具备工件自动装夹的五轴联动叶片加工机床及其夹装方法
【专利摘要】本发明提供一种具备工件自动装夹的五轴联动叶片加工机床及其夹装方法，机床包括工件轴、工作台、立柱、刀具主轴和床身；所述工件轴包括头架和尾架，其中：所述工件轴固定于所述工作台，所述工作台置于床身，所述工件轴和所述工作台在所述床身上沿机床的Y轴方向运动；所述刀具主轴置于所述立柱，所述刀具主轴在所述立柱上沿机床的Z轴方向运动；所述立柱置于所述床身，所述刀具主轴和所述立柱在所述床身上沿机床的X轴方向运动；所述头架的回转轴中心设有自动装夹机构，所述尾架的底部设有自动顶紧机构。通过人工或者机械手操作，实现了毛坯和成品工件的自动夹装，提高了工件的加工精度，降低了工件的加工成本。
【专利说明】具备工件自动装夹的五轴联动叶片加工机床及其夹装方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种金属切削设备，具体涉及一种具备工件自动装夹的五轴联动叶片加工机床及其夹装方法。
【背景技术】
[0002]五轴联动叶片加工机床是用于加工具有复杂空间曲面的叶片类或者狭长类零件的专用机床，在发电、船舶、航空航天等多个领域得到了广泛的应用。
[0003]现有的五轴联动叶片加工机床多采用三个直线坐标轴和两个回转坐标轴的布局方式，可实现五轴联动数控插补加工。目前多采用手工装夹的方式将待加工的毛坯固定于工件轴，即:先把装夹件与机床工件轴(回转坐标轴的A轴)固定连接，每次加工前，先将毛坯手动放置在装夹件上，找正并紧固装夹件；然后移动尾架，使其顶紧或夹紧毛坯的另一侧。待加工完成后，再手动松开工件和装夹件之间的连接，取走成品。
[0004]上述手动装夹方式存在如下缺陷:一是手动装毛坯和卸工件增长了占用机床的辅助加工时间。由于五轴联动叶片加工机床属高端机床，成本昂贵，因此辅助加工时间的增加必将增加占机费和人力的工时费用，从而增加了零件的加工成本；二是手动装夹的人为因素影响大，不同操作人员的装夹效果不同，即使同一操作人员的每次装夹也会不同，这显然会造成装夹的一致性差，同时影响加工精度和加工效率，使工件的批量化加工受阻。
【发明内容】
[0005]有鉴于此，本发明提供一种具备工件自动装夹的五轴联动叶片加工机床及其夹装方法，旨在实现加工前的毛坯和成品工件的自动装夹。
[0006]首先，机床具有三个直线运动轴和两个回转轴，定义与主轴垂直、沿被加工叶片长度方向的运动轴为X轴；定义与主轴垂直、沿被加工叶片宽度方向的运动轴为Y轴，定义与主轴平行的运动轴为Z轴，两个回转轴分别为工件回转轴和刀具摆动轴。
[0007]本发明采用的技术方案具体为:一种具备工件自动装夹的五轴联动叶片加工机床，包括工件轴、工作台、立柱、刀具主轴和床身；所述工件轴包括头架和尾架，其中:所述工件轴固定于所述工作台，所述工作台置于床身上，所述工件轴和所述工作台在所述床身上沿机床的Y轴方向运动；所述刀具主轴置于所述立柱，所述刀具主轴在所述立柱上沿机床的Z轴方向运动；所述立柱置于所述床身，所述刀具主轴和所述立柱在所述床身上沿机床的X轴方向运动；所述头架的回转轴中心设有自动装夹机构，所述尾架的底部设有自动顶紧机构；还包括操作台，所述操作台与所述床身的远立柱端相连接。
[0008]在上述具备工件自动装夹的五轴联动叶片加工机床中，所述自动装夹机构包括夹紧按钮、第一松开按钮和装夹件，所述装夹件设于所述头架的回转轴中心，所述夹紧按钮和所述第一松开按钮分别设于所述操作台，通过所述夹紧按钮和所述第一松开按钮控制所述装夹件的动作。
[0009]在上述具备工件自动装夹的五轴联动叶片加工机床中,所述自动顶紧机构包括尾架、丝杠、导轨、顶紧按钮和第二松开按钮，所述导轨沿工件轴轴向设置，所述丝杠带动所述尾架沿所述导轨移动，所述丝杠和所述导轨分别与所述尾架相连接，所述顶紧按钮和所述第二松开按钮分别设于所述操作台；通过所述顶紧按钮和所述第二松开按钮控制丝杠运动，使所述尾架其沿所述导轨移动，顶紧或者松开工件。
[0010]在上述具备工件自动装夹的五轴联动叶片加工机床中，机床的自动上下料操作由程序控制机械手或者手动完成。
