专利名称：螺栓球全方位加工专用机床的制作方法
技术领域：
本实用新型属于机械加工机床装备领域，特别是针对球体全方位铣钻攻丝加工的专用机床装备。
背景技术：
在空间网架建筑结构中有一种被称为“螺栓球”的构件，是在球体多方位上铣削平面钻孔攻丝。加工该构件的公知方式，是先用普通车铣钻攻丝加工出一个工艺基准平面和螺孔，然后用螺栓旋进基准孔，拉紧贴靠在一个平面上，进行切削加工其他的工作螺孔。各工作螺孔相对基准螺孔的方位用量角仪划线校定，效率极低。或用两相互垂直的转台来确定经纬度，能够加工的工作孔与基准孔的夹角通常限于大于90°范围，这是因为转台等装备与机床主轴箱之间发生干涉，以及仅靠螺栓拉紧球体这种装夹方式等因素的限制所致。
发明内容本实用新型的目的是，设计一种专用机床，能够加工与基准螺孔成小夹角的工作螺孔，能够加工基准平面和基准螺孔，工件的夹紧力比单靠螺栓拉紧方式大幅增加。本实用新型的技术解决方案是:专用机床包括机床底座、主轴、纵向滑台、横向滑台、卧式旋转工作台、立式旋转工作台，卧式旋转工作台的旋转轴线与立式旋转工作台的旋转轴线相交且交点与机床主轴轴线等高，其特征是:还包括薄型主轴箱、球体夹紧机构、窄长型导台，由薄型立式分度器担任立式旋转工作台，薄型立式分度器安装在窄长型导台上，窄长型导台沿卧式旋转工作台的直径方向安装在卧式旋转工作台上，加工时薄型立式分度器及窄长型导台与薄型主轴箱之间能形成小夹角但不会发生干涉。夹紧机构的支座穿过卧式旋转工作台的中心大圆孔固定在横向滑台上或安装在卧式旋转工作台上，支架固定在窄长型导台上，支座用于设置定位元件或支撑元件以及力源元件，支架用于设置压紧元件及力源元件。在窄长型导台或卧式旋转工作台或横向滑台上设置安装自定心夹紧机构，自定心夹紧机构的轴线与机床主轴轴线重合，夹持部位呈内圆弧面或内圆锥面形状。薄型主轴箱的电机与主轴采用直联或带传动方式，或者采用齿轮传动但齿轮靠主轴后段安装的方式。主轴(10)伸出段加长，使主轴箱9与立式分度器7和窄长型导台6之间宽松，主轴箱前下部位轮廓线(11)相对于主轴箱前上部位轮廓线后移形成空间。薄型立式分度器由伺服电机、行星减速机、回转轴及同步带轮组成。窄长型导台上有导轨，立式分度器可沿导轨移动并固定在需要的位置。 主轴、纵向滑台、横向滑台、卧式旋转工作台、薄型立式分度器、夹紧机构、机械手和刀库均为自动控制方式。本实用新型的显著效果是:全方位加工，能够加工与基准螺孔小夹角的工作螺孔，能够加工基准平面和基准螺孔；薄型立式分度器转速快，加快了生产节拍；薄型立式分度器可以脱离球体而由夹紧机构独立夹紧球体；工件的夹紧力比单靠螺栓拉紧方式大幅增力口，能承受大切削用量，提高效率。
图1是螺栓球产品示意图图2是实施例以及球体基准孔与加工孔成180°工位时的示意图图3、图4、图4-1是球体基准孔与工作孔成30°工位时的示意图图5是加工基准平面和基准螺孔时的球体装夹示意图
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明。附图1是本实用新型的加工对象螺栓球球体1，1.1是基准螺孔，其余是工作螺孔，工作螺孔数量从两三个至十几个不等。图中1.1.1是基准螺孔1.1所在的平面，1.2是与基准螺孔成小夹角的工作螺孔所在的平面。各螺孔轴线过球心，过所在平面的中心且与平面垂直。附图2是本实用新型的一个实施例，由机床底座2、纵向滑台3、横向滑台4、卧式旋转工作台5、窄长型导台6、薄型立式分度器7、夹紧机构8 (由支座8.1、支架8.2基本组成)、薄型主轴箱9、主轴10等基本组成。薄型立式分度器7安装在窄长型导台6上，窄长型导台6安装在卧式旋转工作台5上沿直径方向，薄型立式分度器7离卧式旋转工作台5的轴线较远，立式分度器7的回转轴伸出段7.1.1较长，卧式旋转工作台5安装在横向滑台4上，夹紧机构8的支座8.1穿过卧式旋转工作台5的中心大圆孔安装在横向滑台4上不旋转，支架8.2固定在窄长型导台6上，立式分度器7的回转轴的伸出段7.1.1穿过支架8.2腰部处的孔，与孔壁间有间隙。立式分度器7的回转轴7.1为空心，螺杆12从中穿过旋进基准螺孔拉紧球体，紧靠在回转轴伸出段7.1.1的端面上。