用于轴类端面加工的数控机床的制作方法

本实用新型属于数控机床领域，具体提供一种用于轴类端面加工的数控机床。

背景技术：

数控机床是一种高精度、高效率的自动化机床，配备多工位刀塔或动力刀塔。数控机床具有广泛的加工工艺性能，可加工直线圆柱、斜线圆柱、圆弧和各种螺纹、槽、蜗杆等复杂工件，具有直线插补、圆弧插补等各种补偿功能，并在复杂零件的批量生产中具有良好的经济效果。

但是，现有技术中的轴类端面的数控机床在工作过程中切削的铁屑容易堆积，排屑不顺畅，而且通常采用液压油缸驱动齿条的对中夹紧机构对工件进行夹紧，这种机构不仅结构复杂、机械传递效率低，而且在对工件进行对中夹紧的过程中需要用到伺服比例系统对液压油缸进行控制，使机床的制造成本偏高；并且在工件加工的过程中需要液压油缸一直对工件进行夹紧，造成了能源的浪费。现有轴类端面的数控机床往往采用多主轴串联的结构，不仅占据空间大，而且还不能够自动更换刀具。现有轴类端面的数控机床还存在工件与机床发生摩擦碰撞的问题。

相应地，本领域需要一种新的轴类端面数控机床来解决上述问题。

技术实现要素：

为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决现有轴类端面数控机床存在铁屑堆积排泄不畅、对中夹紧机构传递效率低以及工件加工过程中与机床发生碰撞和机床无法自动更换刀具的问题，本实用新型提供了一种用于轴类端面加工的数控机床，所述数控机床包括床身、固定在所述床身上的夹具以及固定到所述床身上的电主轴组件，其特征在于，所述夹具包括固定支架、设置在所述固定支架上的卡盘以及驱动所述卡盘上的卡爪开闭的第一丝杠和与所述第一丝杠固定连接的第一伺服电机，所述第一伺服电机驱动所述第一丝杠旋转，从而使所述卡爪闭合或打开。

在上述数控机床的优选实施方式中，所述第一丝杠是双向梯形丝杠。

在上述数控机床的优选实施方式中，所述固定支架上设置有第二伺服电机和与所述第二伺服电机固定连接的第二丝杠，所述第二丝杠和所述第二伺服电机用于驱动所述卡盘沿所述卡盘表面的延展方向移动。

在上述数控机床的优选实施方式中，所述床身上设置有排屑口，所述排屑口位于所述夹具的下方，所述排屑口的横截面沿竖直方向向下逐渐收缩变小。

在上述数控机床的优选实施方式中，所述夹具倾斜设置，使得所述卡盘上的铁屑能够自然滑落到所述排屑口内。

在上述数控机床的优选实施方式中，所述床身上设置有水管，所述水管设置在所述床身的两端，所述水管设置有出水口，当所述数控机床工作时，所述水管被通入水，水从所述出水口流出，将所述床身上的铁屑冲到所述排屑口内。

在上述数控机床的优选实施方式中，所述床身上设置有导轨，所述导轨的延伸方向指向所述夹具，所述电主轴组件可滑动地安装在所述导轨上。

在上述数控机床的优选实施方式中，所述床身上设置有进给电机，所述进给电机用于驱动所述电主轴组件沿所述导轨滑动。

在上述数控机床的优选实施方式中，所述电主轴组件包括支撑座和固定在所述支撑座上的电主轴，所述支撑座可滑动地安装在所述导轨上；并且所述支撑座上设置有激光检测器，所述激光检测器用于检测夹紧状态下的工件的位置。

在上述数控机床的优选实施方式中，所述数控机床还包括刀库，所述刀库用于给所述电主轴提供刀具；并且所述刀库设置有换刀臂，所述换刀臂用于给所述电主轴换刀。

本领域技术人员能够理解的是，在本实用新型的优选技术方案中，通过将夹具设置成与水平面呈较大倾角的结构，使得夹具表面的铁屑能够自然滑落到排屑口内；通过伺服电机控制双向T型滚珠丝杠驱动卡盘卡紧或松开工件，使得传动效率更高；通过将床身的上表面设置成斜面，使得床身上的铁屑能够被水流冲入排屑口；通过设置刀库，使得数控机床的电主轴能够自动换刀；通过在电主轴组件的支撑座上设置激光检测器，能够实时监测工件的位置，防止工件与机床发生碰撞。

附图说明

图1是本实用新型的数控机床的等轴侧视图；

图2是本实用新型的数控机床的主视图；

图3是本实用新型的数控机床的俯视图；

图4是沿图2中的B-B线截取的剖视图；

图5是图4中H部位的放大图；

图6是沿图3中的C-C线截取的剖视图；

图7是图1中J部位的放大图。

具体实施方式

下面参照附图来描述本实用新型的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本实用新型的技术原理，并非旨在限制本实用新型的保护范围。例如，虽然在说明书中是对轴类端面加工数控机床进行详细介绍的，但是很明显本实用新型的数控机床的结构也能应用于其他种类的机床，本领域技术人员可以根据需要对其作出调整，以便适应具体的应用场合。

