专利名称：多功能小型精密钟表机床的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种多功能小型钟表机床，属小型机床和钟表技术领域。
背景技术：
钟表师在制作钟表零部件时，往往需要一台小型精密钟表机床。现有的钟表机床 存在结构复杂、功能单一、精度较低等缺点。目前市场上钟表机床大多数有车、铣、钻等单一 的功能，但钟表机构一般都较为复杂，有主夹板、夹板(包括中央轮夹板、第四轮夹板、摆轮 和半夹板)、擒纵轮夹板。各种夹板上还有凸台、沉孔等等，这样、一个零件就很难在一台单 一功能的机床上完成。这就决定了往往一个钟表零件的加工过程需要在不同的机床上进行 才得以完成。而钟表零件所要求的车削、铣削、钻削等工艺的精度比较高，如果多次装夹会 影响加工精度。此外，钟表零件表面的精饰加工往往需要工件与刀具成不同的倾角；加工曲 面时，要求铣刀在铣削时呈一定的倾斜。虽然这些要求数控加工中心(CNC)能够满足，但对 独立钟表师或者规模较小的研发部分部门来说，其投资成本太高。有鉴于此，研制一台具有 多自由度(5个自由度)、多种功能(具有车、铣、钻等功能)的小型钟表机床是非常有必要 的。
实用新型内容本实用新型的目的在于提供一台新型的多功能的高精度的钟表机床，可以满足微 小零件制作过程中的各种加工工艺要求。机床具有五个运动自由度，配合其他的机床配件 可以在一台机床上完成车、铣、钻、镗、磨及表面装饰处理等多种机加工，避免了钟表部件的 多次装夹引起的加工误差。机床上需要实现刀具和工件成不同角度。这种新型的机床可以 使得一个钟表零件在一台机床上加工完成，縮短了加工时间、减少了加工步骤，也减少了加 工成本。它可以填补现在市场上其他精密钟表机床的功能空白。同时，该机床可供科研、教 学单位完成单件、小批小型零件的机加工。 为了达到上述目的，本实用新型的构思是考虑到机床装配的方便及使用的简便 性，课题计划对机床结构采用模块化设计方法。模块化设计可以降低机床部件的加工难度， 提高机床装配拆卸的灵活性，有利于减少加工成本，另外，模块的即插即用性有利于产品的 升级换代和维修。将整台机床划分为若干功能模块，形成可装配的功能单元，如基座、三维 工作台、支撑底座、立柱、升降部件、主轴系、电机和传动带等。这些模块可以根据今后一定 的外部环境变化进行相应的重组。机床的设计计划大量使用高质量标准件，减少非标准件 数量，这样不仅保证了机床机械性能的可靠性、结构的可重组性、设计制造的快速性，而且 在使用结束后大多数零部件具有可回收性，适应我国走可持续发展道路的长远规划。本实 用新型提供的机床主要针对独立钟表师和科研单位的科研人员所设计。这类客户大都手工 制表、独立工作，对机床的投资成本低，有些客户未能掌握数控编程技能。为了满足这类人 群的需求，本实用新型设计的多功能精密钟表机床是一台电机驱动、手动加工零件的低成 本、多功能小型手动机床。[0005] 多功能小型精密钟表机床，包括基座，基座上安装工作台和支撑底座，支撑底座和 立柱利用铰链机构链接，立柱上安装升降部件带动电机和主轴箱的移动，主轴箱内安装主 轴，电机通过传动带带动主轴的运转。三个直线运动自由度采用滚动导轨和精密丝杠螺母 传动，利用销配合实现旋转的运动自由度，利用铰链结构实现摆转的运动自由度。五个自由 度的运动通过手动操作完成。选择直流电机通过带轮传动带动主轴的转动。 根据上述实用新型构思，本实用新型采用下述技术方案 —种多功能小型精密钟表机床，包括一个基座，其特征在于所述基座上安装一个 工作台和一个支撑底座，所述支撑底座用铰链机构和一个立柱相连，所述立柱上安装一个 升降部件，所述升降部件的两端分别安装一个主轴系和一个电机，所述电机通过一个传动 带带动所述主轴系运转。 