一种复合柔性制造单元的制作方法

本发明涉及一种数控机床，尤其是涉及一种复合柔性制造单元。

背景技术：

中国专利公开了一种五面体龙门加工中心（公开号：CN 2644077X），其包括床身、电器数控系统、立卧复合刀库、换刀装置、横梁、变速箱、操纵台、具有立式头罩和直角铣头的附件头库、左右立柱、工作台、冷却排屑系统、溜板和内部装有主轴的滑枕，主轴上安装有端面键、拉杆、弹簧卡爪、蝶形弹簧、拉刀、液压松刀和液压油缸，蝶形弹簧与附件头连接，滑枕端部安装有接油盘，滑枕下端沿主轴周向布置有多只吊头拉杆，且每只吊头拉杆上均与一吊头油缸的活塞连接，滑枕上固定有快接插座，快接插座内设置有弹簧，附件头上固定有快接插头，滑枕和直角铣头的外壳之间设置有鼠牙盘、锥柄和锥齿轮，锥齿轮套装在锥柄下端，拉杆通过拉钉与锥柄固定连接，滑枕上还安装有挡块和接近开关，滑枕内的主轴套上安装有接近开关和挡块；拉钉盘上安装有相互垂直的定位销和凸轮销，定位销上的凸头位于凸轮销上的滑槽内，定位销的一端可与鼠牙盘凹槽插接，凸轮销上套装有复位弹簧，复位弹簧的一端支承在凸轮销的台肩上，另一端支承在拉钉盘上。但是这种五面体加工中心的刚性较差，生产效率较低

上世纪八十年代开始出现，九十年代开始国际流行的FMC柔性制造单元实质是一种小型柔性制造系统，由2-5台加工中心与托板输送装置组成，适用于尺寸为400-800的中型零件的高效、高质与高柔性加工，但占地较大，投资较多，且不能满足大型零件的柔性加工，适用范围较小。

技术实现要素：

本发明是提供一种复合柔性制造单元，其主要是解决现有柔性制造单元占地大、投资高，解决大中型关键零件加工，存在多次装夹、多次定位误差较大，加工精度不高，适用范围较小等的技术问题。

本发明的上述技术问题通过下述技术方案得以解决的：

本发明的一种复合柔性制造单元，把多台加工中心复合在同台机床上，所述的柔性制造单元底座上连接有1台以上的龙门加工中心、卧式加工中心、立式加工中心；柔性制造单元具有共同的底座、共同的工作台，共同的柔性夹具，共同的集中控制装置，外部设置有输送装置；

1台以上的龙门加工中心、卧式加工中心、立式加工中心的底座，复合连接在柔性制造单元底座的单侧或两侧或两端；柔性制造单元底座为龙门加工中心底座，或是多台加工中心共用的底座；

共同的工作台为固定工作台、或直线运动工作台、或回转工作台，或直线运动工作台上安装回转工作台，或是其中的组合；

共同的柔性夹具为数控夹具、液压夹具、气动夹具、手动夹具或是其中的组合；

共同的集中控制装置为数控系统、计算机、可编程控制器或是其中的组合；

外部输送装置为机器人、无轨小车、有轨小车、托板装置、滚道装置、起吊装置、手动输送装置或是其中的组合；

复合在同台机床上的龙门加工中心、卧式加工中心，立式加工中心为全部设有刀库或部分设有刀库。

本发明融合了柔性制造单元与立卧复合加工中心技术，按成组技术要求对大型零件进行分类，采用模块化技术与柔性组合技术，把多台加工中心，柔性夹具复合在同台机床上，以工作台的直线运动与回转运动替代了国际流行的柔性制造单元的内部输送装置，结构更紧凑、占地更小、投资更省。本发明工件一次装夹可以完成2-5面，铣镗钻攻全部工序，消除了多次装夹、翻身的定位误差与辅助工时，提高加工精度与生产效率；突破现有数控机床主要适用中型零件中小批量生产的范围，实现大型、复杂零件小批与单件柔性生产。集中控制系统可以管理多台加工中心加工状态、刀具寿命，在线检测，远程故障诊断，具有信息化智能化功能；数控系统可以控制立卧多主轴同时加工，也可以控制立卧多主轴独立加工；柔性夹具可以快速实现零件变更，达到多品种高效、高精、高柔性的效果。

