内置式机床的制作方法与工艺

内置式机床本申请是对中国发明专利申请号：201410091365.X，申请日：2014年3月12日，名称：内置式机床的分案申请。技术领域本发明涉及机床，尤其是涉及倒置式布局的机床。

背景技术：
传统的机床，都会包含刀具载物和工件载物，刀具装载在刀具载物上，待加工的工件则装载于工件载物上，刀具载物可用来带动刀具实现各种运动，而工件载物则用来带动工件实现各种运动，进而实现刀具和工件的相互配合，使工件获得所要求的几何形状、尺寸精度和表面质量。机床都会包含用于安置于在地面上的床身以及位于床身上方的工作台，正确安置床身确保工作台的水平度，现有技术的机床都是工件载物和刀具载物安装在工作台上方的外置式结构，确切地说是安装在工作台台面上方的空间之中，待加工的工件被放置在刀具载物和工作台之间的工件空间中，如此布局的机床存在空间局限性，也就是工件空间受限于刀具载物和工作台台面之间的纵向距离，工件难以装卸，并且为了能顺利对工件进行加工，还不得不在刀具载物上增加横向设置的悬臂悬置于工件上方，换句话说刀具载物为了适应工件的体积不得不增加纵向距离和横向距离，以便增大工件空间才能适应工件的造型和体积，而增大的刀具载物存在的缺陷是：整体刚性降低，工件超过一定高度后装夹不稳，刀具载物容易产生振动和摇晃，导致精度降低，且成本很高。

技术实现要素：
为克服上述缺陷，本发明提供刀具载物和工件分别位于工作台上下两侧的内置式机床。本发明提供的内置式机床，包括床身和工作台，工作台具有呈水平基准面的工作台面，工作台设有工位部件，工位部件设有装载工件的工位以及工件空间，床身设有内部空间，所述工件空间位于工作台面的上方，所述内部空间位于工作台面的下方，内部空间设有装载刀具的主轴部件以及装载主轴部件的立柱，所述主轴部件可纵向活动地设置在立柱上。本发明的内置式机床，旨在将刀具、主轴部件、立柱完全安置在床身的内部空间之中，刀具和工件以工作台为分界，分立于工作台的上下两侧，这样工作台上方的工件空间就可以不被刀具、主轴部件以及立柱所占据，换句话说工作台上方都是可以视为用来安置工件的工件空间，工件的装卸作业便捷，且工件装夹稳定，主轴部件不需要再考虑增加长度和高度，都能带动刀具完成与工件的配合，刀具的适应性得到增强，立柱高度降低，刚性增强，床身体积变小，重量减轻，成本降低，而且由于切削过程为由下向上，切削过程中产生的碎屑掉落，能使刀具降低磨损，并且切削产生的碎屑和冷却水不易掉出床身之外。本发明提供改进的内置式机床，工作台设有至少两个工位部件和工位中心直线，每个工位部件设有装载工件的工位以及位于工位上方的工件空间，每个工位的中心都位于工位中心直线，内部空间设有横向运动直线轨迹，横向运动直线轨迹和工位中心直线平行，所述纵向运动直线轨迹与横向运动直线轨迹垂直并相交，纵向运动直线轨迹与工位中心直线垂直并相交，纵向运动直线轨迹与工位中心直线相交的交点位于工位的中心，所述立柱可沿着横向运动直线轨迹来回运动。通过提供两个以上工位，可以仅用一套立柱即可依次加工工位上的工件，当某个工位在装卸工件时，另一个工位可进行切削工件，进而实现不停机加工作业。本发明提供进一步改进的内置式机床，工位部件包括定盘、转盘、转盘电机，定盘和转盘电机固定安装在工作台或床身，转盘与定盘同心安装，转盘位于定盘内侧，转盘电机带动转盘相对定盘转动，所述装载工件的工位位于转盘上，工位的中心与转盘的中心重合，转盘内侧设有供主轴部件横向活动的工作空间。本发明通过转盘进一步提供工件的旋转运动，进而提高机床的适用性，而刀具及主轴部件则可以在工作空间之中横向活动，可以实现车、镗、铣、钻的不同加工效果。