一种具有限位保护结构的数控机床的制作方法

本发明涉及数控机床技术领域，具体为一种具有限位保护结构的数控机床。

背景技术：

数控机床是数字控制机床的简称，是一种装有程序控制系统的自动化机床，而数控铣床作为数控机床的一种，在工件生产加工过程中占有重要地位，数控铣床是在一般铣床的基础上发展起来的一种自动加工设备，两者的加工工艺基本相同，结构也有些相似，数控铣床有分为不带刀库和带刀库两大类，其中带刀库的数控铣床又称为加工中心，虽然现有技术在使用过程中能够实现对工件进行铣削加工。

但是现有技术的数控铣床在铣削加工过程中存在在不停机更换工件时存在误操作或系统错误造成铣刀结构伤人的可能，无法在放料平台横向移动至任意位置进行限位能力的启停问题，无法在放料平台纵向向移动至任意位置进行限位能力的启停问题同时仍存在限位结构在数控机床长期震动使用寿命较短的问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种具有限位保护结构的数控机床，以解决上述背景技术中提出的在不停机更换工件时存在误操作或系统错误造成铣刀结构伤人可能的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种具有限位保护结构的数控机床，包括加工机箱和控制机箱，所述加工机箱的左端固接有控制机箱，所述加工机箱的内壁下方加工有加工平台，所述加工平台的内部安装有y轴组件，所述y轴组件的上端通过x轴组件与放料平台活动相连，所述放料平台的下端左右两侧均固接有竖齿条，所述竖齿条的外壁均啮合相连有齿轮，所述齿轮的外壁上方均啮合相连有横齿条，所述横齿条的末端均与摩擦片固定相连，所述摩擦片的末端与摩擦套筒紧密贴合，所述放料平台的下端四角均与液压缸的输出轴固定相连，所述液压缸的下端固接有垫板，所述横齿条的末端设置有弹簧，所述放料平台的上方设置有z轴组件，所述z轴组件与x轴组件之间安装有联轴组件。

优选的，所述y轴组件包括底板、y轴电机、y轴螺杆、y轴导轨、y轴滑块和横板；

所述底板固接在加工平台的内部中心位置，所述底板的上端两侧均固接有y轴导轨，所述y轴导轨的上端中心前后两侧均滑动相连有y轴滑块，所述y轴滑块的上端与横板固定相连，所述横板的下端内部螺纹相连有y轴螺杆，所述y轴螺杆的前端与y轴电机的输出轴固定相连，所述y轴电机的下端与底板固定相连。

优选的，所述加工机箱的前端两侧滑动相连有箱盖，所述箱盖的前端内侧均固接有把手，所述箱盖的前端外侧内部均加工有多个玻璃窗。

优选的，所述x轴组件包括x轴导轨、x轴电机、中心箱体、底块、x轴螺杆和x轴滑块；

所述x轴电机固接在横板的上端右侧中心，所述x轴电机的输出轴固接有x轴螺杆，所述x轴螺杆的外壁与底块螺纹相连，所述底块的上端与中心箱体固定相连，所述中心箱体的下端四角均固接有x轴滑块，所述x轴滑块的内侧内壁均与x轴导轨滑动相连，多个所述x轴导轨的下端分别与横板的上端前后两侧固定相连。

优选的，所述中心箱体与摩擦套筒转动相连，所述中心箱体与横齿条和竖齿条均间隙配合，且中心箱体通过弹簧与横齿条活动相连。

优选的，所述z轴组件包括铣刀结构、z轴电机、立柱、竖板、z轴滑块、z轴导轨和z轴螺杆；

所述立柱固接在底板的上端后侧，所述立柱的前端左右两侧均固接有z轴导轨，所述z轴导轨的外壁上下两侧均滑动相连有z轴滑块，所述z轴滑块的前端固接有竖板，所述竖板的前端内部安装有铣刀结构，所述竖板的后端中心内部螺纹相连有z轴螺杆，所述z轴螺杆的上端与z轴电机的输出轴固定相连，所述z轴电机的后端与立柱固定相连。

