一种数控木工外弧面铣床的制作方法

本发明涉及木工外弧面加工技术，尤其涉及一种数控木工外弧面铣床。

背景技术：

随着人民生活水平的不断提升，家居质量有了更高的要求，木材是一种可再生性资源，木结构建筑造型美观、安全、环保、舒适等特点逐渐被大众认可，但定制型木结构建筑从产品的设计、加工到安装因型而异，成本较高，大多数人不能承受，为此国内外众多木屋企业争相开发出自己的独立产品，力求造型美观、加工快捷、安装方便，标准化系列产品，每个零部件进行标准化设计批量生产预制，根据客户需要只需进行结构调整，单位成本可大幅下降。为此对其配套加工的设备需要有较高的加工精度、生产效率、专业化程度要求更强。

对于木结构弯角外弧面的加工，现在采用的加工方式主要有立式数控机床加工、木工仿形铣床加工两种方式：

立式数控机床加工产品的外弧面是将原料固定在工作台面上，随工作台作水平方向的x轴y轴运动弧形轨迹，铣刀竖直装入主轴夹具中，刀具沿主轴轴向作多次进给运动，整个动作由程序控制，通过刀具的旋转将材料外表面进行弧形切削成形。

木工仿形铣床加工弯角外弧面，是按照产品的外形半径加工出同样弧度的金属靠板将其固定在床身上，待加工产品固定在可双向移动的工作台上，工作台按靠板轨迹运动加工产品外弧面，通过刀具的旋转运动将材料切削成形。

以上两种加工方式，在一次装夹过程中只能加工一件，设备完全停止的情况下方可以装卸原材料，刀具多为竖直安装，对于较高的产品，刀具需作多次往复运动才可将材料加工成形，产品会出现多处接刀现象，且设备造价较高，加工效率低，不适合标准产品的批量生产。

技术实现要素：

本发明的目的在于，针对现有木结构弯角外弧面的加工存在的诸多问题，提出一种数控木工外弧面铣床，该铣床适应于批量生产的木结构建筑用不同半径的连接弯头外弧形面加工，能连续生产，且产品的装夹、拆卸方便快捷，极大提高了生产效率，同一种产品的生产效率是加工中心的5-10倍，设备占地面积小运行可靠成本较低。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种数控木工外弧面铣床，包括切削装置、进给装置、定位装置、除尘装置、旋转工作台、床身和自动化控制系统；

所述旋转工作台水平设置在床身上方；所述切削装置底部设置在床身上，切削装置上部设置在旋转工作台侧面；所述进给装置设置在床身上方和下方，分别用于驱动切削装置和旋转工作台；所述定位装置设置在旋转工作台上，所述除尘装置设置在切削装置的刀具上方；自动化控制系统分别与进给装置(刀具轴电机和工作台电机)和除尘装置(除尘装置驱动电机)电联。

进一步地，所述床身包括主架体，所述主架体包括但不限于矩形框架。

进一步地，所述进给装置包括设置在床身上方的刀具轴电机和设置在床身下方的工作台电机；所述刀具轴电机为三项异步电动机；所述工作台电机包括但不限于蜗轮蜗杆减速机。

进一步地，所述刀具轴电机安装在电机板上，所述电机板安装在电机座上，通过电机座调节块上的调节螺栓调节电机板的位置，从而涨紧高速平带；所述电机座安装在燕尾上导轨上，与燕尾上导轨配合的燕尾下导轨安装在主架体上；所述切削装置的固定轴套安装在电机座上；旋转燕尾导轨调整丝杆燕尾上导轨滑动，能调整切削装置的位置，进而改变切削装置刀具的加工深度，具体位置根据待切削工件宽度调整；所述刀具轴电机底部的刀具轴电机平带轮与切削装置的刀具主轴的平皮带轮连接，所述刀具轴电机平带轮采用弧形结构，更容易涨紧平带，防止平带松时脱落，同时防止平带轴向窜动，延长了平带的使用寿命。

