一种五轴刀具磨床的制作方法
【专利摘要】一种五轴刀具磨床，包括钢架底座、过滤水箱、平台、X轴、精密旋转轴、刀具棒料支撑架、Y轴、主轴、砂轮组、旋转轴、立柱、Z轴、棒料远端支撑模块和喷嘴。本实用新型所采用的精密旋转轴相比于国外同类产品大多采用伺服电机驱动、蜗轮蜗杆传动等技术的现状，该旋转轴采用直接驱动式电机驱动，且不需要中间传动环节，具有更高的运动速度；尤其不需要中间传动环节来传递运动，完全消除了蜗轮蜗杆等传动机构所产生的回转间隙，具有高速旋转、防水密封、刀具棒料自动夹持等功能和高精度、结构紧凑、模块化等技术特点，为刀具的精密加工提供了一种综合优化解决方案。
【专利说明】一种五轴刀具磨床
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种加工设备，尤其涉及一种五轴刀具磨床。
【背景技术】
[0002]刀具作为数控机床用于加工精密零件的专业工具，其自身精度的高低直接决定着由其加工的精密零件的精度，随着精密工业技术的飞速发展，对精密零件的加工精度要求逐步提高，为了适应精密加工技术的快速发展，作为工具的刀具加工精度，越来越成为精密制造领域研究的重点，无论是加工全新刀具还是对使用一段时间的已磨损刀具进行二次修磨加工，都是如此。
[0003]传统用于刀具加工或刀具修磨的刀具磨床，均是采用整体式结构布局及轴系设计而成，即轴系与机床的床身、立柱等整合在一起，其Y轴直接以机床床身为底座，而Z轴则以立柱为底座，X轴则通过工作台直接安装在Y轴上，而装有Z轴的立柱将被固定在Y轴后半段的床身上，在三个直线轴X、Y、Z相互垂直布局下，再配置上旋转轴B、旋转轴C，这样就构成了典型的五轴(X、Y、Z、B、C)联动刀具磨床，由主轴独立提供砂轮组的高速旋转，由于刀具具有前刀角、后刀角等复杂结构特征，因此为了满足其加工的需要，五轴刀具磨床需要具备多自由度运动能力，而这些运动自由度均是通过直线轴(X轴、Y轴、Z轴)、旋转轴(B轴和C轴)来实现的，通过数控系统进行运动控制，给安装在旋转轴B输出端的主轴提供各种空间运动状态，便于安装在主轴端部的砂轮组选择合适的空间姿态对刀具进行加工，最终加工出各类刀具；一直以来，五轴刀具磨床由于其复杂的轴系结构和控制技术，一直为数控机床研究的热点，应用于 其中的轴系尤其是精密旋转轴成为磨床设计的关键，国内磨床设备中实现直线轴的设计相对较为容易，但精密旋转轴因为其结构复杂、性能要求高等，目前几乎全部依靠过来进口。
【发明内容】
[0004]本发明旨在提供一种五轴刀具磨床。
[0005]为实现上述目的，本发明采用以下技术方案，一种五轴刀具磨床，包括钢架底座；过滤水箱，所述的过滤水箱设在钢架底座的前侧；平台，所述的平台设在钢架底座的上方；X轴，所述的X轴设在平台上；精密旋转轴，所述的精密旋转轴设在X轴上，精密旋转轴夹持刀具棒料的夹头平行于X轴；刀具棒料支撑架，所述的刀具棒料支撑架设在钢架底座的左端、X轴的左侧；y轴，所述的Y轴设在平台上、垂直于X轴，Y轴设在X轴的右侧；主轴，所述的主轴设在Y轴上、精密旋转轴的右侧且平行于X轴；砂轮组，所述的砂轮组套在主轴的左端；旋转轴，所述的旋转轴通过旋转轴安装座设在主轴的上方；立柱，所述的立柱设在Y轴上且设在主轴的前方，立柱垂直于Y轴；ζ轴，所述的Z轴设在立柱与主轴之间且设在Y轴上，Z轴垂直于Y轴；棒料远端支撑模块，所述的棒料远端支撑模块设在平台上、Y轴的左端；喷嘴，所述喷嘴的右侧设在Z轴与主轴之间，左侧贴合Z轴的左端。