优选的，所述控制机箱的前端中心安装有控制面板，所述控制机箱和加工机箱的下端均与底座固定相连。

优选的，所述联轴组件包括换向箱、套块、支杆、框架、转轴、斯密特联轴器、第一锥齿轮、第二锥齿轮和卡齿；

所述换向箱固接在立柱的前端下方，所述换向箱与斯密特联轴器的输入轴和z轴螺杆转动相连，所述斯密特联轴器的输入轴和z轴螺杆之间通过第一锥齿轮和第二锥齿轮转动相连，所述斯密特联轴器的输出轴与转轴固定相连，所述转轴的外壁两侧均通过轴承与套块转动相连，所述套块的外壁滑动相连有框架，所述框架的下端均通过支杆与加工平台固定相连，所述转轴的外壁凹槽内部滑动相连有多个卡齿，所述卡齿的外侧外壁均与摩擦套筒的内壁固定相连。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：该具有限位保护结构的数控机床，结构科学合理，使用安全方便：

通过液压缸、放料平台、竖齿条、齿轮、横齿条、摩擦片、摩擦套筒和z轴螺杆之间的配合，使液压缸可推动放料平台向上移动，此时放料平台可驱动横齿条带动摩擦片移动，使摩擦片与摩擦套筒紧密贴合，限制了摩擦套筒和转轴的转动，转轴的转动被限制即表示z轴螺杆的转动被限制，使铣刀结构失控也只会定在特定的高度，为操作者预留了充足的时间解决问题，避免了在不停机更换工件时存在误操作或系统错误造成铣刀结构伤人的可能。

通过第一锥齿轮、第二锥齿轮、斯密特联轴器、套块和放料平台之间的配合，使通过锥齿轮进行一次转动换向，而后由于斯密特联轴器搭配上套块的滑动设计，使其可在一定范围内进行两平行轴之间的任意位置的传动，因此无论放料平台进行怎样的左右滑动，斯密特联轴器都能保证其两端的转动传递能力，因此放料平台在横向任意位置均可实现本发明限位能力启停，避免了无法在放料平台横向移动至任意位置进行限位能力的启停问题；

通过转轴、卡齿、摩擦套筒、摩擦片和放料平台之间的配合，使最后一段传动是通过转轴、卡齿和摩擦套筒配合使用的，转轴外壁加工有多条卡槽，卡齿可在卡槽的内部自由的滑动，进而使摩擦套筒可以前后自由滑动，无论放料平台进行怎样的前后滑动，卡齿与转轴之间的配合都能保证其滑动能力和转动传递，因此放料平台在纵向任意位置均可实现本发明限位能力启动，避免了无法在放料平台纵向向移动至任意位置进行限位能力的启停问题；

通过液压缸、转轴、卡齿、第一锥齿轮、第二锥齿轮、斯密特联轴器和套块之间的配合，本发明中的联动组件只有用于触发限位能力启停的液压缸需要电力控制，大量的机械传动结构的使用造就了本发明具有良好的传动准确性和可靠性，不易在数控机床长期震动的使用环境下轻易损坏，同时唯一需要电力控制的液压缸也直接裸露在外，便于进行检修或跟换，避免了限位结构在数控机床长期震动使用寿命较短的问题。

附图说明

图1为本发明开门状态下的结构示意图；

图2为本发明关门状态下的结构示意图；

图3为本发明加工机箱内部的结构示意图；

图4为图3中a处的结构放大示意图；

图5为本发明中图3的左视结构示意图；

图6为图5中的局部剖视结构示意图；

图7为图6中b处的结构放大示意图；

图8为图6中c处的结构放大示意图；

图9为本发明中图3的俯视结构示意图；

图10为本发明中图3的局部剖视示意图；

图11为图3处的d处结构放大示意图；

图12为图10处的i处结构放大示意图。

图中：1、加工机箱，2、z轴组件，201、铣刀结构，202、z轴电机，203、立柱，204、竖板，205、z轴滑块，206、z轴导轨，207、z轴螺杆，3、y轴组件，301、底板，302、y轴电机，303、y轴螺杆，304、y轴导轨，305、y轴滑块，306、横板，4、x轴组件，401、x轴导轨，402、x轴电机，403、中心箱体，404、底块，405、x轴螺杆，406、x轴滑块，5、联轴组件，501、换向箱，502、套块，503、支杆，504、框架，505、转轴，506、斯密特联轴器，507、第一锥齿轮，508、第二锥齿轮，509、卡齿，6、底座，7、放料平台，8、加工平台，9、把手，10、玻璃窗，11、控制面板，12、控制机箱，13、箱盖，14、垫板，15、液压缸，16、竖齿条，17、摩擦片，18、摩擦套筒，19、齿轮，20、弹簧，21、横齿条。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

