專利名稱：微型縱切雙刀排車削機床的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于車削加工具有軸類特征的微小零件的微型縱切雙刀排車削機床，屬于機械加工設備技術領域。
背景技術：
航空航天、國防工業(yè)、微電子行業(yè)、現(xiàn)代醫(yī)學以及生物工程技術領域所使用的精密/超精密三維微小零件具有從微米到毫米數(shù)量級的尺寸特征，三維微小零件及使用三維微小零件的微型裝置還具有結(jié)構(gòu)形狀特異化、零件材料多樣化、尺寸及表面質(zhì)量高精度化的特征。采用普通車床加工這些技術領域所使用的具有軸類特征的微小零件存在諸多弊端。申請?zhí)枮镃N200520050389. 7的一件中國專利公開了一項名稱為“一種微型車床”的技術方案。該方案由床頭箱、變速手柄、刀架機構(gòu)、尾座、走刀絲桿、床身和走刀變速機構(gòu)等部分組成；通過一對皮帶塔輪輸入動力，在床身中段設置排屑漏斗；在床頭箱內(nèi)設有輸入軸、主軸、傳動軸和輸出軸，輸入軸上有兩個齒輪，主軸上有五個齒輪，傳動軸上有三個齒輪，輸出軸上有兩個齒輪；所述尾座依靠鉸鏈與床身尾端相連，尾座依靠手柄擺動令轉(zhuǎn)動輪帶動齒輪旋轉(zhuǎn)，齒輪經(jīng)齒條帶動活動滑塊沿滑軌作直線運動；所述主軸依靠皮帶塔輪和兩個變速手柄可有八檔速度變化，使用方法與普通車床相同。該專利公開的技術方案依靠一對皮帶塔輪輸入動力，主軸轉(zhuǎn)速較低、加工微小零件的效率低且加工表面質(zhì)量差；另外，該方案采取單刀排布置方式，在加工細長軸類零件時易使工件發(fā)生彎曲變形，降低加工精度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的提出一種微型縱切雙刀排車削機床，解決現(xiàn)有技術中存在的加工效率低、加工表面質(zhì)量差和加工細長軸類零件易彎曲變形的問題。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的微型縱切雙刀排車削機床包括減震平臺、支撐單元、主軸單元、車削單元和計算機控制系統(tǒng)；所述支撐單元固定在所述減震平臺上，所述主軸單元固定在所述減震平臺上，所述主軸單元帶動被加工工件做高速旋轉(zhuǎn)運動，所述車削單元包括兩個結(jié)構(gòu)相同的子單元，所述兩個結(jié)構(gòu)相同的子單元分別位于主軸的兩側(cè)并固定在所述支撐單元上，所述兩個子單元上分別放置相對于主軸單元中的主軸對稱的刀具；所述主軸單元可以實現(xiàn)沿主軸方向進給，所述車削單元可以實現(xiàn)左右和上下方向的移動；所述計算機控制系統(tǒng)通過數(shù)控系統(tǒng)控制各個運動部件實現(xiàn)運動。所述支撐單元包括圓柱形導套、圓柱形導套外套、法蘭、支撐板；所述支撐板的垂直向的平面上端有一個上凸臺、下端有一個下凸臺，所述上凸臺和所述下凸臺上均有矩形凹槽，所述上凸臺和所述下凸臺之間設置有垂直凸臺，所述垂直凸臺垂直于水平向，所述上凸臺、下凸臺和垂直凸臺表面均平齊；所述垂直凸臺的中央開有通孔，所述法蘭與所述通孔配合并通過螺栓固定在支撐板的垂直凸臺上，所述圓柱形導套插入法蘭的細徑圓管的孔中通過螺紋連接，圓柱形導套外套套在圓柱形導套上，兩者螺紋連接，旋轉(zhuǎn)圓柱形導套外套實現(xiàn)圓柱形導套松緊的調(diào)節(jié)，所述圓柱形導套與被加工工件間隙配合。所述工件直徑的取值范圍為:1mm彡Φ彡7mm。