一种多工位新型数控非金属材料专用加工中心的制作方法
【专利摘要】本发明属于加工机床【技术领域】，具体涉及一种多工位新型数控非金属材料专用加工中心。本发明包括控制柜和雕铣机，所述的控制柜通过设置在其中的控制系统与雕铣机电连接，雕铣机包括机床框架和设置在机床框架上的加工机构，机床框架包括床体和架设在床体上的龙门，所述的龙门包括横置在床体上方的横梁和设置在床体两侧的立柱，横梁固设在立柱的上部，加工机构包括驱动装置和用来雕铣的主轴装置，所述的驱动装置包括X轴驱动装置、Y轴驱动装置和Z轴驱动装置，主轴装置设置在龙门上，所述的主轴装置至少设置为两个，且主轴装置的加工方向相异。本发明可以在不调整工件位置的情况下对具有多个表面的工件进行加工，加工速度快且能够更好地满足生产要求。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 本发明属于加工机床【技术领域】，具体涉及一种多工位新型数控非金属材料专用加 工中心。 一种多工位新型数控非金属材料专用加工中心
【背景技术】
[0002] 数控加工中心在加工雕刻方面具有独特的优势，因此其获得了广泛的应用，但目 前的数控加工中心仅设置有单主轴装置，加工模式单一且加工效率较低，难以适应企业大 规模生产的要求。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的是提供一种多工位新型数控非金属材料专用加工中心，其具有多个 主轴装置，加工模式较为灵活且生产效率高，能够更好的满足生产要求。
[0004] 为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种多工位新型数控非金属材料 专用加工中心，包括控制柜和雕铣机，所述的控制柜通过设置在其中的控制系统与雕铣机 电连接，所述的雕铣机包括机床框架和设置在机床框架上的加工机构，机床框架包括床体 和架设在床体上的龙门，所述的龙门包括横置在床体上方的横梁和设置在床体两侧的立 柱，横梁固设在立柱的上部，所述的加工机构包括驱动装置和用来雕铣的主轴装置，所述的 驱动装置包括X轴驱动装置、Y轴驱动装置和Z轴驱动装置，所述的主轴装置设置在龙门上， 其特征在于：所述的主轴装置至少设置为两个，且主轴装置的加工方向相异。
[0005] 由上述技术方案可知，本发明中的主轴装置至少设置为两个，且主轴装置的加工 方向相异，因此本发明可以对工件的不同表面进行加工，也即本发明可以在不调整工件位 置的情况下对具有多个表面的工件进行加工，不但加工范围大，而且还大大地提高了加工 速度，能够更好地满足生产要求。
【专利附图】
【附图说明】
[0006] 图1是本发明的结构示意图；
[0007] 图2是图1的主轴装置处的俯视图；
[0008] 图3是仅设有坚向主轴装置的雕刻机结构示意图；
[0009] 图4是本发明控制系统的结构示意图；
[0010] 图5是本发明中的龙门与主轴装置的结构示意图；
[0011] 图6是图5的左视图；
[0012] 图7是主轴装置的结构示意图；
[0013] 图8是图7的左视图。
【具体实施方式】
[0014] 如图1、2所示，一种多工位新型数控非金属材料专用加工中心，包括控制柜10和 雕铣机，所述的控制柜10通过设置在其中的控制系统与雕铣机电连接，所述的雕铣机包括 机床框架20和设置在机床框架20上的加工机构，机床框架20包括床体21和架设在床体 21上的龙门22,所述的龙门22包括横置在床体21上方的横梁221和设置在床体21两侧 的立柱222,横梁221固设在立柱222的上部，所述的加工机构包括驱动装置和用来雕铣的 主轴装置，所述的驱动装置包括X轴驱动装置、Y轴驱动装置和Z轴驱动装置，所述的主轴 装置设置在龙门22上，所述的主轴装置至少设置为两个，且主轴装置的加工方向相异。
[0015] 工作时，X轴驱动装置驱动主轴装置沿床体21的宽度方向移动，Y轴驱动装置驱 动龙门22沿床体21的长度方向移动，同时带动主轴装置沿床体21的长度方向移动，所述 的Z轴驱动装置则带动主轴装置沿垂直于床体加工面211的方向移动，从而使得主轴装置 能够按照设计意图完成对加工面211每个点的加工。