[0006]作为优选，所述旋转轴的内部结构采用模块化设计方法设计，包括以下模块:外部防护模块，包括安装座、内外端盖、左右端盖、拉杆头底座和拉杆头端盖，左右端盖分别设在安装座的两端、通过密封圈与安装座进行连接密封，拉杆头底座固定在左端盖的左端，拉杆头端盖设在拉杆头底座的左侧，外端盖固定在右端盖的右端，内端盖设在外端盖的右侧；驱动模块，包括电机和转子连接件，电机通过固定螺钉固定在安装座内法兰上，转子连接件通过其固定螺钉直接固定在电机的转子上，转子连接件内外圈均安装有密封圈；刀具棒料夹持模块，包括顶杆回退供气接头、顶杆前推供气接头、弹簧夹头、夹头柄、夹头安装环、精密弹簧、空顶杆、轴承、轴承挡圈、轴承挡圈压紧座、左活塞、右活塞和活塞柱，所述的空顶杆贯穿左右端盖、安装座、外端盖、活塞柱、拉杆头底座和拉杆头端盖，轴承挡圈压紧座设在拉杆头端盖的左侧，轴承挡圈设在轴承挡圈压紧座的右端并设在拉杆头端盖内，轴承设在轴承挡圈的右端、拉杆头底座的左侧，所述的左活塞设在轴承与拉杆头端盖之间，右活塞设在轴承与拉杆头底座之间，所述活塞柱设在外端盖的内侧，精密弹簧设在活塞柱与内端盖之间，所述夹头安装环设在内端盖内、右部贯穿内端盖，夹头柄设在外端盖的右端并套在活塞柱、夹头安装环、精密弹簧和内端盖的外侧，所述弹簧夹头左端抵住精密弹簧、贯穿内端盖和夹头安装环、右端贯穿夹头柄。
[0007]作为优选，所述的空顶杆从左向右直通入活塞柱内孔，并与之连接为一体，空顶杆外圈与转子连接件内孔通过密封圈配合。
[0008]作为优选，所述的轴承固定在左、右活塞中间，而左、右活塞相互压合后被安装在拉杆头底座中，外端通过拉杆头端盖固定，并通过密封圈对其进行密封。
[0009]作为优选，所述的夹头柄通过螺钉直接固定在与空顶杆连接为一体的活塞杆右端面上。
[0010]作为优选，所述的弹簧夹头通过精密螺纹连接固定在夹头安装环上，夹头安装环再由固定顶丝将其固定在内端盖上构成一体。
[0011]作为优选，所述的内端盖直接固定在转子连接件的右端面。
[0012]本发明提供了一种五轴刀具磨床，本发明所采用的精密旋转轴相比于国外同类产品大多采用伺服电机驱动、蜗轮蜗杆传动等技术的现状，该旋转轴采用直接驱动式电机驱动，且不需要中间传动环节，具有更高的运动速度；尤其不需要中间传动环节来传递运动，完全消除了蜗轮蜗杆等传动机构所产生的回转间隙，运动响应快、传动精度高，该旋转轴通过模块化设计方法将高速高精度旋转功能与刀具棒料自动夹持功能集成为一个整体，采用直接驱动电机作为驱动单元，无需传动环节，具有高速旋转、防水密封、刀具棒料自动夹持等功能和高精度、结构紧凑、模块化等技术特点，为刀具的精密加工提供了一种综合优化解决方案。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1为本发明的结构示意图；
[0014]图2为精密旋转轴的内部结构图；
[0015]图3为精密旋转轴的外部结构图；
[0016]图4为精密旋转轴的外部结构图。
