专利名称：数控板拉伸试样加工中心机床的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种金属切削加工机床，特别是涉及一种用于金属材料物理性能
检测的板拉伸试样工件加工的专用数控机床。
背景技术：
根据国家标准GB/T228-2002，用于金属材料物理性能检测的板拉伸试样的标准形 状结构如图l所示，该板拉伸试样工件40具有两个侧部41，两个侧部41由连接部42相连 接，呈哑铃形。两个侧部41的上下端面43、44需要按设计要求进行加工；连接部42上下端 的两侧各有一肩部45，包括肩部45在内的连接部42上下端也需要按设计要求进行加工； 因此板拉伸试样工件40的加工被称为双端面、双开肩加工。 在本实用新型出现之前，板拉伸试样工件40的加工都是在传统的通用机床上由 人工操作加工。由于试样工件薄厚不匀，又要多工位翻转加工，试样工件的装夹及加工都很 困难，效率和成品率较低，各加工批次之间精度差别大。 近期市场上出现了一种数控专用机床，把上述加工集中在两台机床上，其中，一台
机床加工双端面，另一台机床加工双开肩。这样虽然解决了用普通机床加工的一些困难，推
动了技术进步，但是也存在一些明显的不足。主要是 1、采用两台机床成本高、占地面积大、用人多、耗能高。 2、试样工件需要两次装夹，很难保证对称度和尺寸精度。 3、受刀具限制不能加工抗拉强度> 900Mpa的合金材料。
发明内容本实用新型要解决的技术问题是提供一种数控板拉伸试样加工中心机床，通过一
次装夹完成板拉伸试样工件双端面和双开肩的加工工序，而且对称度及尺寸精度好。 为解决上述技术问题本实用新型的数控板拉伸试样加工中心机床包括 床身，设置在床身上的Y轴滑台系统和立柱；所述Y轴滑台系统上设置X轴滑台系
统； 主轴系统和刀库设置在所述立柱上；所述主轴系统垂直立式设置，该主轴系统的 顶部设置主轴伺服电机； 所述立柱的顶端设置Z轴伺服驱动系统；立柱的内部设有主轴配重系统；所述主 轴系统与立柱的Z轴滑板连接；Z轴伺服驱动系统驱动主轴系统在Z轴方向上下进给； 还包括一板拉伸液压夹具，设置在所述X轴滑台系统上，X轴伺服驱动系统驱动X 轴滑台系统沿X轴轨道滑动，Y轴伺服驱动系统驱动Y轴滑台系统沿Y轴轨道滑动，使所述 板拉伸液压夹具能够在XY平面内自由移动； 所述板拉伸液压夹具为单工位，具有一个夹具单元；或者所述板拉伸液压夹具为 双工位，具有两个平行设置的夹具单元；每个夹具单元由手动液压阀操控液压油缸，由液压 油缸控制卡具单元对工件的夹紧。[0015] 本实用新型的数控板拉伸试样加工中心机床是一种斗笠式换刀专用数控立式加 工中心，采用单工位或双工位板拉伸液压夹具，并从众多国内外刀具厂商中，如德国瓦尔 特，山特维克，日本三菱，东芝，山高，国产成都刀具，台湾上河，选用最佳刀具很好地克服了 工件加工不对称、精度不好等问题；填补了国内该类加工机床的空白。 采用本实用新型的数控板拉伸试样加工中心机床，实现了在一台机床上通过一次 装夹试样工件自动完成所有加工工序，效率高(每六分钟即可完成一个工位上试样工件的 加工，与采用两台设备加工相比，效率提高30 % )，设备性能稳定，能耗低，加工精度完全满 足板拉伸试样工件的设计有求，而且各加工批次的加工工件一致性好。 本实用新型的数控板拉伸试样加工中心机床的价格仅为采用两台专用数控机床 的2/3，使用户的成本明显降低。
以下结合附图与具体实施方式
对本实用新型作进一步详细的说明
图1是板拉伸试样工件的形状结构示意图； 图2是数控板拉伸试样加工中心机床的侧视图，图中拆除了所有机床的护罩； 图3是数控板拉伸试样加工中心机床的正视图； 图4是
图1中伺服驱动系统的结构图； 图5是
图1中主轴系统结构示意图； 图6是
图1中刀库结构示意图； 图7是
图1中扳拉伸液压夹具结构示意图。
