旋转工作台与立卧盘类车铣加工中心的制作方法

本发明属于机械装备技术领域，具体地来说，是一种旋转工作台与立卧盘类车铣加工中心。

背景技术：

在机械加工中，车削与铣削是最为基本而重要的加工成型手段。车削是指工件旋转而刀具在平面内作直线或曲线移动的切削加工，铣削是指刀具旋转而工件固定或可进给的切削加工。显然，车削与铣削是截然不同的两种加工方式。

鉴于二者的区别，现有的机床亦相应区分为车床与铣床，难以实现二者的通用。随着技术的发展，亦出现了一些可实现复合加工的数控设备，即数控加工中心。然而，这类数控加工中心亦多采用车削轴与铣削轴分置的布置方式，成本十分高昂，一般的加工厂难以负担。特别是在盘类零件加工中，常常面临重复装夹、流程复杂的问题，并具有一次装夹完成立式与卧式加工的需要。

技术实现要素：

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种旋转工作台与立卧盘类车铣加工中心，在现有的机床结构下实现对盘类零件的车铣一体加工，并具有分度控制功能，具有明显的成本优势。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

一种旋转工作台，具有：

工作台本体；

第一旋转轴，所述第一旋转轴可旋转地保持于所述工作台本体上；

第二旋转轴，所述第二旋转轴可旋转地保持于所述第一旋转轴上，所述第一旋转轴与所述第二旋转轴垂直布置；

工件夹具，所述工件夹具设于所述第二旋转轴上，用于夹持工件。

一种立卧盘类车铣加工中心，包括机架，所述机架具有以上所述的旋转工作台，并具有：

进给系统，所述进给系统具有于水平面内垂直布置的第一线性轴与第二线性轴及与水平面垂直的第三线性轴，所述第二线性轴设于所述第一线性轴上，所述第一线性轴与所述第三线性轴分设于所述机架上；

车铣复合主轴，所述车铣复合主轴设于所述第三线性轴上，并具有动力输入端、动力输出端与离合机构，所述动力输入端用于与动力源连接，所述动力输出端用于与刀具连接的动力输出端，所述离合机构用于控制所述动力输入端与所述动力输出端的动力传输之通断；

所述工作台本体设于所述第二线性轴上，所述第一旋转轴与所述第三线性轴平行。

作为上述技术方案的改进，所述车铣复合主轴具有：

主轴壳体，所述主轴壳体具有第一贯通部；

驱动轴，所述驱动轴可旋转地保持于所述第一贯通部上，并具有所述动力输入端与所述动力输出端；

所述离合机构具有旋转齿盘、锁紧齿盘与固定齿盘，所述旋转齿盘由所述驱动轴驱动旋转，所述固定齿盘固定于所述主轴壳体上；

所述锁紧齿盘套设于所述旋转齿盘外部，并沿所述驱动轴的轴向可滑动地与所述固定齿盘逐渐啮合/暂时分离而使所述旋转齿盘与所述固定齿盘逐渐接合/暂时分离。

作为上述技术方案的进一步改进，所述锁紧齿盘上设有至少一个复位弹簧，所述复位弹簧两端分别连接所述主轴壳体与所述锁紧齿盘。

作为上述技术方案的进一步改进，所述驱动轴具有第二贯通部，所述第二贯通部与所述第一贯通部轴向平行，所述第二贯通部两端分别设有所述动力输入端与所述动力输出端，所述第二贯通部具有第二拉杆，所述第二拉杆一端固连于所述动力输入端，另一端用于紧固刀具夹头。

作为上述技术方案的进一步改进，所述第二拉杆通过滑动部与所述动力输入端连接，所述第二拉杆与所述滑动部可沿所述第二贯通部的轴向一体地线性移动。

作为上述技术方案的进一步改进，所述滑动部具有滑动套环与线性滑块：

所述滑动套环可滑动地套设于所述驱动轴与所述第一贯通部之间，并与所述线性滑块通过定位销轴固定连接；

所述线性滑块可滑动地保持于所述第二贯通部内及可滑动地连接于所述动力输入端上，并与所述第二拉杆固定连接；

所述驱动轴上具有沿其径向开设的第三贯通部，所述定位销轴可沿所述第二贯通部的轴向线性移动地保持于所述第三贯通部上。

作为上述技术方案的进一步改进，所述第一线性轴具有第一滚珠丝杠、与所述第一滚珠丝杠平行布置的第一直线滑轨及第一运动体，所述第一运动体通过丝杠螺母与所述第一滚珠丝杠连接，并可滑动地保持于所述第一直线滑轨上。

