本發(fā)明屬于數(shù)控機床技術領域，涉及一種積木拼裝式數(shù)控車銑復合機床。

背景技術：

木工制品一直以來都深受人們喜愛，傳統(tǒng)的木工加工主要依靠人力，雖然制作精美，但效率較低，成本較高，同時隨著市場需求的擴大以及手工技藝的失傳，木工市場供不應求。

隨著時代的發(fā)展，傳統(tǒng)的手工加工逐漸被新型的機械設備和自動化設備代替，目前市面上有許多木工加工設備，網(wǎng)友diy各種小型機床也屢見不鮮。但是，現(xiàn)有的工加工設備普遍功能單一，結(jié)構生搬硬套，且多為手動控制，難以完成從坯料到成品一整套的工序，以及各式各樣造型雕刻，且沒有一臺真正意義上的車銑復合機床。雖有功能齊全的數(shù)控機床和加工中心，但普遍價格昂貴，操作困難，且面向于金屬加工和高精度加工，用于木工加工顯得大材小用。因此，無法普及于小成本的木工加工作坊和木工愛好者中。

同時，隨著數(shù)控技術的不斷發(fā)展，作為工業(yè)4.0的重要裝備，數(shù)控機床在制造業(yè)中逐漸得到廣泛應用，因此需要高等院校相關專業(yè)加強對該領域的教學與實訓。但由于數(shù)控機床價格昂貴，使得數(shù)控加工技術難以在廣大高等院校中推廣使用，大部分高等院校只配備了少量的數(shù)控機床用于演示，遠遠不能滿足教學與學生實際動手實訓需求。且由于數(shù)控機床操作復雜、維護費用高等特點，高等院校中現(xiàn)有的數(shù)控機床使用率很低，這嚴重阻礙了數(shù)控教學與實訓的發(fā)展。因此，研發(fā)一臺價格低廉、結(jié)構簡單、功能豐富、操作簡單、能開放式編程控制的數(shù)控機床在木工加工和高等教育領域顯得尤為重要。

而車削和銑削作為機械加工中重要的兩種成型方式，廣泛應用于制造業(yè)加工之中。車銑復合機床便是復合兩種加工方式，實現(xiàn)回轉(zhuǎn)體的復合加工，減少工件裝夾次數(shù)，提高加工效率，同時可以實現(xiàn)部分鉆床和雕刻機的功能。目前，市面上缺乏小型車銑復合機床，很多所謂的“車銑復合”僅僅實現(xiàn)了“車鉆復合”，并沒有真正意義上實現(xiàn)“車銑復合”，原因在于實現(xiàn)小型車銑復合機床的設計面臨著成本、結(jié)構布局和控制技術上的困難。

技術實現(xiàn)要素：

為克服現(xiàn)有技術所存在的缺陷，現(xiàn)提供一種積木拼裝式數(shù)控車銑復合機床，以實現(xiàn)真正意義的車銑復合，進一步滿足布局緊湊、價格低廉、功能豐富、操作簡單等特點，更利于向木工加工和高等教育領域推廣，旨在降低設備成本，提高加工效率，改善數(shù)控教學。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的解決方案是：提供一種積木拼裝式數(shù)控車銑復合機床，包括床身框架以及數(shù)控模塊，所述床身框架上設有工件卡盤、滑臺以及車床尾座，所述工件卡盤固設于所述床身框架的一端，所述車床尾座設于所述床身框架的另一端且可向所述工件卡盤調(diào)節(jié)滑動，所述滑臺的兩端分別跨設于所述床身框架的兩側(cè)，通過所述數(shù)控模塊控制所述滑臺滑動于所述工件卡盤與所述車床尾座之間，所述滑臺的兩端分別設有車刀模塊以及銑刀模塊，所述工件卡盤對準所述滑臺的中部，通過所述數(shù)控模塊分別控制所述車刀模塊以及所述銑刀模塊交替有序地滑向所述滑臺的中部進而對所述工件卡盤上的工件進行交錯進刀。