请参阅图1-12，本发明提供一种技术方案：一种具有限位保护结构的数控机床，包括加工机箱1和控制机箱12，加工机箱1的左端固接有控制机箱12，加工机箱1的内壁下方加工有加工平台8，进行加工时需要在加工平台8处完成加工，加工平台8的内部安装有y轴组件3，y轴组件3的上端通过x轴组件4与放料平台7活动相连，放料平台7用于工件的放置，通过放料平台7上端的沟壑进行铣床夹具的安装，并在夹具处进行工件的夹持即可完成工件的固定，放料平台7的下端左右两侧均固接有竖齿条16，竖齿条16的外壁均啮合相连有齿轮19，放料平台7可通过竖齿条16和齿轮19带动横齿条21进行横向移动，齿轮19的外壁上方均啮合相连有横齿条21，横齿条21的末端均与摩擦片17固定相连，横齿条21可带动摩擦片17进行移动，摩擦片17的末端与摩擦套筒18紧密贴合，放料平台7的下端四角均与液压缸15的输出轴固定相连，液压缸15的型号为hob轻型液压缸，且液压缸15的控制按钮在控制面板11处，即使用者可在加工机箱1的外侧进行液压缸15的控制，液压缸15的下端固接有垫板14，横齿条21的末端设置有弹簧20，放料平台7的上方设置有z轴组件2，z轴组件2与x轴组件4之间安装有联轴组件5；

通过液压缸15、放料平台7、竖齿条16、齿轮19、横齿条21、摩擦片17、摩擦套筒18和z轴螺杆207之间的配合，使液压缸15可推动放料平台7向上移动，此时放料平台7可驱动横齿条21带动摩擦片17移动，使摩擦片17紧密贴合在摩擦套筒18的右端，限制了摩擦套筒18和转轴505的转动，同时转轴505的转动被限制即表示z轴螺杆207的转动被限制，使即使铣刀结构201失控也只会定在特定的高度不会下移对操作者造成伤害，为出现误操作或系统错误时的操作者预留了充足的时间解决问题，避免了在不停机更换工件时存在误操作或系统错误造成铣刀结构201伤人的可能。

y轴组件3包括底板301、y轴电机302、y轴螺杆303、y轴导轨304、y轴滑块305和横板306，底板301固接在加工平台8的内部中心位置，底板301的上端两侧均固接有y轴导轨304，y轴导轨304可对y轴滑块305进行滑动支撑，y轴导轨304的上端中心前后两侧均滑动相连有y轴滑块305，y轴滑块305的上端与横板306固定相连，横板306的下端内部螺纹相连有y轴螺杆303，y轴螺杆303的转动可驱动横板306进行前后方向的移动，y轴螺杆303的前端与y轴电机302的输出轴固定相连，y轴电机302的下端与底板301固定相连，加工机箱1的前端两侧滑动相连有箱盖13，箱盖13的前端内侧均固接有把手9，把手9可带动箱盖13进行移动完成开关箱盖的操作，箱盖13的前端外侧内部均加工有多个玻璃窗10，玻璃窗10便于使用者在设备外侧观察内部情况。

x轴组件4包括x轴导轨401、x轴电机402、中心箱体403、底块404、x轴螺杆405和x轴滑块406，x轴电机402固接在横板306的上端右侧中心，x轴电机402的输出轴固接有x轴螺杆405，x轴螺杆405的外壁与底块404螺纹相连，x轴螺杆405转动可驱动中心箱体403进行左右方向的移动，底块404的上端与中心箱体403固定相连，中心箱体403的下端四角均固接有x轴滑块406，x轴滑块406可在x轴导轨401的外壁进行横向移动，x轴滑块406的内侧内壁均与x轴导轨401滑动相连，多个x轴导轨401的下端分别与横板306的上端前后两侧固定相连，中心箱体403可对摩擦套筒18进行转动支撑，中心箱体403与摩擦套筒18转动相连，中心箱体403与横齿条21和竖齿条16均间隙配合，且中心箱体403通过弹簧20与横齿条21活动相连，弹簧20的弹性系数k为1200n/m，用于横齿条21的复位辅助。