进一步地，所述工作台电机安装在主架体电机底座上(电机底座设置在主架体内侧的底部)，通过电机底座上的调整螺栓涨紧传动三角带；所述工作台电机通过电机皮带轮与主轴皮带轮连接，工作台电机启动后，电机皮带轮带动工作台主轴皮带轮旋转，工作台主轴皮带轮安装在工作台主轴底部，工作台主轴皮带轮带动工作台主轴旋转，工作台主轴通过圆锥滚子轴承固定在旋转平台座上，旋转平台座垂直安装在主架体上平面上；旋转工作台安装在工作台主轴上端，所述旋转工作台平面与工作台主轴轴线垂直，所述工作台主轴与刀具主轴平行。所述旋转工作台做低均速转动，利用变频器可调节工作台转速，从而保证待切削工件表面的加工质量和合理的工艺时间配置。

进一步地，所述定位装置包括内定位环、多个定位块和工件锁紧装置，所述内定位环(呈圆环状)安装在旋转工作台上，所述内定位环内孔套在工作台主轴顶部，其轴线与工作台主轴重合，所述内定位环内孔圆弧面垂直于旋转工作台，以保证工件的定位精度，所述内定位环上开口设置防尘板，防止木屑及灰尘进入其中不好清理；所述定位块安装在旋转工作台上平面，多个定位块按工件两侧边尺寸圆周均匀分布；所述工件锁紧装置包括锁紧手轮、锁紧丝杠、锁紧座、锁紧丝母、锁紧块、锁紧导向座和锁紧块压垫，所述锁紧座安装在旋转工作台主轴上，锁紧丝母固定在锁紧座上，锁紧丝杠与锁紧丝母螺纹配合，锁紧丝杠一端安装锁紧手轮，另一端联接锁紧块，锁紧块与锁紧丝杠万向联接，可自由转动；所述锁紧导向座(外弧压块导向座)安装在防尘板上，另一端套在锁紧块上，让锁紧块锁紧时往主轴中心方向压紧工件；锁紧块压垫安装在锁紧块端面，锁紧块压垫和工作台工位处有n个凸起点，锁紧时固定工件，防止其窜动，保证加工精度。旋转锁紧手轮，锁紧丝杠带动锁紧块压紧工件，反方向松开工件。产品装夹时以产品精加工的内弧面为基准，产品放置在工作台台面上两定位块之间并完全贴合内定位环，旋转锁紧装置压紧。

进一步地，所述切削装置包括刀具主轴、刀具、移动轴套、固定轴套和平皮带轮，所述刀具主轴一端同轴刚性连接平皮带轮，另一端套设刀具，所述平皮带轮能带动固定在刀具主轴上的刀具做回转切削运动，所述刀具轴向剖面刃口尺寸与待加工工件断面尺寸相同；套设刀具的刀具主轴端部与刀具锁紧螺母螺纹连接，所述刀具锁紧螺母与刀具之间设置有刀具垫片。

所述刀具主轴通过轴承配合安装在移动轴套内，所述轴承压盖与密封环采用轴向迷宫密封，能防止木屑及灰尘进入轴承；所述移动轴套外径与固定轴套内径采用间隙配合，可随时调整移动轴套在固定轴套中的位置，固定轴套安装在电机座上，所述移动轴套靠近平皮带轮的一端固定有轴承端盖，所述轴承端盖上固定有调节螺母，所述固定轴套上固定安装调节支架，调节螺杆一端通过压力轴承和锁紧螺母安装在支架上，另一端与轴承端盖上的调节螺母螺纹配合，固定轴套两端分别设有开口锁紧方式，安装第一锁紧螺栓，旋转调节螺杆能改变移动轴套和固定轴套轴线方向的位置，调整前松开第一锁紧螺母，调整后锁紧第一锁紧螺母。移动轴套带动刀具沿轴线方向移动，调整刀具切削工件的内弧尺寸，以此改变待加工工件的弧形半径。第二锁紧螺母安装在调节螺杆上，与调节螺母同步调整，对轴承端盖夹持定位改变刀具轴向位置。挡环安装在刀具主轴轴承与平皮带轮之间，起定位带轮与防尘的作用。垫片安装在刀具主轴端头通过第二锁紧螺栓和平键固定平皮带轮。所述刀具主轴垂直于燕尾导轨安装且与旋转工作台面垂直。刀具主轴的旋转方向与旋转工作台的旋转方向相同，刀具主轴带动固定其上的刀具做回转切削运动。

