锥度铣刀的七轴自动加工机床设备的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供一种锥度铣刀的七轴自动加工机床设备，包括机座，Z向移动座，工作台，Q向回转台，A向回转台，立轴，Y向移动座，B向回转台、P向回转台以及磨轮架；Z向移动座带动工作台3可相对机座在XZ平面上运动，AQ轴构成的回转台设在工作台上，使装夹好的工件即可相对工作台绕XZ平面上任意轴向旋转，所述立轴可带动所述B向回转台和P向回转台沿Y轴上下运动，B向回转台和P向回转台又可带动磨轮架绕XZ平面上任意轴向旋转。本实用新型由三个直线轴X、Y、Z和四个旋转轴A、B、P、Q共七个加工轴构成，实现对铣刀的七轴方向加工，改变原来需要多组设备才能实现加工铣刀的状况，提高了生产效率和生产质量。
【专利说明】锥度铣刀的七轴自动加工机床设备
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种铣刀加工设备。
【背景技术】
[0002] 铣刀是安装在铣床上，用来加工零件的专用刀具，通过刀具的旋转使刀刃作用于 工件表面而形成特定的形状和精度要求。
[0003] 目前常用的铣刀加工设备均为半自动化装置，其中x、z轴方向为伺服控制，Y轴为 手动控制。按照这种操作工艺，设备只能加工铣刀工艺中的一个工序，按一把铣刀来讲，就 需要另外几种设备来配套，才能生产出一把完整的铣刀，不但成本高，而且加工质量难以保 证。此外，也有采用五轴或六轴联动的加工设备，但由于设备结构所限存在旋转轴等的局部 部件刚性不足缺陷，造成质量不稳定及效率低下，影响铣刀加工效果，因此有必要设计出新 的技术以解决上述问题。
[0004] 目前，加工锥度型面铣刀的主要方法为数控铣削后再数控磨削。数控刀具磨削在 国外已有很多的数控刀具、磨床及数控刀具磨削专用软件。而锥度型面刀具的数控铣削，国 内外市场还没有出现专用的数控刀具铣床及相应的刀具铣削方法。 实用新型内容
[0005] 本实用新型要解决的技术问题，在于提供一种锥度铣刀的七轴自动加工机床设 备，由三个直线轴X、Y、Z和四个旋转轴A、B、P、Q共七个加工轴构成，实现对铣刀的七轴方 向加工，改变原来需要多组设备才能实现加工铣刀的状况，提高了生产效率和生产质量。
[0006] 本实用新型要解决的技术问题是这样实现的：一种锥度铣刀的七轴自动加工机床 设备，包括机座，Z向移动座，工作台，Q向回转台，A向回转台，立轴，Y向移动座，B向回转 台、P向回转台以及磨轮架；所述Z向移动座能沿Z轴滑动地设在所述机座上；所述工作台 能沿X轴滑动地设在所述Z向移动座上；所述Q向回转台能绕Y轴旋转地设在所述工作台 上，该Q向回转台的回转设为Q轴；所述A向回转台能绕XZ平面上任意轴向旋转地设在所 述Q向回转台上，用于装夹待加工的锥度铣刀，该A向回转台的回转设为A轴；所述立轴固 定在机座上，并与Y轴同向；所述Y向移动座能沿Y轴滑动地设在所述立轴上；所述B向回 转台能绕Y轴旋转地设在所述Y向移动座上，该B向回转台的回转设为B轴；所述P向回转 台能绕XZ平面上任意轴向旋转地设在所述B向回转台上，该P向回转台的回转设为P轴； 所述磨轮架设在所述P向回转台上并位于所述工作台的上方；其中，X轴、Y轴、Z轴互相垂 直。
[0007] 进一步的，所述工作台的上表面还设有复数条沿X轴延伸的排液槽。
[0008] 进一步的，所述工作台、Z向移动座、立轴均分别由交流伺服电动机通过同步传动 齿带驱动滚珠丝杠副实现直线传动；所述A向回转台、B向回转台、P向回转台、Q向回转台 均分别由交流伺服电动机通过减速器驱动蜗杆涡轮副实现回转运动。
[0009] 本实用新型具有如下优点：本实用新型根据锥度铣刀多轴联动数学模型中各轴的 运动模式，设计出符合锥度铣刀自动加工的机床设备和加工方法，实现高速高精锥度铣刀 加工。机床设备由三个直线轴X、Y、Z和四个旋转轴A、B、P、Q构成，B、P两个旋转轴安装于 立轴Y上，分别绕XY平面和YZ平面旋转，构成双回转头，A、Q两个旋转轴安装于工作台上， 分别绕YZ平面和XY平面旋转，构成双回转台。这样即可通过锥度铣刀多轴联动数学模型， 精确控制锥度铣刀加工时在每个微段直线插补时的各轴运动分量，实现锥度铣刀的全自动 加工过程，在加工精度和速度方面都要较大幅度提高。比手工操作速度控制灵敏，反应迅 速，只要根据图纸输入必要的几何参数即可试磨，大大提高了效率。
【专利附图】
【附图说明】
[0010] 下面参照附图结合实施例对本实用新型作进一步的说明。
[0011] 图1为本实用新型加工设备的立体结构示意图。
[0012] 图2为本实用新型加工设备的前视结构示意图。
