专利名称：全功能家用机床的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种金属切削机床，尤其是一种多功能的，可在工件的一次装夹中完成一个工件的多种加工的，既能加工回转体，也能加工非回转体的机床。
已有的多功能家用机床只是简单地把钻铣床的部件和车床结合起来，进行形状简单的回转体的车削和对小尺寸非回转工件进行简单的钻铣加工，不能在车削后进行进一步的钻、铣、磨等加工，也不能对较大尺寸的机架，箱体，导轨等进行铣、刨、镗、磨等加工。
本发明的目的在于提供一种功能更多，加工尺寸更大，使用更方便的多功能机床，它能在一次装夹中完成一个回转类工件，如分度工件，齿轮等的车、铣、钻、攻、插、磨等多种以至全部加工，也能在一次装夹中对长达机床长度的0.5-0.7的大尺寸非回转工件进行铣、刨、钻、镗、磨等多种加工。由于机床尺寸可以缩小，有利于减低重量，降低成本。
本发明主要通过下列手段来实现目的与普通车床相似地，本机床有一个长床身，沿长床身制有Z向导轨，长床身的一端固定有一个床头箱，其中装有工件主轴，其轴线对Z轴平行，并可由电机驱动高速旋转。不同之处是长床身上的Z向导轨制在床身的侧面，而该长床身的上表面制有平行于Z轴和X轴的用于固定非回转工件或夹具的的水平安装面，尾座也可固定在其上。大拖板在Z向导轨上滑动。中拖板在大拖板的垂直于Z轴的导轨—即Y轴导轨中上下滑动。而中拖板的顶部还制有垂直于Z轴和Y轴的X向导轨，滑枕在该X导轨中水平滑动，该滑枕面向床头箱的一端制有回转面，其回转轴是平行于X轴的A轴，该回转面上装有一个回转体，该回转体上也制有回转面，其回转轴是垂直于A轴的D轴，该回转面上可安装多种工作装置，如钻铣头，插削头，动力磨头，小拖板等。此外，床头箱中还装有工件主轴C轴分度机构，和一个控制分度机构与主轴结合或脱开的开合机构。
当回转体上安装车刀，利用中拖板的升降调整刀的高度，利用车刀沿X轴和Z轴的移动可实现对装夹在主轴上的工件的车削。如要车削较长的内外圆锥面，可以在回转体上装一个小拖板，车刀装在小拖板的上滑板上，调整小拖板的角度，就能加工任意锥度的圆锥。也可在上滑板上安装一个电动高速磨头，以便磨削较长的内外圆锥。
当在回转体上安装钻铣头，利用床头箱的主轴分度机构，可以直接对车削后的工件进行钻、镗、铣等加工，改变钻铣头的角度，旋转刀具可以对工件轴线平行地，或垂直地，或倾斜地进行加工，由于有Y轴，能在工件的外圆上铣削较大平面，并能在任意位置进行钻镗加工。如在钻铣头安装盘形刀具如齿轮铣刀，三面刃铣刀等，还能加工齿轮，花键，离合器等。
钻铣头主轴中也可安装砂轮，利用工件回转，可磨削内外圆柱，圆锥面，球面，平面等，利用砂轮在X，Y，Z方向的移动和工件的分度，可以在工件上磨削各种角度的平面或曲面。
在回转体上安装一个插削头，可以对工件进行插削加工，如加工花键孔、非圆孔，以及圆锥花健孔等。不用插削头，利用刀具沿Z轴的运动也能进行插削，但速度较慢。
非回转工件可直接地或通过夹具安装在长床身的上安装面上。利用装在小拖板上的刨刀，并利用大拖板沿Z轴的往复运动，可对工件进行刨削加工。利用装在钻铣头上的铣刀或砂轮，并利用X、Y、Z轴的运动，可在工件上铣或磨任意平行于X或Y或Z轴的平面。在钻铣头上安装钻头、镗刀、铰刀、丝攻等，则可对工件进行较精确的座标钻镗孔和攻丝。但手动操作的机床如要加工斜孔，应采用主轴可以伸出的钻铣头，或在主轴孔中附加一个可以用手操作伸出的钻轴。
