阅读说明：本技术 六轴联动的数控刨削加工中心及其配套的非旋转曲面刀具 (Six-axis linkage numerical control planing machining center and non-rotary curved surface cutter matched with same ) 是由 周凯红 王志永 张烈平 曾亦愚 吴桥生 于 2020-07-13 设计创作，主要内容包括：本发明公开了六轴联动的数控刨削加工中心及其配套的非旋转曲面刀具,包括机架、X方向直线平动运动数控轴、Z方向直线平动运动数控轴、X方向旋转运动数控轴、Y方向旋转运动数控轴、Z方向旋转运动数控轴和Y方向直线平动运动数控轴,所述X方向直线平动运动数控轴由X方向平动伺服电机和X方向滚珠丝杆组成。本发明将现有数控铣削加工中心的刀具切削主运动由旋转运动改变为直线平动,将刀具曲面由旋转曲面改变为非旋转曲面,使该数控刨削加工中心在宽行数控加工某些类型的复杂曲面时,具有更高的加工精度和加工效率,并且可以按所加工曲面实际尺寸来确定非旋转刀具曲面片的大小,减少刀具和机床结构的设计尺寸。(The invention discloses a six-axis linkage numerical control planing machining center and a non-rotating curved surface cutter matched with the same, wherein the six-axis linkage numerical control planing machining center comprises a rack, an X-direction linear translational motion numerical control shaft, a Z-direction linear translational motion numerical control shaft, an X-direction rotating motion numerical control shaft, a Y-direction rotating motion numerical control shaft, a Z-direction rotating motion numerical control shaft and a Y-direction linear translational motion numerical control shaft, and the X-direction linear translational motion numerical control shaft consists of an X-direction translational servo motor and an X-direction ball screw. The invention changes the cutting main motion of the cutter of the existing numerical control milling center from rotary motion to linear translation, and changes the curved surface of the cutter from a rotary curved surface to a non-rotary curved surface, so that the numerical control planing center has higher processing precision and processing efficiency when processing certain types of complex curved surfaces in a wide-line numerical control manner, and can determine the size of a non-rotary cutter curved surface sheet according to the actual size of the processed curved surface, thereby reducing the design sizes of the cutter and the machine tool structure.)

六轴联动的数控刨削加工中心及其配套的非旋转曲面刀具

技术领域

本发明涉及数控机床相关技术领域，具体为六轴联动的数控刨削加工中心及其配套的非旋转曲面刀具。

背景技术

数控机床是数字控制机床(Computer numerical control machine tools)的简称，是一种装有程序控制系统的自动化机床。该控制系统能够逻辑地处理具有控制编码或其他符号指令规定的程序，并将其译码，用代码化的数字表示，通过信息载体输入数控装置。经运算处理由数控装置发出各种控制信号，控制机床的动作，按图纸要求的形状和尺寸，自动地将零件加工出来。

目前的机床数控加工中心主要以铣削数控加工中心为主，其特征是：刀具（铣刀）曲面必须是完整的旋转曲面，刀具切削主运动必须是以刀具旋转曲面的旋转中心线为旋转轴的旋转运动，这样的刀具结构和机床运动特征，一方面刀具曲面形状被限制为旋转曲面，使复杂曲面宽行数控加工的效率和精度的提高受到限制；另一方面，由于刀具切削主运动是旋转运动，为了确保机床主轴在高速旋转状态下的动平衡，刀具曲面必须是完整的旋转曲面，这造成宽行加工大曲率半径的复杂曲面（特别是凸面）时，不得不采用完整的大旋转半径的旋转曲面刀具，使刀具和机床的结构尺寸、特别是机床主轴的结构尺寸随之增大，需要进行改进。

发明内容

本发明的目的在于提供六轴联动的数控刨削加工中心及其配套的非旋转曲面刀具，以解决上述背景技术中提到的目前铣削数控加工中刀具（铣刀）曲面必须是完整的旋转曲面，刀具切削主运动必须是以刀具旋转曲面的旋转中心线为旋转轴的旋转运动，这样的刀具结构和机床运动特征，一方面刀具曲面形状被限制为旋转曲面，使复杂曲面宽行数控加工的效率和精度的提高受到限制；另一方面，由于刀具切削主运动是旋转运动，为了确保机床主轴在高速旋转状态下的动平衡，刀具曲面必须是完整的旋转曲面，这造成宽行加工大曲率半径的复杂曲面（特别是凸面）时，不得不采用完整的大旋转半径的旋转曲面刀具，使刀具和机床的结构尺寸、特别是机床主轴的结构尺寸随之增大的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：六轴联动的数控刨削加工中心，包括机架、X方向直线平动运动数控轴、Z方向直线平动运动数控轴、X方向旋转运动数控轴、Y方向旋转运动数控轴、Z方向旋转运动数控轴和Y方向直线平动运动数控轴，所述X方向直线平动运动数控轴由X方向平动伺服电机和X方向滚珠丝杆组成，所述X方向平动伺服电机固定安装在机架上，所述X方向滚珠丝杆与机架转动连接，所述X方向平动伺服电机的输出轴与X方向滚珠丝杆一端固定连接。