所述主軸單元包括電主軸、電主軸夾具和Z向滑臺；所述電主軸夾具中間開有孔，上部中間開有空隙與所述孔連通，所述空隙兩邊分別有一個緊固耳，所述電主軸置于電主軸夾具的孔中，調(diào)節(jié)所述兩個緊固耳之間的距離調(diào)節(jié)孔徑的大小實現(xiàn)對電主軸的夾緊或松開；所述電主軸與孔同軸；所述電主軸夾具固定在Z向滑臺上，所述Z向滑臺帶動電主軸和電主軸夾具沿Z向運動，所述Z向滑臺與減震平臺固接。所述車削單元的每個子單元包括刀排架、Y向滑臺和X向滑臺；所述Y向滑臺固定在所述X向滑臺上，所述X向滑臺和Y向滑臺互相垂直，所述刀排架固定在所述Y向滑臺上，通過X向滑臺和Y向滑臺的共同作用帶動刀排架上的刀具實現(xiàn)X方向和Y方向的運動，所述Y向滑臺與所述Z向滑臺結(jié)構(gòu)相同。所述刀排架通過螺栓與Y向滑臺中間部分連接，通過Y向滑臺7的滑動實現(xiàn)刀具的Y向移動；所述刀排架可以安裝兩把以上刀具；每個刀排架分別獨立地滑動以調(diào)整刀具。所述X向滑臺包括電機A、電機支座A、聯(lián)軸器、絲杠A、螺母A、連接板A和絲杠座A ;所述電機A固接在電機支座A上,聯(lián)軸器一端連接電機A , —端固接絲杠A ,絲杠A另一端放置在絲杠座A的軸承內(nèi)，螺母A與連接板A固接，與絲杠A之間形成螺紋副，從而帶動連接板沿著X方向移動；所述Y向滑臺包括絲杠座B、絲杠B、連接板B、電機支座B、電機B、工字型滑軌、滑塊和滑臺底板；底板的一端固接電機支座，電機固接在電機支座上，絲杠的一端與電機的電機軸固接，另一端置于固接在滑臺底板的另一端的絲杠座的軸承內(nèi)；兩個工字型滑軌固定在滑臺底板上，并位于絲杠座兩側(cè)垂直于絲杠座，所述每個工字型滑軌上設置有兩個滑塊A，所述滑塊A可以在所述工字型滑軌上滑動，所述連接板固定在所述滑塊A上，所述連接板內(nèi)部設有螺母B與所述絲杠形成螺旋副；所述Y向滑臺通過X向滑臺上的孔用螺栓與長方體滑軌上的滑塊B固連。所述Y向滑臺的滑臺底板通過所述X向滑臺上的孔A互相垂直安裝于X向滑臺上，由X向滑臺帶動Y向滑臺及其上組件進行X方向的移動，并且通過長方體滑軌實現(xiàn)導向和承重的功能；x向滑臺通過螺栓固定于所述支撐板上。所述車削機床整體尺寸小于300mmX 300mmX 400mm。本發(fā)明的有益效果為:本發(fā)明的微型縱切雙刀排車削機床采用電主軸輸入動力，機床主軸由內(nèi)裝式電動機直接驅(qū)動,本設備主軸轉(zhuǎn)速最高可達到80000轉(zhuǎn)/分鐘，是普通高速車床轉(zhuǎn)速的2倍以上，提高了加工效率和加工表面質(zhì)量；此外，加工過程中可以實現(xiàn)一次裝夾，通過刀排架在Y向滑臺7上沿Y向的移動實現(xiàn)刀具切換從而完成多工序的加工，在提高加工效率的同時減小了工件的彎曲變形，提高了加工精度。


圖1為本發(fā)明的微型縱切雙刀排車削機床的立體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明的微型縱切雙刀排車削機床的另一角度立體結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明的微型縱切雙刀排車削機床結(jié)構(gòu)主視圖；圖4為本發(fā)明的微型縱切雙刀排車削機床結(jié)構(gòu)左視圖；圖5為本發(fā)明的微型縱切雙刀排車削機床結(jié)構(gòu)俯視圖6為本發(fā)明的支撐板整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖7為本發(fā)明的支撐板另一角度整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖8為本發(fā)明的法蘭結(jié)構(gòu)主視圖；圖9為圖8的A-A剖視圖；圖10為本發(fā)明的X向滑臺結(jié)構(gòu)示意圖；圖11為本發(fā)明的Y向滑臺結(jié)構(gòu)示意圖；圖12為本發(fā)明的長方體滑軌結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步描述。