专利名称：基于齿轮机构的大角度可斜向加工机床结构模块的制作方法
技术领域：
本发明属于机床设计与制造领域，涉及一种可重构机床结构模块，特别涉及一种基于齿轮机构的大角度斜向加工功能的机床结构模块。
背景技术：
在零件的切削加工中，若要实现任意角度方向的孔和面加工，需要在四坐标或五坐标联动数控机床上进行。现有的四坐标和五坐标数控机床结构多数是以x、Y、z直角坐标运动为基础，附加一个或两个回转运动，主要实现镗、铣、钻等加工功能。如有的机床结构是在工件侧(工作台)有两个相互垂直的回转运动，通过工作台的两个回转运动自由度，调整将要加工的孔或面与机床的某个直线运动坐标方向垂直或一致，就可以方便的实现某个方向的孔或平面的加工，无需插补运动，但是这种结构机床在其工作台一侧的自由度过多，零件加工重量(承载能力)和加工尺寸受到一定限制；还有的机床结构是在工件侧只有一个回转或没有回转运动自由度，若要实现任意方向的钻孔或镗孔加工，往往需要两个移动坐标的插补运动(刀具走斜直线)才能实现，众所周知，插补运动导致机床的多坐标联动数控系统复杂，而且价格非常昂贵，使加工成本很高。美国密西根大学开发了一种具有拱形模块结构可重构机床采用回转导轨盘方式， 改变机床主轴倾斜方向，从而避免了插补运动，简化了数控系统，可方便实现斜孔和斜向平面加工，但这种结构较为庞大，该机构的驱动丝杠太长，影响刚性，使其驱动不方便。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种基于齿轮机构的大角度可斜向加工机床结构模块， 可使机床无须数控插补就可实现任意方向孔的钻、镗、铰、扩、攻丝加工及任意方向的斜平面铣削加工，简化数控系统，降低数控机床成本。本发明所采用的技术方案为一种基于齿轮机构的大角度可斜向加工机床结构模块，包括立柱、滑动平台、设置有刀具的主轴箱、直线导轨、摆动平台、齿圈和小齿轮；所述滑动平台设置在立柱上；主轴箱通过直线导轨设置在摆动平台上，摆动平台的一端设置有转轴，转轴设置在滑动平台上，摆动平台的另一端与齿圈固连，齿圈与小齿轮啮合，小齿轮固定在滑动平台上。本发明的有益效果是，(1)结构简单，重量轻，避免使用较长丝杠驱动(如美国密西根大学开发的斜向加工机床)，设计制造简单；(2)驱动方便，通过齿轮传动及滑动平台的移动，可直接控制刀具姿态及刀具的上下位置；(3)实现大角度斜向加工的控制及驱动方法简单。本发明机构结构简单，可方便机床主轴滑枕大倾斜角度调整，既可作为可重构机床一个功能模块来使用，也可适用通用模块化机床，具有广阔的应用前景，对扩大传统数控机床功能有重要意义。
图1是本发明机构的结构原理图2是本发明实施例1的结构示意图(a为从立柱前面也就是面向刀具观察时的外观图，b为从立柱后面观察时的外观图)；
图3是本发明实施例1实现不同方向加工功能的结构示意图(a是实现斜向上方加工功能的结构示意图，b是实现水平加工功能的结构示意图，c是实现斜向下方加工功能的结构示意图)；
图4是本发明实施例1机构作为可重构机床的功能模块进行单面加工的结构示意图； 图5是本发明实施例1机构作为可重构机床的功能模块进行双面加工的结构示意图； 图6是本发明实施例2的结构示意图。图中，1.立柱，2.滑动平台，3.刀具，4.主轴箱(滑枕)，5.直线导轨，6.摆动平台， 7.齿圈，8.小齿轮，9.转轴，10.矩形滑台，11.工件，12.床身。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施方式