[0011]一种具备工件自动装夹的五轴联动叶片加工机床的夹装方法，具体包含以下步骤:
[0012]上料前，先通过专用工装将毛坯固定于夹装件；
[0013]上料时，机床的刀具主轴先沿X轴、Z轴方向移动，远离工件轴；工件轴随工作台一起沿Y向移动至上料位置；按动自动装夹机构的第一松开按钮，将已固定的毛坯和装夹件插入头架的回转轴中心；插入回转轴中心后按动自动装夹机构的夹紧按钮，自动夹紧毛坯；然后按动自动顶紧机构的顶紧按钮，丝杠带动尾架自动顶紧毛坯，上料过程完成，机床进入加工阶段，将毛坯加工为成品工件；
[0014]下料时，首先按动自动夹紧机构的第二松开按钮，机床的尾架先移动，离开成品工件，然后按动自动装夹机构的第一松开按钮，头架回转中心的装夹件松开，取走夹装于装夹件中的成品工件；
[0015]一个循环结束，取走夹装于装夹件中的成品工件后装入下一个毛坯，进入下一个循环。
[0016]在上述具备工件自动装夹的五轴联动叶片加工机床的夹装方法中，自动上下料操作由程序控制机械手操作或者手动操作。
[0017]在上述具备工件自动装夹的五轴联动叶片加工机床的夹装方法中，所述夹紧按钮和所述第一松开按钮均设于所述操作台，所述顶紧按钮和所述第二松开按钮分别设于所述操作台。
[0018]本发明产生的有益效果是:
[0019]本发明的五轴联动叶片加工机床通过采用人工或者机械手操作的自动加装作业工序减少了机床的辅助加工时间，节省了占机费和人工的工时费用，从而降低零件的加工成本；同时也避免了传统手动装夹过程中的人为因素，提高了加工精度和工件的一致性，尤其适于批量生产。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]当结合附图考虑时，能够更完整更好地理解本发明。此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
[0021]图1为本发明一种具备工件自动装夹的五轴联动叶片加工机床的主视示意图；
[0022]图2为本发明一种具备工件自动装夹的五轴联动叶片加工机床的左视示意图(省略装夹件)。
[0023]图中:1、头架2、尾架3、工作台4、立柱5、刀具主轴6、床身7、操作台。
【具体实施方式】
[0024]下面结合附图及实施例对本发明的技术方案作进一步详细的说明。
[0025]如图1-2所示的具备工件自动装夹的五轴联动叶片加工机床，包括工件轴、工作台3、立柱4、刀具主轴5、床身6和操作台7，工件轴包括头架I和尾架2组成，工作台3置于床身6，床身6的远立柱端连接有用于操作和控制机床动作的操作台7 ;其中:
[0026]头架I和尾架2在工作台3上，和工作台3—起沿机床的Y轴方向运动；刀具主轴5在立柱4上沿机床的Z轴运动，并和立柱4 一起沿机床的X轴方向运动；头架I的回转轴中心装有可自动夹紧毛坯(或者成品工件)的自动装夹机构，尾架2的底部装有可以沿工件长度方向(图1中的u轴方向)移动的自动顶紧机构。
[0027]自动装夹机构包括夹紧按钮、第一松开按钮和装夹件，装夹件设于头架的回转轴中心，夹紧按钮和第一松开按钮设于操作台7，通过按下夹紧按钮和第一松开按钮控制装夹件的夹紧和松开动作。
[0028]自动顶紧机构包括尾架2、丝杠、导轨、顶紧按钮和第二松开按钮，导轨沿工件轴轴向设置，丝杠带动尾架2沿导轨移动，丝杠和导轨分别与尾架相连接，顶紧按钮和第二松开按钮分别设于操作台7 ;通过顶紧按钮和第二松开按钮控制丝杠运动，使尾架2沿导轨移动，顶紧或松开工件。
[0029]上述具备工件自动装夹的五轴联动叶片加工机床的夹装方法的人工操作步骤具体如下:
[0030]机床在装毛坯前(即上料前)，毛坯和装夹件可在专用工装上固定完成。机床的刀具主轴5先沿X轴、Z轴方向移动，远离由头架I和尾架2组成的工件轴，工件轴随工作台一起沿Y向移动至上料位置。如果人工操作，上料位置设在最靠近操作者的位置，操作者按动自动装夹机构的第一松开按钮，将毛坯和装夹件插入头架I的回转轴中心，再按动夹紧按钮，系统自动夹紧毛坯；然后按动顶紧按钮，丝杠带动尾架2自动顶紧零件，上料过程完成；
