本发明涉及型材加工设备技术领域，具体而言，涉及一种型材加工工位单元及多工位型材加工机床。
背景技术：
型材是铁或钢以及具有一定强度和韧性的材料(如塑料、铝、玻璃纤维等)通过轧制，挤出，铸造等工艺制成的具有一定几何形状的物体。
在型材需求量日益增加的情况下，型材加工的高效性也就显得尤为重要。利用型材加工机床进行加工是常用选择，型材加工机床一般包括床身、加工单元、进给单元、排屑单元和数控系统等。现有的型材加工机床在加工时，其加工效率仍然有待提高。
具体的，现有的型材加工机床存在以下问题：
加工时，加工单元的精度不高；
加工单元的效率不高，导致整个机床的加工效率不高。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种型材加工工位单元，其能够对型材进行高精度、高效率加工。
本发明的另外一个目的在于提供一种多工位型材加工机床，其包括上述型材加工工位单元，其具有该型材加工工位单元的全部特性。
本发明的实施例是这样实现的：
本发明的实施例提供了一种型材加工工位单元，包括：
拖板单元，以所述型材加工工位单元在型材加工机床的床身上的进给方向为x轴方向，以垂直x轴的方向为y轴方向，所述拖板单元包括拖板、y轴驱动件、y轴传动系统和y轴滚动导轨，所述拖板单元能够通过所述拖板可移动地设置于型材加工机床的床身，所述y轴驱动件、所述y轴传动系统和所述y轴滚动导轨均设置于所述拖板；
立柱单元，以垂直于x轴和y轴所在平面的方向为z轴方向，所述立柱单元包括立柱、z轴驱动件、z轴传动系统和z轴滚动导轨，所述立柱设置于所述拖板且能够沿所述y轴滚动导轨被所述y轴驱动件驱动，所述z轴驱动件、所述z轴传动系统和所述z轴滚动导轨均设置于所述立柱；和
主轴单元，所述主轴单元设置于所述立柱且能够沿所述z轴滚动导轨被所述z轴驱动件驱动。
另外，根据本发明的实施例提供的型材加工工位单元，还可以具有如下附加的技术特征：
在本发明的可选实施例中，所述拖板单元包括x轴驱动结构，所述x轴驱动结构包括第一斜齿轮、第一x轴进给电机、第二斜齿轮、第二x轴进给电机和x轴导轨滑块；
所述x轴导轨滑块设置于所述拖板的远离所述y轴滚动导轨的一侧，所述x轴导轨滑块用于引导所述拖板在型材加工机床的床身的移动，所述第一斜齿轮与所述第一x轴进给电机传动配合，所述第二斜齿轮与所述第二x轴进给电机传动配合，所述第一斜齿轮、所述第二斜齿轮均与所述x轴导轨滑块位于所述拖板的同一侧且都能够与型材加工机床的床身的齿条配合；
所述x轴驱动结构包括第一状态、第二状态和第三状态，所述第一状态下，所述第一斜齿轮与所述第二斜齿轮均顺时针旋转，所述第二状态下所述第一斜齿轮与所述第二斜齿轮均逆时针旋转，所述第三状态下，所述第二斜齿轮保持顺时针旋转，所述第一斜齿轮逆时针旋转，所述第一状态与所述第二状态能够通过所述第三状态相互切换。
在本发明的可选实施例中，所述y轴传动系统和所述z轴传动系统均采用经过预拉伸处理的滚珠丝杠传动，滚珠丝杠的安装处设置有用于测量丝杠温度的第一温度传感器，所述拖板的远离滚珠丝杠的位置和所述立柱的远离滚珠丝杠的位置均设置有第二温度传感器，所述第一温度传感器和所述第二温度传感器的检测数据均能反馈至型材加工机床的数控系统。
在本发明的可选实施例中，所述立柱单元还包括y轴导轨滑块，所述y轴导轨滑块设置于所述立柱的一端，所述立柱能够通过所述y轴导轨滑块沿所述y轴滚动导轨移动。
在本发明的可选实施例中，所述主轴单元包括主轴箱、通道块和z轴导轨滑块，所述z轴导轨滑块设置于所述主轴箱的一侧，所述主轴箱能够通过所述z轴导轨滑块沿所述z轴滚动导轨移动，所述通道块用于安装气液管路，所述通道块设置于所述主轴箱。
在本发明的可选实施例中，所述通道块具有第一通道和第二通道；
所述第一通道连接有冷却液喷嘴且能够用于冷却刀具，所述第二通道连接有油气润滑喷嘴且能够用于冷却刀具。