參見附圖1、附圖2、附圖3、附圖4和附圖5，本發(fā)明的微型縱切雙刀排車削機床包括減震平臺13、支撐單元、主軸單元、車削單元和計算機控制系統(tǒng)；所述支撐單元固定在所述減震平臺13上，所述主軸單元固定在所述減震平臺13上，并穿過所述支撐單元，所述車削單元包括兩個結(jié)構(gòu)相同的子單元，所述兩個結(jié)構(gòu)相同的子單元分別位于主軸的兩側(cè)并固定在所述支撐單元上，所述兩個子單元上分別放置相對于主軸單元中的主軸對稱的刀具2 ；所述主軸單元可以實現(xiàn)沿主軸方向進給，所述車削單元可以實現(xiàn)左右和上下方向的移動；所述計算機控制系統(tǒng)通過數(shù)控系統(tǒng)控制各個運動部件實現(xiàn)運動。所述主軸單元包括電主軸7、電主軸夾具6和Z向滑臺9 ;所述電主軸夾具6中間開有孔，上部中間開有空隙與所述孔連通，所述空隙兩邊分別有一個緊固耳，所述電主軸7置于電主軸夾具6的孔中，調(diào)節(jié)所述兩個緊固耳之間的距離調(diào)節(jié)孔徑的大小實現(xiàn)對電主軸7的夾緊或松開；所述電主軸7與孔同軸；所述電主軸夾具6固定在Z向滑臺9上，所述Z向滑臺9帶動電主軸7和電主軸夾具6沿Z向運動，所述Z向滑臺9與減震平臺13固接。所述車削單元的每個子單元包括刀排架1、Y向滑臺12和X向滑臺10 ;所述Y向滑臺12固定在所述X向滑臺10上，所述X向滑臺10和Y向滑臺12互相垂直，所述刀排架I固定在所述Y向滑臺12上，通過X向滑臺10和Y向滑臺12的共同作用帶動刀排架I上的刀具2實現(xiàn)X方向和Y方向的運動。所述刀排架I通過螺栓與Y向滑臺12中間部分連接，通過Y向滑臺127的滑動實現(xiàn)刀具2的Y向移動；所述刀排架I可以安裝兩把以上刀具2 ;每個刀排架I分別獨立地滑動以調(diào)整刀具2 ;刀具2安裝于刀排架I的刀槽中，通過調(diào)節(jié)刀排架I上的螺栓對刀具2夾緊。參見附圖6、附圖7、附圖8和附圖9，所述支撐單元包括所述的支撐單元包括圓柱形導套3、圓柱形導套外套4、法蘭5、支撐板11 ;所述支撐板11的垂直向的平面上端有一個上凸臺1101、下端有一個下凸臺1102，所述上凸臺1101和所述下凸臺1102上均有矩形凹槽，所述上凸臺1101和所述下凸臺1102之間設置有垂直凸臺1103，所述垂直凸臺1103垂直于水平向，所述上凸臺1101、下凸臺1102和垂直凸臺1103表面均平齊；所述垂直凸臺1103的中央開有通孔1104，所述法蘭5與所述通孔1104配合并通過螺栓固定在支撐板11的垂直凸臺1103上，所述圓柱形導套3插入法蘭5的細徑圓管的孔中通過螺紋連接，圓柱形導套外套4套在圓柱形導套3上，兩者螺紋連接，旋轉(zhuǎn)圓柱形導套外套4調(diào)節(jié)導套的松緊，實現(xiàn)對圓柱形導套3中的工件的夾緊或松開。
