本实用新型涉及机械加工领域，尤其涉及一种高速复合机床。
背景技术：
陶瓷，蓝宝石玻璃，钛合金等超硬材料的零部件加工相较于一般金属材料以及其它复合材料的加工难度更大，且由于超硬材料的高硬度，在加工过程中易碎易裂，从而大大增加了加工过程的难度，同时减慢加工的速度。
相关技术的超硬材料加工机床包括底座、支撑于所述底座的工作台和支撑横梁、安装于所述支撑横梁的滑鞍装置、安装于所述滑鞍装置的主轴箱、固定于所述支撑横梁的换刀装置和固定于所述底座的对刀仪，所述工作台沿所述底座相对滑动，所述滑鞍装置相对于所述支撑横梁相对滑动，所述主轴箱相对于所述滑鞍装置相对滑动。
然而，相关技术中的所述超硬材料加工机床，在加工过程中产生的碎屑无规律的堆积于加工零件的表面或吸附于刀具的表面，这严重的影响了加工的精度，同时容易造成刀具的损坏，使得所述超硬材料加工机床的可靠性差且使用寿命短；相关技术中采用的接触式圆形对刀仪，不够精确，且使用寿命短，将影响所述超硬材料加工机床的加工精度。
因此，有必要提供一种新的高速复合机床解决上述问题。
技术实现要素：
本实用新型需要解决的技术问题是提供一种精度高、速度快且可靠性高的高速复合机床。
为解决上述问题，本实用新型提供了一种高速复合机床，包括底座、支撑于所述底座的工作台、垂直固定于所述底座的支撑横梁、安装于所述支撑横梁的滑鞍装置、安装于所述滑鞍装置的主轴箱、安装于所述主轴箱内的主轴、安装于所述主轴的刀具、固定于所述支撑横梁用于为所述主轴更换所述刀具的换刀装置、三轴传动装置、集成于所述主轴内部的超声波发生器、安装于所述工作台上的第四轴以及安装于所述底座用于所述刀具非接触式对位的激光对刀仪；所述三轴传动装置包括驱动所述工作台相对于所述底座沿Y轴方向往复运动的 Y轴传动装置、驱动所述滑鞍装置相对于所述支撑横梁沿X轴方向往复运动的X轴传动装置以及驱动所述主轴箱相对于所述滑鞍装置沿Z轴方向往复运动的Z轴传动装置；所述第四轴采用高速直驱电机结构，所述激光对刀仪安装于所述底座靠近所述换刀装置的一侧；所述超声波发生器产生高频振动迫使安装于所述主轴的所述刀具发声振动。
优选的，所述高速复合机床还包括用于防止所述主轴箱下滑的配重气缸，两个所述配重气缸沿Z轴方向固定于所述滑鞍装置的两侧且同时连接于所述主轴箱。
优选的，所述高速复合机床还包括与所述三轴传动装置对应设置的三轴反馈装置，所述三轴反馈装置包括用于测量所述工作台相对于所述底座沿所述高速复合机床的Y轴方向的移动距离并反馈给控制器的Y轴反馈单元、测量所述滑鞍装置相对于所述支撑横梁沿所述高速复合机床的X轴方向的移动距离并反馈给控制器的X轴反馈单元，以及测量所述主轴箱相对于所述滑鞍装置沿所述高速复合机床的 Z轴方向的移动距离并反馈给控制器的Z轴反馈单元。
优选的，所述X轴反馈单元、所述Y轴反馈单元以及所述Z轴反馈单元均采用导轨带磁栅测量装置。
优选的，所述X轴传动装置、所述Y轴传动装置及所述Z轴传动装置为采用直线电机驱动的非接触式结构的传动装置。
优选的，所述底座包括支撑所述支撑横梁的第一底座、由所述第一底座的侧边垂直延伸形成的第二底座以及与所述Y轴传动装置正对设置的用于排除多余的润滑油和切削液的排水斜面，所述排水面靠近所述Y轴传动装置端部的一端向下倾斜使所述排水斜面与所述Y 轴传动装置之间形成0-90度夹角。
优选的，所述排水斜面与所述Y轴传动装置之间的夹角为15度。
优选的，所述底座包括沿所述高速复合机床的Y轴方向设于其上的排屑槽和固定安装于所述排屑槽内的螺旋式排屑机。