[0013] 图3为本实用新型加工设备的左视结构示意图。
[0014] 图4为本实用新型加工设备的俯结构示意图。
[0015] 图5A至图5C分别为本实用新型加工设备使用的数学模型示意图。
【具体实施方式】
[0016] 请参阅图1至图4所示，本实用新型的锥度铣刀的七轴自动加工机床设备，包括机 座l，z向移动座2,工作台3，Q向回转台4，A向回转台5,立轴6，Y向移动座7，B向回转台 8、P向回转台9以及磨轮架10。
[0017] 所述Z向移动座2能沿Z轴滑动地设在所述机座1上；所述工作台3能沿X轴滑 动地设在所述Z向移动座2上；这样，在Z向移动座2的作用下，工作台3即可相对机座在 XZ平面上运动。
[0018] 所述Q向回转台4能绕Y轴旋转地设在所述工作台3上，该Q向回转台4的回转 设为Q轴；所述A向回转台5能绕XZ平面上任意轴向旋转地设在所述Q向回转台4上，用 于装夹待加工的锥度铣刀，该A向回转台5的回转设为A轴；如此，AQ轴构成的回转台设在 工作台3上，使装夹好的工件即可相对工作台3绕XZ平面上的任意轴旋转。
[0019] 所述立轴6固定在机座上，并与Y轴同向；所述Y向移动座7能沿Y轴滑动地设在 所述立轴6上；所述B向回转台8能绕Y轴旋转地设在所述Y向移动座7上，该B向回转台 8的回转设为B轴；所述P向回转台9能绕XZ平面上任意轴向旋转地设在所述B向回转台 8上，该P向回转台9的回转设为P轴；所述磨轮架10设在所述P向回转台上并位于所述工 作台的上方；如此，所述立轴6可带动所述B向回转台8和P向回转台9沿Y轴上下运动， B向回转台8和P向回转台9又可带动磨轮架10绕XZ平面上的任意轴旋转。
[0020] 其中，X轴、Y轴、Z轴互相垂直，此实施例中，Z轴为横轴，X轴为纵轴，Y轴为立轴。 因此本实用新型由三个直线轴X、Y、Z和四个旋转轴A、B、P、Q共七个加工轴构成，工件和磨 轮架10均可实现不同位置和角度调节，从而实现不同角度的加工。
[0021] 另外，为了保证能更准确地控制磨轮机，在立轴Y上对对应的B、P轴方向进行旋转 位置测量标识，从而方便对磨轮的不同角度的调整，为了方便冷却液排出，可在所述工作台 3的上表面设置复数条沿X轴延伸的排液槽32。
[0022] 所述工作台3、Z向移动座2、立轴6均分别由交流伺服电动机通过同步传动齿带 驱动滚珠丝杠副实现直线传动；所述A向回转台5、B向回转台8、P向回转台9、Q向回转台 4均分别由交流伺服电动机通过减速器驱动蜗杆涡轮副实现回转运动。
[0023] 如图1至图5C所示，利用上述的本实用新型锥度铣刀的七轴自动加工机床设备进 行加工时，可以包括锥刃前角磨削的过程和锥刃后角磨削的过程；
[0024] 所述锥刃前角磨削的过程包括：
[0025] (1)实现X轴与Y轴的联动：所述工作台3沿着磨削长度L方向运行，从X = 0运 行到X = L位置，A向回转台5绕X轴回转，二者的联动实现刀具的螺旋运动，Y向移动座7 由磨削起点的位置按照锥角关系，向Y轴正方向运动，其运动关系为： D
[0026] 磨削起点：y, =icos4-h 2 ( 1-1 );
[0027] 式中，Di为锥度统刀小端直径，Ra为前角，h为端部齿高：h = (1-2);
[0028] Q为端部芯径，由此：当磨削运动进行到X位置时，Y轴所走过的距离为： y =--cosR 2 ( 1-3 );
[0029] 又因为 Cx = Q+SxtanTa (1-4)；
[0030] 所以 Y = (il+xtanT) cosR, 2 ( 1-5 )；
[0031] 式中，Ta为锥度值；
[0032] (2)实现Z轴与X轴、Y轴的联动：按照等前角Ra的关系，从磨削起点处的z = Zl 运行到任意一点z = zx的位置，运行距离是
[0033] z = 2 (1-6);
[0034] 其中，Dx为锥度铣刀X位置处半径，Dx = Di+ZxtanTjl-?); (D. +2xianr) . " , D. . "
[0035] 从而得出：z ^^--^sm/?a=t^L+xtanJ：r) smR；i " " \ 1 **〇 / ^
[0036] (3)A轴回转：按照等螺旋角Sa的关系，A向回转台5沿着螺旋方向回转，在任一点 dx 的位置上，X轴向的线速度 * ( I~9)； (.1 χ
[0037] 它与转动线速度匕二itanS? (1-10)· da ￥, Dx da
[0038] 转动角速度为l与线速度\^的关系为/ , ^、 dt 5 l at ( 1-11 )； da 一 2tanSa dx
[0039] 所以由式（1-7)，（1-10)，（ι-id n^=Di+2ximI：..(142).