优选的，所述Z方向直线平动运动数控轴由Z方向平动伺服电机和Z方向滚珠丝杆组成，所述Z方向平动伺服电机通过安装板与X方向滚珠丝杆上的滑动螺母固定连接，所述Z方向平动伺服电机的输出轴与Z方向滚珠丝杆一端固定连接。

优选的，所述X方向旋转运动数控轴包括X方向旋转伺服电机，所述X方向旋转伺服电机位于X方向平动伺服电机下方一侧，且X方向旋转伺服电机通过安装板与Z方向滚珠丝杆上的滑动螺母固定连接。

优选的，所述Y方向旋转运动数控轴包括Y方向旋转伺服电机，所述Y方向旋转伺服电机通过安装板与X方向旋转伺服电机的输出轴固定连接。

优选的，所述Z方向旋转运动数控轴包括Z方向旋转伺服电机，所述Z方向旋转伺服电机通过安装板与Y方向旋转伺服电机的输出轴固定连接。

优选的，所述Y方向直线平动运动数控轴由Y方向平动伺服电机和Y方向滚珠丝杆组成，所述Y方向平动伺服电机固定安装在机架上，所述Y方向滚珠丝杆转动安装在机架上端，所述Y方向平动伺服电机的输出轴与Y方向滚珠丝杆一端固定连接，所述Y方向滚珠丝杆的滑动螺母上固定安装有工作台。

六轴联动的数控刨削加工中心配套的非旋转曲面刀具，所述Z方向旋转伺服电机的输出轴上固定安装有非旋转曲面刀具，所述非旋转曲面刀具上表面设有安装座，且非旋转曲面刀具通过安装座与Z方向旋转伺服电机的输出轴固定连接，所述非旋转曲面刀具下表面设有刀面，所述刀面呈曲面设置。

本发明提供了六轴联动的数控刨削加工中心，具备以下有益效果：

本发明以主切削运动为直线平动的刨削替代主切削运动为旋转运动的铣削，以刀具曲面为非旋转曲曲面片的刨刀替代刀具曲面为旋转曲面的铣刀，相较于现有的以旋转曲面刀具宽行数控铣削加工复杂曲面的方式，本发明对某类复杂曲面进行宽行数控切削加工的效率和精度更高，而且，刀具曲面片的大小可以根据待加工复杂曲面的大小进行设计，从而使刀具和机床结构尺寸可以设计得更小，特别是，采用刀具曲面凹面宽行数控加工复杂曲面的凸面时，具有无可替代的便利和优势，便于推广和使用。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的机床机构运动简图；

图3为本发明的非旋转曲面刀具结构示意图。

图中：1、X方向平动伺服电机；2、Z方向平动伺服电机；3、X方向旋转伺服电机；4、Y方向旋转伺服电机；5、Z方向旋转伺服电机；6、Y方向平动伺服电机；7、Y方向滚珠丝杆；8、Z方向滚珠丝杆；9、X方向滚珠丝杆；10、非旋转曲面刀具；11、工件；12、机架；13、工作台；14、机床控制柜；15、刀面；16、安装座。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

如图1-3所示，本发明提供一种技术方案：六轴联动的数控刨削加工中心，包括机架12、X方向直线平动运动数控轴、Z方向直线平动运动数控轴、X方向旋转运动数控轴、Y方向旋转运动数控轴、Z方向旋转运动数控轴和Y方向直线平动运动数控轴，所述X方向直线平动运动数控轴由X方向平动伺服电机1和X方向滚珠丝杆9组成，所述X方向平动伺服电机1固定安装在机架12上，所述X方向滚珠丝杆9与机架12转动连接，所述X方向平动伺服电机1的输出轴与X方向滚珠丝杆9一端固定连接。