优选的，所述第四轴采用环形编码器全闭环控制，所述第四轴的最高转速为3000转/分钟。
优选的，所述超声波发生器的振动频率为21KHz～45KHz。
与相关技术比较，本实用新型的高速复合机床通过在主轴箱内设置超声波发生器，通过所述超声波发生器驱动刀具在加工过程中产生高频振动，从而使切削液中的磨粒冲击待加工工件的表面，产生锤击作用，达到降低切削力的同时由于超声波产生的空化效应可强力清除附着于所述刀具及待加工工件表面上的残屑，保证切削力的稳定性，避免所述刀具沾黏残屑，从而造成烧伤、挤压损伤等缺陷，有效提高待加工工件表面质量，获得粗糙度低于R0.1的镜面级加工效果；以提升所述高速复合机床的加工效率、精度高和可靠性；通过在工作台上增加直驱第四轴，减少了涡轮机构和涡杆机构，以减小无机械磨损，延长所述第四轴的使用寿命。
附图说明
图1为本实用新型高速复合机床的部分结构示意图；
图2为本实用新型高速复合机床的工作台、第四轴与底座的立体结构装配图；
图3为本实用新型高速复合机床的主轴箱的结构示意图；
图4为本实用新型高速复合机床的主轴箱的纵向剖面图；
图5为本实用新型高速复合机床的滑鞍装置与所述支撑横梁的立体结构装配图；
图6为本实用新型高速复合机床的主轴箱与滑鞍装置的立体结构装配图。
具体实施方式
下面将结合附图和实施方式对本实用新型作进一步说明。
请参阅图1，为本实用新型高速复合机床的部分结构示意图。
本实用新型提供了一种高速复合机床100，包括底座1、垂直固定于所述底座1的支撑横梁2、三轴传动装置(未标号)、支撑于所述底座1的工作台4、安装于所述工作台4上的第四轴5、安装于所述支撑横梁2的滑鞍装置6、安装于所述滑鞍装置6的主轴箱7、固定于所述支撑横梁2的换刀装置8、集成于所述主轴箱7内部的超声波发生器9以及与所述三轴反馈装置(未标号)对应设置的三轴反馈装置(未标号)。
所述高速复合机床100能够用于由超硬材料构成的待加工工件的切削打磨，待加工工件固定于所述第四轴5上并随所述第四轴5旋转，待加工工件的材质包括宝石、玻璃、陶瓷、钛合金以及其他超硬材料，且不仅仅局限于此。
请结合参阅图2，为本实用新型高速复合机床的工作台、第四轴与底座的立体结构装配图。所述底座1为T字形，包括支撑于所述支撑横梁2的第一底座11和由所述第一底座11中间垂直延伸形成的第二底座12，所述第二底座12靠近所述换刀装置8的一侧安装有激光对刀仪13。
所述三轴传动装置(未标号)包括沿Y轴方向延伸的Y轴传动装置31、沿X轴方向延伸的X轴传动装置32以及沿Z轴方向延伸的Z轴传动装置33。
所述支撑横梁2用于给所述滑鞍装置6、所述主轴箱7、所述换刀装置8以及所述X轴传动装置32提供安装位置的部件。所述X轴传动装置32平行设置于所述支撑横梁2。
请结合参阅图3～图4，其中，图3为本实用新型高速复合机床的主轴箱的结构示意图；图4为本实用新型高速复合机床的主轴箱的纵向剖面图。所述主轴箱7包括部分安装于所述主轴箱7内部的主轴 71，所述主轴71内部设置有超声波发生器9，所述主轴71用于装夹所述刀具711，并通过不同转速的旋转运动为所述刀具711提供切削待加工工件的原始动力。
所述主轴71是型号为HSKE40的电主轴，最高转速为30000转/ 分钟。
所述激光对刀仪13采用非接触式的激光对刀方式，对安装于所述主轴71的所述刀具711进行对位调整，激光对刀方式相较于相关技术中的接触式对刀方式精确度更高，从而提升所述高速复合机床 100的精确度。