机床X、Y、Z向丝杠及C轴分度蜗杆完全可以改由步进电机或伺服电机驱动，而且利用X、Y、Z、C轴之间的联动，能获得极其丰富的功能，而机械结构还可简化，如可以铣、磨任意螺纹，铣斜齿轮，伞齿轮，铣磨各种凸轮，钻镗任意斜孔(而不需要主轴可以伸出的钻铣头)，可以铣磨任意平面，或三维曲面。如增加一个与工件主轴联动的码盘，并用码盘输出的信号控制Z向的进给，则可以不需挂轮车削任意螺纹。如增加一个与钻铣头主轴联动的码盘，则还能滚削齿轮或进行刚性攻丝，滚齿时，应用码盘输出的信号控制工件主轴的分度回转和Z向进给，滚齿刀安装在钻铣头主轴上，并调整回转体使刀具对工件轴线成一定夹角。
钻铣头上还可增设一个快速换刀装置，它由装在钻铣头主轴内的由蝶形弹簧拉紧的抓刀机构，和装在钻铣头后端的卸刀机构组成，抓刀机构能爪住刀具锥柄尾部的拉顶并把刀拉紧，卸刀机构是一个能压缩蝶形弹簧的油缸，或气缸，或电动推力机构，或人力操作的机械增力机构。
本机床还可配一个可倾工作台，它一端与工件主轴固定，另一端由尾架或另一个专用的支座支承。利用床头箱的分度机构可以方便的对其角度进行调整，此时可以省略回转体，而把钻铣头或其它各种工作装置直接装在滑枕外端的回转面上。这样也可对装夹在可倾工作台上的工件进行上述所有加工，但所能加工的工件尺寸较小。
本机床除上述姿态外，还可设计成整机绕Z轴回转90度，此时X轴和工件安装面处于铅垂位置，或设计成整机绕Z轴回转不到90度，这样有利于切屑排出。
下面结合附图对本发明的实施例作进一步的描述
图1a-f是手动操作的全功能机床示意图。图1a是正面视图及侧剖视图，图1b是上视图，图1c是大拖板移动机构构造图，图1d是钻铣头示意图，图1e是钻铣头结构图，图1f是床头箱内分度机构结构图。
图2a-1说明本机床所能进行的各种加工状态。图2a是用单把车刀或刨刀进行车刨加工，图2b是用能安装四把车刀的回转刀盘进行车削，图2c说明该回转刀盘的构造，图2d是钻铣头上安装铣、镗刀具进行加工，图2e和图2f是用钻铣头对工件外圆进行分度加工，图2g是用钻铣头对工件端面进行分度加工，图2h说明用主轴能伸出的钻铣头加工斜孔，图2i和图2j说明在钻铣头上安装盘型铣刀加工齿轮，图2k说明用大小砂轮对工件外圆和内孔进行磨削，图2l说明用各型砂轮磨削导轨面。
图3a是带有快速换刀装置的钻铣头结构图，图3b是驱动换刀装置的脚踏操纵机构示意图。
图4是本机床用简易NC控制系统原理框图。
图5是带有可倾工作台的本机床示意图。
图6是本机床绕Z轴倾斜90度使用的情况。
图1a，及图1b中，(1)是长床身，其侧面制有Z向导轨(2)，而上面制有水平的工件安装面(3)，(3)主要用于装夹较大的非回转形工件或夹具，床头箱(4)也固定在(3)的一端，(4)中装有工件主轴(5)，(5)的轴线平行于Z导轨，并能由电机(6)经变速箱(7)和塔轮(8)(9)，皮带(10)驱动，在床头箱中高速旋转。(11)是尾架，可安装在工件安装面(3)的合适位置。(12)是大拖板，可在床身Z导轨上滑动。大拖板上制有对Z轴垂直的Y向导轨，中拖板(13)可在该Y导轨中上下滑动。中拖板顶部制有水平的对Z轴和Y轴都垂直的X向导轨，滑枕(14)在该X导轨中滑动。