回转轴伸出段7.1.1可更换不同长度的备件，以适应不同直径球体的中心保持与卧式旋转工作台5和薄型立式分度器7两回转轴线交点重合。也可以沿卧式旋转工作台5直径方向移动立式分度器7在窄长型导台6上的位置，来适应不同直径的球体。待加工的工作螺孔及平面在球体上的方位由卧式旋转工作台5和立式分度器7旋转的经纬角度合成确定，转到位的待加工孔轴线处于水平面内，与机床主轴10轴线等高平行，然后移动横向滑台4即可进行铣削平面加工，或移动横向滑台4使转到位的待加工孔轴线与机床主轴10轴线重合，然后移动纵向滑台3即可进行钻孔攻丝加工。窄长型导台6的主要作用是使立式分度器7安放其上能远离卧式旋转工作台5的轴线，使立式分度器7与主轴箱9能成小角度互不干涉。窄长型导台6上有导轨，立式分度器7可沿导轨移动并固定在需要的位置。立式分度器7在窄长型导台6上的移动，可以设置支承立式分度器7的底座滑板、丝杠螺母副和电机等成为自动控制包括数控。薄型立式分度器7主要作用是旋转角度，不以承受切削力为主，螺杆12拉紧球体紧贴回转轴7.1.1端面产生的摩擦力对紧固球体承受切削力有次要贡献。薄型立式转台7由伺服电机、行星减速机、回转轴及同步带轮等构成。向伺服电机发出指令，经过行星减速机，最终控制立式分度器7的输出旋转角度和转动速度。转动速度可达市场普通立式旋转工作台或分度盘的数倍，加快了生产节拍，提高效率。图1显示，在加工与基准孔成小夹角的工作孔时，铣削平面1.2与基准平面1.1相交较多，铣刀与回转轴伸出段7.1.1会发生干涉。这种情况该专用机床的使用方式见附图
4、附图4-1，球体被夹紧机构8夹紧后，把螺杆12从球体基准螺孔I中旋出，然后把立式分度器7沿窄长型导台6退开一小段距离，回转轴伸出段7.1.1的端面离开球体形成宽松空间，平面铣刀13即不会与回转轴伸出段7.1.1发生干涉。一个球体产品全部工作螺孔中，最后加工这个孔，即完成了一个球体的全部加工。可见加工与基准孔成小夹角的工作孔所在平面1.2的必要条件有两个，一是机床主轴箱9与立式分度器7和窄长型导台6夹角小不干涉，二是有夹紧机构8可以独立夹紧工件。图3、图4显示薄型立式分度器7及窄长型导台6可与薄型主轴箱9形成30°左右的小夹角，能够加工与基准螺孔夹角小至30°左右的工作螺孔(当前螺栓球产品基准孔与工作螺孔的最小夹角即30°左右)，可加工工作孔的范围达300°，以机床主轴10轴线对称两侧各150°范围。如果产品要求更大范围，按该实用新型方案也可随之增大。薄型主轴箱9通过电机与主轴10采用直联、带传动等方式，达到薄型的结果。或者采用齿轮传动但齿轮靠主轴10后段安装的方式，可使主轴箱9前薄后厚，也能达到立式分度器7、窄长型导台6与主轴箱9形成小夹角不干涉。如果要使主轴箱9与立式分度器7和窄长型导台6之间更宽松，可辅以主轴10伸出段略加长、主轴箱9前下部位轮廓线后移形成空间(附图2中11)等等。薄型立式分度器7、主轴箱9及窄长型导台6，也可以是前薄后厚或前窄后宽呈T形或梯形等形式，都属于本实用新型技术方案，其作用都是不发生干涉。夹紧机构8的支座8.1里设置有支撑油缸(或斜楔机构等)，和内球面(或内圆锥面等)支撑定位元件8.1.1，支架8.2里设置有压紧油缸和内球面(或内圆锥面)夹紧元件8.2.1，夹紧元件8.1.1、8.2.1可在支座8.1和支架8.2里上下移动，液压夹紧。支撑油缸(或斜楔机构)和支撑元件用作浮动夹紧，以适应螺杆12拉紧球体后形成的中心位置。在球体需要随卧式旋转工作台5、立式分度器7转动时，夹具松开不阻滞转动。夹紧机构8的支撑、夹紧及松开的力源也可以是气动或手动。支撑定位元件8.1.1与夹紧元件8.2.1端口之间距离大于平面铣刀的直径，便于铣刀通过而不会与夹具发生干涉。平面铣刀直径大于球体铣削平面直径，一次通过即铣出平面。夹紧机构8的支座8.1也可以安装在卧式旋转工作台5上。加工基准平面1.1.1和基准螺孔1.1，只需退开立式分度器7或卸下回转轴伸出段