所述底座1还包括沿所述高速复合机床100的Y轴方向设于其两侧的排屑槽15和固定安装于所述排屑槽15内螺旋式排屑机(未图示)。通过所述排屑槽15和所述排屑机(未图示)的结构设置，将所述高速复合机床100的废屑自动排出。
所述工作台4用于为所述第四轴5提供固定场所，所述第四轴5 用于装夹待加工工件，并带动该待加工工件做高速回转，同时与所述三轴传动装置(未标号)和所述箱5配合实现对待加工工件的车铣加工。
请同时参阅图5与图6，其中，图5为本实用新型高速复合机床的滑鞍装置与所述支撑横梁的立体结构装配图；图6为本实用新型高速复合机床的主轴箱与滑鞍装置的立体结构装配图。所述三轴反馈装置(未标号)包括分别与所述Y轴传动装置31对应设置的Y轴反馈单元315、与所述X轴传动装置32对应设置的X轴反馈单元325以及与所述Z轴传动装置33对应设置的Z轴反馈单元335，所述X轴反馈单元325用于检测沿X轴方向运动的所述滑鞍装置6的位置信息、所述Y轴反馈单元315用于检测沿Y轴方向运动的所述工作台 4的位置信息，Z轴反馈单元335用于检测沿Z轴方向运动的所述主轴箱5的位置信息，所述X轴反馈单元325、Y轴反馈单元315以及Z轴反馈单元335将检测到的位置信息分别反馈给控制系统(未图示)，再由所述控制系统(未图示)根据该位置信息发送相应的控制信号给相应的所述三轴传动装置(未标号)，以控制所述高速复合机床100将待加工工件的加工成预设的形状。
同时，因所述Y轴反馈单元315、X轴反馈单元325以及Z轴反馈单元335均为线性滑轨式磁栅全闭环装置，该结构不仅精度高、防水、防油且耐撞击，分辨率可达0.25μm，从而使得所述石墨加工设备100的加工精度高且可靠性好。
所述Y轴传动装置31用于驱动所述工作台4相对于所述底座1 沿所述高速复合机床100的Y轴方向往复运动；所述X轴传动装置 32用于驱动所述滑鞍装置6相对于所述支撑横梁2沿所述高速复合机床100的X轴方向往复运动；所述Z轴传动装置33驱动所述主轴箱7相对于所述滑鞍装置6沿所述高速复合机床100的Z轴方向往复运动。
所述底座1还包括排水斜面14，所述排水斜面14位于所述Y轴传动装置31的下方，且靠近所述底座1设置，所述排水斜面14靠近所述Y轴传动装置31端部的一侧向下倾斜使所述排水斜面14与所述Y轴传动装置31所在的平面呈0～90度夹角，从而达到使多余的润滑液、切削液等及时排除，防止积水。本实施方式中，所述排水斜面14包括两个，两个所述排水斜面14分布于所述底座1的相对两侧，且均与所述Y轴传动装置31所在的平面呈15度夹角。
所述换刀装置8包括刀盘81和换刀机械臂82，所述换刀机械臂 82装配于所述刀盘81与所述主轴箱7之间且固定于所述换刀装置8。
所述换刀装置8是型号为HSKE40的圆盘式机械手刀库。
所述X轴传动装置32带动所述滑鞍装置6沿X轴方向往复运动，以此调节固定于所述滑鞍装置6上的所述主轴箱7的位置，从而达到控制所述主轴71上的所述刀具711的加工位置，使待加工工件在所述刀具711的切削作用下被加工成不同的形状。
换刀过程中，所述换刀装置8的所述换刀机械臂82的一端取下安装于所述主轴71上的所述刀具711，所述换刀机械臂82的另一端同时从所述刀盘81取出待更换的所述刀具711，并将两个所述刀具 711选装调换位置后再将调换后的所述刀具711分别安装于所述主轴71和所述刀盘81，以更换所述主轴71上装夹的所述刀具711。
所述Y轴传动装置31包括分别固定于所述底座1的第一直线电机磁板311和第一直线导轨312、分别固定于所述工作台4的第一直线电机动子313和第一滑块314。
