一种铣孔机床的制作方法

本发明属于机加工设备领域，特别涉及一种对软质板材加工孔的铣床。

背景技术：

企业开发产品的前期、兴趣爱好者实现其创意，均需要涉及零部件的制作，零部件的形状多种多样，使用非金属(塑料、木材等)或者软金属(铜、铝等)板材进行孔和轮廓的精确加工，通过固连和装配等组装工艺，做出多样性的零部件，可以满足用户大部分的零部件制作需求，这就带来了如何低成本的对软质板材精确加工孔和轮廓的问题。

现有技术解决以上加工问题需要用户单独购买钻床、铣床并额外购买工装夹具，且这些现有技术的设备大多针对加工硬金属而设计，结构较粗壮致使物料成本昂贵，这样共同导致了用户使用现有技术的设备，非常昂贵，仅仅对软质板材的加工是非常不划算的。

而且现有技术应用于龙门结构机床横梁组件的升降机构，为了保证横梁组件两端运动的同步，需要使用两套高精度传动机构和协调两者传动同步的装置，结构复杂、成本昂贵。

综上，迫切需要设计一种专门针对软质板材加工的低成本的钻床、铣床、高精度低成本的升降机构以及兼有这些功能的机床。

技术实现要素：

本发明旨在解决现有技术中，对软质板材加工孔需要购买成本较高的铣床的问题，设计一种铣孔机床。

为了实现上述目的，所述的方案如下：

一种铣孔机床，其特征在于，包括底座、龙门组件、横梁组件、滑座组件和旋转夹具；底座的上表面是平面，旋转夹具的转轴与底座的上表面旋转连接，转轴与底座的上表面垂直，转轴与转盘固连，转盘上表面是工作面，转盘上表面与转轴轴线垂直，转盘上设有固定待加工物的固定点；龙门组件由两个立柱和上横梁组成，两个立柱底部均与底座固连，两个立柱均与底座的上表面垂直，上横梁的两端分别与两个立柱的顶部固连，两个立柱间具有容纳滑座组件在左右方向运动的空间，上横梁和底座的上表面间具有容纳滑座组件上下方向运动的空间；横梁组件呈长条状，横梁组件的两端分别与龙门组件的两个立柱滑动连接，由固设在龙门组件上的升降机构控制横梁组件在龙门组件上沿上下方向精确的运动；滑座组件与横梁组件滑动连接，由固设在横梁组件上的进给机构控制滑座组件沿左右方向精确的运动，滑座组件包括由电机驱动的夹头，夹头夹持铣刀，铣刀的轴线与底座上表面垂直；夹头夹持铣刀铣削加工时，铣刀穿过固定在滑座组件的轴承；横梁组件上下方向的运动，由固设在横梁组件的锁紧器锁定；滑座组件左右方向的运动，由固设在滑座组件的锁紧器锁定。

进一步地，所述的一种铣孔机床，其特征在于，所述的转轴是阶梯轴，转轴下部的直径小于上部的直径，转轴从上至下依次穿过轴承、通孔、轴承和螺母，转轴最下端是外螺纹特征，螺母与其配合旋紧；转轴顶部与法兰固连，转盘固连在法兰上，转盘上表面与转轴轴线垂直；转盘两端设置了沿径向延伸的长槽，压板在沿长槽调整位置以固连待加工物；所述的通孔是贯穿底座上下表面的孔，通孔的轴线与夹头轴线左右方向的运动轨迹相交。

进一步地，所述的一种铣孔机床，其特征在于，所述的轴承是角接触球轴承或圆锥滚子轴承。

进一步地，所述的一种铣孔机床，其特征在于，所述的立柱由直线圆柱导轨构成，一个直线圆柱导轨构成一个立柱，底座后部的左右两侧各设有一个沿上下方向贯穿底座的孔，构成两个立柱的两个直线圆柱导轨的底部分别插入这个两个孔中，法兰轴套将构成两个立柱的两个直线圆柱导轨分别与底座固连，构成两个立柱的两个直线圆柱导轨与底座的上表面垂直；龙门组件顶部的上横梁两端分别与构成两个立柱的两个直线圆柱导轨的顶部通过法兰轴套固连。