滑枕靠床头箱的一端制有回转面(15)，其回转轴线是对X轴平行的A轴。回转体(16)可以用任意角度安装在回转面(15)上，(16)上还制有圆刻度以指示回转的角度。(16)侧面也制有回转面(17)，其回转轴线D垂直于A轴。该回转面(17)上可安装多种工作装置。如小拖板，或钻铣头，或插削头，或高速磨头。小拖板(18)的上滑板(19)上可安装单把车刀，或刨刀(20)，或方刀架(21)，或磨头。利用该小拖板，可以车削或磨削较长的内外锥面，或刨削斜面。钻铣头(22)的刀具主轴(23)的轴线对D轴垂直，并可绕D轴和A轴调整到任意角度。主轴(23)锥孔中可以安装各种旋转刀具和固定刀具。
床头箱内装有主轴分度机构，它由无隙地固定在主轴(5)上的蜗轮(24)，可在蜗杆座(25)中转动的蜗杆(26)，安装在蜗杆座上的分度盘(27)，及装在蜗杆上的插销手柄(28)(29)等构成，当需要对工件进行分度加工时，操纵手柄(30)把蜗杆座(25)转动一定角度，即使偏心地装在(25)中的蜗杆(26)和蜗轮(24)啮合。摇动插销手柄(28)(29)即可进行分度、用插销插在分度盘(27)某些孔即可定位。
钻铣头主轴(23)通过伞齿轮副(31)(36)由装在回转体(16)中的内装电机(32)驱动。(33)是带有统一锥柄的刀具，它们可利用快速换刀装置，或简单地用拉杆(34)，螺母(35)装牢在主轴(23)锥孔中。
大拖板的运动可以手动，也可机动，手动时，导程较大的Z轴丝杠(37)被一个锁紧机构(图中未示出)锁定，而不能旋转，手轮(38)通过伞齿轮副(39)(40)使螺母(41)旋转，实现大拖板的Z向快速进给。机动时，螺母(41)被另一个锁紧机构(图中未示出)锁定，使其不能旋转，而丝杠(37)或通过挂轮(42)和其它挂轮与工件主轴(5)联动，以实现加工螺纹，或自动进给，或通过从塔轮(43)、皮带与主电机(6)联动，以实现刨削和插削所需的快速往复运动。此时电机的断电、制动、反向可由装在Z导轨两端的行程开关(44)(45)控制。
中拖板沿Y轴的运动由手轮(46)，经伞齿轮副(47)带动Y向丝杠(48)旋转而实现，(49)是Y向螺母。滑枕(14)的运动由手轮(50)使X向丝杠(51)旋转而实现，(52)是X向螺母。X、Y、Z三个手轮上可带有刻度盘以确定进给的距离。
图2中，小拖板的上滑板(19)上有一个刀夹(54)，单把车刀或刨刀(20)插在(54)的方孔中并被夹紧。(55)是一个回转刀盘，它带有锥柄(56)，可用快速换刀装置或用拉杆(34)固定在主轴(23)上，该刀盘能安装四把车刀(57)。车削时，一个定位销(58)(图3)插入主轴定位盘(59)上的四个定位槽之一把主轴(23)固定。主轴(23)转动90度就可换刀。
钻铣头上可安装各种钻、镗、攻、铣等多种刀具对装夹在工件主轴(5)上或床身安装面(3)上的工件进行加工。(60)是带弹簧夹头的刀柄，可装夹直柄刀具(61)。(62)是镗孔刀。(63)是端面铣刀。(64)是安装盘形铣刀(65)的刀柄，可安装齿轮铣刀、三面刃铣刀或锯片铣刀等以便加工齿轮、花键、离合器等或在工件上开缝。