7.1.1，把球体放入夹紧机构8夹紧即可，附图5显示球体呈全圆，回转轴伸出段7.1.1的端头离开球体一段距离。通过工艺手段来保证装夹定心度，例如计算尺寸链调整支座8.1里的定位元件基准位置，由支架8.2里的油缸推动压紧元件夹紧球体。以及按球体毛坯实际尺寸分段确定定位元件位置等。适合中小批量生产。实施例二:本实用新型的专用机床在窄长型导台6或卧式旋转工作台5或横向滑台4上设置弹性夹头、三爪卡盘等自定心机构(轴线与机床主轴10轴线重合)，夹持部位呈内球面或内圆锥面等形状，提高加工基准孔时的球体装夹三维定心精度。适合大批量生产。实施例三:本实用新型的专用机床中的作直线运动或旋转运动的部件如主轴10、纵向滑台3、横向滑台4、卧式旋转工作台5、薄型立式分度器7、夹紧机构8、机械手和刀库等均为自动控制包括数控方式，设置有相应的滚珠丝杠螺母副、伺服电机、控制系统，采用硬轨或线轨等。其余部分与实施例一相同。实施例四:本实用新型的专用机床的立式分度器7为手动机构，仅由有刻度的转动副和锁紧装置组成；窄长型导台6上的移动，可手动；夹紧机构8也可以采用手动夹紧，浮动支撑元件也可手动操作。甚至勿需支架8.2，由支座8.1和球体上方压紧元件边缘设置的两个耳台中的螺孔螺栓手动夹紧。其余部分与实施例一相同。
权利要求1.一种螺栓球全方位加工专用机床，包括机床底座(2)、主轴(10)、纵向滑台(3)、横向滑台(4)、卧式旋转工作台(5)、立式旋转工作台，卧式旋转工作台(5)的旋转轴线与立式旋转工作台的旋转轴线相交且交点与机床主轴轴线等高，其特征是:还包括薄型主轴箱(9)，球体夹紧机构(8)、窄长型导台￠)，由薄型立式分度器(7)担任立式旋转工作台，薄型立式分度器(7)安装在窄长型导台(6)上，窄长型导台(6)沿卧式旋转工作台(5)的直径方向安装在卧式旋转工作台(5)上，加工时薄型立式分度器(7)及窄长型导台(6)与薄型主轴箱(9)之间能形成小夹角但不会发生干涉。
2.根据权利要求1的螺栓球全方位加工专用机床，其特征是:夹紧机构(8)的支座(8.1)穿过卧式旋转工作台(5)的中心大圆孔固定在横向滑台(4)上或安装在卧式旋转工作台(5)上，支架(8.2)固定在窄长型导台(6)上，支座(8.1)用于设置定位元件(8.1.1)或支撑元件(8.1.1.)以及力源元件，支架(8.2)用于设置压紧元件(8.2.1)及力源元件。
3.根据权利要求1的螺栓球全方位加工专用机床，其特征是:在窄长型导台(6)或卧式旋转工作台(5)或横向滑台(4)上设置安装自定心夹紧机构，自定心夹紧机构的轴线与机床主轴轴线重合，夹持部位呈内圆弧面或内圆锥面形状。
4.根据权利要求1的螺栓球全方位加工专用机床，其特征是:薄型主轴箱(9)的电机与主轴采用直联或带传动方式，或者采用齿轮传动但齿轮靠主轴(10)后段安装的方式。
5.根据权利要求4的螺栓球全方位加工专用机床，其特征是:主轴(10)伸出段加长，使主轴箱(9)与立式分度器(7)和窄长型导台(6)之间宽松，主轴箱前下部位轮廓线(11)相对于主轴箱前上部位轮廓线后移形成空间。
6.根据权利要求1的螺栓球全方位加工专用机床，其特征是:薄型立式分度器(7)由伺服电机、行星减速机、回转轴及同步带轮组成。
7.根据权利要求1的螺栓球全方位加工专用机床，其特征是:窄长型导台(6)上有导轨，薄型立式分度器 (7)可沿导轨移动并固定在需要的位置。
8.根据权利要求1的螺栓球全方位加工专用机床，其特征是:主轴(10)、纵向滑台(3)、横向滑台(4)、卧式旋转工作台(5)、薄型立式分度器(7)、夹紧机构(8)、机械手和刀库均为自动控制方式。
专利摘要一种螺栓球全方位加工专用机床，包括主轴、纵向滑台、横向滑台、卧式旋转工作台，还包括薄型立式分度器、球体夹紧机构、窄长型导台，卧式旋转工作台的旋转轴线与薄型立式分度器的旋转轴线相交且交点与机床主轴轴线等高，薄型立式分度器安装在窄长型导台上，窄长型导台安装在卧式旋转工作台上沿直径方向，加工时薄型立式分度器及窄长型导台与薄型主轴箱之间能形成小夹角不发生干涉。其显著效果是全方位加工，能够加工与基准螺孔小夹角的工作螺孔，能够加工基准平面和基准螺孔；薄型立式分度器转速快，加快了生产节拍；薄型立式分度器可以脱离球体而由夹紧机构独立夹紧球体；工件的夹紧力比单靠螺栓拉紧方式大幅增加，能承受大切削用量，提高效率。
文档编号B23Q1/26GK202985081SQ20122045294
公开日2013年6月12日 申请日期2012年9月7日 优先权日2012年9月7日
发明者陈伟 申请人:重庆中捷数控机床股份有限公司