本发明提供更进一步改进的内置式机床，内部空间设有立柱传动机构以及与转盘数目相匹配的转盘电机，转盘电机排列成与横向运动直线轨迹平行的直线，立柱传动机构和转盘电机分别位于横向运动直线轨迹的两侧，转盘外缘设有齿，转盘电机输出轴设有与转盘的齿相啮合的传动齿轮，转盘电机通过传动齿轮带动转盘旋转，立柱传动机构设有立柱电机和丝杠螺母传动副，丝杠螺母传动副输入端连接立柱电机，丝杠螺母传动副输出端连接立柱，立柱电机通过丝杆螺母传动副带动立柱沿着横向运动直线轨迹运动。本发明旨在提供最优化的内部空间布局，使内部空间得到最充分利用并大幅精简床身整体体积。下面结合实施例和附图对本发明作进一步详细说明。附图说明图1是内置式机床实施例中床身立体图之一。图2是内置式机床实施例中床身立体图之二。图3是内置式机床实施例中床身立体图之三。图4是内置式机床实施例的结构图之一。图5是内置式机床实施例的结构图之二。图6是内置式机床实施例中夹具部件的立体图之一。图7是内置式机床实施例中夹具部件的立体图之二。图8是图1中的夹具部件卸掉工件后的立体图。图9是内置式机床实施例中夹具部件的内部结构图。图10是夹具部件之中的动齿圈和静齿圈的装配示意图。图11是内置式机床实施例中专用刀具的结构图之一。图12是内置式机床实施例中专用刀具的结构图之二。具体实施方式图1至图5表示本发明的内置式机床实施例的整体结构，包括床身100和工作台200，工作台具有呈水平基准面的工作台面208，工作台200设有工位部件201，工位部件201设有装载工件9的工位202以及工件空间f，床身100设有内部空间g，所述工件空间f位于工作台面208的上方，所述内部空间g位于工作台面208的下方，内部空间g设有装载刀具的主轴部件300、装载主轴部件300的立柱400以及纵向运动直线轨迹i，所述主轴部件300可沿着纵向运动直线轨迹i活动地设置在立柱400上。本实施例中所称的主轴部件300、立柱400这两个组件的基本结构和工作原理，都和现有机床的相应组件大致相同，可参考现有技术，在本实施例中不需赘述，本实施例中的工作台面208并不是简单理解为工作台200的上表面，该术语应该理解为机床安装的校正水平面，在机床安装时，其工作台必须保证具有参照水平校正的基准面，这样才能保证工作台上工位的水平度，乃至夹具和工件放置在工位上加工时不会出现较大误差。工件空间f和内部空间g并不单单局限于图中所表示的范围，本发明意在表达工件空间f和内部空间g是分别处于工作台面208的上方和下方，两者只是以工作台面208为分界，内部空间g并不是由床身100的围绕空间所限定，而应该理解为包括工作台面208以下，地面以上的横向延伸的空间，工件空间f也是如此理解。主轴部件300当然是带有旋转功能的，由图5中的主轴电机x4驱动，主轴部件300用来驱动所装载的刀具旋转，某些情况下主轴部件300选择不旋转而只有进给作用，当然也可以是旋转结合进给的复合运动。本实施例中，内部空间g设有纵向运动直线轨迹i，工位202中心位于纵向运动直线轨迹i上，主轴部件300可沿着纵向运动直线轨迹i上下活动，该纵向运动直线轨迹i实质构成了主轴部件300加工时的进给路径。某些情况下也可能存在工位202的中心偏离该纵向运动直线轨迹i的情况。上述段落描述的乃是工作台200仅仅包含一个工位部件201的情况，也就说这种情况下的工作台200在完成一次加工后，需要暂停等待拆卸旧工件安装新工件之后才能复工，因此本实施例中，工作台200设有两个工位部件201和工位中心直线e，每个工位部件201设有装载工件9的工位202以及工件空间f，每个工位202的中心都位于工位中心直线e，内部空间g设有横向运动直线轨迹h，横向运动直线轨迹h和工位中心直线e平行，所述纵向运动直线轨迹i与横向运动直线轨迹h垂直并相交，纵向运动直线轨迹i与工位中心直线e垂直并相交，纵向运动直线轨迹i与工位中心直线e相交的交点位于工位202的中心，所述立柱400可沿着横向运动直线轨迹h来回运动。