本发明将卧式加工中心底座连接在龙门加工中心底座上，这样卧式主轴不受龙门立柱的高度、宽度所限制。本发明的困难点在于卧轴与立轴相互位置由大型零件的结构、尺寸、加工工序、工艺顺序决定，有利于机床节省占地，降低成本。本发明还需解决卧轴与立轴之间的空间垂直度、平行度精度的确定，达到结构紧凑、占地小、投资省的效果。

作为优选，所述的复合柔性制造单元上设有在线检测装置，在线检测装置为工件安装位置检测装置、工件加工精度检测装置、刀具磨损检测装置、机床异常检测与报警装置或是其中的组合。

为适应多品种零件加工的需求，柔性夹具采用数控液压气动与手动相结合的方式，实现零件定位装置与夹紧装置的快速移动或变更，为使加工能连续进行，有必要设置工件按装位置检测，或工件加工精度检测，或刀具磨损检测，或机床异常检测与报警，为提高工件装卸的效率。

柔性制造单元外部设置机器人或有轨小车、或无轨小车、或滚道或起吊装置，或手动输送装置，有利于实现数字化车间与无人车间。

作为优选，所述的柔性制造单元底座为龙门加工中心的底座，底座上设有X向导轨，X向丝杆活动连接共用的工作台，底座一段设有X向行程开关。通过X向行程开关可以使得工作台在既定的范围内运动。

作为优选，所述的龙门加工中心的立柱上端固定有横梁，横梁设有丝杆驱动装置，通过横梁线轨活动连接有至少一只滑鞍，滑鞍上设有滑枕，滑枕上设有龙门主轴箱与立式主轴，滑枕上设有丝杆驱动装置。

作为优选，所述的龙门加工中心的龙门主轴箱的丝杆驱动装置包括有Y向丝杆，Y向丝杆连接有Y向丝杆驱动电机，Y向丝杆驱动电机通过Y向丝杆驱动电机座固定在横梁的一端，横梁线轨一侧设有Y向行程开关。通过Y向行程开关可以使得立式主轴箱自动运行。

作为优选，所述的龙门加工中心的滑鞍通过滑枕连接龙门主轴箱，滑鞍上设有平衡杠，平衡杠上端通过万向接头连接平衡油缸支架，平衡油缸支架连接在滑枕上，滑鞍上设有压板，滑鞍的一侧设有龙门刀库。通过立式刀库可以方便地进行换刀。万向接头用来连接平衡杠与平衡油缸支架，降低同轴造成的故障。

作为优选，所述的柔性制造单元底座单侧或两侧或两端连接卧式底座，卧式底座上座落有卧式床身，卧式床身上通过丝杆驱动装置连接有卧式鞍座，卧式鞍座上固定有卧式立柱，卧式立柱通过丝杆驱动装置连接卧式主轴箱与卧式主轴，卧式底座一侧固定有卧式刀库。

作为优选，所述的卧式加工中心的卧式床身上的丝杆驱动装置包括有与卧式立柱连接的Z向丝杆，卧式床身上设有Z向线轨，卧式立柱滑动连接在Z向线轨上，卧式床身的一侧设有调整块，Z向丝杆的端部设有轴承座与轴承座调整垫块。通过调整块可以调整轴承座的位置。

作为优选，所述的卧式加工中心的卧式立柱上的丝杆驱动装置包括有设在卧式立柱上的丝杆，丝杆上端连接电机，丝杆穿接在卧式主轴箱上，卧式主轴箱上设有卧式主轴，卧式立柱上设有Y向线轨，卧式主轴箱滑动连接在Y向线轨上，卧式立柱上设有卧轴平衡杠，卧式平衡杠连接有卧式平衡杠安装座，卧式平衡杠安装座固定在卧式主轴箱上，卧式立柱的一侧还设有上下光栅尺。通过上下光栅尺可以确定卧式主轴箱的位置，从而可以提高加工精度。

作为优选，所述的柔性制造单元底座的其中一侧固定有卧式底座，柔性制造单元底座另一侧的立柱上通过立柱导轨活动连接有立柱滑鞍，立柱滑鞍上设有卧式主轴箱，卧式主轴箱设有丝杆驱动装置，卧式主轴箱的丝杆驱动装置包括有复合立柱丝杆，复合立柱丝杆连接有立柱丝杆驱动电机，立柱丝杆驱动电机通过立柱丝杆驱动电机座固定在复合立柱的一端，复合立柱的另一端设有立柱丝杆螺母座，复合立柱丝杆端部穿接在立柱丝杆螺母座内。一侧的卧轴为独立设置，另一侧的立柱为复合立柱，卧轴侧挂在立柱上，这样加工起来的范围较广，节约生产成本。

