專利名稱：主軸固定式高精度平面縮刻機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型是一種仿形縮刻銑床(刻模機(jī))。
圖1和圖2分別是現(xiàn)有平面縮刻機(jī)的原理圖和總體布局圖。圖1中ABCD是一個平行四邊形連桿仿形機(jī)構(gòu)、CD桿加長至E點(diǎn)為靠模桿中心，E點(diǎn)在樣板臺Ⅰ上沿樣板(靠模)運(yùn)動，F(xiàn)點(diǎn)為仿形機(jī)構(gòu)支承點(diǎn)，HJ和JG為兩個輔助支撐臂，H為輔助臂的支承點(diǎn)，G為裝夾刀具的主軸固定點(diǎn)?？磕影逖b在樣板臺Ⅰ上，工作裝在工作臺Ⅱ上。即樣板臺在工作臺之上。加長桿CDE的E點(diǎn)在C點(diǎn)的后方。圖2是這種平面縮刻機(jī)的總體布局圖。圖2中(1)為兩個輔助支承臂(即運(yùn)動擺臂HJ和JG)，仿形機(jī)構(gòu)(2)(即平行四邊形連桿機(jī)構(gòu)ABCD)在主機(jī)的最上部，主軸頭(4)掛在仿形機(jī)構(gòu)(2)上隨之作縮小仿形切削運(yùn)動，為減小主軸振動，運(yùn)動擺臂(1)作為主軸的輔助支撐、銑床式的工作臺(5)在主軸的下方，可進(jìn)行按直角 座標(biāo)系的縱向X軸橫向Y軸和垂直Z軸三個方向(下文中含義相同)的調(diào)整，(加工過程中不運(yùn)動)，樣板臺(3)在工作臺(5)的后上方，編號(6)為床身，(7)為低座。操作高度(即樣板臺距地面高度)約1200毫米。
現(xiàn)有平面縮刻機(jī)的總體布局存在如下缺點(diǎn)1)主軸頭(4)掛在懸臂結(jié)構(gòu)的仿形機(jī)構(gòu)(2)上，剛性差、振動大，精細(xì)雕刻較困難；2)由于主軸與仿形機(jī)構(gòu)連接，傳動皮帶對主軸的拉力也傳給了仿形機(jī)構(gòu)，改使操作仿形機(jī)構(gòu)不輕便、不靈活、震動大、易疲勞，稍有疏忽即引起滑刀、打刀，造成刀具或加工件損壞；3)工件工作臺調(diào)整機(jī)構(gòu)笨重復(fù)雜(需進(jìn)行X、Y、Z三個方向的調(diào)整)；4)樣板臺(3)距地面位置高，必須站立操作，加大了勞動強(qiáng)度。
本實用新型的目的是提供一種新結(jié)構(gòu)的平面縮刻機(jī)，即改進(jìn)總體布局和關(guān)鍵部件結(jié)構(gòu)，提高運(yùn)動精度和靈敏度，抗振性好，使之操作方便靈活，易于完成仿形縮小精細(xì)雕刻。
本實用新型平面縮刻機(jī)簡化了結(jié)構(gòu)，采用了新的總體布局。圖3是其原理圖。圖中ABCD為平行四邊形連桿，CD桿加長至E，E為靠模桿中心，AD桿上的F為仿形機(jī)構(gòu)支撐點(diǎn)，樣板臺和工作臺的相對位置與現(xiàn)有縮刻機(jī)正相反，即樣板臺在工作臺的右下方，加長桿CDE的E點(diǎn)在C點(diǎn)的右方，G為仿形機(jī)構(gòu)與工件工作臺連接點(diǎn)，亦即工件工作臺中心，經(jīng)此點(diǎn)，仿形機(jī)構(gòu)帶動工作臺作X軸、Y軸兩方向的仿形運(yùn)動。主軸是固定的，主軸軸線通過定導(dǎo)軌和工作臺的設(shè)計中心。(這時縮小倍數(shù)為1∞)。裝在工作臺上的工件的位置可以調(diào)整，(實際上是調(diào)整調(diào)整拖板－見后敘)，使G點(diǎn)與固定的主軸的軸線基本重合。工件位置調(diào)整好后再夾緊，然后開始加工。