具体实施方式针对板拉伸试样工件40需要加工双端面双开肩的特点，采用先进刀具，以现有的 斗笠式换刀数控立式加工中心为基本架构，设计了加工板拉伸试样的专用数控机床-一数 控板拉伸试样加工中心机床。 参见图2所示，所述数控板拉伸试样加工中心机床包括床身1、 Y轴伺服驱动系 统2、 Y轴滑台系统3、 X轴滑台系统4、 X轴伺服驱动系统5、单工位或双工位板拉伸液压夹 具6、主轴系统7、铣头箱8、打刀系统9、主轴伺服电机10、铣头配重系统11、 Z轴伺服驱动 系统12、立柱13、气动系统14、自动润滑系统15和液压泵站16。 床身1采用HT300高强度铸铁制造，Y轴伺服驱动系统2位于其左侧上端。床身1 的上方设置由Y轴伺服驱动系统2驱动的Y轴滑台系统3。 Y轴滑台系统3通过Y轴轨道 与床身1连接。Y轴滑台系统3上设置X轴滑台系统4，X轴伺服驱动系统5位于X轴滑台 系统4上。X轴滑台系统4通过X轴轨道与Y轴滑台系统3连接。X轴滑台系统4上方设 置单工位或双工位板拉伸液压夹具6。 Y轴伺服驱动系统2驱动Y轴滑台系统3沿Y轴轨 道滑动，X轴伺服驱动系统5驱动X轴滑台系统4沿X轴轨道滑动，使单工位或双工位板拉 伸液压夹具6能够在XY平面内自由移动。 立柱13位于床身1的后侧并与床身1固定连接，用于承载主轴系统7和刀库 19(参见图3);刀库19设置在立柱13上。气动系统14、自动润滑系统15和主轴油冷系统 设置在立柱13上；自动润滑系统15采用自动间歇式供油润滑泵站集中供油。立柱13的顶端设置铣头配重系统11和Z轴伺服驱动系统12。立柱13的内部设有主轴配重系统。液压 站16位于立柱13的右侧(结合图2所示)。 主轴系统7垂直立式设置。主轴系统7的顶部设有打刀系统9和主轴伺服电机 10。 所述打刀系统9用于控制主轴系统7上的刀具与主轴之间的间隙。 所述主轴系统7置于铣头箱8内，该铣头箱8的另一端连接所述主轴配重系统。铣
头箱8的主轴连接Z轴伺服驱动系统12。所述主轴系统7通过铣头箱8与所述立柱13的
Z轴滑板连接。Z轴伺服驱动系统12驱动主轴系统7在Z轴方向(图2所示的上下方向)
上下进给。 结合图3所示，位于所述数控板拉伸试样加工中心机床左侧设有自动排屑系统 17，用于自动收集铁屑。位于所述数控板拉伸试样加工中心机床右侧设有机床操作站20、电 气控制柜21和冷却系统22。冷却系统22采用内循环自动冷却。所述数控板拉伸试样加工 中心机床设有外防护系统18，使机床实现全封闭。 所述数控板拉伸试样加工中心机床采用内油路设置，没有外露油管。 参见图5所示，所述主轴系统7采用标准BT50主轴，由主轴、打刀缸、变速机构等
组成。所述主轴由主轴伺服电机io经同步带变速机构提供动力源，该主轴内设有循环油冷
系统，可实现5000rpm的高速性能。主轴设有夹持部用于夹持刀具。所述主轴通过所述变 速机构连接主轴伺服电机10，扩大了主轴伺服电机10驱动主轴旋转扭矩。所述主轴伺服电 机10通过无侧隙联轴器及P4级滚珠丝杠副连接所述变速机构。 结合4所示，X、 Y、 Z三轴伺服驱动系统5、2、12均由伺服电机31经无侧隙联轴器 32与P4级滚珠丝杠副33将动力传递给运动部件(即X轴滑台系统4、Y轴滑台系统3和Z 轴)；过定位式高精度滚珠丝杠专用轴承34作支承强化了传动精度。 参见图6所示，刀库19采用20位标准斗笠式刀库(例如首轮机械工业有限公司 生产的斗笠式20T刀库)。刀库19中至少设置两把刀具，一把玉米铣刀，一把棒铣刀。刀库 19与主轴系统7的主轴之间设有自动换刀机构，用于将刀库19中的刀具安装于主轴上；该 自动换刀机构为机械手。 玉米铣刀的直径为小63mm，其刃长68mm，用于粗加工板拉伸试样工件40的两端面 及两开肩。棒铣刀的直径为小50mm，其刃长65mm，用于精加工板拉伸试样工件40的两端面 及两开肩。 所述数控板拉伸试样加工中心机床针对板拉伸试样工件40具有双端面双开肩加 工的特点设置单工位或双工位板拉伸液压卡具6，其结构如图7所示。 所述双工位板拉伸液压卡具6包括两个卡具单元，该两个卡具单元设置在一个公 用的底板51和端框架板52上；图7b是双工位板拉伸液压卡具6的侧视图，两个卡具单元 平行设置在底板51和端框架板52上。