作为优选，所述的柔性制造单元的底座单侧或双侧或两端连接连接1台以上立式底座，立式底座上安装有立式滑台，立式滑台上按装有立式立柱、立式主轴箱、立式主轴，柔性制造单元底座上设有滑台与柔性夹具。

作为优选，所述的立式主轴箱的立式主轴垂直于柔性制造单元的底座，或者柔性制造单元底座上设有倾斜立式底座，倾斜立式底座上依次连接倾斜立式滑台、倾斜立式主轴箱、倾斜立式主轴，倾斜立式主轴倾斜于工作台。

作为优选，所述的柔性制造单元底座单侧或双侧或两端连接1台以上的卧式底座，卧式底座上有卧式加工中心的立式滑台，立式滑台上按装有卧式立柱、卧式主轴箱、卧式主轴；或是柔性制造单元底座上连接1台以上的立式加工中心与卧式加工中心。

作为优选，所述的柔性制造单元底座单侧或双侧或两端连接有卧式底座，卧式滑台，卧式立柱，卧式主轴箱；连接有立式底座，立式滑台，立式立柱，立式主轴箱。

作为优选，所述的柔性制造单元底座的左右端依序连接有卧式十字滑台，卧式立柱，卧式主轴箱；底座的正后方依序连接有立式十字滑台，立式立柱，立式主轴箱；底座的中间按装有共用的固定工作台与柔性夹具。

作为优选，所述的柔性制造单元底座的单侧或双侧或两端连接有1台以上卧式十字滑台，卧式立柱，卧式主轴箱；也可以连接1台以上的立式十字滑台，立式主轴，立式主轴箱；底座的中间按装有固定工作台或随行夹具。

因此，本发明通过2-5台立式、卧式与龙门加工中心、多台刀库、柔性夹具、控制系统复合在同台机床上，并且应用综合管理数控系统与外部输送装置，实现零件一次装夹，连续完成立卧多面铣镗钻攻工序，消除了更换主轴箱的设备投资与辅助时间，消除了零件工序间输送的设备投资与辅助时间，消除了零件多次装夹的定位误差，效率更高，精度更好；并且可以采用大型零件安装在固定工作台或安装在回转工作台上、立式与卧式主轴X、Y、Z三向移动，连续完成2-5面铣镗钻攻工序，解决了大型关键零件工序间多次输送、翻身、定位、夹紧的难题，突破现有柔性制造单元适用400-800mm中等零件柔性加工的束缚，结构更紧凑、占地更小、投资更少。