上述基座的四角安装地脚螺钉，所述地脚螺钉配有地脚锁紧螺母和支撑脚。 上述工作台由一个滚动导轨、一个旋转工作台和一个上层工作台依次由下至上叠 置构成，其中滚动导轨安装在基座上方。 上述支撑底座用螺钉安装于基座上方的工作台后方，支撑底座上端为半圆形构 造，在半圆中心加工出一直径30mm圆形通孔，并在大圆形通孔上方和左方各加工一直径 10mm圆形通孔。 上述立柱下端为凹字形半圆构造，在半圆中心加工出一直径30mm圆形通孔，并在 大圆形通孔上方和下方各加工一直径10mm圆形通孔，立柱上端圆柱体钻有深度为93mm的 空心圆形槽，并在空心圆柱体左右两侧加工两长圆形通孔；所述支撑底座上端半圆中心的 30mm圆形通孔与立柱下端半圆中心的30mm圆形通孔对准，并插配螺栓锁紧销轴，构成支撑 底座与立柱之间可调转动连接的铰链机构。 上述升降部件安装于立柱上端圆柱体处，其结构是一个升降导向件嵌于一个立 柱外套的长圆形通孔内，通过螺钉与一个升降驱动螺母和所述立柱外套固定，升降驱动螺 母与一根升降丝杆旋配， 一个升降手轮带动所述升降丝杆转动，实现所述立柱外套的升降 移动。 上述主轴系通过螺钉安装于所述立柱外套的前方，其中主轴安装于主轴箱内，主 轴上安装有主轴传动带轮。 上述电机通过螺钉安装于所述立柱外套的后方，电机输出轴上安装一个电机传动 带轮。 上述传动带安装于主轴传动带轮和电机传动带轮上，电机驱动电机传动带轮旋转 通过传动带带动主轴系的运转。 本实用新型与现有技术相比较，具有如下显而易见的实质性特点和优点本机床 的机械结构首先确保五个运动自由度的实现，即X、 Y、 Z空间三个坐标轴方向的直线运动、 以绕Z轴的旋转运动和绕X轴的摆转运动，摆转角度最大可以达到135。。在一台机床上完 成了多种机加工，即当主轴成水平时，可完成对零件的车、铣、钻、镗、磨等切削加工；当主轴 成竖直时，机床可以完成铣、车、钻、镗、磨等切削加工；当主轴成一定角度倾斜时，使得工件 与刀具成一定角度可以完成钟表零件表面的精饰加工和工件的曲面铣加工。本实用新型还 具有占地面积小、制造成本低、操作简单、使用方便等优点。
图1为本实用新型结构的一个实施例的示意图。图2为图1的右视图。图3为图1示例的基座结构示意图。图4为图1示例的工作台结构示意图。图5为图1示例的旋转工作台结构示意图。图6为图5的A-A处剖视图。图7为图1示例的支撑底座结构示意图。图8为图7的右视图。图9为图1示例的立柱结构示意图。图10为图9的右视图。图11为图1示例的升降部件结构示意图。图12为图11的A-A处剖视图。图13为图1示例的主轴系的结构示意图。图14为图13的A-A处剖视图。图15-图18为图1示例的在不同工作状态下的结构示意图。
具体实施方式本实用新型的一个优选实施例结合附图说明如下 本多功能小型精密机床分为八个功能模块，如说明书附图l和图2所示分别为基
座1、三维工作台2、支撑底座3、立柱4、升降部件5、主轴系6、电机7和传动带8。基座1上
用螺钉安装工作台2和支撑底座3，支撑底座3用铰链机构和立柱4相连，立柱4上安装升
降部件5，升降部件5带动立柱外套17的升降移动，立柱外套17前后端螺钉分别固定了主
轴支架24和电机支架25，主轴支架24用螺钉固定主轴系6，电机支架25用螺钉固定电机
7，选择直流电机7通过电机带轮23通过传动带8带动主轴系6运转。 如图3所示，基座1的四角安装地脚螺钉9，地脚螺钉9配有地脚锁紧螺母10和支
撑脚ll，可调节地脚锁紧螺母10和地脚螺钉9的旋合高度保持基座1的水平。 如图4所示，工作台分为滚动导轨12、旋转工作台13和上层工作台14三部分。基
座1上方安装滚动导轨12，滚动导轨12上安装下层转台34，上层导轨座35和上层驱动螺
母31固定。转动下层手轮32通过滑动旋转副的传动实现下层转台34的Y方向直线运动，