優(yōu)選地，所述床身框架整體鏤空且包括立體空間內(nèi)、相互垂直的x軸方向、y軸方向以及z軸方向，所述床身框架的兩側(cè)分別設有沿所述x軸方向設置的第一滑軌模組，所述滑臺的兩端分別跨設于兩側(cè)的所述第一滑軌模組進而所述滑臺沿所述x軸方向滑動，所述床身框架的內(nèi)部設有沿所述x軸方向設置的第二滑軌模組，所述第二滑軌模組位于所述工件卡盤的正下方，所述車床尾座穿過所述床身框架的表面并滑設于所述第二滑軌模組進而沿所述x軸方向滑向所述工件卡盤，所述滑臺上設有沿所述y軸方向設置的滑板，所述車刀模塊滑設于所述滑板的一端并沿所述y軸方向滑向所述工件卡盤，所述滑板的另一端設有沿所述y軸方向滑動的滑道模組，所述滑道模組沿所述z軸方向設立，所述銑刀模塊滑設于所述滑道模組進而沿所述z軸方向往復滑動。

優(yōu)選地，所述床身框架的上表面固設有安裝底框，所述安裝底框的兩側(cè)表面上設有沿所述x軸方向延伸的床面導軌，所述滑臺以及所述車床尾座分別滑設于所述床面導軌上。

優(yōu)選地，所述滑板的底部兩端分別固設有墊塊，所述滑板通過墊塊滑設于滑臺上。

優(yōu)選地，述工件卡盤通過伺服電機配合同步帶輪驅(qū)動，通過所述數(shù)控模塊控制所述伺服電機的轉(zhuǎn)速進而分別形成高速轉(zhuǎn)動模式以及分度轉(zhuǎn)動模式，所述高速轉(zhuǎn)動模式用于車刀時致使所述工件卡盤高速運轉(zhuǎn)，所述分度轉(zhuǎn)動模式用于銑刀時致使所述工件卡盤轉(zhuǎn)動指定的角度。

優(yōu)選地，：所述數(shù)控模塊包括pc模塊以及電控部分，所述電控部分包括運動控制卡，所述pc模塊通過開放式數(shù)控軟件轉(zhuǎn)換成所述運動控制卡可識別的信號，并通過所述運動控制卡發(fā)送脈沖信號控制所述電控部分進而控制所述分度轉(zhuǎn)動模式的轉(zhuǎn)動度數(shù)及轉(zhuǎn)動速度。

優(yōu)選地，所述電控部分包括單軸控制卡以及步進電機，所述步進電機用于控制分別位于所述x軸方向、所述y軸方向以及所述z軸方向上各個構件的運動，所述單軸控制卡通過將開關量轉(zhuǎn)變?yōu)槊}沖信號以供控制所述步進電機的運行。

優(yōu)選地，所述床身框架通過鋁板以及角件并配合螺栓拼裝而成。

優(yōu)選地，所述工件卡盤的外側(cè)安裝有防護罩。

優(yōu)選地，所述防護罩由透明的亞克力板配合角件拼裝而成，所述工件卡盤具有正爪以及反爪以供牢固夾持細長工件。

本發(fā)明積木拼裝式數(shù)控車銑復合機床的有益效果包括：

1)車銑復合：不同于市面上傳統(tǒng)車鉆復合機床，在結(jié)構和功能上實現(xiàn)了真正意義的車銑復合。能通過一次裝夾完成車削、銑削、鉆孔和雕刻等加工，減少更換機床的過程。同時，在加工回轉(zhuǎn)體方面擁有傳統(tǒng)多軸雕刻機無法企及的高加工速度；

2)結(jié)構布局：車刀模塊和銑刀模塊置于同一滑臺滑板平面兩側(cè)，共用一個線性軸，使得車銑兩種加工方式交錯加工，避免互相干擾；

3)伺服電機驅(qū)動主軸：伺服電機通過同步帶輪驅(qū)動卡盤主軸，實現(xiàn)在車削時卡盤能高速轉(zhuǎn)動作為車削主軸，在銑削時卡盤能分度轉(zhuǎn)動作為a軸(即卡盤軸心方向)旋轉(zhuǎn)軸；