本实施例中所谓的纵向运动直线轨迹i、横向运动直线轨迹h以及工位中心直线e都是位于机床中的虚拟的参考线，各个相关部件都会依照其对应的参考线活动或是装配。在不违反上述基本结构的前提下，本实施例还可以进一步增加工位部件201的数量，也将多个工位部件201排列成直线即可。本实施例中，每个工位部件201包括定盘203、转盘204、转盘电机205，定盘203和转盘电机205固定安装在工作台200上，当然也可选择将定盘203和转盘电机205固定安装在床身100上，转盘204与定盘203同心安装，转盘204位于定盘203内侧，转盘电机205带动转盘204相对定盘203转动，所述装载工件9的工位202位于转盘204上，工位202的中心与转盘204的中心重合，转盘204内侧设有供主轴部件300横向活动的工作空间j。本实施例中的转盘204和定盘203都稍微高出工作台面208，意味着工位202也是高于工作台面208，这样在加工时所产生的油或水等杂料流到工作台200上，而不必考虑对所影响的部件进行密封，当然也可以考虑转盘204和定盘203与工作台面208齐平甚至低于工作台面208，但是那样必须对相关部件加装密封部件进行保护。本实施例中，内部空间g设有立柱传动机构500以及与转盘204数目相匹配的转盘电机205，转盘电机205排列成与横向运动直线轨迹h平行的直线，立柱传动机构500和转盘电机205分别位于横向运动直线轨迹h的两侧，转盘204外缘设有齿204a，转盘电机205输出轴设有与转盘的齿204a相啮合的传动齿轮205a，转盘电机205通过传动齿轮205a带动转盘204旋转，立柱传动机构500设有立柱电机501和丝杠螺母传动副502，丝杠螺母传动副502输入端连接立柱电机501，丝杠螺母传动副502输出端连接立柱400，立柱电机501通过丝杆螺母传动副502带动立柱400沿着横向运动直线轨迹h运动。如此一来，本实施例的刀具可以选择横向运动、纵向运动、旋转运动及其复合运动，而工件可以选择旋转运动，进而获得工件旋转、刀具进给的车削效果；或工件静止、刀具进给的镗铣效果；或者工件旋转、刀具不转进给的钻孔效果，还可以是工件旋转、刀具旋转并进给的结合效果。另外，在本实施例中，床身100设有从工作台200延伸至地面的隔板101，工作台200下方设有所述隔板101合围而成的全封闭的内部空间g。隔板101与工作台200呈大致相垂直的结构，内部空间g设有通向床身100之外的排屑器x1，这样机床加工产生的碎屑会被收集在内部空间g之中，仅能通过排屑器x1统一收集，不会外泄到床身之外，有效保护环境。工作台200上设有防护栏x2，防护栏x2以高出夹具部件600为宜，保障安全。内部空间g中还具有主轴部件300的附加功能组件，分别是用于更换主轴部件300上刀具的杠杆换刀部件x3，以及设置于立柱400上的主轴电机x4，主轴电机x4驱动主轴部件300旋转运动，主轴电机x4和主轴部件300之间还设有扭矩限制器x5，扭矩限制器x5为主轴电机x4和主轴部件300的过载保护，防止机械损坏，避免昂贵的停机损失。图4至图10表示本实施例中工位部件201附带的夹具部件600，用于工件9分度加工，夹具部件600位于工件空间f之中，工件9装载于夹具部件600之中，工件9和夹具部件600的整体装载于工位202上，夹具部件600包括容纳工件9的夹具体空间8以及分别位于夹具体空间8相对两侧的左右侧夹具体6、7，左侧夹具体6和右侧夹具体7之间还设有将两者相联系在一起的夹具体底座11，以及位于左侧夹具体6和右侧夹具体7上方的将两者相联系在一起的夹具体横销12，用以增强整体的牢固度。