如果在底板51和端框架板52上只设置一个卡具单 元即为单工位板拉伸液压卡具。各卡具单元通过置于右端框架板52外側的手动液压阀61 操控液压油缸60，由液压油缸60控制卡具单元对工件的夹紧。 每个卡具单元包括上固定钳口 57、两个侧框架板55、下活动钳口 54、平面钳口 56、 固定压块58、坯料定位块59、三支液压油缸60和手动液压阀61。 端框架板52为两块(当然端框架板52不仅仅局限于这种形式，还可以是由四块板组成的中空的矩形框架)，左右对应设置在底板51的两侧，并与底板51固定连接(例如 采用螺栓相连接)。上固定钳口 57与两侧的端框架板52上端固定连接。两个侧框架侧板 55分别靠置在两端框架板52的内侧面，并与底板51固定相连。下活动钳口 54镶嵌在两侧 端框架板55中间，间隙可用另外的侧板调节。平面钳口 56与下活动钳口 54相连接设置在 下活动钳口 54与上固定钳口 57之间。三支液压油缸60固定在底板51上，液压油缸60的 油缸活塞杆与下活动钳口 54连接。 上固定钳口 57的钳口面加工成尖齿形面，利于夹紧工件。上固定钳口 57的两端 设置有固定压块58 ，通过两个固定压块58给上固定钳口 57施加向下压力使上固定钳口 57 向下弯曲变形，补偿了工作时上固定钳口 57的向上变形，以利于平整的卡持工件。上固定 钳口 57上还设有两个浮动坯料定位板59，两个浮动坯料定位板59之间的距离可以调节，在 装卡工件时用于工件定位，方便装卡，工件卡紧后，取下浮动坯料定位板59 。 平面钳口 56采用淬火钢材，其钳口面加工成尖齿形面，磨损可更换。 卡具单元采用内油路设置，所有油路分布在底板51内，没有明管，不漏油。 工作时将板拉伸试样工件40的两侧面46置放在上固定钳口 57和平面钳口 56之 间，通过手动液压阀61控制三支液压油缸60同时向上顶起，使下活动钳口 54向上移动，板 拉伸试样工件40被夹持在上固定钳口 57和平面钳口 56之间，完成工件夹紧动作。在本实 用新型中工件夹紧属于面夹紧，即夹紧工件的上固定钳口57和平面钳口56均为平面钳口， 克服了点式夹紧的缺点。由三支液压油缸60实现三点式夹紧既保证了下活动钳口 54运动 的平稳性，又降低钳口受工件反向抗力后的变形量，大大提高工件的定位可靠性。 所述数控板拉伸试样加工中心机床的操作过程是 操作者将板拉伸试样工件40的坯料放入双工位板拉伸液压夹具60内由两个浮动 坯料定位板59之间限定的位置，操控手动液压阀61控制三支液压油缸60同时向上顶起将 板拉伸试样工件40夹紧；然后取下浮动坯料定位板59。 选择加工程序按机床的自动启动按钮，机床按照选定的加工程序工作。 首先，从刀库19中取出粗加工用的玉米铣刀，玉米铣刀粗加工工件的双端面及双
开肩，并且第一工位完成粗加工后(即一个夹具单元内夹持的工件粗加工完成)，自动转到
第二工位直至完成第二工位内的工件粗加工。 然后，玉米铣刀换入刀库19从刀库19中换出棒铣刀，按照程序控制精加工工件的 双端面和双开肩。完成全部工件加工后自动停机，操作者取走成品再装入板拉伸试样工件 40的坯料进行下一次的加工。 所述数控板拉伸试样加工中心机床自动化程度高，一次装夹即可完成双端面和双 开肩的加工工序；玉米铣刀上的刀片是可更换的，选择对应加工不同材质的刀片就能满足 各种材质的板拉伸试样工件加工，合理的解决了高抗拉强度和高硬度的合金材料的加工。 通过编制加工程序能完成不同规格工件坯料的加工。本实用新型结构简单，操作方便，效率 高，属于一种自动化程度非常高的专用数控机床。 以上通过具体实施方式
对本实用新型进行了详细的说明，但这些并非构成对本实 用新型的限制。在不脱离本实用新型原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形 和改进，这些也应视为本实用新型的保护范围。