[0017]图中:1.钢架底座；2.平台；3.X轴；4.精密旋转轴；5.棒料远端支撑模块；6.砂轮组；7.主轴；8.旋转轴安装座；9.旋转轴；10.立柱；11.Z轴；12.Y轴；13.喷嘴；14.过滤水箱；15.刀具棒料；16.刀具棒料支撑架；17.弹簧夹头；18.夹头柄；19.夹头安装环；20.内端盖；21.精密弹簧；22.活塞柱；23.外端盖；24.转子连接件固定螺钉；25.右端盖；26.右端盖密封圈；27.转子连接件内孔密封圈；28.空顶杆；29.安装座；30.左端盖密封圈；31.左纟而盖；32.拉杆头固定螺钉；33.拉杆头底座；34.右活塞S封圈；35.拉杆头纟而盖固定螺钉；36.轴承；37.轴承挡圈；38.轴承挡圈压紧座；39.左活塞腔；40.拉杆头端盖密封圈；41.左活塞；42.左活塞密封圈；43.右活塞；44.右活塞密封圈；45.右活塞腔；46.左端盖内孔密封圈；47.电机安装螺钉；48.电机；49.转子转接件外密封圈；50.转子连接件；51.活塞柱密封圈；52.夹头安装环固定顶丝；53.拉杆头端盖；54.顶杆回退供气接头；55.顶杆前推供气接头。
【具体实施方式】
[0018]下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
[0019]参见图1至图4所示，一种五轴刀具磨床，包括钢架底座I ;过滤水箱14，所述的过滤水箱14设在钢架底座I的前侧；平台2，所述的平台2设在钢架底座I的上方；X轴3，所述的X轴3设在平台上；精密旋转轴4，所述的精密旋转轴4设在X轴3上，精密旋转轴4夹持刀具棒料15的夹头平行于X轴3 ;刀具棒料支撑架16，所述的刀具棒料支撑架16设在钢架底座I的左端、X轴3的左侧；Y轴12，所述的Y轴12设在平台上2、垂直于X轴3，Y轴12设在X轴3的右侧；主轴7，所述的主轴7设在Y轴7上、精密旋转轴4的右侧且平行于X轴3 ;砂轮组6,所述的砂轮组6套在主轴7的左端；旋转轴9,所述的旋转轴9通过旋转轴安装座8设在主轴7的上方；立柱10，所述的立柱10设在Y轴12上且设在主轴7的前方，立柱10垂直于Y轴12 ；Ζ轴11，所述的Z轴11设在立柱10与主轴7之间且设在Y轴12上，Z轴11垂直于Y轴12 ;棒料远端支撑模块5,所述的棒料远端支撑模块5设在平台上、Y轴12的左端；喷嘴13，所述喷嘴13的右侧设在Z轴11与主轴7之间，左侧贴合Z轴11的左端。
[0020]所述精密旋转轴4的内部结构采用模块化设计方法设计，包括以下模块:
[0021]外部防护模块，包括安装座29、内外端盖、左右端盖、拉杆头底座33和拉杆头端盖53，左右端盖分别设在安装座29的两端、通过密封圈与安装座29进行连接密封，拉杆头底座33固定在左端盖31的左端，拉杆头端盖53设在拉杆头底座33的左侧，外端盖23固定在右端盖25的右端，内端盖20设在外端盖23的右侧；
[0022]驱动模块，包括电机48和转子连接件50，电机48通过固定螺钉47固定在安装座29内法兰上，转子连接件50通过其固定螺钉直接固定在电机48的转子上，转子连接件50内外圈均安装有密封圈33，所述的内端盖20直接固定在转子连接件50的右端面；
[0023]刀具棒料夹持模块，包括顶杆回退供气接头54、顶杆前推供气接头55、弹簧夹头17、夹头柄18、夹头安装环19、精密弹簧21、空顶杆28、轴承36、轴承挡圈37、轴承挡圈压紧座38、左活塞41、右活塞43和活塞柱22，所述的空顶杆28贯穿左右端盖、安装座29、外端盖23、活塞柱22、拉杆头底座33和拉杆头端盖53，轴承挡圈压紧座38设在拉杆头端盖53的左侧，轴承挡圈37设在轴承挡圈压紧座38的右端并设在拉杆头端盖53内，轴承36设在轴承挡圈37的右端、拉杆头底座33的左侧，轴承36固定在左、右活塞中间，而左、右活塞相互压合后被安装在拉杆头底座33中，外端通过拉杆头端盖53固定，并通过密封圈对