进一步地，所述的一种铣孔机床，其特征在于，所述的升降机构包含减速器；减速器固设在龙门组件上横梁，减速器的输入轴与手轮同轴固连；减速器的输出轴与卷线轮同轴固连；升降机构的左右各有一根拉绳，两个拉绳的一端与卷线轮同一直径两端的外圆柱面固连，两个拉绳的另一端分别绕过定滑轮后，与横梁组件的左右两端固连；定滑轮设有两个，分别固设在龙门组件上横梁的两端。

进一步地，所述的一种铣孔机床，其特征在于，所述的手轮外周设有刻度，减速器外壳固设指针，指针指向刻度；上部的拉绳所在的平面与卷线轮的轴线垂直；两侧的拉绳走向沿上下方向；每个拉绳的上部与侧面的所在的平面与定滑轮的轴线垂直。

进一步地，所述的一种铣孔机床，其特征在于，所述的横梁组件包括两个相互平行的沿左右方向设置的直线圆柱导轨，这两个直线圆柱导轨的两端分别与左侧板和右侧板固连；左侧板固连一个直线轴承，右侧板固连另一个直线轴承，左侧板固连的直线轴承和右侧板固连的直线轴承分别与构成立柱的两个直线圆柱导轨滑动配合。

进一步地，所述的一种铣孔机床，其特征在于，所述的滑座组件包括滑座盒，滑座盒与两个直线轴承固连，这两个直线轴承分别与横梁组件的两个直线圆柱导轨滑动连接；丝杆沿左右方向设置，丝杆的两端分别与横梁组件的左侧板和右侧板旋转连接，丝杆无轴向自由度，丝杆与传动螺母配合，传动螺母与滑座组件固连；电机与横梁组件上的右侧板固连，电机通过减速器将旋转运动传递给丝杆，电机输出轴的另一端同轴固设了手轮，手轮外周设有刻度，电机外壳固设指针，指针指向刻度。

进一步地，所述的一种铣孔机床，其特征在于，所述的滑座盒与减速器固连，电机与减速器固连，电机输出轴与减速器输入轴固连，减速器输出轴与夹头同轴固连，夹头位于滑座盒内部，夹头夹持铣刀，铣刀从滑座盒下部伸出。

进一步地，所述的一种铣孔机床，其特征在于，所述的滑座组件的滑座盒底板开设一个贯穿其上下表面圆孔，圆孔与夹头同轴，圆孔内固设一个轴承。

本发明所述的一种铣孔机床，低成本的实现了铣孔机床的功能。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是机床主体结构的示意图；

图2是机床主体结构从机床后下部视图；

图3是机床主体结构从机床顶部视图；

图4是机床主体结构从机床左前部视图(局部的升降机构)；

图5是钻床模式时工作示意图；

图6是铣床模式时铣刀安装示意图(为便于表达，将滑座盒的底板沿铣刀中心线所在面剖开)；

图7是铣床模式加装靠山的工作示意图(为便于表达，将滑座盒的底板沿铣刀中心线所在面剖开)；

图8是靠山的安装示意图；

图9是推进组件的安装示意图；

图10是推进组件的结构示意图(局部的推进组件)；

图11是铣床模式加装推进组件的工作示意图(为便于表达，将滑座盒的底板沿铣刀中心线所在面剖开)；

图12是铣床模式加装旋转夹具的示意图(为便于表达，底座通孔局部、轴承、法兰和转盘沿中心线所在面剖开)；

图13是旋转夹具的结构示意图(为便于表达，底座通孔局部、轴承、法兰和转盘沿中心线所在面剖开)；

图14是铣床模式加装旋转夹具的工作示意图；

图15多功能机床加装各模块的效果图(工作时某些组合不同时使用)。

图中标记为：

1、底座；11、固定孔；12、通孔；13、螺母；14、压板；15、定位孔；16、定位孔；

2、龙门组件；21、手轮；22、指针；23、减速器；24、卷线轮；25、拉绳；26、定滑轮；

3、横梁组件；31、锁紧器；32、手轮；33、指针；34、电机；35、减速器；36、丝杆；37、传动螺母；

4、滑座组件；41、锁紧器；42、电机；43、减速器；44、夹头；45、钻头；46、轴承；47、铣刀；

5、靠山；51、定位销；

6、推进组件；61、定位销；62、固定座；63、推座；64、丝杆；65、传动螺母；66、手轮；67、指针；

7、旋转夹具；71、转轴；72、轴承；73、螺母；74、法兰；75、转盘；76、压板；

8、待加工物。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，目的是帮助本领域的技术人员对本发明的构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解，并有助于其实施。