在本发明的可选实施例中，所述通道块具有第三通道和第四通道，所述主轴单元包括主轴和主轴轴承，所述第三通道用于通气并形成所述主轴轴承的保护气幕，所述第四通道配置成所述主轴的冷却通道。
在本发明的可选实施例中，所述主轴箱还包括第三温度传感器和第四温度传感器，所述第三温度传感器设置于所述主轴附近，所述第四温度传感器设置于所述主轴箱远离所述主轴的位置，所述第三温度传感器和所述第四温度传感器的检测数据均能反馈至型材加工机床的数控系统。
在本发明的可选实施例中，所述主轴箱包括主轴，所述主轴单元包括用于使所述主轴松刀的气液转换增压松刀缸，所述气液转换增压松刀缸设置于所述主轴箱。
本发明的实施例提供了一种多工位型材加工机床，包括床身和上述任一项所述的型材加工工位单元，所述型材加工工位单元通过所述拖板单元可活动地设置于所述床身。
本发明的有益效果是：
型材加工工位单元能够通过拖板单元与型材加工机床的配合、拖板单元与立柱单元的配合、立柱单元与主轴单元的配合等，实现对于型材的高精度、高效率加工。多工位型材加工机床通过使用上述型材加工工位单元，其加工效率和加工精度也能得到提升，并且通过增加型材加工工位单元的数量，可以进一步提升加工效率，更加适应对于型材的加工需求。
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为本发明的实施例1提供的型材加工工位单元的示意图；
图2为拖板单元的第一视角的视图；
图3为拖板单元的第二视角的视图；
图4为拖板单元的第三视角的视图；
图5为服务于y轴传动系统的滚珠丝杠的第一温度传感器和第二温度传感器的布置示意图；
图6为x轴驱动结构的示意图；
图7为x轴驱动结构的第一状态示意图；
图8为x轴驱动结构的第二状态示意图；
图9为x轴驱动结构的第三状态示意图；
图10为立柱单元的第一视角的视图；
图11为立柱单元的第二视角的视图；
图12为立柱单元的剖视图；
图13为服务于z轴传动系统的滚珠丝杠的第一温度传感器和第二温度传感器的布置示意图；
图14为主轴单元的第一视角的视图；
图15为图14的剖视图；
图16为主轴单元的第二视角的视图；
图17为图16的剖视图；
图18为通道块的示意图；
图19为实施例2提供的多工位型材加工机床的示意图。
图标：100-型材加工工位单元；10-拖板单元；11-拖板；112-挡屑板；13-y轴驱动件；15-y轴传动系统；17-y轴滚动导轨；18-x轴拖链支架；19-x轴驱动结构；190-第一斜齿轮；191-第一x轴进给电机；193-第二斜齿轮；194-第二x轴进给电机；195-x轴导轨滑块；196-毛毡齿轮；30-立柱单元；31-立柱；311-立柱防护；33-z轴驱动件；35-z轴传动系统；37-z轴滚动导轨；38-y轴导轨滑块；39-y轴导轨前防护；40-y轴导轨后防护；41-z轴导轨防护；42-y轴拖链支架；43-y轴拖链；50-主轴单元；501-主轴；51-主轴箱；511-主轴箱防护；52-通道块；521-第一通道；522-第二通道；523-第三通道；524-第四通道；53-z轴导轨滑块；54-气液转换增压松刀缸；541-主轴松刀按钮；55-z轴拖链；56-管接头；60-刀具库；101-第一温度传感器；102-第二温度传感器；103-冷却液喷嘴；104-油气润滑喷嘴；105-行星减速器；200-多工位型材加工机床；210-床身。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
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。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1