[0040] 两边积分得：
[0041] _ r da, _ r 2lanSa , _ ianSd r dx _ tanSit. , 2tanr, 、r, J dt J/),十2xtan7； lanTai Dt +χ tanTa D, 2imT^ (1-13)；
[0042] 又由于在初始相对位置，x = 0,此时a = 0,所以常数Q = 0,所以可推出： tanSa, 2tmTu 、
[0043] a=7^Fln (1+- tanT- Di (1-14);
[0044] 所述锥刃后角磨削过程包括X、Y、Z、A四个轴的联动控制关系，为：
[0045] (1)所述工作台3沿着X轴向磨削长度L方向运行，从X = 0运行到X = L的终点 位置；
[0046] (2)所述立轴6从Y轴零点位置运行到工件中点与磨轮中心等高的位置，设这段距 离长Η且保持恒定值不变； η
[0047] (3)Ζ轴与X轴联动，按照锥度Ta的关系，从磨削起点z=f cosHa位置运行到 z = .cosHa式中，凡为后角，〇2为锥度统刀大端直径； 細 f D
[0048] (4)运行的距离长为z =今=fcosHd ( 1 15) ·
[0049] 由于 Dx = Di+SxtanTa (1-16);
[0050] 将其代入上式（1-15)中得出：
[0051] z = (^-+xtmTJcmHg " [." ·
[0052] 工件旋转轴A轴按照等螺旋角Sa的关系，沿着螺旋方向回转，推导得到： lanSu 2tanl.
[0053] a=~~f ln(1+ -?-~χ) tan7^ β· (1-18)?
[0054] 综上所述，本实用新型具有如下优点：
[0055] 本实用新型根据锥度铣刀多轴联动数学模型中各轴的运动模式，设计出符合锥度 铣刀自动加工的机床设备和加工方法，实现高速高精锥度铣刀加工。机床设备由三个直线 轴X、Υ、Ζ和四个旋转轴A、B、P、Q构成，Β、Ρ两个旋转轴安装于立轴Υ上，分别绕ΧΥ平面和 ΥΖ平面旋转，构成双回转头，A、Q两个旋转轴安装于工作台上，分别绕ΥΖ平面和ΧΥ平面旋 转，构成双回转台。这样即可通过锥度铣刀多轴联动数学模型，精确控制锥度铣刀加工时在 每个微段直线插补时的各轴运动分量，实现锥度铣刀的全自动加工过程，在加工精度和速 度方面都要较大幅度提高。比手工操作速度控制灵敏，反应迅速，只要根据图纸输入必要的 几何参数即可试磨，大大提高了效率。
[0056] 虽然以上描述了本实用新型的【具体实施方式】，但是熟悉本【技术领域】的技术人员应 当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本实用新型的范围的限 定，熟悉本领域的技术人员在依照本实用新型的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当 涵盖在本实用新型的权利要求所保护的范围内。
【权利要求】
1. 一种锥度铣刀的七轴自动加工机床设备，其特征在于：包括机座，z向移动座，工作 台，Q向回转台，A向回转台，立轴，Y向移动座，B向回转台、P向回转台以及磨轮架； 所述Z向移动座能沿Z轴滑动地设在所述机座上； 所述工作台能沿X轴滑动地设在所述Z向移动座上； 所述Q向回转台能绕Y轴旋转地设在所述工作台上，该Q向回转台的回转设为Q轴； 所述A向回转台能绕XZ平面上任意轴向旋转地设在所述Q向回转台上，用于装夹待加 工的锥度铣刀，该A向回转台的回转设为A轴； 所述立轴固定在机座上，并与Y轴同向； 所述Y向移动座能沿Y轴滑动地设在所述立轴上； 所述B向回转台能绕Y轴旋转地设在所述Y向移动座上，该B向回转台的回转设为B 轴； 所述P向回转台能绕XZ平面上任意轴向旋转地设在所述B向回转台上，该P向回转台 的回转设为P轴； 所述磨轮架设在所述P向回转台上并位于所述工作台的上方； 其中，X轴、Y轴、Z轴互相垂直。
2. 根据权利要求1所述的锥度铣刀的七轴自动加工机床设备，其特征在于：所述工作 台的上表面还设有复数条沿X轴延伸的排液槽。
3. 根据权利要求1所述的锥度铣刀的七轴自动加工机床设备，其特征在于：所述工作 台、Z向移动座、立轴均分别由交流伺服电动机通过同步传动齿带驱动滚珠丝杠副实现直线 传动；所述A向回转台、B向回转台、P向回转台、Q向回转台均分别由交流伺服电动机通过 减速器驱动蜗杆涡轮副实现回转运动。
【文档编号】B24B3/06GK203887635SQ201420250470
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2014年5月16日 优先权日:2014年5月16日
【发明者】聂明星, 陈兴武, 贾敏忠, 蒋新华, 邵明, 聂作先, 李光炀 申请人:福建工程学院