需要说明的是，在本实用新型的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，还需要说明的是，在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

如图1至图3所示，本实用新型的用于轴类端面加工的数控机床包括：床身1、斜夹具2、排屑器3、刀库4和电主轴组件5。斜夹具2固定安装在床身1的中间部位，排屑器3位于床身1的一侧，电主轴组件5共有两套分别位于斜夹具2的两侧，并且电主轴组件5可以在床身1上滑动，刀库4同样具有两套，刀库4与电主轴组件5配合用以实现数控机床的自动更换刀具。本领域技术人员能够理解的是，刀库4与电主轴组件5还可以只设置一套，此时斜夹具2安装在床身1上与电主轴组件5相对的一端。

如图2至图4所示，斜夹具2表面与水平面之间成一个较大的夹角(图中未标出)，该夹角的大小可以是任何一个值，只要保证工件加工时产生的铁屑能够从斜夹具2的表面自然滑落即可。

如图4和图5所示，斜夹具2包括卡盘(图中未标出)和固定支架23。固定支架23通过螺栓固定到床身1上。卡盘又包括：第一卡爪211、第二卡爪212、卡盘体216、第一丝杠215、第一伺服电机217、第二丝杠219、第二伺服电机218。第一卡爪211和第二卡爪212用于夹紧工件24并且分别可滑动地固定在卡盘体216上。第一卡爪211与第一丝杠螺母213连接，第一丝杠螺母213与第一丝杠215通过螺纹连接；第二卡爪212与第二丝杠螺母214连接，第二丝杠螺母214与第一丝杠215通过螺纹连接；第一丝杠215的一端与第一伺服电机217通过联轴器固定连接，第一丝杠215的另一端通过轴承(图中未示出)和轴承座(图中未示出)与卡盘体216可转动地连接，并且第一伺服电机217的法兰与卡盘体216固定连接。

优选地，第一丝杠215采用双向梯形丝杠，使得第一伺服电机217驱动第一丝杠215时，使第一卡爪211和第二卡爪212能够同时向中间移动并夹紧工件24，或者使第一卡爪211和第二卡爪212能够同时松开工件24。由于梯形丝杠具有自锁功能，所以当工件24被夹紧时，斜夹具2不用单独设置锁紧装置。双向梯形丝杠和伺服电机的组合不仅提高了传动效率，而且两个卡爪211、212能够同时对中和自动锁紧。本领域技术人员能够理解的是，可通过在第一伺服电机217的输出轴上设置一个扭矩传感器，来确定第一伺服电机217输出的扭矩，进一步确定斜夹具2对工件24的夹紧力大小；或者本领技术人员也可以通过其他技术手段来确定斜夹具2对工件24的夹紧力大小。本领域技术人员还能够理解的是，可以通过两个分别与伺服电机连接的单向梯形丝杠分别控制第一卡爪211和第二卡爪212；还可以采用其他丝杠代替双向梯形丝杠；但是很明显这两种方案相对于本实用新型的优选实施方式均存在一定的缺点。

本领域技术人员能够理解的是，第一卡爪211与第一丝杠螺母213之间优选地通过螺栓连接，或者本领域技术人员根据需要采用其他连接方式，例如焊接、铆接等；第二卡爪212与第二丝杠螺母214之间优选地通过螺栓连接，或者本领域技术人员根据需要采用其他连接方式，例如焊接、铆接等。

继续参阅图5，在卡盘体216与固定支架23之间设置有第二丝杠219和第二伺服电机218。第二丝杠219的一端和第二伺服电机218通过联轴器固定连接，并且第二伺服电机218的法兰通过螺栓安装在固定支架23上，第二丝杠219通过第三丝杠螺母220与卡盘体216固定连接。第二伺服电机218带动第二丝杠219驱动卡盘沿卡盘体216的倾斜面方向上下移动。优选地，第二丝杠219采用滚珠丝杠，并且第二丝杠219的另一端通过轴承(图中未示出)和轴承座(图中未示出)固定到固定支架23上。

如4所示，床身1的右下方设置有水箱7，水箱7上设置有电机(图中未标出)和水泵(图中未示出)。水箱7不仅限于用来冲刷床身1上的铁屑，还能够用来冷却电主轴上的刀盘。本领域技术人员能够理解的是，水箱7的安装位置不仅限于床身1的右下方，水箱7还可以是在床身1的任何位置。

如图3、图4和图6所示，床身1上设置有排屑口12，排屑口12位于床身1的中部，并且排屑口12位于斜夹具2的下方，以便工件24加工时产生的铁屑从斜夹具2的上表面即卡盘体216的上表面自然滑落时能够进入排屑口12内，并且排屑口12的横截面在竖直方向上向下逐渐收缩变小，以便于铁屑的收集，或者本领域技术人员也可以根据需要将排屑口12设置成其他形状。床身1上还设置有倾斜的上表面：第一倾斜面13、第二倾斜面14。图6中，第一倾斜面13的左端高于右端，并且第一倾斜面13的左端与床身1的左端固定连接，优选地采用焊接，第一倾斜面13的右端与排屑口12固定连接，优选地采用焊接；第二倾斜面14的右端高于左端，并且第二倾斜面14的右端与床身1的右端固定连接，优选地采用焊接，第二倾斜面14的左端与排屑口12固定连接，优选地采用焊接。如图3所示，第一倾斜面13和第二倾斜面14的上端和下端与床身的上端和下端分别固定连接，优选地采用焊接。