4)積木式床身：整體床身結(jié)構全部使用工業(yè)鋁型材輔以角件和鋁板，完全采用螺栓拼裝而成，在保證足夠的強度和剛度的同時減輕了整體的重量。同時，由于鋁型材自身拆裝方便的特點，該機床運輸方便，能進行深度的diy，即可根據(jù)不同的需求更改結(jié)構、組合和豐富功能；

5)開放式數(shù)控系統(tǒng)：pc機和運動控制卡組成整個數(shù)控系統(tǒng)的中心，其開放式的特點可依據(jù)人機互動實現(xiàn)不同的需求和功能；

6)價格低廉，功能豐富，操作簡單：相對于其他市面上的雕刻機和大型數(shù)控設備，本機床價格低廉，功能豐富，操作簡單，適合推廣于普通高等院校、小型木制品加工作坊和個人發(fā)燒友，用于數(shù)控實訓教學、小型木工加工和家庭木工diy制作。

附圖說明

圖1為本發(fā)明積木拼裝式數(shù)控車銑復合機床的工作原理示意圖；

圖2為本發(fā)明積木拼裝式數(shù)控車銑復合機床其整體結(jié)構的第一立體視角示意圖；

圖3為本發(fā)明積木拼裝式數(shù)控車銑復合機床其整體結(jié)構的第二立體視角示意圖。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖所示實施例對本發(fā)明進一步加以說明。

如圖1所示，本發(fā)明首先提供了一種積木拼裝式數(shù)控車銑復合機床，該車銑復合機床包括輸入輸出設備99、數(shù)控系統(tǒng)98、驅(qū)動系統(tǒng)97和機床本體96。

如圖2和圖3所示，床身結(jié)構2使用工業(yè)鋁型材輔以角件20和鋁板22拼裝而成，密度小，組件重量輕，緊固部分依靠螺栓螺母，便于用戶拆裝，且方便運輸。床身2尺寸長度900mm，寬度410mm，高度525±20mm。床身2寬度較寬，整體呈封閉形態(tài)，帶有六根主要支撐型材和地腳，尼龍地腳可調(diào)節(jié)，穩(wěn)定性更好。型材一側(cè)墊高，放置車削主軸模塊，中間鏤空，方便排屑。型材具有很高的拓展性，可以根據(jù)需要增加結(jié)構和功能。

具體地，為有助于理解，圖2和圖3中分別于左上角添置了輔助坐標軸，其x軸為圖中矩形機床的長度方向，y軸為圖中機床的寬度方向，z軸為圖中機床的高度方向。機床主體包括：防護罩1、床身2、同步帶輪模組3、伺服電機模塊4、x軸第一滑軌模組5、x軸第二滑軌模組6、y軸滑臺模組7、車刀模塊8、尾架部分9、銑刀模塊10、z軸滑道模組11、工件卡盤主軸12等部分。其中：

所述防護罩1用于保證同步帶和主軸高速轉(zhuǎn)動時的人員安全。防護罩由亞克力板通過角件拼接而成，固定于型材上。亞克力板擁有一定的強度，且由于其透明效果，可以觀察主軸部分的運行情況。

床身2如前所述，其功能用于連接和支撐各個零部件，作為整個機床的主體。

所述同步帶輪模組3、伺服電機模塊4和卡盤主軸12組成了車削主軸部分，伺服電機和卡盤主軸置于床身2一邊的上下側(cè)，中間通過同步帶輪連接，這樣主軸和電機上下布置是較為傳統(tǒng)的布置方式，可以充分地利用空間，使得結(jié)構更加緊湊。選用750w的伺服電機，伺服電機通過同步帶輪帶動卡盤主軸12，在切削時可以提供高速的轉(zhuǎn)動，在銑削時可以作為分度軸進行分度轉(zhuǎn)動，提供更好的穩(wěn)定性和精度。選用160卡盤，加持范圍正爪：3mm-55mm，由內(nèi)往外撐：50mm-160mm，反爪：55m-145mm，通孔39mm，便于夾持細長件。選用l型帶寬20mm同步帶輪進行傳動，不同于普通v帶輪會產(chǎn)生打滑，同步帶輪能提供更高的傳動精度，且能防止過載，傳動比1.5。