作为上述技术方案的进一步改进，所述第二线性轴具有第二滚珠丝杠、与第二滚珠丝杠平行布置的第二直线滑轨及所述工作台本体，所述工作台本体通过丝杠螺母与所述第二滚珠丝杠连接，并可滑动地保持于所述第二直线滑轨上。

作为上述技术方案的进一步改进，所述第三线性轴具有第三滚珠丝杠、与第三滚珠丝杠平行布置的第三直线滑轨及第三运动体，所述第三运动体通过丝杠螺母与所述第三滚珠丝杠连接，并可滑动地保持于所述第三直线滑轨上。

本发明的有益效果是：

(1)旋转工作台具有第一旋转轴与第二旋转轴，第一旋转轴与第二旋转轴保持垂直，第二旋转轴上设有工件夹具，实现工件于立式加工与卧式加工之间的快速切换；

(2)具有进给系统、旋转工作台工作台与车铣复合主轴，车铣复合主轴具有离合机构而可控制其动力输出端的输出，使刀具具有高速旋转与静止不动的状态，通过工作台用于装夹工件并具有静止不动与高速旋转的状态，从而可于同一机床的同一主轴上对盘类零件实现车削与铣削；

(3)结合前述，可于同一机床上实现立卧车铣加工，其结构简单、易于实现，且可实现分度控制，提供了一种易于制造、成本较低、并具有分度控制功能的立卧盘类车铣加工中心。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本发明实施例1提供的旋转工作台的结构示意图；

图2是本发明实施例1提供的立卧盘类车铣加工中心的结构示意图；

图3是本发明实施例1提供的立卧盘类车铣加工中心的车铣复合主轴的结构第一示意图；

图4是本发明实施例1提供的立卧盘类车铣加工中心的车铣复合主轴的结构第二示意图；

图5是图4中立卧盘类车铣加工中心的车铣复合主轴的a-a剖视示意图；

图6是图4中立卧盘类车铣加工中心的车铣复合主轴的b-b剖视示意图；

图7是图6中立卧盘类车铣加工中心的车铣复合主轴的m处放大示意图。

主要元件符号说明：

10000-立卧盘类车铣加工中心，1000-旋转工作台，1100-工作台本体，1200-第一旋转轴，1300-第二旋转轴，1400-工件夹具，2000-机架，3000-第一线性轴，3100-第一滚珠丝杠，3200-第一直线滑轨，3300-第一运动体，4000-第二线性轴，4100-第二滚珠丝杠，4200-第二直线滑轨，5000-第三线性轴，5100-第三滚珠丝杠，5200-第三直线滑轨，5300-第三运动体，6000-车铣复合主轴，6100-主轴壳体，6110-第一贯通部，6120-第一端套，6200-驱动轴，6210-第二贯通部，6220-动力输入端，6221-突出部，6230-动力输出端，6240-第二拉杆，6250-滑动部，6251-滑动套环，6252-线性滑块，6252a-第四贯通部，6252b-螺纹孔，6253-定位销轴，6260-第三贯通部，6300-离合机构，6310-旋转齿盘，6320-锁紧齿盘，6330-固定齿盘，6340-环形容腔，6350-复位弹簧，6360-第一拉杆，7000-刀具夹头。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对旋转工作台与立卧盘类车铣加工中心进行更全面的描述。附图中给出了旋转工作台与立卧盘类车铣加工中心的优选实施例。但是，旋转工作台与立卧盘类车铣加工中心可以通过许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对旋转工作台与立卧盘类车铣加工中心的公开内容更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。相反，当元件被称作“直接在”另一元件“上”时，不存在中间元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在旋转工作台与立卧盘类车铣加工中心的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

实施例1

请参阅图1，旋转工作台1000具有工作台本体1100、第一旋转轴1200、第二旋转轴1300与工件夹具1400。其中，第一旋转轴1200可旋转地保持于工作台本体1100上，第二旋转轴1300可旋转地保持于第一旋转轴1200上，第一旋转轴1200与第二旋转轴1300垂直布置。工件夹具1400设于第二旋转轴1300上，用于夹持工件。

在一个示范性的实施例中，第一旋转轴1200可于铅垂面内旋转，第二旋转轴1300可于水平面内旋转。第一旋转轴1200旋转而带动第二旋转轴1300及设于第二旋转轴1300上的工件夹具1400于铅垂面内旋转，第二旋转轴1300旋转而带动工件夹具1400于水平面内旋转。