z轴组件2包括铣刀结构201、z轴电机202、立柱203、竖板204、z轴滑块205、z轴导轨206和z轴螺杆207，立柱203固接在底板301的上端后侧，立柱203的前端左右两侧均固接有z轴导轨206，z轴导轨206的外壁上下两侧均滑动相连有z轴滑块205，z轴导轨206可对z轴滑块205进行滑动支撑，z轴滑块205的前端固接有竖板204，竖板204的前端内部安装有铣刀结构201，铣刀结构201为一套完整的结构，即包括控制模块、动力模块和铣刀模块，可自行提供铣刀动力且接收控制信号，竖板204的后端中心内部螺纹相连有z轴螺杆207，z轴螺杆207转动可驱动竖板204进行升降移动，z轴螺杆207的上端与z轴电机202的输出轴固定相连，z轴电机202的后端与立柱203固定相连，控制机箱12的前端中心安装有控制面板11，控制机箱12和加工机箱1的下端均与底座6固定相连。

注：x轴电机402、y轴电机302、z轴电机202三者为型号、尺寸与安装方式均一致的伺服电机，然其具体的型号可根据在具体机床的所需驱动力下进行适当选择，故未在此明确表示，且x轴电机402、y轴电机302、z轴电机202、铣刀结构201和液压缸15等电子元件与控制机箱12和控制面板11之间均采用有线的方式进行数据信号传输，因其信号线的连接方式为现有技术，所以未做累述，故未在图中表现。

联轴组件5包括换向箱501、套块502、支杆503、框架504、转轴505、斯密特联轴器506、第一锥齿轮507、第二锥齿轮508和卡齿509，换向箱501固接在立柱203的前端下方，换向箱501与斯密特联轴器506的输入轴和z轴螺杆207转动相连，斯密特联轴器506的输入轴和z轴螺杆207之间通过第一锥齿轮507和第二锥齿轮508转动相连，斯密特联轴器506的输出轴与转轴505固定相连，转轴505的外壁两侧均通过轴承与套块502转动相连，转轴505与中心箱体403转动相连，套块502的外壁滑动相连有框架504，框架504的下端均通过支杆503与加工平台8固定相连，转轴505的外壁凹槽内部滑动相连有多个卡齿509，通过卡齿509使摩擦套筒18可在转轴505的外壁进行移动且保持移动过程中的传动，卡齿509的外侧外壁均与摩擦套筒18的内壁固定相连；

注：斯密特联轴器506为多个类三角形板、连杆和大量销轴组成，斯密特联轴器506是通过多个类三角形板通过连杆和销轴传递扭矩，通过多个类三角形板的拉伸和堆叠，使其可在一定范围内进行两平行轴之间的任意位置的传动。

通过第一锥齿轮507、第二锥齿轮508、斯密特联轴器506、套块502和放料平台7之间的配合，使第一锥齿轮507和第二锥齿轮508进行一次90°的转动换向，而后由于斯密特联轴器506搭配上套块502的滑动设计，使其可在一定范围内进行两平行轴之间的任意位置的传动，因此无论放料平台7进行怎样的左右滑动，斯密特联轴器506都能保证其两端的转动传递能力，使放料平台7在横向任意位置均可实现本发明限位能力启停，避免了无法在放料平台7横向移动至任意位置进行限位能力的启停问题；

通过转轴505、卡齿509、摩擦套筒18、摩擦片17和放料平台7之间的配合，使最后一段传动是通过转轴505、卡齿509和摩擦套筒18之间的配合使用的，转轴505外壁加工有多条卡槽，卡齿509可在卡槽的内部自由滑动，进而使摩擦套筒18可以在转轴505的外壁前后自由滑动，无论放料平台7进行怎样的前后滑动，卡齿509与转轴505之间的配合都能保证其滑动能力和转动传递，使放料平台7在纵向任意位置均可实现本发明限位能力的启停，避免了无法在放料平台7纵向向移动至任意位置进行限位能力的启停问题；