圖4是本實用新型縮刻機(jī)的總體布局圖。主軸部件(10)緊固在床身立柱(11)上，加工過程中主軸只作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動及沿Z軸(垂直)方向的進(jìn)刀運(yùn)動，主軸軸線通過縱橫滾動導(dǎo)軌(10)的設(shè)計中心。(這時縮小倍數(shù)為1∞)。主軸下的工件工作臺(12)安裝在可以作縱向X軸和橫向Y軸運(yùn)動的滾動導(dǎo)軌(13)上，工作臺(12)與滾動導(dǎo)軌之下的平行四邊形連桿仿形機(jī)構(gòu)的后連桿G點(diǎn)聯(lián)結(jié)，由仿形機(jī)構(gòu)帶動作X軸、Y軸方向的縮小仿形運(yùn)動。本縮刻機(jī)取消了輔助支撐臂。仿形機(jī)構(gòu)右連桿的F點(diǎn)與調(diào)整拖板(15)相聯(lián)，該調(diào)整拖板是為調(diào)整工件的位置而設(shè)的，即當(dāng)工件與樣板的縮小比例變化時，要調(diào)整工作臺中心，使工件中心與G點(diǎn)(即工作臺中心，亦即仿形機(jī)構(gòu)與工作臺的連接點(diǎn))和主軸軸線基本重合，(原理見后敘)。調(diào)整拖板(15)的運(yùn)動方向與工作臺運(yùn)動的X軸方向夾角為α，可以同時實現(xiàn)對X軸、Y軸兩方向的調(diào)整，這樣就較現(xiàn)有縮刻機(jī)省去了一層拖板，簡化了結(jié)構(gòu)。樣板臺(16)布置在工作臺(12)的右下方。整機(jī)置于桌式機(jī)架上，樣板臺距地面高度(即操作高度)約800毫米，操作者可以坐著操作。各部件安裝在同一底座(17)上，(18)是由電機(jī)驅(qū)動的皮帶傳動機(jī)構(gòu)。
如前所述，調(diào)整拖板(15)是為調(diào)整工作臺中心的，調(diào)整拖板的運(yùn)動方向與工作臺運(yùn)動的X軸方向夾角為α。以下說明調(diào)整拖板的工作原理和夾角α的數(shù)值推導(dǎo)(參見圖3)設(shè)刻?？s小倍數(shù)以n表示?？s小比例范圍為12－150。
平行四邊形仿形機(jī)構(gòu)BC長200毫米，DE長300毫米，角DEF為α，F(xiàn)點(diǎn)為平行四邊形ABCD的支承點(diǎn)(即與調(diào)整拖板(15)的連接點(diǎn))，仿形機(jī)構(gòu)通過G點(diǎn)與工作臺中心點(diǎn)連接。
∵△FAG∽△FDE，(FG)/(FE) ＝ 1/(n)∴ (GA)/300 ＝ 1/(n) GA＝ 300/(n) ………(1)(AF)/(200－AF) ＝ 1/(n) AF＝ 200/((n＋1)) ………(2)理論上，當(dāng)縮小倍數(shù)n為無窮大時，GA和AF都為零，即F、A、G三點(diǎn)重合于G點(diǎn)，此G點(diǎn)為工作臺的設(shè)計中心。
從式(1)、(2)可見，不同的縮小倍數(shù)n在X軸方向和Y軸方向有相應(yīng)的GA(X)值和AF(Y)值，這相應(yīng)的X、Y值，就是在該縮小倍數(shù)下工作臺中心的偏移量，也就是調(diào)整拖板(15)的調(diào)整量。