进一步地，所述除尘装置采用刀具保护罩和除尘一体的结构方式，所述刀具保护罩呈筒状，套设在刀具外侧，朝向待加工工件的一侧设置有开口；保护罩上，刀具切削木材废屑抛物方向设置除尘口，除尘口与除尘设备连通，开启除尘设备能将保护罩内木屑吸出。

进一步地，本发明数控木工外弧面铣床采用触摸屏plc一体机实施操作控制，其工作台的转速可通过plc一体机上的触摸屏变频调速控制。所述自动化控制系统包括控制面板和配电箱，控制面板上安装触摸屏，所述控制面板通过多个旋转的控制面板旋转轴设置在床体上方，适合不同体态特征的工人进行操作，配电箱设置在床身下方，控制面板和配电箱采用分开放置，使之达到利于操作和控制的目的。

本发明数控木工外弧面铣床工艺流程：

1、开机前保证刀具在两个工件工位之间，分别在工作台的三个工位上放入待加工工件，手动调整工件锁紧装置，将待加工工件固定在旋转工作台上。放置工件时，先将工件内圆底边沿内定位环往下放置，确保工件内圆与内定位环完全贴合，一手推工件靠紧内定位环，一手旋转锁紧手轮锁紧，以确保工件的安装精度。

2、本设备采用触摸屏plc一体机控制，启动触摸屏上的刀具旋转按钮，刀具轴电机启动，通过平皮带带动刀具主轴高速旋转，切削装置可通过燕尾导轨进行调整加工深度。

3、切削装置安装刀具调整装置，调节调整螺母可微调刀具轴的径向位置，从而实现工件径向切削高度的调整。

4、启动触摸屏工作台旋转按钮，工作台电机启动，通过三角带传动带动旋转工作台低速运转实施工件加工，将图1中尺寸r1加工到图2图纸要求尺寸r。设备可以根据切削质量和装夹工件的需要调整工作台的转速。工作台的低速运转是通过蜗轮蜗杆大传动比实现的，其工作台转速可通过plc变频调速控制。

5、该设备具有不停机实现产品连续加工的功能。即第一个工位工件加工完成，工作台旋转至加工第二个工件时，拆卸第一个工位的加工完成件并安装新的加工件。以此类推，加工第三个工位件时，拆卸并安装第二个工位的加工件。

6、刀具保护罩具有除尘、排屑和防护刀具破损飞溅之功能。

7、为了便于操作和提高加工效率，控制面板设计3处360度无死角旋转，同时为了便于拆卸工件，设备运转时应将控制面板旋转至工作台外。

本发明数控木工外弧面铣床主要采用刀具主轴垂直安装与z轴平行，刀具长度大于产品的高度b，产品采用机械装夹方式固定在圆形旋转工作台上，刀具轴轴线与旋转工作台主轴轴线平行，旋转工作台台面上可同时安装多个产件，多个产件按中心均匀分布，旋转工作台中心与产品内外弧面中心重合，材料在工作台上匀速转动实现材料的进给，刀具落于材料的侧面固定高度后旋转切削，实现材料的加工，设备切削加工区域设定在操作区域对面，产品加工的同时便于其它产品的装夹和拆卸。

综上，本发明是针对木结构产品墙体弯角产件外弧面加工的专用设备，整台设备系统采用plc控制。本发明具有加工产品高效、节能、环保、质量稳定及生产作业面积小等优点，同时设备本身成本较低、操作方便、稳定可靠，产品加工的不间断性更加适合于产品的大批量、标准化生产，极大的降低了生产成本。