为了便于表达，本发明中引用的方位以图1所示的为准，本发明的加工对象是软质板材，即非金属(塑料、木材等)或软金属(铜、铝等)。下面进行详细介绍。

机床主体结构：

如图1所示，机床底座1的上表面是平面，是用于放置并固连各功能组件和待加工物8的工作面，底座1的上表面设有固定各功能组件和待加工物8的固定点。龙门组件2由两个立柱和上横梁组成，两个立柱底部均与底座1固连，两个立柱均与底座1的上表面垂直，上横梁的两端分别与两个立柱的顶部固连，两个立柱间具有容纳滑座组件4在左右方向运动的空间，上横梁和底座1的上表面间具有容纳滑座组件4上下方向运动的空间。横梁组件3呈长条状，横梁组件3的两端分别与龙门组件2的两个立柱滑动连接，由固设在龙门组件2上的升降机构控制横梁组件3在龙门组件2上沿上下方向精确的运动。滑座组件4与横梁组件3滑动连接，由固设在横梁组件3上的进给机构控制滑座组件4沿左右方向精确的运动，滑座组件4包括由电机42驱动的夹头44，夹头44夹持钻头45或者铣刀47，钻头45和铣刀47的轴线均与底座1上表面垂直。机床在铣床或钻床功能时，需要对滑座组件4运动的上下方向或左右方向进行锁紧，或者两个方向同时锁紧，如图2所示，横梁组件3上下方向的运动，由固设在横梁组件3的锁紧器31锁定；滑座组件4左右方向的运动，由固设在滑座组件4的锁紧器41锁定。

具体的，

如图1所示，机床底座1是一个扁状的长方体，作为优选，底座1由软质板材多层粘接后制成。底座1上表面是平面，底座1的上表面设有固定孔11阵列，固定孔11设有内螺纹，压板14的螺栓固定在固定孔11中，实现对各功能组件和待加工物8的固定，作为优选，如图2所示，固定孔11是通孔，其底部与螺母13固连。

如图1和图2所示，龙门组件2中的立柱由直线圆柱导轨构成，一个直线圆柱导轨构成一个立柱，底座1后部的左右两侧各设有一个沿上下方向贯穿底座1的孔，构成两个立柱的两个直线圆柱导轨的底部分别插入这个两个孔中，法兰轴套将构成两个立柱的两个直线圆柱导轨分别与底座1固连，构成两个立柱的两个直线圆柱导轨与底座1的上表面垂直；龙门组件2顶部的上横梁两端分别与构成两个立柱的两个直线圆柱导轨的顶部通过法兰轴套固连。

如图1和图2所示，横梁组件3包括两个相互平行的沿左右方向设置的直线圆柱导轨，这两个直线圆柱导轨的两端分别与左侧板和右侧板固连；左侧板固连一个直线轴承，右侧板固连另一个直线轴承，左侧板固连的直线轴承和右侧板固连的直线轴承分别与构成立柱的两个直线圆柱导轨滑动配合。