[0016] 所述主轴装置的加工方向各异，也即主轴装置的加工方向之间有夹角；同时主轴 装置可以设置为多个，比如三个，而三个主轴装置中可以将其中的两个主轴装置的加工方 向设置为相同，另一个主轴装置的加工方向与前两个主轴装置的加工方向之间成一夹角。
[0017] 如图1所示，所述的主轴装置包括坚向主轴装置91和横向主轴装置92,坚向主轴 装置91和横向主轴装置92的加工方向相垂直，则可以方便地对工件的相垂直的两侧面进 行加工。
[0018] 作为本发明的优选方案，所述的坚向主轴装置91和横向主轴装置92并行排设在 龙门22的横梁221上，且坚向主轴装置91和横向主轴装置92沿横梁221长度的方向位置 可调，横梁221的长度使得横向主轴装置92可以伸出在床体21的外侧，如图1所示。雕刻 时将工件固定铺设在床体21上，所述的坚向主轴装置91从上侧对工件的上表面进行雕刻 加工；当需要对工件的侧面进行雕刻加工时，X轴驱动装置动作以调节横向主轴装置92在 横梁221上的位置，直至横向主轴装置92伸出在床体21的外侧，再使Z轴驱动装置动作以 改变横向主轴装置92的高度，最终将横向主轴装置92调整就位以对工件的侧面进行加工 刻绘。
[0019] 作为本发明的优选方案，如图4所示，所述的控制柜10中的控制系统包括可重构 主控器FPGA11和接口板12,所述的可重构主控器FPGA11和接口板12为分体式连接。
[0020] 进一步的，所述的控制系统还包括计算协处理器DSP13,所述的计算协处理器 DSP13与可重构主控器FPGA11电连接。
[0021] FPGA (Field Programmable Gate Array)即现场可编程门阵列，是大规模可编程逻 辑器件；FPGA可重构性是指在一个系统中，其硬件模块或/和软件模块均能根据变化的数 据流或控制流对系统结构和算法进行重新配置或重新设置。可重构系统最突出的优点就是 能够根据不同的应用需求，改变自身的体系结构，以便与具体的应用需求相匹配。
[0022] FPGA可重构控制系统的物理构成如图4所示：首先，控制系统的主控部分采用 FPGA芯片技术，主CPU通过嵌入在FPGA内部的方式，使得可重构主控器FPGA内部的结构在 逻辑门资源足够的前提下可以随意调整，因此其柔性较强，我们可通过对FPGA内部逻辑的 改变实现改变主控CPU和逻辑构成，甚至可以构建完全不同的新控制系统结构，以实现快 速响应市场对控制系统可重构性能、资源分配等变化的需求；其次，本控制系统采用接口板 与主控板分体式的连接结构，同时预留足够多的通用I/O资源，能够实现仅仅通过改变接 口板就可以满足用户的新需求；再者，由于接口板信号频率低、线路简单，因此改板组织生 产周期短，可靠性高。
[0023] 如果控制系统的重构目标较为简单，不需要高强度的计算，则仅依靠主CPU本身 的计算能力或者在FPGA内部定制硬件算法器就能够实现重构目的；若控制系统重构目标 的计算任务较为复杂时，计算协处理器DSP就可以发挥其超强的计算能力，协助主CPU完成 大量精密复杂的计算任务，同时还能保持主CPU的良好的人机交互功能，使系统更为人性 化，并易于操作。
[0024] 如图5?8所示，所述的X轴驱动装置包括X轴驱动电机30, X轴驱动电机30设 置在所述的横梁221上，所述的X轴驱动电机30通过减速机构以及齿轮齿条机构带动主轴 装置沿龙门横梁221限定的方向运动；
[0025] 所述的Y轴驱动装置包括Y轴驱动电机40, Y轴驱动电机40设置在所述的立柱 222上，所述的Y轴驱动电机40通过减速机构以及齿轮齿条机构带动龙门22沿床体21限 定的方向运动；
[0026] 所述的Z轴驱动装置包括Z轴驱动电机50, Z轴驱动电机50设置在所述的横梁 221上，所述的Z轴驱动电机50通过滚珠丝杠副带动主轴装置沿垂直于床体21上的加工面 211的方向运动。
[0027] 进一步的，所述的横梁221的上方设置有横板223,横板223所在的平面与设在床 体21上的加工面211平行，横板223延伸出横梁221的一侧设置有垂直于横板223的坚板 224,所述的X轴驱动电机30固设在横板223上，Z轴驱动电机50和主轴装置设置在坚板 224 上。
[0028] 附图3?8中的主轴装置仅以坚向主轴装置91为例，但均适用于横向主轴装置 92〇