所述x軸第一滑軌模組5作為主要線性傳動部件之一，安裝在床身2兩側(cè)，其有效導程為300mm，使用絲桿其傳動精度要求為0.02mm。由于床身2寬度較大，為保證其傳動平衡設置左右兩組滑臺，同時使用2臺大扭矩57步進電機，其靜力矩為25kg.cm，保證傳動扭矩。主要承重集中在上方的兩組附加導軌滑塊上，最大載重96kg。

所述x軸第二滑軌模組6作為附加線性傳動部件，安裝在床身2內(nèi)部，位于工件卡盤12的正下方，用于尾架部分9的線性傳動，使得尾架可控，其滑臺參數(shù)同x軸。

所述y軸滑臺模組7作為主要線性傳動部件之一，安裝在滑臺x上方，驅(qū)動車刀和銑刀的進給與退刀。其有效導程為220mm，使用絲桿其傳動精度要求為0.02mm，滑臺型材為鋁合金，水平放置載重50kg，帶有防屑板。其滑臺中安裝兩塊滑塊板，中間一塊640mm長的滑板15，滑塊位置支撐受力較大的車刀與銑刀底部，滑板15部分由型材搭建，長滑板15的兩側(cè)為車刀和銑刀座的墊高型材，兩側(cè)刀具水平距離一百多毫米，以便一個刀具進給時另一個刀具退刀，從而使得車銑兩種加工方式交錯加工，避免互相干擾，并預留一定的安全距離保證加工長度不受影響。

所述車刀模塊8作為車削主要工作部分，安裝在滑臺y滑板15一側(cè)的墊高型材上，中間m12螺栓固定，可以兩側(cè)裝刀，三顆m8螺栓固定車刀。其中車刀可根據(jù)不同的加工外形和尺寸更換各式各樣的加工刀具。

所述尾架部分9可更換鉆夾頭和頂尖，鉆夾頭用于車削時的軸向鉆孔，頂尖為橄欖核頭，在銑削雕刻加工細長件時使用活動頂尖，起到提高剛度減小彎曲的作用。

所述銑刀模塊10作為銑削主要工作部分，擔負著銑、鉆、雕的功能。主體為一臺直流電機，變頻調(diào)速，風冷，最高轉(zhuǎn)速為24000rpm。銑刀頭可裝雕刻尖刀、銑刀和鉆頭，可以進行銑f削、雕刻和徑向的鉆孔。

所述z軸滑道模組11作為主要線性傳動部件之一，用于驅(qū)動銑刀主軸的進給和退刀。其安裝于滑臺y滑板一側(cè)的墊高型材上，與滑臺y參數(shù)類似，為圓軌，具備有效導程為200mm，豎直方向載重25kg。

如圖3所示，進一步地，所述床身2的上表面固設有安裝底框13，所述安裝底框13的兩側(cè)表面上設有沿所述x軸方向延伸的床面導軌14，所述滑臺7以及所述車床尾座9分別滑設于所述床面導軌14上。所述滑板15的底部兩端分別固設有墊塊16，所述滑板15通過墊塊16滑設于滑臺7上。

較為優(yōu)選地，機床整體實際可根據(jù)需要確定不同的尺寸。該機床可實現(xiàn)多數(shù)木材料的外圓和內(nèi)圓的車削加工，表面的銑削及造型雕刻，軸向和徑向的鉆孔。

結(jié)合圖1所示，所述數(shù)控系統(tǒng)98具有開放式特點，由通用pc機模塊和高速運動控制卡90模塊組成，其中pc機模塊作為上位機，高速控制卡模塊作為下位機，兩者采用usb技術連接組成主從式數(shù)控系統(tǒng)。其中pc機模塊由pc機和開放式數(shù)控軟件組成，具體使用方法是將設計好的加工g代碼導入數(shù)控軟件中，通過軟件轉(zhuǎn)換成運動控制卡90可以識別的信號，再通過運動控制卡90控制整個電控系統(tǒng)，從而控制機床進行加工，操作簡單，維護方便。