附图说明

图1为待加工工件俯视图；

图2为待加工工件主视图；

图3为本发明加工完成后工件俯视图；

图4为本发明加工完成后工件主视图；

图5为切削装置主视图；

图6为图5的aa向示意图；

图7为本发明数控木工外弧面铣床剖面示意图

图8为本发明数控木工外弧面铣床主视图；

图9为本发明数控木工外弧面铣床右视图；

图10为本发明数控木工外弧面铣床立体图。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明进一步说明：

实施例1

本实施例公开了一种数控木工外弧面铣床如图5-10所示，包括切削装置、进给装置、定位装置、除尘装置、旋转工作台31、床身和自动化控制系统；

所述旋转工作台31水平设置在床身上方；所述切削装置底部设置在床身上，切削装置上部设置在旋转工作台31侧面；所述进给装置设置在床身上方和下方，分别用于驱动切削装置和旋转工作台31；所述定位装置设置在旋转工作台31上，所述除尘装置设置在切削装置的刀具4上方；自动化控制系统分别与进给装置(刀具轴电机42和工作台电机22)和除尘装置(除尘装置驱动电机)电联。

所述床身包括主架体48，所述主架体48包括但不限于矩形框架。

所述进给装置包括设置在床身上方的刀具轴电机42和设置在床身下方的工作台电机23；所述刀具轴电机42为三项异步电动机；所述工作台电机23包括但不限于蜗轮蜗杆减速机。

所述刀具轴电机42安装在电机板43上，所述电机板43安装在电机座52上，通过电机座调节块44上的调节螺栓45调节电机板43的位置，从而涨紧高速平带；所述电机座52安装在燕尾上导轨53上，与燕尾上导轨53配合的燕尾下导轨54安装在主架体48上；所述切削装置的固定轴套9安装在电机座52上；旋转燕尾导轨调整丝杆55燕尾上导轨53滑动，能调整切削装置的位置，进而改变切削装置刀具4的加工深度，具体位置根据待切削工件宽度调整；所述刀具轴电机42底部的刀具轴电机平带轮46与切削装置的刀具主轴1的平皮带轮12连接，所述刀具轴电机平带轮46采用弧形结构，更容易涨紧平带，防止平带松时脱落，同时防止平带轴向窜动，延长了平带的使用寿命。

所述工作台电机23安装在主架体电机底座22上(电机底座22设置在主架体48内侧的底部)，通过电机底座上的调整螺栓47涨紧传动三角带；所述工作台电机23通过电机皮带轮24与主轴皮带轮25连接，工作台电机23启动后，电机皮带轮24带动工作台主轴皮带轮25旋转，工作台主轴皮带轮25安装在工作台主轴26底部，工作台主轴皮带轮25带动工作台主轴26旋转，工作台主轴26通过圆锥滚子轴承28固定在旋转平台座27上，旋转平台座27垂直安装在主架体48上平面上；旋转工作台31安装在工作台主轴26上端，所述旋转工作台31平面与工作台主轴26轴线垂直，所述工作台主轴26与刀具主轴1平行。所述旋转工作台31做低均速转动，利用变频器可调节工作台转速，从而保证待切削工件表面的加工质量和合理的工艺时间配置。

所述定位装置包括内定位环32、多个定位块30和工件锁紧装置，所述内定位环32(呈圆环状)安装在旋转工作台31上，所述内定位环32内孔套在工作台主轴26顶部，其轴线与工作台主轴26重合，所述内定位环32内孔圆弧面垂直于旋转工作台31，以保证工件的定位精度，所述内定位环32上开口设置防尘板33，防止木屑及灰尘进入其中不好清理；所述定位块30安装在旋转工作台31上平面，多个定位块30按工件两侧边尺寸圆周均匀分布；所述工件锁紧装置包括锁紧手轮39、锁紧丝杠37、锁紧座40、锁紧丝母38、锁紧块36、锁紧导向座35和锁紧块压垫34，所述锁紧座40安装在旋转工作台主轴26上，锁紧丝母38固定在锁紧座40上，锁紧丝杠37与锁紧丝母38螺纹配合，锁紧丝杠37一端安装锁紧手轮39，另一端联接锁紧块36，锁紧块36与锁紧丝杠37万向联接，可自由转动；所述锁紧导向座35安装在防尘板33上，另一端套在锁紧块36上，让锁紧块36锁紧时往主轴中心方向压紧工件；锁紧块压垫34安装在锁紧块36端面，锁紧块压垫和工作台工位处有n个凸起点，锁紧时固定工件，防止其窜动，保证加工精度。旋转锁紧手轮39，锁紧丝杠37带动锁紧块36压紧工件，反方向松开工件。产品装夹时以产品精加工的内弧面为基准，产品放置在工作台台面上两定位块之间并完全贴合内定位环，旋转锁紧装置压紧。