如6所示，进一步，在第一倾斜面13的左端上表面和第二倾斜面14的右端上表面上，即床身1的两端上均设置有水管(图中未示出)，水管的一端接入水箱7并与水箱7上的水泵连接，水管的另一端设置有出水口(图中未示出)。当数控机床工作时，水泵向水管供水，水流通过出水口从床身1的两端流向排屑口12，并且第一倾斜面13和第二倾斜面14的上表面每一处都有水流经过，以便将第一倾斜面13和第二倾斜面14上的铁屑(工件24加工时未直接落入排屑口12的铁屑)冲入排屑口12。

如图4和图6所示，图4中排屑器3位于床身1的右侧，并且排屑器3上设置有传送带31。传送带31的一端位于排屑口12的正下方，以便接收从排屑口12漏出的铁屑并将铁屑传送至床身1的外边。本领域技术人员能够理解的是，排屑器3的安放位置不仅限于图4中床身1的右侧，还可以是任何位置，只要保证工件24加工过程中产生的铁屑能够正常排出床身1即可。

如图1至图3和图6所示，床身1上设置有水平导轨11，导轨11位于斜夹具2的两侧。电主轴组件5包括：电主轴51、液压动力单元52和支撑座54。电主轴51和液压动力单元52分别固定安装在支撑座54上，支撑座54可滑动地安装在导轨11上。导轨11上设置有与其固定连接的驱动电机15，在支撑座54上设置有第四丝杠螺母(图中未示出)和与第四丝杠螺母配合连接的第三丝杠53，第四丝杠螺母与支撑座54固定连接，优选地采用螺栓连接，第三丝杠53通过联轴器与驱动电机15固定连接。数控机床加工工件24时，由驱动电机15带动第三丝杠53进而驱动支撑座54在导轨11上滑动。优选地，驱动电机15采用伺服电机。本领域技术人员能够理解的是，除了采用驱动电机15带动第三丝杠53驱动支撑座54方式外，还可以通过液压油缸来推拉支撑座54等驱动方式。

继续参阅图1至图3和图6，刀库4设置在床身1的一侧，刀库4的位置不仅限于图中所示位置，还可以是在床身1的任何位置，只要保证电主轴51能正常换刀即可。在刀库4上设置有换刀臂41，换刀臂41用于将电主轴51上的刀具取出并放置在刀库4中，将刀库4内的刀具取出安装在电主轴51上。换刀过程中，电主轴51上的卡盘(图中未标出)对刀具的锁紧与松开的动作由液压动力单元52驱动和控制。

如图1和图7所示，支撑座54上设置有激光检测器55，用于检测工件24在锁紧状态下的实时位置，防止工件24在加工过程中与机床发生摩擦和碰撞。当工件24位置发生偏差时，数控机床的控制系统控制相应的执行元件，对工件24的位置进行调整。

综上所述，当需要加工工件时，先通过第一伺服电机217驱动第一丝杠215使第一卡爪211和第二212将工件24对中夹紧，进一步通过第二伺服电机218带动第二丝杠219驱动卡盘沿卡盘体216的倾斜面方向上下移动调整工件24的位置。然后由数控机床控制系统根据要执行的加工任务选择合适的刀具，并通过换刀臂41将刀库4内的相应的刀具安装到电主轴51上，最后由驱动电机15带动第四丝杠53驱动支撑座靠近斜夹具2对工件24进行加工。工件加工过程中产生的铁屑大部分经由卡盘体216的表面自然滑落至排屑口12内，其余落在床身1表面上的铁屑经由水流冲刷至排屑口12内，最后由排屑器3输送至床身1的外部。

本领域技术人员能够理解的是，可以由一个电主轴51对工件的一侧进行加工，也可以由两个电主轴51同时对工件的两侧进行加工，当两个电主轴51同时对工件进行加工时，由于两个电主轴51相对于自身都是顺时针或都是逆时针转动，使得工件两侧所受到的扭矩相反，在斜夹具2没有提供足够夹紧力的时候也不容易发生转动。

本领域技术人员还能够理解的是，为了使电主轴51能够加工各种尺寸的轴类的工件，可以在支撑座54与电主轴51之间或者支撑座54与导轨11之间设置一个平移机构，使电主轴51能够沿垂直于导轨11的方向移动；还可以在斜夹具2上设置一个平移机构，使斜夹具2能够沿垂直于导轨11的方向平移。或者本领域技术人员可以根据具体情况设置其他机构使电主轴51能够加工各种尺寸的轴类零件。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本实用新型的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本实用新型的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本实用新型的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本实用新型的保护范围之内。