附图说明

附图1是本发明实施例1的一种结构示意图；

附图2是本发明实施例1的另一面结构示意图；

附图3是本发明实施例1的底部结构示意图；

附图4是本发明实施例2的一种结构示意图；

附图5是本发明实施例3的一种结构示意图；

附图6是本发明实施例4的一种结构示意图。

图中零部件、部位及编号：底座1、立柱2、横梁3、横梁线轨4、滑枕滑鞍5、龙门主轴箱6、卧式底座7、卧式床身8、卧式立柱9、卧式主轴箱10、卧式刀库11、工作台12、Y向丝杆13、Y向行程开关14、滑枕15、平衡杠16、万向接头17、平衡油缸支架18、压板19、立式刀库20、Z向丝杆21、Z向线轨22、调整块23、轴承座24、轴承座调整垫块25、丝杆26、卧式主轴27、Y向线轨28、卧式平衡杠29、卧式平衡杠安装座30、上下光栅尺31、X向丝杆32、X向线轨33、线轨压板34、X向行程开关35、立柱导轨36、立柱滑鞍37、卧式主轴箱38、复合立柱丝杆39、立柱丝杆螺母座40、氮气瓶安装支架41、氮气瓶42、刀库支架43、长调整块44、立式主轴47、在线检测装置48、外部输送装置49、控制系统50、柔性夹具51，立式底座52，立式立式滑台53，立式立柱54，立式主轴箱55，倾斜立式主轴箱55，倾斜立式主轴54，倾斜立式滑台53，倾斜立式底座56，直线运动滑台57，卧式立式滑台58，固定工作台59。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例1：一种复合柔性制造单元，由2台卧式加工中心复合在龙门加工中心底座的两侧，龙门工作台上按装有数控回转工作台，配置有共用的柔性夹具，共用的集中控制系统，外部设置输送装置，如图1、图2，包括底座1，底座1安装有立柱2，立柱上设有在线检测装置48、控制系统50，立柱2上端固定有横梁3，横梁设有丝杆驱动装置，通过横梁线轨4活动连接有一只滑鞍5，滑鞍上设有滑枕，滑枕上设有立式主轴箱6与立式主轴47，滑枕上设有丝杆驱动装置；底座1的两侧都固定有一个卧轴底座7，卧轴底座上座落有卧轴床身8，卧轴床身上通过丝杆驱动装置连接有卧轴鞍座，卧轴鞍座上固定有卧轴立柱9，卧轴立柱通过丝杆驱动装置连接卧轴主轴箱10与卧式主轴27，卧轴底座一侧固定有卧轴刀库11；底座1上还设有工作台12，工作台由丝杆驱动，工作台12上固定有数控回转台与柔性夹具51，工作台连接电气数控装置。工作台的前方设有外部输送装置49，外部输送装置为滚道装置。立式主轴箱的丝杆驱动装置包括有Y向丝杆13，Y向丝杆连接有Y向丝杆驱动电机，Y向丝杆驱动电机通过Y向丝杆驱动电机座固定在横梁的一端，横梁线轨4一侧设有Y向行程开关14。方滑枕滑鞍通过方滑枕15连接立式主轴箱6，方滑枕滑鞍5上设有平衡杠16，平衡杠上端通过万向接头17连接平衡油缸支架18，平衡油缸支架连接在方滑枕上，方滑枕滑鞍上设有压板19，方滑枕滑鞍的一侧设有立式刀库20。卧轴床身8上的丝杆驱动装置包括有与卧轴立柱9连接的Z向丝杆21，卧轴床身8上设有Z向线轨22，卧轴立柱9滑动连接在Z向线轨上，卧轴床身8的一侧设有调整块23，Z向丝杆的端部设有轴承座24与轴承座调整垫块25。卧轴立柱上的丝杆驱动装置包括有设在卧轴立柱9上的丝杆26，丝杆上端连接电机27，丝杆穿接在卧轴主轴箱10上，卧轴主轴箱上设有卧轴主轴27，卧轴立柱上设有Y向线轨28，卧轴主轴箱滑动连接在Y向线轨上，卧轴立柱上设有卧轴平衡杠29，卧轴平衡杠连接有卧轴平衡杠安装座30，卧轴平衡杠安装座固定在卧轴主轴箱上，卧轴立柱9的一侧还设有上下光栅尺31。底座上设有X向丝杆32，X向丝杆穿接在纵向工作台上，底座上设有X向线轨33，纵向工作台滑动连接在X向线轨上，X向线轨上设有线轨压板34，底座的一端设有X向行程开关35。卧轴立柱通过氮气瓶安装支架41固定有氮气瓶42。卧轴刀库通过刀库支架43固定在底座1上，刀库支架的底部设有长调整块44；底座的底部设有机床垫块45与机床垫块调整螺栓46。