如图4所示，升降机构固定在龙门组件2上横梁，通过同时等长的收放两根分别与横梁组件3固连的拉绳25实现对横梁组件3沿上下方向运动的精确控制，更具体的，减速器23固设在龙门组件2上横梁，优选固定在上横梁的中心位置，减速器23的输入轴与手轮21同轴固连，优选输入轴是前后方向的；减速器23的输出轴与卷线轮24同轴固连，优选输出轴是上下方向的，作为优选，减速器23是蜗轮蜗杆减速器。如图3所示，升降机构的左右各有一根拉绳25，两个拉绳25的一端与卷线轮24同一直径两端的外圆柱面固连，两个拉绳25的另一端分别绕过定滑轮26后，与横梁组件3上的左右侧板固连，定滑轮26设有两个，分别固设在龙门组件2上横梁的两端，当转动手轮21驱动卷线轮24旋转，卷线轮24同时等长的收放两端的拉绳25实现横梁组件3的运动控制。如图4所示，手轮21外周设有刻度，减速器23外壳固设指针22，指针22指向刻度，由于手轮21外周转动的弧长与拉绳25位移是有精确的定比例关系的，可以通过调整手轮21的转动刻度精确的控制横梁组件3的运动。为了保证拉绳25顺畅的收放，上部的拉绳25所在的平面与卷线轮24的轴线垂直，两侧的拉绳25走向沿上下方向，每个拉绳25的上部与侧面的所在的平面与定滑轮26的轴线垂直。为了保证拉绳25在卷线轮24卷绕时不会重叠卷绕，避免影响精度，卷线轮24的半周长不小于横梁组件3运动的行程。为了避免拉绳25脱出卷线轮24和定滑轮26的圆周面，卷线轮24和定滑轮26与拉绳25接触的圆周开设环槽。拉绳25优选钢丝绳。由于两端拉绳25的收放是高度同步和精确的，实现了对横梁组件3运动的精确控制。

如图1和图2所示，滑座组件4包括滑座盒，滑座盒与两个平行的直线轴承固连，这两个直线轴承分别与横梁组件3的两个直线圆柱导轨滑动连接。如图7所示，丝杆36沿左右方向设置，两端分别与横梁组件3上的左右侧板旋转连接，丝杆36的轴向是约束的，无轴向自由度，丝杆36与传动螺母37配合，传动螺母37与滑座组件4固连，更具体的，传动螺母37与滑座组件4的滑座盒右侧壁固连；电机34与横梁组件3上的右侧板固连，电机34通过减速器35将旋转运动传递给丝杆36，更具体的，丝杆36右端与被动轮同轴固连，电机34输出轴与主动轮同轴固连，被动轮直径大于主动轮直径，被动轮与主动轮通过齿形带传动。电机34带动丝杆36旋转，从而实现了滑座组件4在横梁组件3上沿左右方向的运动控制。如图7所示，电机34输出轴的另一端同轴固设了手轮32，手轮32外周设有刻度，电机34外壳固设指针33，指针33指向刻度，由于手轮32外周转动的弧长与滑座组件4的位移是有精确的定比例关系的，在电机34不通电时，可以通过调整手轮32的转动刻度精确的控制滑座组件4的运动。

如图1和图5所示，滑座组件4包括滑座盒，滑座盒与减速器43固连，作为优选，减速器43是齿轮减速器，电机42与减速器43固连，电机42输出轴与减速器43输入轴固连，减速器43输出轴与夹头44同轴固连，夹头44位于滑座盒内部，夹头44夹持钻头45或者铣刀47，钻头45或者铣刀47从滑座盒下部伸出，钻头45或铣刀47的轴线与底座1上表面垂直。

如图2所示，横梁组件3和滑座组件4上应用的直线轴承均集成了锁紧器(现有技术的标准件)，具有锁紧功能。转动锁紧器31，锁紧器内部的螺纹顶紧在所滑动的直线圆柱导轨表面，实现了滑座组件4在上下方向的锁紧；转动锁紧器41，锁紧器内部的螺纹顶紧在其所滑动的直线圆柱导轨表面，实现了滑座组件4在左右方向的锁紧。