因X、Y、Z三轴用手操作移动，用固定地安装在主轴(23)上的钻头钻小孔或斜孔不方便，为此，可另外配一个主轴能伸出的钻铣头，但图中所示是一个低成本的方案。钻铣头的主轴(23)孔中插入一个外圆制有花键(或键槽)的钻杆(66)，主轴前端锥孔部位装有一个导向套(67)，主轴或导向套孔中制有内花键(或装有平键)以联接钻杆。钻杆的轴向进给用加力机构(68)推动，(68)可以是一个带有手柄的杠杆，或其它手动或机动机构。(68)和钻杆(66)之间用轴向联结器69)联结。
钻铣头主轴上也能安装砂轮，如圆柱形砂轮(70)，碗形砂轮(71)，蝶形砂轮(72)以便进行内外圆或平面磨削。
(73)是一个高速磨头，它安装在回转体16)上，也可装在小拖板上，它可以安装小直径砂轮以便磨削小直径圆孔或较窄的槽。
图3中，钻铣头上带有快速换刀装置。它由装在主轴中的抓刀机构和装在钻铣头后端的卸刀机构组成。抓刀机构由变径爪(75)，拉杆(76)，蝶形弹簧组(77)构成。卸刀机构是一个能产生轴向推力使蝶形弹簧压缩的机构，它可以是一个油缸，或气缸，或电动推力机构，或人力操作的机械增力机构。图中卸刀机构由油缸体(78)，活塞(79)，复位弹簧(80)等构成，并通过液压软管(81)与液压源相联。液压源可以是一个用脚踏板(82)加力的柱塞式油泵(83)(84)(85)，以便用脚踏换刀。也可以是带有换向阀的电动液压泵站，以便实现机动换刀和自动换刀。
图4中，(90)、(91)、(92)、(93)是步进电机或伺服电机，它们可直接或经传动机构(齿轮副或同步齿带)同蜗杆(26)、丝杠(37)或螺母(41)、丝杠(48)、丝杠(51)联接，以便实现机床的机动进给或电脑数控，原有分度盘及插销手柄(27)(28)(29)可省略，各操纵手轮可以省略也可保留，如保留，在手轮和电机驱动的轴之间要加一离合装置，使手轮在不需手操纵时被弹簧推出而自动脱开，从而减小电机的惯性负载。
实现手操纵的另一方案是采用电子手轮，装有电子手轮的手操纵面板(94)可以安排在最便于操作的地方，而不象机械手轮的位置要受结构限制。四个电子手轮也可用其它廉价的电脑元件代替，如鼠标器、鼠标球、操纵杆甚至按键。
数控系统的大量工作从图形编程到插补运算都可由家用电脑(95)完成，机床所需增添的是一通过电缆(96)与家用电脑联接的四轴控制器(97)及四个电机驱动器(98)。(99)是工件主轴和钻铣头主轴的码盘，可按客户要求配置。该数控系统的成本，如采用步进电机则十分有限。
本机床的具体结构还可有多种变型方案，如床头箱主轴分度机构最简单的是一个固定在主轴上的分度盘和安装在箱体上的插销机构，该机构虽简单但有一定实用性。另外还可用装在主轴上的码盘或角位移传感器和一个角度显示器来进行手动分度，以及用码盘或角位移传感器和主电机构成一个位置伺服系统来实现自动分度。
工件主轴的动力驱动的其它方案有1，不用变速箱(7)，塔轮(8)直接装在电机(6)的输出轴上。2，塔轮皮带变速＋床头箱内装齿轮变速机构。
钻铣头的动力驱动机构的其它方案还有1，电机内装在钻铣头内，电机转子和主轴(23)制成一体，或直接地或经齿轮副与主轴联动，2，电机(35)装在滑枕(14)内部或后端，并经传动轴和伞齿轮副驱动回转体中的一个中心轴，该轴再经伞齿轮副(36)(31)驱动钻铣头的主轴(23)。从电机(32)到第一个伞齿轮之间还可以加一个变速机构，它可以是一个齿轮变速箱，也可是联接电机(32)的皮带塔轮变速机构，或是两者都有。