本实施例实现大型变速箱一次装夹完成三面立卧复合柔性加工，实现大型水泵一次装夹完成五面立卧复合柔性加工。

实施例2：一种复合柔性制造单元，由1台卧式加工中心，1台按装在龙门立柱上的卧式加工装置，复合在龙门加工中心底座的两侧，龙门工作台上按装有手动回转工作台与柔性夹具，配置有共用的集中控制装置与外部输送装置，如图4，包括底座1，底座1安装有立柱2，立柱上设有在线检测装置48、控制系统50，立柱2上端固定有横梁3，横梁设有丝杆驱动装置，通过横梁线轨4活动连接有一只滑鞍5，滑鞍上设有滑枕，滑枕上设有立式主轴箱6与立式主轴47，滑枕上设有丝杆驱动装置；底座1的其中一侧固定有一个卧轴底座7，卧轴底座上座落有卧轴床身8，卧轴床身上通过丝杆驱动装置连接有卧轴鞍座，卧轴鞍座上固定有卧轴立柱9，卧轴立柱通过丝杆驱动装置连接卧轴主轴箱10与卧式主轴27，卧轴底座一侧固定有卧轴刀库11；底座1上还设有工作台12，工作台由丝杆驱动，工作台12上固定有柔性夹具51；工作台连接电气数控装置。工作台的前方设有外部输送装置49，外部输送装置为滚道装置。立式主轴箱的丝杆驱动装置包括有Y向丝杆13，Y向丝杆连接有Y向丝杆驱动电机，Y向丝杆驱动电机通过Y向丝杆驱动电机座固定在横梁的一端，横梁线轨4一侧设有Y向行程开关14。方滑枕滑鞍通过方滑枕15连接立式主轴箱6，方滑枕滑鞍5上设有平衡杠16，平衡杠上端通过万向接头17连接平衡油缸支架18，平衡油缸支架连接在方滑枕上，方滑枕滑鞍上设有压板19，方滑枕滑鞍的一侧设有立式刀库20。卧轴床身8上的丝杆驱动装置包括有与卧轴立柱9连接的Z向丝杆21，卧轴床身8上设有Z向线轨22，卧轴立柱9滑动连接在Z向线轨上，卧轴床身8的一侧设有调整块23，Z向丝杆的端部设有轴承座24与轴承座调整垫块25。卧轴立柱上的丝杆驱动装置包括有设在卧轴立柱9上的丝杆26，丝杆上端连接电机27，丝杆穿接在卧轴主轴箱10上，卧轴主轴箱上设有卧轴主轴27，卧轴立柱上设有Y向线轨28，卧轴主轴箱滑动连接在Y向线轨上，卧轴立柱上设有卧轴平衡杠29，卧轴平衡杠连接有卧轴平衡杠安装座30，卧轴平衡杠安装座固定在卧轴主轴箱上，卧轴立柱9的一侧还设有上下光栅尺31。底座上设有X向丝杆32，X向丝杆穿接在纵向工作台12上，底座上设有X向线轨33，纵向工作台滑动连接在X向线轨上，X向线轨上设有线轨压板34，底座的一端设有X向行程开关35。卧轴立柱通过氮气瓶安装支架41固定有氮气瓶42。卧轴刀库通过刀库支架43固定在底座1上，刀库支架的底部设有长调整块44；底座的底部设有机床垫块45与机床垫块调整螺栓46。底座的另一侧的立柱2上通过立柱导轨36活动连接有立柱滑鞍37，立柱滑鞍上设有卧式主轴箱38，卧式主轴箱设有丝杆驱动装置，卧式主轴箱的丝杆驱动装置包括有复合立柱丝杆39，复合立柱丝杆连接有立柱丝杆驱动电机，立柱丝杆驱动电机通过立柱丝杆驱动电机座固定在复合立柱的一端，复合立柱的另一端设有立柱丝杆螺母座40，复合立柱丝杆端部穿接在立柱丝杆螺母座内。

本案施侧实现床身类零件的一次装夹完成三面立卧复合柔性加工

实施例3：一种复合柔性制造单元，如图5，由2台立式加工中心或2台倾斜安装的立式加工中心，或1台立式加工中心与1台倾斜按装的立式加工中心，或两台卧式加工中心，复合安装在柔性制造单元底座的两侧或龙门加工中心底座两侧，底座上设有滑台，滑台工作台上安装有柔性夹具，配置有共用的集中控制装置，外部设有输送装置。柔性制造单元底座1上安装有直线运动滑台57、柔性夹具51，柔性制造单元底座一侧连接有立式加工中心的立式底座52，立式底座上安装有立式滑台53，立式立柱54、立式主轴箱与立式主轴55，底座另一侧连接有倾斜的立式底座，底座倾斜的顶面按装有立式滑台53，立式立柱54，立式主轴箱55与立式主轴。本实施例实现箱体类零件一次装夹完成顶面与斜面铣镗钻攻全部工序，突破了倾斜面加工难题，提高加工效率与精度。

实施例4：一种复合柔性制造单元，由2台卧式加工中心，1台立式加工中心，复合安装在柔性制造单元底座的左右两端与正后方，底座上安装有共用的固定工作台与柔性夹具，设有共用的集中控制装置，外部设有输送装置，如图6，包括底座1，底座两端安装有卧式床身8、卧式立柱9、卧式主轴箱10，底座的正后方安装有立式加工中心的立式立柱54，立式主轴箱55，底座的上面中间安装有固定的工作台与柔性夹具51。

本实施例，零件装夹在固定工作台上，两端的卧式加工中心与中间的立式加工中心XYZ三个方向移动，一次装夹完成车轿类零件的铣面，镗孔、钻孔、攻螺丝的全部工序，实现难装夹零件的高效高精高柔性加工。

以上所述仅为本发明的具体实施例，但本发明的结构特征并不局限于此，任何本领域的技术人员在本发明的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本发明的专利范围之中。