其进行密封，所述的左活塞41设在轴承36与拉杆头端盖53之间，右活塞43设在轴承36与拉杆头底座33之间，所述活塞柱22设在外端盖23的内侧，空顶杆28从左向右直通入活塞柱22内孔，并与之连接为一体，空顶杆28外圈与转子连接件50内孔通过密封圈27配合，精密弹簧21设在活塞柱22与内端盖20之间，所述夹头安装环19设在内端盖20内、右部贯穿内端盖20，夹头柄18设在外端盖23的右端并套在活塞柱22、夹头安装环19、精密弹簧21和内端盖20的外侧，通过螺钉直接固定在与空顶杆28连接为一体的活塞杆22右端面上，所述弹黃夹头17左端抵住精S弹黃21、贯芽内端盖20和夹头安装环19、右端贯芽夹头柄18,通过精密螺纹连接固定在夹头安装环19，夹头安装环19再由固定顶丝52将其固定在内端盖20上构成一体，内端盖20直接固定在转子连接件50的右端面。
[0024]当操作磨床对刀具棒料15进行加工时，自左向右，刀具棒料15穿过空顶杆28，并从右侧的弹簧夹头17孔中穿出，可根据不同直径规格的刀具棒料15选择对应规格的弹簧夹头17，这样，当向拉杆头端盖53的顶杆前推供气接头55供应压缩空气时，左活塞腔39将充满具有一定压力的压缩空气，推动空顶杆28向右运动，从而空顶杆28右端的活塞柱22也将一起向右运动，从而挤压其右侧弹簧21，同时推动夹头柄18向外运动，夹头柄18向右运动后将逐步挤压弹黃夹头17，弹黃夹头17受到挤压后将抱紧刀具棒料15，如此实现了对刀具棒料15的自动夹紧，夹紧后，电机48转动，该旋转运动通过转子连接件50带动内端盖20、夹头柄18、弹簧夹头17和刀具棒料15 —起转动，如此则实现了刀具棒料15的自动旋转运动，同时配合砂轮组6对刀具棒料15进行加工，加工完一支刀具后，电机48停止转动，同时关闭供应给拉杆座左活塞腔39的压缩空气，并给拉杆座右活塞腔45供应压缩空气，则右活塞43将向左推动空顶杆28，随着空顶杆28向左退回，带动空顶杆28右侧的活塞柱22向左回退，之前受压的精密弹簧21逐步伸长，推动活塞柱22退回转子连接件50中，从而带动夹头柄18向左退回，最终松开弹簧夹头17，如此实现了刀具棒料15的自动松开。
[0025]通过上述方式，实现了刀具棒料的自动夹紧、松开和高速旋转动作，且将旋转轴高速旋转功能与刀具棒料自动夹持功能集成为一体，结构紧凑，外形小巧，方便灵活应用。
[0026]本发明提供了一种五轴刀具磨床，本发明所采用的精密旋转轴相比于国外同类产品大多采用伺服电机驱动、蜗轮蜗杆传动等技术的现状，该旋转轴采用直接驱动式电机驱动，且不需要中间传动环节，具有更高的运动速度；尤其不需要中间传动环节来传递运动，完全消除了蜗轮蜗杆等传动机构所产生的回转间隙，运动响应快、传动精度高，该旋转轴通过模块化设计方法将高速高精度旋转功能与刀具棒料自动夹持功能集成为一个整体，采用直接驱动电机作为驱动单元，无需传动环节，具有高速旋转、防水密封、刀具棒料自动夹持等功能和高精度、结构紧凑、模块化等技术特点，为刀具的精密加工提供了一种综合优化解决方案。
[0027]在本说明书的描述中，参考术语“ 一个实施例”、“ 一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。[0028]尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解:在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