參見附圖10、附圖11和附圖12，所述X向滑臺10包括所述X向滑臺10包括電機A1001、電機支座A 1002、聯(lián)軸器1003、絲杠A 1007、螺母A 1006、連接板A 1004和絲杠座A 1005 ;所述電機A固接在電機支座A上，聯(lián)軸器一端連接電機A，一端固接絲杠A，絲杠A另一端放置在絲杠座A的軸承內(nèi)，絲杠座A用螺栓固定在支撐板11上，螺母A與連接板A固接，與絲杠A之間形成螺紋副，從而帶動連接板沿著X方向移動；所述Y向滑臺12包括絲杠座B 1201、絲杠B 1202、連接板B 1203、電機支座B 1204、電機B 1205、工字型滑軌1206、滑塊A1207和滑臺底板1208 ;滑臺底板1208的一端固接電機支座B1204，電機B1205固接在所述電機支座B1204上，絲杠B1202的一端與電機B1205的電機軸固接，另一端放置在固接在滑臺底板1208的另一端的絲杠座B1201的軸承內(nèi)；兩個工字型滑軌1206固定在滑臺底板1208上，并位于絲杠座B1201兩側(cè)垂直于絲杠座B1201，所述每個工字型滑軌1206上設置有兩個滑塊A1207，所述滑塊A1207可以在所述工字型滑軌1206上滑動，所述連接板B1203固定在所述滑塊A1207上，所述連接板B1203內(nèi)部設有螺母B與所述絲杠B1202形成螺旋副；所述Y向滑臺12通過螺栓與長方體滑軌8上的滑塊B801固連；X向滑臺10運動時帶動滑塊B801沿長方體滑軌8滑動，起到X軸導向作用。所述Y向滑臺12的滑臺底板通過所述X向滑臺10上的孔A互相垂直安裝于X向滑臺10上，由X向滑臺10帶動Y向滑臺12及其上組件進行X方向的移動，并且通過長方體滑軌8實現(xiàn)導向和承重的功能；X向滑臺10通過其下方的孔B用螺栓固定于支撐板11上。所述Z向滑臺9與所述Y向滑臺12的結(jié)構(gòu)相同，所述機床的X、Y、Z三向滑臺分別用電纜連接機床控制柜，機床控制柜與計算機控制系統(tǒng)主機與顯示器連接，通過數(shù)控軟件對機床控制柜中的控制模塊給出指令，實現(xiàn)X、Y、Z三向滑臺的相應運動。首先控制Y向滑臺12和Z向滑臺9的進給，實現(xiàn)對刀。在對刀之后，根據(jù)要加工的零件的形狀，編制相應的程序。通過計算機中數(shù)控系統(tǒng)，控制χ方向的滑臺實現(xiàn)雙排刀具2同時沿工件徑向進給，控制主軸下方的滑臺實現(xiàn)沿工件軸線即Z方向的進給；其中，Y方向的滑臺僅在對刀中運動，而在切削過程中固定不動。本發(fā)明的車削機床的尺寸為300mm X 300mm X 400mm,加工出的工件為直徑在O. 5mm至5mm范圍內(nèi)，最大長徑比為10的工件，能夠夾持的工件的直徑范圍在Imm至7mm ;加工出的工件通過人工手動取出。和傳統(tǒng)機床及普通微小機床相比設備和加工出的產(chǎn)品的體積都大幅減小。主軸轉(zhuǎn)速最高可達到80000轉(zhuǎn)/分鐘，是普通高速車床轉(zhuǎn)速的2倍以上。所述減震平臺13為大理石減震平臺13，通過整機的振動試驗優(yōu)化設計解決了機床振動和高噪聲的問題。本裝置根據(jù)二力平衡原理采用雙刀排水平對置方式，對工件進行雙向同時進刀，此外，加工過程中可以實現(xiàn)一次裝夾，通過刀刀排架I在Y向滑臺12上沿Y向的移動實現(xiàn)刀具2切換從而完成多工序的加工，在提高加工效率的同時減小了工件的彎曲變形，提高了加工精度。
權(quán)利要求