请参照图1至图18，本实施例提供了一种型材加工工位单元100，包括：
拖板单元10，以型材加工工位单元100在型材加工机床的床身上的进给方向为x轴方向，以垂直x轴的方向为y轴方向，拖板单元10包括拖板11、y轴驱动件13、y轴传动系统15和y轴滚动导轨17，拖板单元10能够通过拖板11可移动地设置于型材加工机床的床身，y轴驱动件13、y轴传动系统15和y轴滚动导轨17均设置于拖板11；
立柱单元30，以垂直于x轴和y轴所在平面的方向为z轴方向，立柱单元30包括立柱31、z轴驱动件33、z轴传动系统35和z轴滚动导轨37，立柱31设置于拖板11且能够沿y轴滚动导轨17被y轴驱动件13驱动，z轴驱动件33、z轴传动系统35和z轴滚动导轨37均设置于立柱31；和
主轴单元50，主轴单元50设置于立柱31且能够沿z轴滚动导轨37被z轴驱动件33驱动。
具体的，拖板单元10包括x轴驱动结构19，x轴驱动结构19包括第一斜齿轮190、第一x轴进给电机191、第二斜齿轮193、第二x轴进给电机194和x轴导轨滑块195；
x轴导轨滑块195设置于拖板11的远离y轴滚动导轨17的一侧，x轴导轨滑块195用于引导拖板11在型材加工机床的床身的移动，第一斜齿轮190与第一x轴进给电机191传动配合，第二斜齿轮193与第二x轴进给电机194传动配合，第一斜齿轮190、第二斜齿轮193均与x轴导轨滑块195位于拖板11的同一侧且都能够与型材加工机床的床身的齿条配合；
x轴驱动结构19包括三种运动状态：第一状态、第二状态和第三状态。第一状态为x轴方向的正向进给状态，第二状态为反向进给状态，第三状态为进给换向状态。第一状态下，第一斜齿轮190与第二斜齿轮193均顺时针旋转，第二状态下第一斜齿轮190与第二斜齿轮193均逆时针旋转，第三状态下，第二斜齿轮193保持顺时针旋转，第一斜齿轮190逆时针旋转，第一状态与第二状态能够通过第三状态相互切换。特别的，当需要从第二状态转换成第一状态时，第三状态是相反的，即第一斜齿轮190保持逆时针旋转，第二斜齿轮193变作顺时针旋转，然后第一斜齿轮190再变成顺时针旋转，完成状态的转换。
详细的，第一斜齿轮190和第二斜齿轮193均为法兰安装型斜齿轮，第一斜齿轮190通过行星减速器105第一x轴进给电机191传动配合，第二斜齿轮193通过行星减速器105第二x轴进给电机194传动配合。
x轴驱动结构19还包括两个毛毡齿轮196，毛毡齿轮196设置于拖板11且用于与型材加工机床的润滑脂泵连接，其中一个位于在第一斜齿轮190的远离第二斜齿轮193的一侧，另外一个位于第二斜齿轮193的远离第一斜齿轮190的一侧。毛毡齿轮196用于为第一斜齿轮190与床身的齿条、第二斜齿轮193与床身的齿条提供润滑。
x轴驱动结构19用于型材加工工位单元100在型材加工机床的床身移动时消隙。具体的原理是，在型材加工工位单元100需要进给时，第一x轴进给电机191与第二x轴进给电机194均顺时针旋转，x轴驱动结构19为第一状态，此时，第一斜齿轮190和第二斜齿轮193均为左齿面与齿条的右齿面啮合接触，可以输出1.5-2倍的单电机扭矩。在型材加工工位单元100需要换向进给时，第二斜齿轮193保持旋转方向不变，第一斜齿轮190从顺时针变为逆时针旋转，x轴驱动结构19为第三状态，此时，第一斜齿轮190的右齿面与齿条的左齿面啮合接触，第一斜齿轮190与第二斜齿轮193处于保持张力的状态，型材加工工位单元100换向时产生的间隙被消除。之后第二斜齿轮193也从顺时针变为逆时针旋转，与第一斜齿轮190一起出力，进而型材加工工位单元100从第三状态进入第二状态，实现反方向移动。
如此，第一斜齿轮190与齿条、第二斜齿轮193与齿条之间的传动间隙都能得到消除，保障传动精度，也保障了定位精度，即使有机械磨损，也能通过上述动作来完成消隙，十分可靠。