通过液压缸15、转轴505、卡齿509、第一锥齿轮507、第二锥齿轮508、斯密特联轴器506和套块502之间的配合，使由于联轴组件5的内部结构均为纯粹的机械传动结构，只有用于触发限位能力启停的液压缸15需要电力控制，大量的机械传动结构的使用造就了本发明具有良好的传动准确性和可靠性，不易在数控机床长期震动的使用环境下轻易损坏，同时唯一需要电力控制的液压缸15也直接裸露在外，便于进行检修或跟换，避免了限位结构在数控机床长期震动使用寿命较短的问题。

当需要此具有限位保护结构的数控机床使用时，其工作原理如下：

正常加工：

首先使用者可将铣床夹具通过放料平台7的沟壑处进行安装固定，随后在夹具处进行工件的夹持固定，在使用过程中，使用者可通过把手9关闭箱盖13，并在控制面板11处进行操作，通过x轴电机402、y轴电机302的正反转即可通过x轴螺杆405和y轴螺杆303控制放料平台7的左右移动和前后移动，通过z轴电机202的正反转即可控制铣刀结构201的高度调整，到达对应高度后，启动铣刀结构201内部的动力使铣刀转动，再搭配上放料平台7的左右移动和前后移动即可完成工件的铣削加工。

限位保护加工：

通常在进行加工的过程中，使用者需要不断的完成放料平台7处的工件更换，此时需要不停机并打开箱盖13进行工件更换，因此在更换工件的过程中有可能出现误操作或系统错误造成铣刀结构201失控导致操作者受伤的情况，因此本发明设计了限位保护结构，即在打开箱盖13更换工件之前，需通过控制面板11在机箱外控制液压缸15的输出轴伸出，使液压缸15可推动放料平台7向上移动，此时放料平台7可通过竖齿条16带动齿轮19转动，同时齿轮19驱动横齿条21带动摩擦片17移动，使摩擦片17紧密贴合在摩擦套筒18的右端，限制了摩擦套筒18和转轴505的转动，又由于转轴505通过联轴组件5与z轴螺杆207存在传动关系，因此转轴505的转动被限制即表示z轴螺杆207的转动被限制，z轴螺杆207无法转动即保证了铣刀结构201无法进行高度变动，即使铣刀结构201失控也只会定在特定的高度不会下移对操作者造成伤害，为出现误操作或系统错误时的操作者预留了充足的时间解决问题，避免了在不停机更换工件时存在误操作或系统错误造成铣刀结构201伤人的可能，在完成更换工件后，关闭箱盖13再通过液压缸15控制放料平台7向下移动复位，即可解除摩擦片17与摩擦套筒18之间的转动限制恢复z轴螺杆207的转动能力。

联轴组件的传动：

联轴组件5的传动，首先是通过第一锥齿轮507和第二锥齿轮508进行一次90°的转动换向，而后通过斯密特联轴器506进行了一次传动，斯密特联轴器506搭配上套块502的滑动设计，使其可在一定范围内进行两平行轴之间的任意位置的传动，因此无论放料平台7进行怎样的左右滑动，斯密特联轴器506都能保证其两端的转动传递能力，使放料平台7在横向任意位置均可实现本发明限位能力的启停，避免了无法在放料平台7横向移动至任意位置进行限位能力的启停问题，最后一段传动是通过转轴505、卡齿509和摩擦套筒18之间的配合使用的，转轴505外壁加工有多条卡槽，卡齿509可在卡槽的内部自由滑动，进而使摩擦套筒18可以在转轴505的外壁前后自由滑动并保证二者之间的传动，因此无论放料平台7进行怎样的前后滑动，卡齿509与转轴505之间的配合都能保证其滑动能力和转动传递，使放料平台7在纵向任意位置均可实现本发明限位能力的启停，避免了无法在放料平台7纵向向移动至任意位置进行限位能力的启停问题，同时由于联轴组件5的内部结构均为纯粹的机械传动结构，只有用于触发限位能力启停的液压缸15需要电力控制，大量的机械传动结构的使用造就了本发明具有良好的传动准确性和可靠性，不易在数控机床长期震动的使用环境下轻易损坏，同时唯一需要电力控制的液压缸15也直接裸露在外，便于进行检修或跟换，避免了限位结构在数控机床长期震动使用寿命较短的问题。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“同轴”、“底部”、“一端”、“顶部”、“中部”、“另一端”、“上”、“一侧”、“顶部”、“内”、“前部”、“中央”、“两端”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，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。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”、“固定”、“旋接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。