图5中，(103)是可倾工作台，它一端可固定在工件主轴(5)上，另一端可用尾架(11)或另一个专用的支座支承。这样不用回转体(16)，钻铣头(22)直接安装在滑枕(14)的A轴回转安装面(15)上，利用主轴分度机构来调整工作台的角度，也可进行非回转形另件上的斜面斜孔加工，但所能加工的工件尺寸较小。
图6中，机床绕Z轴倾斜90度后，床身的工件安装面(3)变成铅垂，可在(3)上安装一个夹具(104)为非回转另件的装夹提供方便。
图1a、b所示为最佳实施例。
附图标号说明(1)床身 (2)Z轴导轨 (3)工件安装面 (4)床头箱(5)工件主轴 (6)主电机(7)变速箱 (8)主塔轮(9)从塔轮 (10)皮带 (11)尾架 (12)大拖板(13)中拖板(14)滑枕 (15)A轴回转安装面 (16)回转体(17)D轴回转安装面 (18)小拖板(19)上滑板(20)车刀或刨刀(21)方刀架 (22)钻铣头(23)钻铣头主轴(24)蜗轮 (25)蜗杆座 (26)蜗杆 (27)分度盘(28)摇手柄(29)插销 (30)分度开合手柄 (31)大伞齿轮(32)电机 (33)钻铣头主轴所能安装的刀具 (34)装刀拉杆(35)螺母 (36)小伞齿轮 (37)Z轴丝杠 (38)大拖板手轮(39)伞齿轮(40)伞齿轮 (41)Z轴螺母 (42)挂轮(43)从塔轮(44)行程开关 (45)行程开关 (46)中拖板手轮(47)伞齿轮副 (48)Y轴丝杠 (49)Y轴螺母 (50)X轴手轮(51)X轴丝杠 (52)X轴螺母 (54)单刀夹(55)回转刀盘(56)统一锥柄 (57)车刀 (58)定位销(59)定位盘(60)弹簧夹头 (61)直柄刀具 (62)镗孔刀(63)端面铣刀(64)装盘形铣刀的刀杆 (65)盘形铣刀 (66)钻轴(67)导向套 (68)加力机构(69)轴向联接器 (70)圆柱砂轮 (71)碗形砂轮 (72)蝶形砂轮(73)高速磨头 (74)小直径砂轮(75)变径爪(76)拉杆(77)蝶形弹簧组 (78)油缸体(79)活塞 (80)复位弹簧(81)液压软管 (82)脚踏板(83)泵体 (84)柱塞(85)弹簧 (90)X步进电机 (91)Y步进电机 (92)Z步进电机(93)C步进电机(94)手控面板 (95)电脑 (96)电缆(97)四轴控制器 (98)电机驱动器(99)码盘 (103)可倾工作台(104)夹具
权利要求
1，一种机床由一个带有Z向导轨(2)的长床身(1)，装在床身一端的带有工件主轴(5)的床头箱(4)，该工件主轴的轴线平行于Z向，一个在床身Z向导轨上移动的大拖板(12)，一个在该大拖板的垂直于Z向的Y导轨上移动的中拖板(13)等构成，其特征在于所述中拖板上有一个垂直于Z轴和Y轴的X向导轨，一个滑枕(14)在该X导轨中滑动，该滑枕面向床头箱的一端制有回转面(15)，其回转轴是平行于X轴的A轴，回转面(15)上装有一个回转体(16)，回转体(16)上还至少制有一个回转面(17)，其回转轴是垂直于A轴的D轴，其上装有下列之一的工作装置A，钻铣头(22)，其刀具主轴(23)的轴线垂直于D轴，B，小拖板(18)(19)，C，动力磨头(73)，D，插削头。
2，按权利要求1所述之机床，其特征在于所述长床身的Z向导轨(2)制在床身的侧面，而该长床身的上面制有平行于Z轴和X轴的用于固定工件或夹具的的水平安装面(3)。