當(dāng)縮小倍數(shù)n為2時，調(diào)整拖板的調(diào)整量最大，將數(shù)值代入(1)、(2)式，GA＝ 300/(n) ＝ 300/2 ＝150，AF＝ 200/(n＋1) ＝ 200/(2＋1) ＝66.66tgα＝ (AF)/(GA) ＝ 66.66/150α
24°這個α角就是工作臺X軸方向與調(diào)整拖板(15)運(yùn)動方向的夾角，按這個方向調(diào)節(jié)調(diào)整拖板(15)，即可同時獲得X軸、Y軸兩方向所要求的調(diào)整量。
本實用新型縮刻機(jī)的主軸，工作臺和平行四邊形連桿芯軸等關(guān)鍵部件，采用了新結(jié)構(gòu)，保證了縮刻機(jī)的高精度。
以下結(jié)合近圖5－7，詳細(xì)說明本實用新型縮刻機(jī)關(guān)鍵部件改進(jìn)設(shè)計的實施例。
圖5是本縮刻機(jī)的主軸部件的一個實施例。主軸部件(10)裝在主軸座(21)上，主軸(31)裝在圓管狀的主軸套(27)中，主軸套的內(nèi)孔分三段，兩端內(nèi)孔直徑比中間段內(nèi)孔直徑大，形成上下二段軸承座，主軸套頂端有外螺紋(25)，這里的調(diào)節(jié)螺母(23)上的上下兩端內(nèi)螺紋1分別與螺紋(25)和和差動螺母座(22)相配合，組成差動螺紋式的微進(jìn)給機(jī)構(gòu)。主軸的軸肩位于下段，主軸兩端有滾動軸承(24)和(33)裝在主軸套(27)兩端的軸承座中，主軸下端有兩只軸承(33)，用密封鎖緊螺母(36)緊固軸承的外圈，上端有一只軸承(24)，軸承(24)和(33)的內(nèi)外圈之間，用墊圈(30)、(34)、(35)隔開，主軸套(27)的上軸承座中，在軸承(24)外圈下有墊套(28)和圓柱形壓縮彈簧(29)，彈簧(29)在主軸套(26)與主軸軸承之間，沿軸向施加予緊力，當(dāng)主軸發(fā)熱伸長和軸承磨損時能自動補(bǔ)償，消除軸承的間隙，保證了主軸的高精度、高轉(zhuǎn)速，高運(yùn)動剛性及熱穩(wěn)定性。主軸頂端有帶螺釘鎖緊螺母(26)，鎖緊軸承內(nèi)圈。主軸下端為錐孔彈性夾頭，自下而上順序裝有彈性夾頭螺母(38)，皮帶輪(37)。主軸座(21)中段有帶滾花輪的鎖緊螺釘(32)，當(dāng)差動螺母(23)把進(jìn)刀量調(diào)整好后，用鎖緊螺釘(32)固緊主軸套。主軸套頂端裝有油杯(39)。
圖6是平行四邊形連桿仿形機(jī)構(gòu)的四個轉(zhuǎn)動副鉸接點(diǎn)結(jié)構(gòu)圖。為說明簡便起見，這里把平行四邊形連桿機(jī)構(gòu)的連桿按圖6中的位置稱為上連桿和下連桿，平行四邊形連桿的下連桿(46)與上連桿(43)之間用呈T形的芯軸(41)聯(lián)結(jié)，芯軸上套裝了向心滾動軸承(48)后裝入上連桿(43)的軸承座中。芯軸頂蓋(42)裝在上連桿上。上連桿和下連桿之間有推力軸承(44)和護(hù)套(47)，芯軸穿過該推力軸承和下連桿孔；芯軸的下端有螺紋，用帶螺釘調(diào)整螺母(45)將下連桿(46)和上述推力軸承(44)，上連桿(43)及向心軸承(48)等聯(lián)結(jié)，給兩個軸承一定的予加荷載，組成一副無間隙式高精度和高靈敏度的平行四邊形連桿鉸接點(diǎn)。