在此，旋转工作台1000可提供盘类零件的双向旋转，即于一把车刀或铣刀情形下，旋转工作台1000亦具有旋转自由度，为一次装夹加工及立卧加工提供可能。

请参阅图2，立卧盘类车铣加工中心10000具有机架2000，机架2000上设有进给系统，进给系统具有于水平面内垂直布置的第一线性轴3000与第二线性轴4000及与水平面垂直的第三线性轴5000，第二线性轴4000设于第一线性轴3000上，第一线性轴3000与第三线性轴5000分设于机架2000上。

其中，第一线性轴3000、第二线性轴4000与第三线性轴5000分别用于实现直线往复运动，可采用多种结构形式。在一个示范性的实施例中，第一线性轴3000、第二线性轴4000与第三线性轴5000分别采用丝杠传动与线性滑轨导向的结构形式。

具体地，第一线性轴3000具有第一滚珠丝杠3100、与第一滚珠丝杠3100平行布置的第一直线滑轨3200及第一运动体2300。第一运动体2300通过丝杠螺母与第一滚珠丝杠3100连接，并可滑动地保持于第一直线滑轨3200上。在一个示范性的实施例中，第一运动体3300连接有直线滑块，直线滑块可滑动地保持于第一直线滑轨3200上。第一滚珠丝杠3100一端设有驱动其旋转的旋转电机，在第一滚珠丝杠3100的驱动下，第一运动体2300可于第一直线滑轨3200上往复移动。

第一运动体2300上设有第二线性轴4000。第二线性轴4000具有第二滚珠丝杠4100、与第二滚珠丝杠4100平行布置的第二直线滑轨4200及工作台本体1100。工作台本体1100通过丝杠螺母与第二滚珠丝杠4100连接，并可滑动地保持于第二直线滑轨4200上。在一个示范性的实施例中，工作台本体1100连接有直线滑块，直线滑块可滑动地保持于第二直线滑轨4200上。第二滚珠丝杠4100一端设有驱动其旋转的旋转电机，在第二滚珠丝杠4100的驱动下，工作台本体1100可于第二直线滑轨4200上往复移动。其中，第二滚珠丝杠4100与第一滚珠丝杠3100于水平面内垂直布置。

第二线性轴4000上设有如前所述的旋转工作台1000。旋转工作台1000通过工作台本体1100而与第二线性轴4000连接，且第一旋转轴1200与第三线性轴5000平行，从而提供盘类零件的加工基础。由于第一旋转轴1200与第二旋转轴1300均具有旋转能力，既可提供工件本身的旋转切削运动，亦可提供工件的旋转调整功能，兼具对工件的立式与卧式车铣加工。仅需通过旋转工作台1000的旋转，特别是第一旋转轴1200的旋转，即可实现于立式加工与卧式加工之间的切换。

在一个示范性的实施例中，工件夹持于工件夹具1400上。当立卧盘类车铣加工中心10000用于车削时，旋转工作台1000带动工件旋转；当立卧盘类车铣加工中心10000用于铣削时，旋转工作台1000保持静止而使工件保持不动。

第三线性轴5000具有第三滚珠丝杠5100、与第三滚珠丝杠5100平行布置的第三直线滑轨5200及第三运动体5300。第三运动体5300通过丝杠螺母与第三滚珠丝杠5100连接，并可滑动地保持于第三直线滑轨5200上。在一个示范性的实施例中，第三运动体5300连接有直线滑块，直线滑块可滑动地保持于第三直线滑轨5200上。第三滚珠丝杠5100一端设有驱动其旋转的旋转电机，在第三滚珠丝杠5100的驱动下，第三运动体5300可于第三直线滑轨5200上往复移动。其中，第三滚珠丝杠5100沿竖直方向布置。

第三运动体5300上设有车铣复合主轴6000，车铣复合主轴6000用于装夹刀具，而实现对工件的铣削或车削加工。车铣复合主轴6000至少具有动力输入端6220、动力输出端6230与离合机构6300，动力输入端6220用于与动力源连接，动力输出端6230用于与刀具连接，离合机构6300用于控制动力输入端6220与动力输出端6230的动力传输之通断。当动力输入端6220与动力输出端6230之间的动力传输保持连通时，车铣复合主轴6000用于铣削；当动力输入端6220与动力输出端6230之间的动力传输被切断时，车铣复合主轴6000用于车削。

请结合参阅图3～5，优选地，车铣复合主轴6000具有主轴壳体6100，主轴壳体6100具有第一贯通部6110。具体地，主轴壳体6100用于实现车铣复合主轴6000与机床的结构连接，并承受各种载荷，是主要的承载部。第一贯通部6110为孔状容腔，用于容纳车铣复合主轴6000的各个部件，尤其是驱动轴6200。