以上是机床主体结构的介绍，下面对机床的钻床功能进行详细介绍：

当机床需要实现钻床功能时，如图5所示，钻头45穿过滑座组件4的滑座盒底板的圆孔，再装配在夹头44中，圆孔内径大于钻头45，操纵锁紧器41，将滑座组件4的左右方向锁紧，操纵锁紧器31，将滑座组件4的上下方向保持自由度释放(即钻床功能不需要锁紧器31参与)。将待加工物8摆放在底座1的上表面合适位置，并使用压板14将待加工物8固定在底座1上表面，启动电机42，钻头45被驱动旋转，转动手轮21，操纵滑座组件4上下运动。为了在待加工物8上方便的加工出通孔，如图1所示，在钻孔前可以将钻头45调整至底座1表面的通孔12正上方。通过精确的调整手轮21转动的刻度可以精确的控制钻头45的进给量，在待加工物8上加工出具有精确深度要求的盲孔。如图7所示，操纵锁紧器41，将滑座组件4的左右方向释放后，通过精确的调整手轮32转动的刻度可以精确的控制钻头45在左右方向的位置，再操纵锁紧器41，将滑座组件4的左右方向锁紧，从而加工出具有精确孔距要求的沿直线排列的孔，此时通过在待加工物8底部额外垫一层等厚的工艺板，以便在待加工物8加工通孔时，不会损伤底座1的上表面。需要说明的是，钻头45钻削时，需要有向下的轴向力，这个力是由横梁组件3和滑座组件4的重力产生的，因为待加工物8是软质板材，重力提供的轴向切削力是完全足够的。

下面对机床的铣床功能(直线铣削)进行详细介绍：

铣床工作时，铣刀会承受径向力，必须对铣刀的径向进行支撑，如图6所示(为便于表达，将滑座盒的底板沿铣刀中心线所在面剖开)，滑座组件4的滑座盒底板开设一个贯穿其上下表面圆孔，圆孔与夹头44同轴，圆孔内固设一个轴承46，更具体的，这个圆孔是内径上大下小阶梯孔，轴承46与阶梯孔上部是微小的间隙配合，轴承46放入阶梯孔中被台阶轴向限位，轴承46的拆装很容易，便于钻头45和铣刀47的切换。铣刀47穿过轴承46内圈后装配在夹头44中，铣刀47与轴承46内圈是微小的间隙配合，便于铣刀47的装配并提供精确的径向支撑，更具体的，因为铣刀的加工范围与铣刀运动有关，不关注铣刀的直径，故作为优先，铣刀47与轴承46只设计一种规格。作为优选，轴承46是深沟球轴承。

为了便于加工出相互垂直的轮廓，如图7所示，在底座1的上表面固设靠山5，靠山5是板状，靠山5右侧设有直边，靠山5右侧的直边与夹头44左右移动方向垂直(即与滑座组件4左右移动方向垂直)，并用压板14将靠山5固定在底座1上表面。这样将待加工物8边缘靠在靠山5右侧进行定位。可以方便快捷的加工出相互垂直的轮廓。由于靠山5会经常拆卸，每次都要精确的摆放比较费时，如图8所示，靠山5两端各固设一个定位销51，底座1的上表面设有两个对应的定位孔15，这样靠山5的定位销51插入定位孔15中就会位于正确的位置，节约了时间。

为了待加工物8沿前后方向可以实现精确的移动，设计推进组件6，推进组件6固设在底座1的上表面，推进组件6的推面与夹头44左右移动方向平行(即与滑座组件4左右移动方向平行)。如图9和图10所示，包括固定座62和推座63，两者滑动连接，滑动方向与推面垂直；丝杆64的一端旋入与固定座62固连的传动螺母65中，丝杆64的另一端与手轮66同轴固连，丝杆64连接手轮66的一端还伸出一段插入推座63对应的盲孔中且端部与盲孔底部接触；手轮66外周设有刻度，推座63上部固设指针67，指针67指向刻度，由于手轮66外周转动的弧长与丝杆64位移是有精确的定比例关系的，可以通过调整手轮66的转动刻度精确的控制推座63的运动。更具体的，推进组件6还包括两个直线轴承和两个直线圆柱导轨；两个直线轴承分别固连在固定座62的两端，两个直线圆柱导轨的一端分别插入这两个直线轴承中滑动，两个直线圆柱导轨的另一端分别与推座63的两端固连，两个直线圆柱导轨相互平行，并且与推座63的推面垂直。更具体的，丝杆64与两个直线圆柱导轨平行(即丝杆64与推座63的推面垂直)，丝杆64位于两个直线圆柱导轨中间等距的位置，这样丝杆64推动推座63更加顺畅、精度更高。更具体的，传动螺母65设有两个，通过调整两者的相对角度，可以实现传动螺母65与丝杆64之间运动的传递无轴向空回。这样转动并控制手轮66的转动刻度，实现推座63的运动距离的精确可控，当丝杆64往回退时，推座63依靠人工回退，由于丝杆64的回退距离是精确的，故推座63的回退也是精确可控的。