圖7為滾動導(dǎo)軌工作臺部件結(jié)構(gòu)，采用了結(jié)構(gòu)簡單摩擦系數(shù)小、靈敏度高的V形滾動導(dǎo)軌，為橫向裝配式結(jié)構(gòu)。導(dǎo)軌(54)用定位銷(55)定位，用螺釘(53)將導(dǎo)軌(54)分別與下拖板(52)和上拖板(51)(工作臺)固定，在工作臺的一側(cè)，用調(diào)整螺釘(57)給滾珠(56)和導(dǎo)軌(54)之間予加載荷，增加滾動體(滾珠)與導(dǎo)軌的接觸面，減少因?qū)к壠矫娑日`差和滾珠直徑誤差的影響，提高了整個導(dǎo)軌部件的精度、剛度和抗振性。導(dǎo)軌的平行度調(diào)整好后，用定位銷(55)定位，最后用螺釘(53)固緊。
主軸固定式平面縮刻機(jī)總體布局合理，運(yùn)行平穩(wěn)，主軸振動和徑向振擺極小，調(diào)整和操作方便靈活，主軸能自動補(bǔ)償軸承磨損間隙和熱變形，工作臺導(dǎo)軌及仿形機(jī)構(gòu)鉸鏈運(yùn)動副無間隙，運(yùn)動剛性好，使縮刻機(jī)具有高精度和高靈敏度，完全避免了現(xiàn)有主軸懸掛式縮刻機(jī)剛性差、振動大、易滑刀、打刀等缺點(diǎn)，適于完全現(xiàn)有縮刻機(jī)難于完成的精細(xì)雕刻。


圖1 現(xiàn)有平面縮刻機(jī)原理圖；圖2 現(xiàn)有平面縮刻機(jī)的總體布局；圖3 主軸固定式平面縮刻機(jī)原理圖；圖4 主軸固定式平面縮刻機(jī)的總體布局；圖5 主軸部件結(jié)構(gòu)；圖6 平行四邊形連桿仿形機(jī)構(gòu)四個轉(zhuǎn)動副鉸鏈結(jié)構(gòu)；圖7 滾動導(dǎo)軌工作臺部件。
本實用新型平面縮刻機(jī)的實施例如下圖4至圖7表示了實施例縮刻機(jī)的總體布局和主要部件結(jié)構(gòu)。主軸部件，仿形機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動副鉸鏈，和滾動導(dǎo)軌工作臺部件的結(jié)構(gòu)，已在上文中說明了。其余主要參數(shù)如下
縮小比例范圍(刻模比例范圍)12－150主軸轉(zhuǎn)速1000－13000轉(zhuǎn)／分工作臺尺寸220×200毫米工作臺行程80(X向)×80(Y向)毫米平行四邊形仿形機(jī)構(gòu)尺寸后連桿和左右連桿長均為200毫米，前加長桿長為500毫米樣板臺尺寸300×300毫米調(diào)整拖板運(yùn)動方向與工作臺縱向X軸方向夾角α

24°主軸端到工作臺距離15－120毫米樣板臺距地面高度(即操作高度)約800毫米本縮刻機(jī)達(dá)到的技術(shù)指標(biāo)主軸徑向振擺≤0.005毫米仿形誤差精度≤0.02毫米本縮刻機(jī)精細(xì)雕刻的效果是明顯的，如在4×2毫米面積上以120比例刻出的天安門圖案精細(xì)、清晰、準(zhǔn)確。
權(quán)利要求1.一種平面縮刻機(jī)，由床身立柱[11]和底座[17]、工作臺[12]、樣板臺[16]、平行四邊形連桿仿形機(jī)構(gòu)[14]、電機(jī)驅(qū)動的皮帶傳動部件[18]組成，其特征是主軸部件[10]固定在床身立柱[11]上，工作臺[12]安裝在主軸下方作縱向X軸和橫向Y軸運(yùn)動的橫向裝配式V形滾動導(dǎo)軌[13]上，主軸軸線通過工作臺[12]和滾動導(dǎo)軌[13]的設(shè)計中心，有四個轉(zhuǎn)動副鉸接點(diǎn)的平行四邊形連桿仿形機(jī)構(gòu)[14]在滾動導(dǎo)軌[13]之下，工作臺[12]與仿形機(jī)構(gòu)的后連桿G點(diǎn)聯(lián)結(jié)，仿形機(jī)構(gòu)[14]之下有調(diào)整拖板[15]，仿形機(jī)構(gòu)右連桿的F點(diǎn)與調(diào)整拖板[15]相聯(lián)，樣板臺[16]置于工作臺[12]的右下方，裝在底座[17]上的整機(jī)置于桌式機(jī)架上。