车铣复合主轴6000还具有驱动轴6200，驱动轴6200用于实现自动力源至刀具的动力传递，是主要的传动部。具体地，驱动轴6200可旋转地保持于第一贯通部6110上，并具有用于与动力源连接的动力输入端6220与用于与刀具连接的动力输出端6230。

在一个示范性的实施例中，第一贯通部6110具有支撑部，用于支撑驱动轴6200。驱动轴6200上套设有轴承，并一体保持于支撑部上。于此，驱动轴6200可旋转地保持于轴承上，而实现自由旋转。

动力输入端6220可采用多种结构形式，实现动力源的输出轴与驱动轴6200之间的轴端连接。在一个示范性的实施例中，动力输入端6220可采联轴部或联轴器的结构形式，其一端固定连接于驱动轴6200，另一端具有用于卡接动力源的输出轴的紧固孔。

动力输出端6230可采用多种结构形式，用于紧固刀具而实现刀具与驱动轴6200的固定连接。在一个示范性的实施例中，动力输出端6230可采紧固孔的结构形式，紧固孔用于供刀具夹头7000或刀具插入锁紧。其中，刀具夹头7000用于固定刀具，特别是铣刀的紧固常常需要涉及刀具夹头7000。

驱动轴6200可具有多种构造，优选地，驱动轴6200具有第二贯通部6210，第二贯通部6210与第一贯通部6110轴向平行第二贯通部6210使驱动轴6200形成中空结构，有助于降低驱动轴6200的自重而改善驱动轴6200的旋转运动特性。

其中，第二贯通部6210两端分别设有动力输入端6220与动力输出端6230。具体地，动力输入端6220紧固于第二贯通部6210一端，动力输入端6220与第二贯通部6210可以多种连接方式实现连接。例如，动力输入端6220与第二贯通部6210可以是过盈配合，亦可以是螺纹连接紧固。

其中，第二贯通部6210具有第二拉杆6240，第二拉杆6240一端固连于动力输入端6220，另一端用于紧固刀具夹头7000。具体地，在铣削加工中，铣刀安装于刀具夹头7000上，随驱动轴6200高速旋转而对工件施加切削力，铣刀及刀具夹头7000存在飞脱甩出风险。刀具夹头7000经第二拉杆6240紧固，由于第二拉杆6240与动力输出端6230的双重限制，避免了刀具夹头7000的甩出风险。

根据切削加工的方式要求，车铣复合主轴6000可夹持铣刀或车刀，而分别实现铣削或车削加工。在铣削加工中，铣刀需经刀具夹头7000与第二拉杆6240紧固；在车削加工中，车刀并不转动，是否紧固对其无重要影响。且根据铣刀的规格不同，刀具夹头7000亦具有不同的规格，要求第二拉杆6240实现对应匹配。

请结合参阅图5～6，优选地，第二拉杆6240通过滑动部6250与动力输入端6220连接，第二拉杆6240与滑动部6250可沿第二贯通部6210的轴向一体地线性移动，用以解决刀具匹配问题。

具体地，第二拉杆6240可滑动地保持于第二贯通部6210上，从而可进退地与刀具夹头7000/刀具接合或分离，既可满足不同规格的刀具夹头7000的紧固要求，又可适应车刀与铣刀的使用状态之差异。举一例于下以说明实际应用的工况状态。

当车铣复合主轴6000用于铣削时，第二拉杆6240滑动地贯入于刀具夹头7000，刀具夹头7000上设有铣刀。此时，动力输入端6220、驱动轴6200、第二拉杆6240与刀具夹头7000均固定为一体，而具有一体的运动状态，保证铣削加工的输出稳定；

当车铣复合主轴6000用于车削时，第二拉杆6240滑动地退出刀具夹头7000，以便刀具夹头7000从动力输出端6230取下，并换上所需使用的车刀，此后第二拉杆6240与车刀保持分离。

其中，第二拉杆6240的线性滑动可以多种结构形式实现，例如是伸缩缸、线性轴承等。

优选地，滑动部6250具有滑动套环6251与线性滑块6252。其中，滑动套环6251可滑动地套设于驱动轴6200与第一贯通部6110之间，并线性滑块6252通过定位销轴6253固定连接；线性滑块6252可滑动地保持于第二贯通部6210内及可滑动地连接于动力输入端6220上，并与第二拉杆6240固定连接；驱动轴6200上具有沿其径向开设的第三贯通部6260，定位销轴6253可沿第二贯通部6210的轴向线性移动地保持于第三贯通部6260上。