权利要求一种数控板拉伸试样加工中心机床，包括床身，设置在床身上的Y轴滑台系统和立柱；所述Y轴滑台系统上设置X轴滑台系统；主轴系统和刀库设置在所述立柱上；所述主轴系统垂直立式设置，该主轴系统的顶部设置主轴伺服电机；所述立柱的顶端设置Z轴伺服驱动系统；立柱的内部设有主轴配重系统；所述主轴系统与立柱的Z轴滑板连接；Z轴伺服驱动系统驱动主轴系统在Z轴方向上下进给；其特征在于还包括一板拉伸液压夹具，设置在所述X轴滑台系统上，X轴伺服驱动系统驱动X轴滑台系统沿X轴轨道滑动，Y轴伺服驱动系统驱动Y轴滑台系统沿Y轴轨道滑动，使所述板拉伸液压夹具能够在XY平面内自由移动；所述板拉伸液压夹具为单工位，具有一个夹具单元；或者所述板拉伸液压夹具为双工位，具有两个平行设置的夹具单元；每个夹具单元由手动液压阀操控液压油缸，由液压油缸控制卡具单元对工件的夹紧。
2. 如权利要求1所述的数控板拉伸试样加工中心机床，其特征在于所述板拉伸液压夹具包括一底板，两块端框架板左右对应设置在该底板的两侧并与底板固定连接；每个卡具单元包括上固定钳口 、两个侧框架板、下活动钳口 、平面钳口 、三支液压油缸和手动液压阀；上固定钳口与两侧的端框架板上端固定连接；两个侧框架板分别靠置在两侧的端框架 板的内侧面并与底板固定相连，下活动钳口镶嵌在两个侧框架板中间，平面钳口与下活动 钳口相连接设置在下活动钳口与上固定钳口之间，三支液压油缸固定在底板上，液压油缸 的油缸活塞杆与下活动钳口连接；通过手动液压阀控制三支液压油缸同时向上顶起，使下活动钳口向上移动，板拉伸试 样工件被夹持在上固定钳口和平面钳口之间。
3. 如权利要求2所述的数控板拉伸试样加工中心机床，其特征在于所述上固定钳口 的钳口面加工成尖齿形面，平面钳口采用淬火钢材且其钳口面加工成尖齿形面；
4. 如权利要求2所述的数控板拉伸试样加工中心机床，其特征在于所述上固定钳口 的两端设置有固定压块，该上固定钳口上还设有二个位置可调的浮动坯料定位板。
5. 如权利要求1至4任一所述的数控板拉伸试样加工中心机床，其特征在于所述刀 库中至少设置两把刀具， 一把玉米铣刀， 一把棒铣刀，刀库与主轴系统之间设有用于实现自 动换刀的机械手；玉米铣刀的直径为小63mm，其刃长68mm，用于粗加工板拉伸试样工件的两端面及两开 肩；棒铣刀的直径为小50mm，其刃长65mm，用于精加工板拉伸试样工件的两端面及两开肩。
6. 如权利要求1所述的数控板拉伸试样加工中心机床，其特征在于所述立柱的顶端 设有铣头配重系统，所述主轴系统置于铣头箱内，该铣头箱的另一端连接所述主轴配重系 统；所述主轴系统通过铣头箱与所述立柱的Z轴滑板连接。
7. 如权利要求1所述的数控板拉伸试样加工中心机床，其特征在于所述主轴系统的 顶部设有打刀系统。
8. 如权利要求1所述的数控板拉伸试样加工中心机床，其特征在于所述主轴系统采 用标准BT50主轴，该主轴系统的主轴通过变速机构与主轴伺服电机相连接。
9. 如权利要求1所述的数控板拉伸试样加工中心机床，其特征在于所述刀库采用20位标准斗笠式刀库c
专利摘要本实用新型公开了一种数控板拉伸试样加工中心机床，包括床身，设置在床身上的Y轴滑台系统和立柱；Y轴滑台系统上设置X轴滑台系统；主轴系统和刀库设置在所述立柱上；所述立柱的顶端设置Z轴伺服驱动系统；Z轴伺服驱动系统驱动主轴系统在Z轴方向上下进给；还包括一板拉伸液压夹具，设置在所述X轴滑台系统上，X轴伺服驱动系统驱动X轴滑台系统沿X轴轨道滑动，Y轴伺服驱动系统驱动Y轴滑台系统沿Y轴轨道滑动，使所述板拉伸液压夹具能够在XY平面内自由移动。本实用新型能够通过一次装夹完成板拉伸试样工件双端面和双开肩的加工工序，而且对称度及尺寸精度好。适用于金属材料物理性能检测的板拉伸试样工件的加工。
文档编号B23Q3/06GK201436580SQ20092007437
公开日2010年4月7日 申请日期2009年8月7日 优先权日2009年8月7日
发明者何青, 刘然, 朱兴华, 王胜民, 陈霞 申请人:上海齐宝数控机床制造有限公司