[0031]如果程序控制机械手配合操作上料，上料位置设在和机械手配合的位置，系统自动执行上料过程，即机械手将工件送至头架I的回转轴中心，头架I自动夹紧工件，尾架2移动，顶紧工件，上料过程完成。下料时执行类似操作，即尾架2先移动离开成品工件，头架I松开，取走成品工件即可，装入下一个毛坯，开始下一个循环。
[0032]当人工操作时，操作者也只需按动操作台7的按钮和手工装取零件即可，机械手上下料基本与以上手动操作步骤一致，只是不需要机床操作员手动按动操作台上的按钮，所有动作由程序设定自动完成；可以看出，上述夹装方法的夹装精度避免了人为操作因素的干扰；且较之于传统的人工调整对准夹装，效率也明显提高。
[0033]如上所述，对本发明的实施例进行了详细地说明，显然，只要实质上没有脱离本发明的发明点及效果、对本领域的技术人员来说是显而易见的变形，也均包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种具备工件自动装夹的五轴联动叶片加工机床，其特征在于，包括工件轴、工作台、立柱、刀具主轴和床身；所述工件轴包括头架和尾架，其中: 所述工件轴固定于所述工作台，所述工作台置于床身上，所述工件轴和所述工作台在所述床身上沿机床的Y轴方向运动； 所述刀具主轴置于所述立柱，所述刀具主轴在所述立柱上沿机床的Z轴方向运动； 所述立柱置于所述床身，所述刀具主轴和所述立柱在所述床身上沿机床的X轴方向运动； 所述头架的回转轴中心设有自动装夹机构，所述尾架的底部设有自动顶紧机构； 还包括操作台，所述操作台与所述床身的远立柱端相连接。
2.根据权利要求1所述的具备工件自动装夹的五轴联动叶片加工机床，其特征在于，所述自动装夹机构包括夹紧按钮、第一松开按钮和装夹件，所述装夹件设于所述头架的回转轴中心，所述夹紧按钮和所述第一松开按钮分别设于所述操作台，通过所述夹紧按钮和所述第一松开按钮控制所述装夹件的动作。
3.根据权利要求1所述的具备工件自动装夹的五轴联动叶片加工机床，其特征在于，所述自动顶紧机构包括尾架、丝杠、导轨、顶紧按钮和第二松开按钮，所述导轨沿工件轴轴向设置，所述丝杠带动所述尾架沿所述导轨移动，所述丝杠和所述导轨分别与所述尾架相连接，所述顶紧按钮和所述第二松开按钮分别设于所述操作台；通过所述顶紧按钮和所述第二松开按钮控制丝杠运动，使所述尾架其沿所述导轨移动，顶紧或者松开工件。
4.根据权利要求1所述的具备工件自动装夹的五轴联动叶片加工机床，其特征在于，机床的自动上下料操作由程序控制机械手或者手动完成。
5.一种具备工件自动装夹的五轴联动叶片加工机床的夹装方法，其特征在于，具体包含以下步骤: 上料前，先通过专用工装将毛坯固定于夹装件； 上料时，机床的刀具主轴先沿X轴、Z轴方向移动，远离工件轴；工件轴随工作台一起沿Y向移动至上料位置；按动自动装夹机构的第一松开按钮，将已固定的毛坯和装夹件插入头架的回转轴中心；插入回转轴中心后按动自动装夹机构的夹紧按钮，自动夹紧毛坯；然后按动自动顶紧机构的顶紧按钮，丝杠带动尾架自动顶紧毛坯，上料过程完成，机床进入加工阶段，将毛坯加工为成品工件； 下料时，首先按动自动夹紧机构的第二松开按钮，机床的尾架先移动，离开成品工件，然后按动自动装夹机构的第一松开按钮，头架回转中心的装夹件松开，取走夹装于装夹件中的成品工件； 一个循环结束，取走夹装于装夹件中的成品工件后装入下一个毛坯，进入下一个循环。
6.根据权利要求5所述的具备工件自动装夹的五轴联动叶片加工机床的夹装方法，其特征在于，自动上下料操作由程序控制机械手操作或者手动操作。
7.根据权利要求5所述的具备工件自动装夹的五轴联动叶片加工机床的夹装方法，其特征在于，所述夹紧按钮和所述第一松开按钮均设于所述操作台，所述顶紧按钮和所述第二松开按钮分别设于所述操作台。
【文档编号】B23Q3/06GK104354029SQ201410593984
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2014年10月29日 优先权日:2014年10月29日
【发明者】王鸿娟, 高琦 申请人:北京机电院机床有限公司