具體地，上述機床的電控部分包括電源部分、運動控制卡90、單軸控制卡、步進電機及其驅(qū)動器、伺服電機及其驅(qū)動器、主軸電機及其變頻器等電子元器件組成。其中：

所述電源部分包括電源插座、指示燈、漏電保護器、濾波器、接觸器、24v電源、鑰匙開關、接觸開關、電線等電子元器件。其作用在于保證各個電子元器件的基本控制、供電和安全。

所述運動控制卡90作為整個電控部分的中心，接收來自pc機的信號，再轉(zhuǎn)變成模擬量和脈沖量等電信號，從而控制整個電控部分的電機驅(qū)動器和變頻器。

所述單軸控制卡作為附加控制中心，能將開關量轉(zhuǎn)變?yōu)槊}沖信號，用于單獨控制各個步進電機運動，從而實現(xiàn)手動控制和電機調(diào)試。

所述步進電機及其驅(qū)動器用于控制x、y、z、w軸的運動，一共使用5組電機。其中x軸方向為2組電機，需要實現(xiàn)同步控制。具體實現(xiàn)技術為：將控制卡輸出同一脈沖信號同時接入兩臺步進電機的驅(qū)動器，從而實現(xiàn)x軸同步驅(qū)動。

所述伺服電機及其驅(qū)動器作為車銑復合的重要驅(qū)動部件，在車削時需要高速轉(zhuǎn)動，在銑削時需要分度轉(zhuǎn)動。具體實現(xiàn)技術為：伺服電機具有兩種操作模式，速度模式和位移模式。其中速度模式使用模擬量控制，通過輸入電平高低線性控制其轉(zhuǎn)速，因而用于高速轉(zhuǎn)動；位置模式使用脈沖量控制，通過脈沖數(shù)控制其轉(zhuǎn)動角度，因而用于分度轉(zhuǎn)動。

所述主軸電機及其變頻器作為銑削主軸的主要運動部分，其變頻器信號來源為模擬量，線性對應其轉(zhuǎn)速。

完成上述實施過程后，應能體現(xiàn)出本發(fā)明的以下特點：

1)車刀與銑削主軸同時安裝于y線性軸上滑臺兩端，并使得車刀進給時，銑刀座退刀，反之亦然，使得車銑兩種加工方式交錯加工，避免互相干擾，并預留一定的安全距離保證加工長度不受影響；

2)卡盤主軸賦予了分度轉(zhuǎn)動功能，該主軸由伺服電機通過同步帶輪進行驅(qū)動，在車削時該主軸可以高速轉(zhuǎn)動，銑削時該主軸可以分度轉(zhuǎn)動作為a軸；

3)伺服電機具有兩種操作模式，速度模式和位移模式。其中速度模式使用模擬量控制，通過輸入電平高低線性控制其轉(zhuǎn)速，因而用于高速轉(zhuǎn)動；位置模式使用脈沖量控制，通過脈沖數(shù)控制其轉(zhuǎn)動角度，因而用于分度轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)多軸聯(lián)動加工和車銑復合加工；

4)床身結(jié)構使用工業(yè)鋁型材輔以角件和鋁板拼裝而成，拆裝方便，拓展性強，便于改造。床身寬度較大，加工平臺穩(wěn)定性好，中間鏤空，方便排除廢屑。

上述的對實施例的描述是為便于該技術領域的普通技術人員能理解和應用本發(fā)明。熟悉本領域技術的人員顯然可以容易地對這些實施例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應用到其他實施例中而不必經(jīng)過創(chuàng)造性的勞動。因此，本發(fā)明不限于上述實施例，本領域技術人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，不脫離本發(fā)明范疇所做出的改進和修改都應該在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。