所述Z方向直线平动运动数控轴由Z方向平动伺服电机2和Z方向滚珠丝杆8组成，所述Z方向平动伺服电机2通过安装板与X方向滚珠丝杆9上的滑动螺母固定连接，所述Z方向平动伺服电机2的输出轴与Z方向滚珠丝杆8一端固定连接，可以利用Z方向平动伺服电机2工作带动Z方向滚珠丝杆8转动，使丝杆螺母座直线运动，通过Z方向滚珠丝杆8将Z方向平动伺服电机2的旋转运动转化为直线平动的Z方向进给运动。

所述X方向旋转运动数控轴包括X方向旋转伺服电机3，所述X方向旋转伺服电机3位于X方向平动伺服电机1下方一侧，且X方向旋转伺服电机3通过安装板与Z方向滚珠丝杆8上的滑动螺母固定连接，由X方向旋转伺服电机3驱动形成X方向的摆动旋转进给运动。

所述Y方向旋转运动数控轴包括Y方向旋转伺服电机4，所述Y方向旋转伺服电机4通过安装板与X方向旋转伺服电机3的输出轴固定连接，由Y方向旋转伺服电机4驱动形成Y方向的摆动旋转进给运动。

所述Z方向旋转运动数控轴包括Z方向旋转伺服电机5，所述Z方向旋转伺服电机5通过安装板与Y方向旋转伺服电机4的输出轴固定连接，由Z方向旋转伺服电机5驱动形成Z方向的摆动旋转进给运动。

所述Y方向直线平动运动数控轴由Y方向平动伺服电机6和Y方向滚珠丝杆7组成，所述Y方向平动伺服电机6固定安装在机架12上，所述Y方向滚珠丝杆7转动安装在机架12上端，所述Y方向平动伺服电机6的输出轴与Y方向滚珠丝杆7一端固定连接，所述Y方向滚珠丝杆7的滑动螺母上固定安装有工作台13，通过Y方向滚珠丝杆7将Y方向平动伺服电机6的旋转运动转化为直线平动的主切削运动，工作台13上固定被加工的工件12，伺服电机6作为产生切削力主运动的动力源，其额定功率和扭矩按最大切削力的要求确定，而Y方向滚珠丝杆7和机床机架12的结构尺寸应满足切削加工对其的强度要求。

所述Z方向旋转伺服电机5的输出轴上固定安装有非旋转曲面刀具10，所述非旋转曲面刀具10上表面设有安装座16，且非旋转曲面刀具10通过安装座16与Z方向旋转伺服电机5的输出轴固定连接，所述非旋转曲面刀具10下表面设有刀面15，所述刀面15呈曲面设置，刀具曲面片的大小可以根据待加工复杂曲面的大小进行设计，从而使刀具和机床结构尺寸可以设计得更小，且采用刀具曲面凹面宽行数控加工复杂曲面的凸面时，具有无可替代的便利和优势。

需要说明的是，六轴联动的数控刨削加工中心，在工作时，该刨削加工中心有6个自由度：3个旋转运动和3个直线平动；3个旋转运动轴相互垂直，分别沿机床坐标系的X轴、Y轴和Z轴方向，分别由一个伺服电机驱动形成往复摆动的进给运动；3个直线平动方向相互垂直，分别沿机床坐标系的X轴、Y轴和Z轴方向，分别由一个伺服电机驱动一套滚珠丝杆形成直线平动运动，其中，沿X、Z轴的直线平动，作为往复直线进给运动，沿Y轴方向的直线平动，作为刨削加工的产生切削力的主切削运动，上述所有运动所对应的运动副之间是串联关系，这些独立的运动通过这种运动副的串联关系最终合成为刀具相对工件的空间运动关系，与直线往复平动的主切削运动相匹配，切削刀具曲面采用非旋转曲面片，切削时，利用Z方向旋转伺服电机5带动非旋转曲面刀具10旋转进行切削工作，同时，可以利用X轴、Y轴方向旋转运动机构对角度进行调节，X轴、Y轴方向旋转运动机构分别由一个伺服电机驱动形成往复摆动的进给运动；上述伺服电机的运动由机床控制柜14中的机床控制系统控制；本发明将现有数控铣削加工中心的刀具切削主运动由旋转运动改变为直线平动，便于切削工作。

六轴联动的数控刨削加工中心的非旋转曲面刀具，将刀具曲面由旋转曲面改变为非旋转曲面，从而设计六轴联动的数控刨削加工中心，使该数控刨削加工中心在宽行数控加工某些类型的复杂曲面时，具有更高的加工精度和加工效率，并且可以按所加工曲面实际尺寸来确定非旋转刀具曲面片的大小，从而最大程度地减少刀具和机床结构的设计尺寸。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。