在一个示范性的实施例中，第一贯通部6110接近动力输入端6220的一端具有第一端套6120，第一端套6120固定于主轴壳体6100上。滑动套环6251可旋转地套设于第一端套6120内部，滑动套环6251经定位销轴6253与线性滑块6252连接为一体。动力输入端6220具有突出部6221，线性滑块6252具有第四贯通部6252a与螺纹孔6252b，突出部6221可滑动地保持于第四贯通部6252a上，螺纹孔6252b用于与第二拉杆6240固连。第三贯通部6260沿驱动轴6200的轴向之尺寸大于定位销轴6253沿该方向的尺寸，而保证定位销轴6253可于第三贯通部6260内滑动。

在此，滑动套环6251、定位销轴6253与线性滑块6252沿驱动轴6200之轴向线性运动，而使第二拉杆6240接近或远离动力输出端6230，以满足车削与铣削的不同要求。

请结合参阅图6～7，车铣复合主轴6000还具有离合机构6300，离合机构6300具有旋转齿盘6310、锁紧齿盘6320与固定齿盘6330。其中，旋转齿盘6310由驱动轴6200驱动旋转，固定齿盘6330固定于主轴壳体6100上；锁紧齿盘6320套设于旋转齿盘6310外部，并沿驱动轴6200的轴向可滑动地与固定齿盘6330逐渐啮合/暂时分离而使旋转齿盘6310与固定齿盘6330逐渐接合/暂时分离。

具体地，旋转齿盘6310、锁紧齿盘6320与固定齿盘6330形成三片式端面齿盘构造。锁紧齿盘6320与固定齿盘6330上分设啮合齿，以啮合齿的啮合位置不同而实现分度调节。锁紧齿盘6320沿驱动轴6200的轴向滑动地接近或远离固定齿盘6330，发挥离合控制的功能。

在一个示范性的实施例中，旋转齿盘6310与锁紧齿盘6320之间可具有键连接，使二者具有沿驱动轴6200轴向的相对运动，并具有一体旋转的运动特性。类似地，旋转齿盘6310与驱动轴6200之间亦具有相类之键连接，而具有轴向的相对运动与一体旋转运动。

当锁紧齿盘6320滑动接近而逐渐与固定齿盘6330啮合时，锁紧齿盘6320被固定齿盘6330锁紧，无法发生旋转运动。旋转齿盘6310受锁紧齿盘6320之牵绊，亦无法发生旋转运动。进而，旋转齿盘6310阻碍驱动轴6200之旋转，使驱动轴6200亦保持静止。在此情形下，连接于动力输出端6230的刀具保持不动，满足车削加工的要求。

当锁紧齿盘6320滑动远离而与固定齿盘6330分离时，锁紧齿盘6320、旋转齿盘6310与驱动轴6200具有一体的旋转运动，连接于动力输出端6230的刀具受驱动轴6200驱动而可高速旋转，满足铣削加工的要求。在此过程中，亦可同步实现车铣复合主轴6000的分度调节。

优选地，主轴壳体6100、驱动轴6200、旋转齿盘6310与固定齿盘6330包围而成一环形容腔6340，环形容腔6340与锁紧齿盘6320组成一活塞缸，锁紧齿盘6320可滑动地保持于环形容腔6340内。

具体地，锁紧齿盘6320在环形容腔6340内充当活塞，当锁紧齿盘6320两端具有压差时，锁紧齿盘6320即可发生线性运动而实现离合切换。

进一步优选，锁紧齿盘6320上设有至少一个复位弹簧6350，复位弹簧6350两端分别连接主轴壳体6100与锁紧齿盘6320。优选地，复位弹簧6350为复数个，并沿驱动轴6200的旋转圆周均匀分布。

进一步优选，锁紧齿盘6320通过第一拉杆6360与复位弹簧6350连接，第一拉杆6360与复位弹簧6350一一对应连接。

其中，环形容腔6340具有流体输入端与流体输出端。流体输入端与流体输出端可分居锁紧齿盘6320两端，而直接形成压差，形成双作用活塞缸结构；流体输入端与流体输出端亦可位于锁紧齿盘6320的同侧，复位弹簧6350的弹性力充当锁紧齿盘6320某一方向(接近或远离)的驱动力。

优选地，锁紧齿盘6320上设有用于检测锁紧齿盘6320位置的位移传感器，以保证锁紧齿盘6320的位置精确，保证足够的锁紧力或分离度。其中，位移传感器可以是接近开关、光栅尺等。

在另一个实施例中，锁紧齿盘6320连接有用于驱动锁紧齿盘6320沿驱动轴6200的轴向线性移动的驱动机构。其中，驱动机构可以是其他伸缩缸、电动推杆等结构形式。

在这里示出和描述的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制，因此，示例性实施例的其他示例可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明的保护范围应以所附权利要求为准。