2.如權(quán)利要求1所述的平面縮刻機(jī)，其特征是主軸部件［10］裝在主軸座［21］上，主軸［31］的軸肩位于下段，上下兩端分別裝有滾動軸承［24］(一只)和［33］(二只)，主軸通過軸承裝在主軸套［27］兩端的軸承座中，密封鎖緊螺母［36］緊固主軸下端軸承的外圈，軸承［24］和［33］的內(nèi)外圈之間，用墊套［30］、［34］、［35］隔開，主軸套［27］的上軸承座中，在軸承［24］外圈下有墊套［28］和圓柱形壓縮彈簧［29］，主軸頂端有帶螺釘鎖緊螺母［26］，鎖緊軸承內(nèi)圈，主軸下端為錐孔彈性夾頭，自下而上順序裝有彈性夾頭螺母［38］、皮帶輪［37］，主軸套［27］頂端有外螺紋［25］，這里的調(diào)節(jié)螺母［23］上的上下兩段內(nèi)螺紋，分別與外螺紋［25］和差動螺母［22］相配合，組成差動螺紋式的微進(jìn)給機(jī)構(gòu)，主軸座［21］中段有帶滾花輪的鎖緊螺釘［32］，主軸套［27］頂端裝有油杯［39］。
3.如權(quán)利要求1或2所述的平面縮刻機(jī)，其特征是有四個轉(zhuǎn)動副鉸接點(diǎn)的平行四邊形連桿仿形機(jī)構(gòu)［14］中，四個轉(zhuǎn)動副鉸接點(diǎn)的下連桿［46］與上連桿［43］用T形芯軸［41］聯(lián)結(jié)，上連桿和下連桿之間有推力軸承［44］和護(hù)套［47］，芯軸上套裝向心滾動軸承［48］裝入上連桿［43］的軸承座中，芯軸穿過推力軸承和下連桿孔，芯軸的下端有螺紋，用帶螺釘調(diào)整螺母［45］將上連桿［43］及向心軸承［48］，推力軸承［44］和下連桿［46］聯(lián)接成鉸接點(diǎn)，芯軸頂蓋［42］裝在上連桿上。
4.如權(quán)利要求1或2所述的平面縮刻機(jī)，其特征是安裝工作臺［12］的橫向裝配式V形滾動導(dǎo)軌［13］中，導(dǎo)軌［54］用定位銷［55］定位，用螺釘［53］將導(dǎo)軌［54］分別與下拖板［52］和上拖板［51］(工作臺)固定，導(dǎo)軌之間裝有滾珠［56］，在上拖板［51］的一側(cè)，有用于給滾珠和導(dǎo)軌施加預(yù)載荷的調(diào)整螺釘［57］。
專利摘要主軸固定式高精度平面縮刻機(jī)是一種縮小仿形銑床，其主軸部件固定在床身立柱上，仿形機(jī)構(gòu)帶動工作臺在縱橫向滾動導(dǎo)軌上作仿形運(yùn)動，與仿形機(jī)構(gòu)相連的調(diào)整拖板調(diào)整工作臺的中心位置，樣板臺位于工作臺的右下方，適于人坐式操作。主軸能自動補(bǔ)償間隙和熱變形，工作臺導(dǎo)軌和仿形機(jī)構(gòu)中的運(yùn)動副全部采用滾動副并施加預(yù)緊力消除間隙。上述特點(diǎn)保證了本縮刻機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)，振動極小、操作簡便，避免了滑力、打刀、適于精密雕刻。
文檔編號B23C1/00GK2048797SQ8920112
公開日1989年12月6日 申請日期1989年1月31日 優(yōu)先權(quán)日1989年1月31日
發(fā)明者肖功布, 方國成 申請人:中國科學(xué)院電工研究所