所述第一直线电机磁板311与所述第一直线电机动子313相对且间隔设置。所述第一直线电机磁板311为永磁铁。
更优的，所述第一直线电机磁板311与所述第一直线电机动子313正对设置且二者间隔1.2mm。该结构使得所述Y轴传动装置31 形成非接触式结构。
具体的，所述第一直线导轨312为滚柱导轨，用于为所述工作台 4提供Y轴方向运动的导向，所述第一直线导轨312包括至少两根，两根所述第一直线导轨312分别平行于所述第一直线电机磁板311且位于所述第一直线电机磁板311的相对两端。
所述第一滑块314位于所述工作台4的相对两端且抵接于所述第一直线导轨312形成配合连接。
所述第一直线电机磁板311与所述第一直线电机动子313相互作用并产生沿Y轴方向的推力，使得所述工作台4通过所述第一直线电机动子313被所述第一直线电机磁板311驱动，所述工作台4通过所述第一滑块314沿所述第一直线导轨312往复运动。
所述Y轴传动装置31还包括用于保护电缆、导线等的Y轴拖链 316，避免电缆、导线等犹豫所述工作台4沿Y轴方向往复运动使电缆、导线等磨损，所述Y轴拖链316沿Y轴方向向所述支撑横梁2 的方向平行延伸。
由于所述第一直线电机磁板311与所述第一直线电机动子313为非接触式结构，使得二者在相对运动中不存在磨损，避免了机械磨损产生的误差，因此，其驱动精度更高，可靠性更好。
所述X轴传动装置32用于驱动所述滑鞍装置6相对于所述支撑横梁2沿所述高速复合机床100的X轴方向往复运动。
所述X轴传动装置32包括分别固定于所述支撑横梁2的第二直线电机磁板321和第二直线导轨322、分别固定于所述滑鞍装置6的靠近所述支撑横梁2一侧的第二直线电机动子323和第二滑块324。
所述第二直线电机磁板321与所述第二直线电机动子323相对且间隔设置。所述第二直线电机磁板321为永磁铁。
更优的，所述第二直线电机磁板321与所述第二直线电机动子 323正对设置且二者间隔设置1.2mm。该结构使得所述X轴传动装置 32形成非接触式结构。
具体的，所述第二直线导轨322为滚柱导轨，用于为所述滑鞍装置6沿X轴方向运动提供导向，所述第二直线导轨322包括至少两根，两根所述第二直线导轨322分别平行于所述第二直线电机磁板 321且位于所述第二直线电机磁板321的相对两端。
所述第二滑块324位于所述滑鞍装置6的相对两端且抵接于所述第二直线导轨322形成配合连接。
所述第二直线电机磁板321与所述第二直线电机动子323相互作用并产生沿X轴方向的推力，使得所述滑鞍装置6通过所述第二直线电机动子323被所述第二直线电机磁板321驱动，所述滑鞍装置6 通过所述第二滑块324沿所述第二直线导322往复运动。
由于所述第二直线电机磁板321与所述第二直线电机动子323为非接触式结构，使得二者在相对运动中不存在磨损，避免了机械磨损产生的误差，因此，其驱动精度更高，可靠性更好。
所述Z轴传动装置33包括分别固定于所述主轴箱7的第三直线电机磁板331和第三直线导轨332、分别固定于所述滑鞍装置6的远离所述支撑横梁2一侧的第三直线电机动子333和第三滑块334。
所述第三直线电机磁板331与所述第三直线电机动子333相对且间隔设置。所述第三直线电机磁板331为永磁铁。
更优的，所述第三直线电机磁板331与所述第三直线电机动子 333正对设置且二者间隔1.2mm。该结构使得所述Z轴传动装置33 形成非接触式结构。