转动上层手轮33通过滑动旋转副的传动实现上层工作台面14的X方向直线运动。考虑到
加工难度及导轨运动误差小等要求，导轨计划采用滚动直线导轨副(标准件)。 如图5和图6所示，旋转工作台13固定中心销28，回转台短轴26用螺钉下层转台
34固定，回转盘27用螺钉与上层导轨座35固定，旋转台手轮30与回转盘27通过螺纹配合
进行固定，使得手轮可以带动回转盘27绕着Z轴旋转，通过增加定位销29配合的设计，使
回转盘27旋转90°时得到定位，保证了上下两层直线导轨成X-Y十字垂直交错。 如图7和图8所示，支撑底座3用螺钉安装于基座1上方、工作台2后方，支撑底
座3侧视呈凸字形，上端为半圆形构造，在半圆中心加工出一大直径圆形通孔，并在大直径
圆形通孔上方和左方各加工一小直径圆形通孔，在其右下方加工一弧度孔。[0038] 如图9和图10所示，立柱4下端为凹字形半圆构造，在半圆中心加工出一直径 30mm圆形通孔，并在大圆形通孔上方和下方各加工一直径10mm圆形通孔，立柱4上端圆柱 体钻有深度为93mm的空心圆形槽，并在空心圆柱体左右两侧加工两长圆形通孔。大直径销 用于确保立柱4下端的大孔与支撑底座3上端大孔保持同心配合，从而实现了立柱4与支 撑底座3的铰链连接。此铰链机构可以使立柱4实现90。之内的任意位置摆动。小直径销 可以与支撑底座3的弧度孔及立柱4的下端小孔配合，利用定位销和定位孔的配合确保立 柱4在水平和竖直状态的固定，铰链机构后端加装有一锁紧螺钉，使得立柱4即使在倾斜状 态也能被锁定，防止了松动倒下的危险。 如图11和图12所示，升降部件5安装于立柱4上端圆柱体处，升降导向件15嵌 于长圆形通孔内，通过螺钉与升降驱动螺母16和立柱外套17固定，升降驱动螺母16与升 降丝杆18配合，升降手轮19带动升降丝杆18转动，实现立柱外套17的升降移动。升降部 件5采用滑动丝杆螺母机构实现了主轴沿着Z轴直线运动。转动升降手轮19通过滑动旋 转副的传动实现驱动螺母的升降功能，立柱外套17前后端螺钉分别固定了主轴支架24和 电机支架25，从而达到带动主轴系6和电机7的升降功能。 如图13和图14所示，机床的主轴箱(21)用螺钉安装于主轴支架(24)前端，主轴 (20)安装于主轴箱(21)内，主轴(20)上端装配了一个上端轴承(36)，主轴(20)上端装配 了两个下端轴承(37)确保主轴(20)的旋转精度，在主轴(20)中间利用键槽和键配合实现 主轴(20)和主轴传动带轮(22)的配合。 在钟表行业，基于钟表零部件抛光加工工艺的要求，机床主轴系6需能摆转一定 的角度，从而更利于钟表师操作。除了大型加工中心有此功能以外，市场上还没有发现成熟 的小型机床产品有类似功能。因此，实现主轴系6绕X轴的摆动是本实用新型的重点所在。 本实用新型采用了机械上常用的铰链机构来实现这一操作。说明书附图15-图18展示了 机床主轴系6分别在竖直、倾斜及水平位置机床的工作状态。 本机床采用P丽直流调速系统。P丽直流调速系统是采用我国最新数学控制调速
技术和专用器件，研制生产的高精度电子调速装置，具有结构简单、体积小、重量轻等优点。
可用于多种系列、功率为几十瓦至八百瓦的直流电动机的无级调速。系统调速范围满足机
床要求且具有较快的动态响应过程，P丽脉宽调制技术和双闭环PI调节的特点。可靠性高，
结构紧凑，性价比高，适用于本课题研制的机床。 本机床可完成在一台机床上完成以下加工功能 (1)主轴竖直时，拉杆与夹具、小铣刀配合使用，实现立式铣削。
(2)主轴竖直时，拉杆与夹具、小钻头配合使用，实现钻削。
(3)拉杆与夹具、小砂轮配合，实现磨削工艺。 (4)在立柱摆转9(T之后即立柱呈水平状态，拉杆与夹具、车刀、镗刀配合，实现 车削、镗削。 (5)当主轴成一定角度倾斜时，使得工件与刀具成一定角度可以完成钟表零件表 面的精饰加工和工件的曲面铣加工。