对本发明进行详细说明。如图1所示，本发明提供一种基于齿轮机构的大角度可斜向加工机床结构模块， 包括立柱1、滑动平台2、设置有刀具3的主轴箱(滑枕)4、直线导轨5、摆动平台6、齿圈7和小齿轮8 ；滑动平台2设置在立柱1上沿立柱1滑动；主轴箱(滑枕)4通过直线导轨5设置在摆动平台6上，在摆动平台6上滑动；摆动平台6的一端设置有转轴9，该转轴9设置在滑动平台2上，摆动平台6的另一端与齿圈7固连，齿圈7与小齿轮8啮合，小齿轮8固定在滑动平台2上，可以转动。当小齿轮8转动时，通过与齿圈7的啮合传动带动摆动平台6 围绕着转轴9转动；若摆动平台6做顺时针转动，使刀具3轴线斜向上方；若摆动平台6做逆时针转动，使刀具3轴线斜向下方；当刀具3轴线保持某种姿势时，向上或向下移动滑动平台2，可以调整刀具3的上下位置，便于接近加工部位。本机构可以使主轴处于不同的斜向加工位置。机床主轴的斜向加工姿态的调整结束后，机床主轴箱4通过直线导轨5在摆动平台6上滑动，实现主轴进给切削运动。实施例1
如图加和图2b所示为本发明机构其中一个具体结构，滑动平台2设置在立柱1上沿立柱1上下滑动；主轴箱(滑枕)4通过直线导轨5设置在摆动平台6上，在摆动平台6上滑动，主轴箱(滑枕)4上设置有刀具(主轴)3 ；摆动平台6的一端设置有转轴9，该转轴9设置在滑动平台2上，摆动平台6的另一端与齿圈7固连，齿圈7与小齿轮8啮合，小齿轮8固定在滑动平台2上，可以转动。当齿圈7带动摆动平台6绕着转轴9转动时，如图3中的图 a、图b和图c所示，分别为从侧向观察的主轴箱(滑枕)4处于斜向上、水平、斜向下三种加工状态。如图4所示，利用一个本实施例的斜向加工机床结构模块加工工件11，当工件11 在矩形滑台10带动下，沿床身12移动时，利用本发明机构可以加工不同位置、不同方向的孔或斜平面。如图5所示，利用两个本实施例的斜向加工机床结构模块同时加工工件11，同时从两个方位加工斜孔或斜平面，加工效率较图4布局方式提高1倍。实施例2
4如图6所示为本发明机构另外一个具体结构，滑动平台2的两端设置在两个立柱1上， 采用双立柱1对称支承，滑动平台2沿两个立柱1上下滑动；主轴箱(滑枕)4通过直线导轨 5设置在摆动平台6上，在摆动平台6上滑动；摆动平台6的一端设置有转轴9，该转轴9设置在滑动平台2上；摆动平台6的两侧各固连有一个齿圈7，两个齿圈7分别与两个小齿轮 8啮合，两个小齿轮8同时固定在滑动平台2上。本实施例采用两个齿圈7双驱动摆动平台 6围绕着转轴9转动，具有结构刚性好的优势。 采用本发明机构可使机床无须数控插补就可实现任意方向孔的钻、镗、铰、扩、攻丝加工及任意方向的斜平面铣削加工，而且这种机构可使机床的加工重量和加工尺寸比工作台侧具有两个运动的多坐标联动机床要大的多。
权利要求
1. 一种基于齿轮机构的大角度可斜向加工机床结构模块，其特征在于包括立柱 (1)、滑动平台(2)、设置有刀具(3)的主轴箱(4)、直线导轨(5)、摆动平台(6)、齿圈(7)和小齿轮(8)；所述滑动平台(2)设置在立柱(1)上；主轴箱(4)通过直线导轨(5)设置在摆动平台(6)上，摆动平台(6)的一端设置有转轴(9)，转轴(9)设置在滑动平台(2)上，摆动平台(6)的另一端与齿圈(7)固连，齿圈(7)与小齿轮(8)啮合，小齿轮(8)固定在滑动平台(2)上。
全文摘要
本发明公开了一种基于齿轮机构的大角度可斜向加工机床结构模块，包括滑动平台上设置有摆动平台及小齿轮，齿圈与摆动平台固连，齿圈与小齿轮啮合传动带动摆动平台转动，从而可以改变机床主轴的斜向加工角度；滑动平台沿立柱可上下移动，可改变机床主轴的位置，以便接近被加工部位。主轴箱在摆动平台上滑动，可实现任意角度方向孔的镗、钻等加工，无需插补运动，大大简化了机床NC控制难度。本发明的机床结构模块既可以作为可重构机床的一个功能模块，也可以作为一般模块化机床上的功能模块，实现零件的任意角度方向孔的镗、钻及斜面的铣削加工等，对推动机床结构布局方案的创新性设计具有重要的意义，并有广泛的应用前景。
文档编号B23Q1/48GK102152134SQ20111004346
公开日2011年8月17日 申请日期2011年2月23日 优先权日2011年2月23日
发明者张广鹏, 彭立立, 胡绪东 申请人:西安理工大学