具体的，拖板11上还设置有两块挡屑板112，挡屑板112位于y轴滚动导轨17的两侧，可以在进行切削加工时，将切屑挡开，避免切屑进入到拖板11内部。拖板11上还具有x轴拖链支架18，可以用来支撑x轴拖链。为了使型材加工工位单元100响应更为及时，降低重量，拖板11设计成焊接件结构，为了提高刚度和强度，拖板11采用箱体结构，箱体中间设计有加强筋板结构。需要说明的是，拖链是现有技术的常用器件，此处以及其他涉及拖链的描述中，不再对其进行赘述。
y轴传动系统15和z轴传动系统35均采用经过预拉伸处理的滚珠丝杠传动，滚珠丝杠的安装处设置有第一温度传感器101，第一温度传感器101为测量温度传感器，用于测量丝杠的即时温度。拖板11的远离滚珠丝杠的位置和立柱31的远离滚珠丝杠的位置均设置有第二温度传感器102，第二温度传感器102为基准温度传感器，用以测量滚珠丝杠所处的空间环境的温度作为基准温度。第一温度传感器101和第二温度传感器102的检测数据均能反馈至型材加工机床的数控系统。
数控系统能够比对第一温度传感器101和第二温度传感器102的检测数据，得出滚珠丝杠的温升数值，然后根据滚珠丝杠的温升情况结合数控系统进行热伸长即时补偿，提高y轴、z轴两个方向的定位精度、加工精度以及热性能。数控系统内的温升模型和算法可以由机床厂家二次写入。数控系统的架构可以参照现有型材加工机床的数控系统，因此不再进行赘述。
在本实施例中，y轴驱动件13和z轴驱动件33均为伺服电机，并且通过联轴器与对应都要驱动的部件连接。
具体的，立柱单元30还包括y轴导轨滑块38，y轴导轨滑块38设置于立柱31的一端，立柱31能够通过y轴导轨滑块38沿y轴滚动导轨17移动。立柱31配置有相应的立柱防护311。
此外，立柱单元30还包括y轴导轨前防护39、y轴导轨后防护40和z轴导轨防护41。用以对y轴滚动导轨17和z轴滚动导轨37进行防护。立柱单元30还包括y轴拖链支架42，用以支撑y轴拖链43。
具体的，主轴单元50包括主轴箱51、通道块52和z轴导轨滑块53，z轴导轨滑块53设置于主轴箱51的一侧，主轴箱51能够通过z轴导轨滑块53沿z轴滚动导轨37移动，通道块52用于安装气液管路，通道块52设置于主轴箱51。更为详细的，主轴单元50还包括z轴拖链55、主轴松刀按钮541、管接头56和用于防护主轴箱51的主轴箱防护511等。
通道块52具有第一通道521和第二通道522；
第一通道521连接有冷却液喷嘴103且能够用于冷却刀具，第二通道522连接有油气润滑喷嘴104且能够用于冷却刀具。本实施例使用的刀具库60可以参照现有技术，刀具库60同样安装于立柱31，此处不再对刀具库60进行赘述。
通道块52具有第三通道523和第四通道524，主轴单元50包括主轴501和主轴501轴承，第三通道523用于通气并形成主轴501轴承的保护气幕，第四通道524配置成主轴501的冷却通道。
详细的，主轴501采用伺服电机并结合联轴器驱动，主轴501最高转速高达13000r/min，额定功率11kw，主轴501额定扭52.5n·m，主轴501锥孔采用bt40。
详细的，本实施例的通道块52具有5个进口和6个出口，其中1个进口用于与型材加工机床的的冷却泵接通，该进口通过第一通道521与2个冷却液喷嘴103相连接，用于刀具的冷却液冷却；有2个进口用于与型材加工机床的刀具油气润滑系统连通，该2个进口通过第二通道522两个油气润滑喷嘴104相连接，用于刀具的油气润滑冷却，两种冷却方式可以通过数控系统随时进行切换。上述连接可以通过管接头56来实现。
第三通道523对应的进口用于与型材加工机床的气动系统连接，然后由气动系统通入气体压力在0.5bar以下的干燥气体，在主轴501轴承处构造出一个正压气体的保护气幕，防止杂质进入主轴501轴承。第四通道524对应的进口用于与型材加工机床的油冷机连接，主轴501内部具有冷却通道，出口与主轴501内部的冷却通道接通，冷却通道又和油冷机连接，从而构造出循环冷却回路，用于给主轴501降温冷却。