(6)根据钟表零件加工工艺的要求，该机床可实现对钟表零件抛光的功能。
(7)采用旋转台分度功能，通过拉杆与夹具、齿轮滚、铣刀的配合了实现加工钟表 齿轮(一种特殊的修正摆线齿轮)。
权利要求一种多功能小型精密钟表机床，包括一个基座(1)，其特征在于所述基座(1)上安装一个工作台(2)和一个支撑底座(3)，所述支撑底座(3)用铰链机构和一个立柱(4)相连，所述立柱(4)上安装一个升降部件(5)，所述升降部件(5)的两端分别安装一个主轴系(6)和一个电机(7)，所述电机(7)通过一个传动带(8)带动所述主轴系(6)运转。
2. 根据权利要求l所述的多功能小型精密钟表机床，其特征在于所述基座(1)的四 角安装地脚螺钉(9)，所述地脚螺钉(9)配有地脚锁紧螺母(10)和支撑脚(11)。
3. 根据权利要求l所述的多功能小型精密钟表机床，其特征在于所述工作台(2)由 一个滚动导轨(12)、一个旋转工作台(13)和一个上层工作台(14)依次由下至上叠置构成， 其中滚动导轨(12)安装在基座(1)上方。
4. 根据权利要求l所述的多功能小型精密钟表机床，其特征在于所述支撑底座(3) 用螺钉安装于基座(1)上方的工作台(2)后方，支撑底座(3)上端为半圆形构造，在半圆中 心加工出一直径30mm圆形通孔，并在大圆形通孔上方和左方各加工一直径10mm圆形通孔。
5. 根据权利要求4所述的多功能小型精密钟表机床，其特征在于所述立柱(4)下端 为凹字形半圆构造，在半圆中心加工出一直径30mm圆形通孔，并在大圆形通孔上方和下方 各加工一直径10mm圆形通孔，立柱(4)上端圆柱体钻有深度为93mm的空心圆形槽，并在空 心圆柱体左右两侧加工两长圆形通孔；所述支撑底座(3)上端半圆中心的30mm圆形通孔与 立柱(4)下端半圆中心的30mm圆形通孔对准，并插配螺栓锁紧销轴，构成支撑底座(3)与 立柱(4)之间可调转动连接的铰链机构。
6. 根据权利要求1所述的多功能小型精密钟表机床，其特征在于所述升降部件(5) 安装于立柱(4)上端圆柱体处，其结构是一个升降导向件(15)嵌于一个立柱外套(17)的 长圆形通孔内，通过螺钉与一个升降驱动螺母(16)和所述立柱外套(17)固定，升降驱动螺 母(16)与一根升降丝杆(18)旋配，一个升降手轮(19)带动所述升降丝杆(18)转动，实现 所述立柱外套(17)的升降移动。
7. 根据权利要求6所述的多功能小型精密钟表机床，其特征在于所述主轴系(6)通 过螺钉安装于所述立柱外套(17)的前方，其中主轴(20)安装于主轴箱(21)内，主轴(20) 上安装有主轴传动带轮(22)。
8. 根据权利要求7所述的多功能小型精密钟表机床，其特征在于所述电机(7)通过 螺钉安装于所述立柱外套(17)的后方，电机(7)输出轴上安装一个电机传动带轮(23)。
9. 根据权利要求8所述的多功能小型精密钟表机床，其特征在于所述传动带(8)安 装于主轴传动带轮(22)和电机传动带轮(23)上，电机(7)驱动电机传动带轮(23)旋转通 过传动带(8)带动主轴系(6)的运转。
专利摘要本实用新型涉及多功能小型精密钟表机床。它包括一个基座，基座上安装一个工作台和一个支撑底座，支撑底座用铰链机构和一个立柱相连，立柱上安装一个升降部件，升降部件的两端分别安装一个主轴系和一个电机，电机通过一个传动带带动主轴系的运转。本实用新型具有五个运动自由度，可完成车、铣、钻、镗、磨等切削加工，具有占地面积小、制造成本低、操作简单、使用方便等优点。
文档编号G04D3/00GK201464830SQ20092006944
公开日2010年5月12日 申请日期2009年3月26日 优先权日2009年3月26日
发明者吴彬, 沈振军 申请人:上海大学