1.微型縱切雙刀排車削機床，其特征在于，包括減震平臺(13)、支撐單元、主軸單元、車削單元和計算機控制系統(tǒng)；所述支撐單元固定在所述減震平臺(13)上，所述主軸單元固定在所述減震平臺(13)上，所述主軸單元帶動被加工工件做高速旋轉(zhuǎn)運動，所述車削單元包括兩個結(jié)構(gòu)相同的子單元，所述兩個結(jié)構(gòu)相同的子單元分別位于主軸的兩側(cè)并固定在所述支撐單元上，所述兩個子單元上分別放置相對于主軸單元中的主軸對稱的刀具(2);所述主軸單元可以實現(xiàn)沿主軸方向進給，所述車削單元可以實現(xiàn)左右和上下方向的移動；所述計算機控制系統(tǒng)通過數(shù)控系統(tǒng)控制機床控制器，進而控制各個運動部件實現(xiàn)運動。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微型縱切雙刀排車削機床，其特征在于，所述支撐單元包括圓柱形導套(3)、圓柱形導套外套(4)、法蘭(5)、支撐板(11);所述支撐板(11)的垂直向的平面上端有一個上凸臺(1101)、下端有一個下凸臺(1102)，所述上凸臺(1101)和所述下凸臺(1102)上均有矩形凹槽，所述上凸臺(1101)和所述下凸臺(1102)之間設置有垂直凸臺(1103)，所述垂直凸臺(1103)垂直于水平向，所述上凸臺(1101)、下凸臺(1102)和垂直凸臺(1103)表面均平齊；所述垂直凸臺(1103)的中央開有通孔(1104)，所述法蘭(5)與所述通孔(1104)配合并通過螺栓固定在支撐板(11)的垂直凸臺(1103)上，所述圓柱形導套(3)插入法蘭(5)的細徑圓管的孔中通過螺紋連接，圓柱形導套外套(4)套在圓柱形導套(3)上，兩者螺紋連接，旋轉(zhuǎn)圓柱形導套外套(4)實現(xiàn)圓柱形導套(3)松緊的調(diào)節(jié)，所述圓柱形導套(3)與被加工工件間隙配合。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微型縱切雙刀排車削機床，其特征在于，所述工件直徑的取值范圍為:1mm < Φ ^ 7mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微型縱切雙刀排車削機床，其特征在于，所述主軸單元包括電主軸(7)、電主軸夾具(6)和Z向滑臺(9);所述電主軸夾具(6)中間開有孔，上部中間開有空隙與所述孔連通，所述空隙兩邊分別有一個緊固耳，所述電主軸(7)置于電主軸夾具(6)的孔中，調(diào)節(jié)所述兩個緊固耳之間的距離調(diào)節(jié)孔徑的大小實現(xiàn)對電主軸(7)的夾緊或松開；所述電主軸(7)與孔同軸；所述電主軸夾具(6)固定在Z向滑臺(9)上，所述Z向滑臺(9)帶動電主軸(7)和電主軸夾具(6)沿Z向運動，所述Z向滑臺(9)與減震平臺(13)固接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的微型縱切雙刀排車削機床，其特征在于，所述車削單元的每個子單元包括刀排架(I)、Y向滑臺(12)和X向滑臺(10);所述Y向滑臺(12)固定在所述X向滑臺(10)上，所述X向滑臺(10)和Y向滑臺(12)互相垂直，所述刀排架(I)固定在所述Y向滑臺(12)上，通過X向滑臺(10)和Y向滑臺(12)的共同作用帶動刀排架(I)上的刀具(2)實現(xiàn)X方向和Y方向的運動，所述Y向滑臺與所述Z向滑臺結(jié)構(gòu)相同。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的微型縱切雙刀排車削機床，其特征在于，所述刀排架(I)通過螺栓與Y向滑臺(12)中間部分連接，通過Y向滑臺(12)的滑動實現(xiàn)刀具(2)的Y向移動；所述刀排架(I)可以安裝兩把以上刀具(2);每個刀排架(I)分別獨立地滑動以調(diào)整刀具(2)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的微型縱切雙刀排車削機床，其特征在于，所述X向滑臺(10)包括電機A(1001 )、電機支座A (1002)、聯(lián)軸器(1003)、絲杠A (1007)、螺母A (1006)、連接板A (1004)和絲杠座A (1005);所述電機A (1001)固接在電機支座A (1002)上，聯(lián)軸器(1002) —端連接電機A (1001)，一端固接絲杠A (1007)，絲杠A (1007)另一端放置在絲杠座A (1005)的軸承內(nèi)， 螺母A (1006)與連接板A (1004)固接，與絲杠A (1007)之間形成螺旋副，從而帶動連接板A( 1004)沿著X方向移動；所述Y向滑臺(12)包括絲杠座B (1201)、絲杠B (1202)、連接板B (1203)、電機支座B 1204、電機B 1205、工字型滑軌(1206)、滑塊A (1207)和滑臺底板(1208);滑臺底板(1208)的一端固接電機支座B (1204)，電機B(1205)固接在所述電機支座B (1204)上，絲杠B (1202)的一端與電機B (1205)的電機軸固接，另一端放置在固接在滑臺底板(1208)的另一端的絲杠座B (1201)的軸承內(nèi)；兩個工字型滑軌(1206)固定在滑臺底板(1208)上，并位于絲杠座B (1201)兩側(cè)垂直于絲杠座B(1201)，所述每個工字型滑軌(1206)上設置有兩個滑塊A (1207)，所述滑塊A (1207)可以在所述工字型滑軌(1206)上滑動，所述連接板B (1203)固定在所述滑塊A (1207)上，所述連接板B (1203)內(nèi)部設有螺母B與所述絲杠B (1202)形成螺旋副；所述Y向滑臺(12)(12)通過螺栓與長方體滑軌(8)上的滑塊B (801)固連。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的微型縱切雙刀排車削機床，其特征在于，所述Y向滑臺(12)的滑臺底板通過所述X向滑臺(10)上的孔A互相垂直安裝于X向滑臺(10)上，由X向滑臺(10)帶動Y向滑臺(12)及其上組件進行X方向的移動，并且通過長方體滑軌(8)實現(xiàn)導向和承重的功能；X向滑臺(10)通過螺栓固定在所述支撐板(11)上。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微型縱切雙刀排車削機床，其特征在于，所述車削機床整體尺寸小于 300mmX 300 mmX 400mm。
全文摘要
微型縱切雙刀排車削機床涉及一種用于車削加工具有軸類特征的微小零件的機床，屬于機械加工設備技術領域；目的在于解決現(xiàn)有技術中存在的加工效率低、加工表面質(zhì)量差和加工細長軸類零件易彎曲變形的問題。包括減震平臺、支撐單元、主軸單元、車削單元和計算機控制系統(tǒng)；支撐單元固定在所述減震平臺上，主軸單元固定在所述減震平臺上，主軸單元帶動被加工工件做高速旋轉(zhuǎn)運動，車削單元包括兩個結(jié)構(gòu)相同的子單元，兩個子單元上分別放置相對于主軸單元中的主軸對稱的刀具；所述主軸單元可以實現(xiàn)沿主軸方向進給，所述車削單元可以實現(xiàn)左右和上下方向的移動。提高加工效率的同時減小了工件的彎曲變形，提高了加工精度。
文檔編號B23B19/02GK103071810SQ20121057457
公開日2013年5月1日 申請日期2012年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月26日
發(fā)明者李曉舟, 于化東, 劉巖, 許金凱, 王晶東, 于占江, 孫岳, 顧佳超, 董山恒, 陳爽, 王曉冶 申請人:長春理工大學