槽722可便于安装其他辅助夹具，并通过夹持锁紧孔724进行锁定，使得装夹更稳定并且适用于多种外形的工件装夹。

如图15所示，刀具夹持机构500，其包括与输出轴440的输出端相固定的连接盘体520、与连接盘体520相连接的三爪卡盘510，连接盘体520通过螺钉与输出轴440相连接，连接盘体520通过套接有螺钉的连接导柱530与连接三爪卡盘510相固定。

三爪卡盘的中心位置处还设置有排屑孔540，便于碎屑排除。

现有技术中的三爪卡盘的技术成熟，并且功能齐全，本发明中不再对三爪卡盘的结构进行赘述。

如图1-3、10、25-27所示，双动力机构400上还布置有行程控制机构460，行程控制机构460包括分别位于移位块体两端的两个行程滑块464、导向方向与输出轴440的轴线方向一致的第六导向机构，行程滑块464与第六导向机构的运动件相连接；行程滑块464上安装有行程开关465。

上述的第六导向机构包括两个轴线方向与输出轴轴线方向平行的行程导向杆462、固定于两个行程导向杆462两端的定位块461、行程滑块464通过滑套或者直线轴承与行程导向杆462滑动连接，行程滑块464上安装有用于固定行程滑块位置的行程锁紧机构466，该行程锁紧机构466优选为旋钮，通过旋转旋钮从而将行程滑块与行程导向杆固定。

上述的两个定位块461之间还固定有标尺463，行程滑块464上还设置有指向标尺463的指针467。

通过拨动两个行程滑块，从而控制移位块体的行程范围，避免因为移位块体的行程过大或者过小，导致输出轴的轴线方向运动范围受影响；通过行程控制机构460的控制作用，可以进步的提高生产的精度，并且防止移位块体的行程过大，造成机构之间的碰撞，确保装置的安全性。

如图20-26所示，第三滑动板体630上安装有Z轴转动板体800，通过Z轴转动板体800可驱动工件夹持机构700围绕Z轴发生一定角度偏转，从而实现多角度加工；Z轴转动机构800包括Z轴向转轴810、与第三滑动板体630相固定的外壳体，滑动套接于Z轴向转轴810并可绕自身轴线转动的定位套环820、活动旋转件840，活动旋转件840通过第三传动机构与步进电机连接，活动旋转件840连接于第三传动机构的从动件；由于活动旋转件与Z轴向转轴的滑动套接，当驱动步进电机时，通过第三传动机构的传动，可实现活动旋转件绕自身轴线发生空转；活动旋转件840上还设置有与其同心布置的环形凸出台阶842，环形凸出台阶842的内壁上设置有第二内键槽844，Z轴向转轴810上设置有第一外键槽812，Z轴向转轴810外部滑动套接有可相对于Z轴向转轴发生轴线方向移动的联动旋转件850，联动旋转件850的内壁处设置有与第一外键槽812相匹配的第一内键槽856，联动旋转件850的外壁处设置有与第二内键槽844相匹配的第二外键槽852，联动旋转件850上设置有与其同心布置的环形牵引凹槽854，联动旋转件850通过环形牵引凹槽854与牵引套环860连接，牵引套环860上设置有一对水平摆放的连接块体830，连接块体830上设置有垂直于Z轴向转轴轴线的导向块832，外壳体套接于定位套环820、连接块体830的外部，外壳体内设置有用于导向连接块体830沿着Z轴向转轴轴线方向运动的内导向槽，定位套环820上设置有与导向块832相匹配并且导向导向块在Z轴向转轴轴线方向移位的弧形导向槽824，Z轴向转轴810外套接有第三弹簧826，第三弹簧826一端连接定位套环820，另一端连接外壳体的内壁部。

上述的牵引套环860由第一子环862与第二子环864拼接组成，第一子环862与第二子环通过螺钉固定，从而使得牵引套环更方便安装于环形牵引凹槽854中，一对导向块830固定连接第一子环和/或第二子环。

上述的活动旋转件通过轴承与Z轴向转轴810相连接，活动旋转件连接于该轴承的外圈，Z轴向转轴连接于该轴承的内圈；从而使得活动旋转件可相对于Z轴向转轴发生空转。

上述的第三传动机构为同步带传动机构。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明；对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本发明中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或者范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限定于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。