[0029] 所述的横梁221的朝向横板223和坚板224的端面上均设置有导轨，导轨的延伸 方向与横梁221的延伸方向平行，所述的横板223和坚板224上均设置有与导轨构成滑动 配合的滑块。则当X轴驱动电机30通过齿轮齿条机构带动主轴装置沿龙门横梁221限定 的方向运动时，横板223和坚板224通过滑块沿横梁221上的导轨滑动，滑动时磨擦阻力 小，运动轻便灵活，磨损小，能长期保持精度，整个运动过程较为平顺且易于控制，有利于实 现准确定位。
[0030] 同样，所述的床体21与立柱222相贴靠的端面上设置有导轨，导轨的延伸方向与 床体21的长度方向平行，所述的立柱222上设置有与导轨构成滑动配合的滑块。
[0031] 作为本发明的优选方案，所述的Z轴驱动电机50固设在坚板224的上方，坚板224 背离横梁221的板面上设置有丝杠，丝杠的延伸方向垂直于床体21上的加工面211，Z轴驱 动电机50通过联轴器与丝杠相连，丝杠的两侧设置有与丝杠平行的导轨，所述的丝杠上设 置有丝杠螺母，丝杠螺母上固设有升降板225,所述的升降板225上设有与所述的导轨构成 滑动配合的滑块，升降板225上设置有主轴装置。
[0032] 工作时Z轴驱动电机50运行转动，同时带动丝杠转动，丝杠螺母带动升降板225 沿丝杠上下移动，实现了主轴装置的上下移动。所述的滚珠丝杠副磨擦损失小，传动效率和 传动精度高，制造工艺简单，运行时平顺性良好，易于控制，从而使得加工效果良好。
[0033] 进一步的，如图7、8所示，所述的Z轴驱动电机50设置为一个，所述的主轴装置设 置为平行排布的三个，主轴装置包括主轴电机60和主轴气缸70,主轴气缸70固定设置在升
[0034] 降板225上，主轴电机60通过安装支架61与升降板225构成滑动配合，主轴气 缸70通过进气管与气源连接，所述的主轴气缸70的活塞杆71与主轴电机60固定连接在 一起，主轴气缸70的活塞杆带动主轴电机60沿垂直于床体21上的加工面211的方向上下 运动，所述的主轴电机60的下侧设有雕铣刀头。所述的主轴装置可以设置为平行排布的多 个，比如三个、四个甚至更多个，由于设置有多个相互独立的主轴装置，因此可以实现加工 面211的多点同时加工，也即实现多工位加工；同时由于每个主轴装置可以夹装不同的刀 具，因此还能够实现多工序加工的目的，加工模式灵活，从而大大减少了加工难度，提高了 加工速度，也可以多轴联动，生产效率高。
[0035] 当主轴气缸70的活塞杆71在气压的作用下向下运行时，由于活塞杆71与主轴电 机60固定连接在一起，因此活塞杆71推动主轴电机60向工作面211移动，以实现加工的 目的；当活塞杆71在气压的作用下向上运行时，活塞杆71同时推动主轴电机60向远离工 作面211的方向移动，以实现退刀的目的。由此可见，本发明中的多个主轴通过气缸传动达 到换刀目的，实现多工序加工的目的。
[0036] 再进一步的，如图7、8所示，所述的升降板225上还设置有吸尘气缸80,吸尘气缸 80的下侧设有吸尘罩81，吸尘罩81罩设在主轴装置加工区域的四周，所述的吸尘罩81的 上侧连接有吸尘管路82。
[0037] 工作时，吸尘气缸80向下推动吸尘罩81，由于吸尘罩81罩设在主轴装置加工区域 的四周，从而可以将雕铣下来的碎屑从吸尘管路82中吸走，便于清理加工区域，并有利于 清洁生产环境。
【权利要求】
1. 一种多工位新型数控非金属材料专用加工中心，包括控制柜（10)和雕铣机，所述 的控制柜（10)通过设置在其中的控制系统与雕铣机电连接，所述的雕铣机包括机床框架 (20) 和设置在机床框架（20)上的加工机构，机床框架（20)包括床体（21)和架设在床体 (21) 上的龙门（22)，所述的龙门（22)包括横置在床体（21)上方的横梁（221)和设置在床 体（21)两侧的立柱（222)，横梁（221)固设在立柱（222)的上部，所述的加工机构包括驱动 装置和用来雕铣的主轴装置，所述的驱动装置包括X轴驱动装置、Y轴驱动装置和Z轴驱动 装置，所述的主轴装置设置在龙门（22)上，其特征在于：所述的主轴装置至少设置为两个， 且主轴装置的加工方向相异。
2. 根据权利要求1所述的一种多工位新型数控非金属材料专用加工中心，其特征在 于：所述的主轴装置包括坚向主轴装置（91)和横向主轴装置（92)，坚向主轴装置（91)和 横向主轴装置（92)的加工方向相垂直。