3，按权利要求1所述之机床，其特征在于所述床头箱上装有C轴分度机构，其构造为下列之一A，分度盘和插销机构，它们分别装在主轴上和床头箱体上，B，码盘或角位移传感器，C，固定在主轴上的蜗轮(24)和可在蜗杆座(25)内转动的蜗杆(26)，该蜗杆座通过回转面，或铰链，或直线导轨安装在床头箱内，并由手柄(30)转动或移动蜗杆座以实现蜗轮蜗杆的开合，蜗杆还与下列之一的机构联接A.插销机构(28)(29)和分度盘(27)，它们分别装在蜗杆和蜗杆座上，B.步进电机或伺服电机。
4，按权利要求1和2所述之机床，其特征在于Z向螺母(41)可在固定在大拖板上的支承中转动，并经伞齿轮副(39)(40)与手轮(38)联动，并装有制止螺母(41)转动的锁紧装置，和制止Z轴丝杠(37)转动的锁紧装置。
5，按权利要求1所述之机床，其特征在于所述回转体(16)中装有电机(32)，其转子轴通过伞齿轮副(36)(31)与主轴(23)联动。
6，按权利要求1所述之机床，其特征在于所述钻铣头上装有插销机构(58)，主轴(23)或与(23)固定的定位盘(59)上制有N等分插销槽，可装夹N把车刀的回转刀盘(55)带有和可换刀具相同的锥柄(56)及联接装置。
7，按权利要求1所述之机床，其特征在于所述钻铣头的主轴(23)孔中插有一个外圆制有花健(或键槽)，一端可装夹刀具的附加钻轴(66)，主轴孔前端还装有一个导向套，主轴孔或导向套孔中制有内花键(或装有平键)以与钻轴花键吻合，该钻轴还通过轴向联结器(60)与加力机构(61)联接。
8，按权利要求1、3所述之机床，其特征在于所述钻铣头装有快速换刀装置，它由抓刀机构和卸刀机构所组成，前者由蝶形弹簧组(77)，拉杆(76)，变径爪(75)构成，后者为下列之一A，人力操作的机械增力机构，B，电动推力机构，C，油缸或气缸(78)(79)(80)，并通过软管(81)与一个人力操纵的单作用油泵或一个动力驱动的泵站相联。
9，按权利要求1、3所述之机床，其特征在于下列之一的机构直接地或经传动机构(齿轮副或同步齿带)同步进或伺服电机联接，A，蜗杆(26)，B，丝杠(37)或螺母(41)，C，丝杠(48)，D，丝杠(51)，E，以上各项的任意组合。
10，按权利要求1、3、9所述之机床，其特征在于所述钻铣头的刀具主轴(23)直接地或通过传动机构同一个码盘联动。
11，按权利要求1或以下任一项所述之机床，其特征在于带有一端可与工件主轴联接的可倾工作台(103)，钻铣头(22)直接安装在滑枕(14)的回转面(15)上。
12，按权利要求1或以下任一项所述之机床，其特征在于所述机床可以绕Z轴向床头箱降低的方向倾斜0-90度。
全文摘要
一种全功能家用机床的床身上面制有工件安装面，Z向导轨制在床身侧面，在Z向导轨上滑动的大拖板上有Y向导轨，在Y导轨中滑动的中拖板顶部有X向导轨，在X向导轨中滑动的滑枕的外端装有回转体，其回转轴A对X轴平行，回转体上制有轴线对A轴垂直的回转安装面，其上可安装小拖板(用于安装车、刨刀)钻铣头，磨头，插削头等。钻铣头上可安装钻头、铣刀、镗刀、绞刀、丝攻、砂轮等以便对工件主轴上车削后的工件进行钻、铣、镗、磨、铣齿等加工。或对装夹在床身上的非回转形工件进行铣、磨、钻、镗等加工。
文档编号B23Q37/00GK1165070SQ9610487
公开日1997年11月19日 申请日期1996年5月9日 优先权日1996年5月9日
发明者邵文远 申请人:邵文远