为了推进组件6在底座1的上表面摆放时能够方便的定位，使得推座63的推面平行于左右方向(即与铣刀47左右移动方向平行)，如图9所示，固定座62两侧各设置一个定位销61，底座1的上表面设有对应的定位孔16，这样固定座62的定位销61插入定位孔16中就会位于正确的位置，节约了时间。

如图11所示，推进组件6在底座1的上表面摆放定位后，用压板14将其固定在底座1的上表面，转动并控制手轮66的转动刻度，实现推座63的精确可控的运动距离，使得待加工物8沿着前后方向精确的向前或向后调整，然后再用压板14将待加工物8固定在底座1的上表面，再进行铣削加工。

有了推进组件6从而实现了对待加工物8在空间中三个平动自由度的铣削加工。不仅仅是铣削加工，使用推进组件6实现了待加工物8在前后方向的精确移动，结合滑座组件4本身具有的左右方向的精确移动，在钻削时可以加工平面阵列的孔特征，起到了坐标钻床的作用，扩展了钻床的加工范围。

下面对机床的铣床功能(圆弧铣削)进行详细介绍：

圆弧铣削功能的实现，首先要设计出旋转夹具7，如图12和图13所示，旋转夹具7固设在底座1的上表面，旋转夹具7的转轴71与底座1的上表面旋转连接，转轴71与底座1的上表面垂直，转轴71与转盘75固连，转盘75上表面是工作面，转盘75上表面与转轴71轴线垂直，转盘75上设有固定待加工物8的固定点。更具体的，转轴71是阶梯轴，下部的直径小于上部，转轴71从上至下依次穿过轴承72、通孔12、轴承72和螺母73，通孔12是贯穿底座1上下表面的孔，通孔12的轴线与夹头44轴线左右方向的运动轨迹相交，转轴71最下端是外螺纹特征，螺母73与其配合旋紧，实现了转轴71与底座1的上表面的旋转连接。更具体的，转轴71顶部与法兰74固连，转盘75固连在法兰74端面上，转盘75上表面与转轴71轴线垂直。更具体的，如图13和图14所示，转盘75两端设置了沿径向延伸的长槽，压板76沿长槽调整位置以便固连不同规格的待加工物8。作为优选，轴承72是角接触球轴承或圆锥滚子轴承。

如图14所示，待加工物8被压板76固定在转盘75上表面，锁紧滑座组件3上下方向的自由度，接通电机42，精确调整铣刀47沿左右方向的位置后，锁紧滑座组件3左右方向的自由度，手工转动转盘75走刀，得到所需规格的内孔；精确调整锁紧滑座组件3上下方向的位置后并锁紧，可以实现对阶梯型内孔特征的加工。如果待加工物8已有孔特征，需要扩孔时，因为要保证加工前后的同心度，则待加工物8固定在转盘75后，需要对已有的孔特征打表找正调整位置。当需要对待加工物8加工外圆轮廓时，如果待加工物8内部有足够的空间可以使用压板76在内部固定；如果空间不够，可以将待加工物8粘接在转盘75的上表面。因为待加工物8是软质板材，手工转动转盘75走刀是完全可以实现的；用粘接的方式固定待加工物8，在控制好进给量和走刀速度条件下也是完全可以应用的。

以上是对机床所有功能的介绍，如图15所示，机床可以附带靠山5、推进组件6和旋转夹具7附件，实现了功能的多样化，节约了用户的设备购买成本。

本发明所述的机床，其结构件都可以使用软质板材甚至是非金属板材制造，并且使用了市场上标准化的直线运动单元，极大地降低了机床的生产制造成本。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。