此外，主轴箱51还包括第三温度传感器和第四温度传感器，第三温度传感器等同于第一温度传感器101，第四温度传感器等同于第二温度传感器102，此处在名称上做区分仅是为了区别描述，使描述更有指向性，但在图17中仍然采用了第一温度传感器101和第二温度传感器102的标号，为避免误解，特在此处作出说明。第三温度传感器设置于主轴501附近，在本实施例中，第三温度传感器位于主轴501的下端外圆部位，用以测量主轴501的即时温度。第四温度传感器设置于主轴箱51远离主轴501的位置，用以测量主轴501所处的空间环境温度。第三温度传感器和第四温度传感器的检测数据均能反馈至型材加工机床的数控系统。数控系统根据第三温度传感器和第四温度传感器的检测数据比对后的温升数值，能够结合温升模型和算法对主轴501进行热伸长的即时补偿，提高主轴501热性能，提高加工精度。温升模型和算法同样是可以由机床厂家二次写入。
主轴单元50包括用于使主轴501松刀的气液转换增压松刀缸54，气液转换增压松刀缸54设置于主轴箱51。气液转换增压松刀缸54可以直接利用型材加工机床所处的车间的普通气源来达到液压松刀的效果，松刀压力大、效果好，并且结构小巧，可以通过松刀按钮启用。应用型材加工工位单元100的型材加工机床可以节省一个液压站的费用。
本实施例的原理是：
通过对现有技术中的型材加工机床的问题的研究，本实施例采用了滚珠丝杠的方式来进行y轴和z轴的传动，确保加工时，相应的部件能够快速响应，并且在切削时能够保持平稳。
在此基础上，还设计了相应热伸长即时补偿功能，保障y轴进给的热性能、z轴进给的热性能。这就避免了温升对滚珠丝杠的影响，提高定位精度和加工精度的同时也提高了响应速度，进而提高加工速度。
此外，x轴驱动结构19可以保障型材加工工位单元100在具有齿条的型材加工机床床身上移动时的平稳和快速。并且通过消隙功能可以使得型材加工工位单元100正向、反向以及换向时都是无隙状态，保障定位精度。
结合冷却液冷却和油气润滑冷却两种冷却方式，可以根据需求来进行刀具冷却方式的选择，使得加工时的加工精度更有保障，并且更加低碳环保。
再结合对于主轴501的冷却，加工精度能够得到进一步的提升。
本实施例的型材加工工位单元100，通过对整体的定位精度、进给速度和进给平稳性做提升，结合相应的冷却机制来提升加工时的精度，整体对于型材加工时的精度能够有很大的提升，并且加工的速度也能够得到相应提升，配合主轴501的高转速，实现型材的高精度、高效率加工，对于实际生产十分有益。
实施例2
请参照图19，本实施例提供了一种多工位型材加工机床200，包括床身210和实施例1中的型材加工工位单元100，型材加工工位单元100通过拖板单元10可活动地设置于床身210。
具体的，在床身210设置有齿条，用于与型材加工工位单元100配合，当需要的加工工位更多时，则可以在床身210上安装更多的型材加工工位单元100，这个可以通过拖板单元10与齿条的配合实现，以提高多工位型材加工机床200的加工效率。
其余结构均可参照实施例1和现有技术。
综上所述，本发明的型材加工工位单元100能够通过拖板单元10与型材加工机床的配合、拖板单元10与立柱单元30的配合、立柱单元30与主轴单元50的配合等，实现对于型材的高精度、高效率加工。
多工位型材加工机床200通过使用上述型材加工工位单元100，其加工效率和加工精度也能得到提升，并且通过增加型材加工工位单元100的数量，可以进一步提升加工效率，更加适应对于型材的加工需求。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。