左侧夹具体6设有定位液压缸61和定位板62，定位板62安装在定位液压缸61的活塞杆上，定位板62可相对定位液压缸61的活塞杆旋转，定位板62受定位液压缸61驱使横向往返，意味着定位板62既可以被定位液压缸61的活塞杆推动横向平移，又可以相对定位液压缸61的活塞杆旋转。右侧夹具体7设有连接块71和定位块72、摆动液压缸73、锁紧液压缸74、动齿圈75以及静齿圈76，连接块71和定位块72相固定连接，连接块71和动齿圈75相固定连接，连接块71安装在摆动液压缸73，连接块71受摆动液压缸73驱使旋转，定位块72和定位板62分别从左右两侧夹持工件9，为提高定位板62横向直线平移的准确性，实施例特别设置了定位板62具有向着定位块72延伸的定位柱62a，该定位柱62a中设有定位柱孔62b，定位柱孔62b中设有复位弹簧62c，定位块72设有定位块孔72a，定位柱62a匹配安装在定位块孔72a中，定位柱62a受定位液压缸61驱使在定位块孔72a中横向往返，复位弹簧62c两端分别抵接于定位柱孔62b内壁和定位块孔72a内壁。摆动液压缸73采购自市场上常见的回转液压缸，意味着摆动液压缸73只要带动连接块71旋转，即可同时带动与连接块71相固定在一起的定位块72和动齿圈75旋转，乃至定位板62和工件9也一同旋转，而为了保证上述部件旋转的精确性，最好使摆动液压缸73和定位液压缸61旋转中心对齐，呈一横向直线的同心安装。静齿圈76安装在锁紧液压缸74的活塞杆并与其相固定，静齿圈76受锁紧液压缸74驱使横向往返，静齿圈76具有抵接动齿圈75的锁住动齿圈作用以及脱离动齿圈75的解锁动齿圈作用，其是通过下述结构实现的：静齿圈76和动齿圈75均具有相面对设置的圈面图中未标示，两者的圈面上分别设有锁齿图中未标示，两者的锁齿用于彼此配合，如图4所示的静齿圈76是处于脱离动齿圈75的状态，也就是说此时的动齿圈75是可旋转的，当锁紧液压缸74推动静齿圈76向右平移直至其抵接在动齿圈75时，动齿圈75的旋转趋势就被静齿圈76阻止，形成了静齿圈76对动齿圈75的锁止功能，也使得前述的与动齿圈75相固定连接的定位块72、连接块71、定位板62和工件9一同被锁止，可以有效降低工件9被加工时产生的振动。本实施例的夹具部件600具有易装卸、定位牢固、分度精确可靠的效果，通过左右两侧的定位板62和定位块72结合对工件9进行固定，在一侧夹具体上设置两片立式齿圈对工件9进行进一步锁定，使其保持更加牢固的静止状态，以便对工件进行精确的加工作业，并能降低因加工产生的振动导致加工精确度降低的不利因素，还具有结构紧凑、节省空间的优点。而定位板62的定位柱62a与定位块72的定位块孔72a之间的配合进一步提高夹具部件600对工件9定位精确度。同样是出于提高运行稳定性和降低加工振动的考虑，本实施例的动齿圈75和静齿圈76均以摆动液压缸73为中心同心安装，如图5所示，右侧夹具体7设有均匀分布在静齿圈76上的三个锁紧液压缸74，静齿圈76同时安装在三个锁紧液压缸74，静齿圈76同时在三个锁紧液压缸74驱使作用下横向往返。进一步提高静齿圈76的锁紧力，并且使其受力均匀，运行更加平稳可靠。如图6、图7、图8所示，工件9是一阀体，本实施例为了与它相适应，对定位板62的造型做了与工件9相匹配的改进，定位板62具有与工件9侧部配合的定位板侧部621以及与工件底部配合的定位板底部622，定位板侧部621和定位板底部622组成L造型，定位板侧部621与工件9侧部轮廓吻合，定位板底部622与工件9底部轮廓吻合。相应也可针对定位块72作出与工件9另一侧的侧部轮廓相吻合的造型。若是其他造型的工件9，也只需使定位板62和定位块72与工件接触的表面轮廓相吻合即可。