【权利要求】
1.一种五轴刀具磨床，其特征在于，包括: 钢架底座； 过滤水箱，所述的过滤水箱设在钢架底座的前侧； 平台，所述的平台设在钢架底座的上方； X轴，所述的X轴设在平台上； 精密旋转轴，所述的精密旋转轴设在X轴上，精密旋转轴夹持刀具棒料的夹头平行于X轴； 刀具棒料支撑架，所述的刀具棒料支撑架设在钢架底座的左端、X轴的左侧； Y轴，所述的Y轴设在平台上、垂直于X轴，Y轴设在X轴的右侧； 主轴，所述的主轴设在Y轴上、精密旋转轴的右侧且平行于X轴； 砂轮组，所述的砂轮组套在主轴的左端； 旋转轴，所述的旋转轴通过旋转轴安装座设在主轴的上方； 立柱，所述的立柱设在Y轴上且设在主轴的前方，立柱垂直于Y轴； Z轴，所述的Z轴设在立柱与主轴之间且设在Y轴上，Z轴垂直于Y轴； 棒料远端支撑模块，所述的棒料远端支撑模块设在平台上、Y轴的左端； 喷嘴，所述喷嘴的右侧设在Z轴与主轴之间，左侧贴合Z轴的左端。
2.根据权利要求1所述的刀具磨床，其特征在于，所述旋转轴的内部结构采用模块化设计方法设计，包括以下模块: 外部防护模块，包括安装座、内外端盖、左右端盖、拉杆头底座和拉杆头端盖，左右端盖分别设在安装座的两端、通过密封圈与安装座进行连接密封，拉杆头底座固定在左端盖的左端，拉杆头端盖设在拉杆头底座的左侧，外端盖固定在右端盖的右端，内端盖设在外端盖的右侧； 驱动模块，包括电机和转子连接件，电机通过固定螺钉固定在安装座内法兰上，转子连接件通过其固定螺钉直接固定在电机的转子上，转子连接件内外圈均安装有密封圈； 刀具棒料夹持模块，包括顶杆回退供气接头、顶杆前推供气接头、弹簧夹头、夹头柄、夹头安装环、精密弹簧、空顶杆、轴承、轴承挡圈、轴承挡圈压紧座、左活塞、右活塞和活塞柱，所述的空顶杆贯穿左右端盖、安装座、外端盖、活塞柱、拉杆头底座和拉杆头端盖，轴承挡圈压紧座设在拉杆头端盖的左侧，轴承挡圈设在轴承挡圈压紧座的右端并设在拉杆头端盖内，轴承设在轴承挡圈的右端、拉杆头底座的左侧，所述的左活塞设在轴承与拉杆头端盖之间，右活塞设在轴承与拉杆头底座之间，所述活塞柱设在外端盖的内侧，精密弹簧设在活塞柱与内端盖之间，所述夹头安装环设在内端盖内、右部贯穿内端盖，夹头柄设在外端盖的右端并套在活塞柱、夹头安装环、精密弹簧和内端盖的外侧，所述弹簧夹头左端抵住精密弹簧、贯穿内端盖和夹头安装环、右端贯穿夹头柄。
3.根据权利要求2所述的刀具磨床，其特征在于，所述的空顶杆从左向右直通入活塞柱内孔，并与之连接为一体，空顶杆外圈与转子连接件内孔通过密封圈配合。
4.根据权利要求2所述的刀具磨床，其特征在于，所述的轴承固定在左、右活塞中间，而左、右活塞相互压合后被安装在拉杆头底座中，外端通过拉杆头端盖固定，并通过密封圈对其进行密封。
5.根据权利要求3所述的刀具磨床，其特征在于，所述的夹头柄通过螺钉直接固定在与空顶杆连接为一体的活塞杆右端面上。
6.根据权利要求2所述的刀具磨床，其特征在于，所述的弹簧夹头通过精密螺纹连接固定在夹头安装环上，夹头安装环再由固定顶丝将其固定在内端盖上构成一体。
7.根据 权利要求6所述的刀具磨床，其特征在于，所述的内端盖直接固定在转子连接件的右端面。
【文档编号】B24B3/60GK203484987SQ201320485947
【公开日】2014年3月19日 申请日期:2013年8月9日 优先权日:2013年8月9日
【发明者】夏发平 申请人:昆山允可精密工业技术有限公司