具体的，所述第三直线导轨332为滚柱导轨，用于为所述主轴箱7沿Z轴方向运动提供导向。所述第三直线导轨332包括至少两根，两根所述第三直线导轨332分别平行于所述第三直线电机磁板331且位于所述第三直线电机磁板331的相对两端。
所述第三滑块334位于所述滑鞍装置6的相对两端且抵接于所述第三直线导轨332形成配合连接。
所述第三直线电机磁板331与所述第三直线电机动子333相互作用并产生沿Z轴方向的推力，使得所述主轴箱7通过所述第三直线电机动子333被所述第三直线电机磁板331驱动，所述主轴箱7通过所述第三滑块334沿所述第三直线导332往复运动。
由于所述第三直线电机磁板331与所述第三直线电机动子333为非接触式结构，使得二者在相对运动中不存在磨损，避免了机械磨损产生的误差，因此，其驱动精度更高，可靠性更好。
所述高速复合机床100还包括配重气缸20，所述配重气缸20包括两个，且分别固定于所述滑鞍装置6与所述Z轴平行的两侧，所述配重气缸20为自锁型气缸，当所述高速复合机床100断电时，所述配重气缸20立即拉住所述主轴箱7，防止所述主轴箱7坠落损坏，提高了所述高速复合机床100的可靠性。
所述超声波发生器9集成安装于所述主轴71内部，所述高速复合机床100在工作过程中，所述主轴71带动所述刀具711高速旋转，同时所述超声波发生器9产生超声波迫使所述刀具711产生高频振动，从而达到使切削液中的磨粒冲击待加工工件的表面，产生锤击作用，降低所述刀具711的切削力，同时所述超声波发生器9产生超声波空化效应可强力清除附着于所述刀具711及待加工工件表面上的残屑，保证所述高速复合机床100在切削过程中提供稳定的切削力，避免所述刀具711粘连残屑而造成所述刀具711烧伤、挤压损伤等缺陷，有效提高待加工工件表面质量，获得粗糙度低于R0.1的镜面级加工效果，大幅提高所述刀具711寿命，提高加工效率。
所述超声波发生器9产生超声波频率为21KHz～45KHz，具体的，超声波频率可以是21KHz、30KHz以及45KHz等。
所述高速复合机床100支持所述第四轴5的车铣攻能，所述第四轴5固定于所述工作台4，所述第四轴5用于给待加工工件提供一高速的旋转，提升所述高速复合机床100的加工效率，所述第四轴5为高速内藏式电机结构，最高转速为3000转/分钟，由于所述第四轴5 没有涡轮涡杆机构，因而不会有机械磨损，所以使用寿命更长。
所述第四轴5采用环形编码器全闭环控制结构，具有很高的加工精度。
所述刀具711因固定于所述主轴71，并跟随所述主轴71旋转工作，使得所述刀具711可通过所述主轴箱7的直线运动和所述滑鞍装置6的直线运动并结合所述工作台4的直线运动，实现对所述工作台 4上的待加工工件进行X轴、Y轴和Z轴的三轴方向移动加工，完成全方位的加工工序。
与相关技术比较，本实用新型的高速复合机床通过在主轴箱内设置超声波发生器，通过所述超声波发生器驱动刀具在加工过程中产生高频振动，从而使切削液中的磨粒冲击待加工工件的表面，产生锤击作用，达到降低切削力的同时由于超声波产生的空化效应可强力清除附着于所述刀具及待加工工件表面上的残屑，保证切削力的稳定性，避免所述刀具沾黏残屑，从而造成烧伤、挤压损伤等缺陷，有效提高待加工工件表面质量，获得粗糙度低于R0.1的镜面级加工效果；以提升所述高速复合机床的加工效率、精度高和可靠性；通过在工作台上增加直驱第四轴，减少了涡轮机构和涡杆机构，以减小无机械磨损，延长所述第四轴的使用寿命。
以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。