如图6、图7、图9所示，工件9是一阀体，是不规则体，本实施例为了与它相适应，定位块72设有配重块72c，针对不同的工件9可以相应地改变配重块的体积与重量，以便达到工件9被夹紧定位时的重量平衡状态。图11、图12表示了本实施例的专用刀具，该专用刀具专门设计用于本实施例的机床对工件9进行钻孔加工，也就是说，本实施例使用下述钻刀就能获得最佳的钻孔效果，该刀具具有自我防护的作用，其包括钻杆1，所述钻杆1具有钻杆端面2和切削刀片3，切削刀片3具有接触工件的刃部3a，刃部3a因旋转形成轴向映射的切削映射圆a，所述映射圆a范围之内的钻杆端面2具有抵接元件4，所述刃部3a的最低点高于抵接元件4最高点，抵接元件4最高点高于钻杆端面2最高点。通过在钻杆端面2和切削刀片3之间加设抵接元件4，用来隔离工件9和钻杆端面2，当切削刀片3崩刃时，抵接元件4与工件9相抵接，有效保护钻杆1和工件9，降低生产成本，延长使用寿命。钻杆1在旋转时，整体形成圆柱体，或者是圆柱体加圆锥体，圆柱体还是圆柱体加圆锥体取决于钻杆端面2和切削刀片3整体造型，该钻杆1旋转形成的圆柱体必然具有钻杆外圆周面b，而所谓的钻杆端面2是相对钻杆外圆周面b而言的，并且是处于静止状态下的钻杆1顶部的表面，那么该钻杆端面2可能带有曲面，也可能是斜面，或者是如本实施例所示的双曲面的组合，切削刀片3的刃部3a肯定高于钻杆端面2，刃部3a可能是相对钻杆1轴线垂直的线段，也可能是相对钻杆1轴向倾斜的线段，或者是带有弧度的线段。切削映射圆a是因刃部3a的旋转轴向映射而成的平面圆，且该平面圆是与钻杆1的轴线相垂直的，其边缘取决于刃部3a线段边缘所在位置，抵接元件4必须是存在于切削映射圆a映射范围之内的钻杆端面2之中，本实施例中所谓的抵接元件4、刃部3a、钻杆端面2这三者的高度都是根据图1所示的相对钻杆1而言的，越是远离钻杆1则定义为高度越高。这样才能在不影响正常使用的前提下，在崩刃时抵接元件4先于钻杆端面2接触到工件，从而保护钻杆1不会因崩刃损坏。抵接元件4为硬质合金柱销，该硬质合金柱销的硬度大于钻杆1硬度。本实施例中抵接元件4包括第一抵接元件41和第二抵接元件图中未标示，第一抵接元件41和第二抵接元件是规格完全相同的两根硬质合金柱销，钻杆端面2具有第一安装孔21和第二安装孔22，所述第一抵接元件41具有安装在第一安装孔21之中的第一安装部41a，所述第二抵接元件具有安装在第二安装孔22之中的第二安装部，第一安装部41a与第一安装孔21过盈配合，第二安装部与第二安装孔22过盈配合。第一抵接元件41具有高出钻杆端面2的第一球头41b，第二抵接元件具有高出钻杆端面2的第二球头。第一球头41b和第二球头可以使抵接元件4与工件的接触面积仅为顶点，有效保护工件和钻杆1。本实施例钻杆1的钻杆外圆周面b具有倒角刀5，所述倒角刀5因旋转形成轴向映射的倒角映射圆c，所述倒角映射圆c的直径大于切削映射圆a的直径。倒角映射圆c类似切削映射圆a，也是与钻杆1的轴线相垂直的平面圆，其边缘取决于倒角刀5边缘所在位置。倒角刀5用来加工工件的倒角。倒角刀5的安装方式是:钻杆外圆周面b具有定位孔b1和紧定螺钉b2，倒角刀5具有内螺纹通孔图中未标示，紧定螺钉b2具有与倒角刀的内螺纹通孔配合的外螺纹段图中未标示，紧定螺钉b2一端位于定位孔b1中，紧定螺钉b2另一端大于内螺纹通孔，倒角刀5位于紧定螺钉b2的两端之间。本实施例钻杆1的钻杆外圆周面b具有三个用于调整倒角刀5相对于钻杆1位置的定位孔b1。本发明还可以对抵接元件4的设置做出一定变通：使用单个抵接元件与钻杆端面2过盈配合，或者采用不同于过盈配合的固定方式对抵接元件4进行固定，或者将其改为顶面是平面的圆柱体形态，都不影响本发明的目的，本发明的保护范围取决于权利要求书。