3. 根据权利要求1所述的一种多工位新型数控非金属材料专用加工中心，其特征在 于：所述的X轴驱动装置包括X轴驱动电机（30)，X轴驱动电机（30)设置在所述的横梁 (221)上，所述的X轴驱动电机（30)通过齿轮齿条机构带动主轴装置沿龙门横梁（221)限 定的方向运动；所述的Y轴驱动装置包括Y轴驱动电机（40)，Y轴驱动电机（40)设置在所述 的立柱（222)上，所述的Υ轴驱动电机（40)通过齿轮齿条机构带动龙门（22)沿床体（21) 限定的方向运动；所述的Ζ轴驱动装置包括Ζ轴驱动电机（50)，Ζ轴驱动电机（50)设置在 所述的横梁（221)上，所述的Ζ轴驱动电机（50)通过滚珠丝杠副带动主轴装置沿垂直于床 体（21)上的加工面（211)的方向运动。
4. 根据权利要求2所述的一种多工位新型数控非金属材料专用加工中心，其特征在 于：所述的坚向主轴装置（91)和横向主轴装置（92)并行排设在龙门（22)的横梁（221)上， 且坚向主轴装置（91)和横向主轴装置（92)沿横梁（221)长度的方向位置可调，横梁（221) 的长度使得横向主轴装置（92)可以伸出在床体（21)的外侧。
5. 根据权利要求3所述的一种多工位新型数控非金属材料专用加工中心，其特征在 于：所述的横梁（221)的上方设置有横板（223)，横板（223)所在的平面与设在床体（21)上 的加工面（211)平行，横板（223)延伸出横梁（221)的一侧设置有垂直于横板（223)的坚 板（224)，所述的X轴驱动电机（30)固设在横板（223)上，Ζ轴驱动电机（50)和主轴装置 设置在坚板（224)上。
6. 根据权利要求3所述的一种多工位新型数控非金属材料专用加工中心，其特征在 于：所述的床体（21)与立柱（222)相贴靠的端面上设置有导轨，导轨的延伸方向与床体 (21)的长度方向平行，所述的立柱（222)上设置有与导轨构成滑动配合的滑块。
7. 根据权利要求5所述的一种多工位新型数控非金属材料专用加工中心，其特征在 于：所述的横梁（221)的朝向横板（223)和坚板（224)的端面上均设置有导轨，导轨的延伸 方向与横梁（221)的延伸方向平行，所述的横板（223)和坚板（224)上均设置有与导轨构 成滑动配合的滑块。
8. 根据权利要求5所述的一种多工位新型数控非金属材料专用加工中心，其特征在 于：所述的Ζ轴驱动电机（50)固设在坚板（224)的上方，坚板（224)背离横梁（221)的板 面上设置有丝杠，丝杠的延伸方向垂直于床体（21)上的加工面（211)，Ζ轴驱动电机（50) 通过联轴器与丝杠相连，丝杠的两侧设置有与丝杠平行的导轨，所述的丝杠上设置有丝杠 螺母，丝杠螺母上固设有升降板（225)，所述的升降板（225)上设有与所述的导轨构成滑动 配合的滑块，升降板（225)上设置有主轴装置。
9. 根据权利要求8所述的一种多工位新型数控非金属材料专用加工中心，其特征在 于：所述的Z轴驱动电机（50)设置为一个，所述的主轴装置设置为平行排布的三个，主轴装 置包括主轴电机（60)和主轴气缸（70)，主轴气缸（70)固定设置在升降板（225)上，主轴电 机（60)与升降板（225)构成滑动配合，主轴气缸（70)通过进气管与气源连接，所述的主轴 气缸（70)的活塞杆与主轴电机（60)固定连接在一起，主轴气缸（70)的活塞杆带动主轴电 机（60)沿垂直于床体（21)上的加工面（211)的方向上下运动，所述的主轴电机（60)的下 侧设有雕铣刀头。
10. 根据权利要求8或9所述的一种多工位新型数控非金属材料专用加工中心，其特 征在于：所述的升降板（225)上还设置有吸尘气缸（80)，吸尘气缸（80)的下侧设有吸尘罩 (81)，吸尘罩（81)罩设在主轴装置加工区域的四周，所述的吸尘罩（81)的上侧连接有吸尘 管路（82)。
【文档编号】B23C1/10GK104057127SQ201410313318
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2014年7月3日 优先权日:2014年7月3日
【发明者】张绪辉, 李亮 申请人:济南星辉数控机械科技有限公司