所述切削装置包括刀具主轴1、刀具4、移动轴套8、固定轴套9和平皮带轮12，所述刀具主轴1一端同轴刚性连接平皮带轮12，另一端套设刀具4，所述平皮带轮12能带动固定在刀具主轴上的刀具4做回转切削运动，所述刀具4轴向剖面刃口尺寸与待加工工件断面尺寸相同；套设刀具4的刀具主轴1端部与刀具锁紧螺母2螺纹连接，所述刀具锁紧螺母2与刀具4之间设置有刀具垫片3。

所述刀具主轴1通过轴承7配合安装在移动轴套8内，所述轴承压盖(6)与密封环(5)采用轴向迷宫密封，能防止木屑及灰尘进入轴承；所述移动轴套8外径与固定轴套9内径采用间隙配合，可随时调整移动轴套8在固定轴套9中的位置，固定轴套9安装在电机座52上，所述移动轴套8靠近平皮带轮12的一端固定有轴承端盖11，所述轴承端盖11上固定有调节螺母17，所述固定轴套9上固定安装调节支架18，调节螺杆15一端通过压力轴承19和锁紧螺母20安装在支架18上，另一端与调节螺母17螺纹配合，固定轴套9两端分别设有开口锁紧方式，安装第一锁紧螺栓21，旋转调节螺杆15能改变移动轴套8和固定轴套9轴线方向的位置，调整前松开第一锁紧螺母21，调整后锁紧第一锁紧螺母21。移动轴套8带动刀具4沿轴线方向移动，调整刀具切削工件的内弧尺寸，以此改变待加工工件的弧形半径。第二锁紧螺母16安装在调节螺杆上，与调节螺母17同步调整，对轴承端盖11夹持定位改变刀具轴向位置。挡环10安装在刀具主轴1轴承与平皮带轮12之间，起定位带轮与防尘的作用。垫片13安装在刀具主轴1端头通过第二锁紧螺栓14和平键固定平皮带轮12。所述刀具主轴1垂直于燕尾导轨安装且与旋转工作台31面垂直。刀具主轴1的旋转方向与旋转工作台31的旋转方向相同，刀具主轴1带动固定其上的刀具4做回转切削运动。

所述除尘装置采用刀具保护罩和除尘一体的结构方式，所述刀具保护罩41呈筒状，套设在刀具外侧，朝向待加工工件的一侧设置有开口；保护罩41上，刀具切削木材废屑抛物方向设置除尘口，除尘口与除尘设备连通，开启除尘设备能将保护罩41内木屑吸出。

本发明数控木工外弧面铣床采用触摸屏plc一体机实施操作控制，其工作台的转速可通过plc一体机上的触摸屏变频调速控制。所述自动化控制系统包括控制面板50和配电箱56，控制面板50上安装触摸屏，所述控制面板50通过多个旋转的控制面板旋转轴51设置在床体上方，适合不同体态特征的工人进行操作，配电箱56设置在床身下方，控制面板50和配电箱56采用分开放置，使之达到利于操作和控制的目的。

采用上述数控木工外弧面铣床的工艺流程：

1、开机前保证刀具在两个工件工位之间，分别在工作台的三个工位上放入待加工工件49，手动调整工件锁紧装置，将待加工工件49固定在旋转工作台31上。放置工件时，先将工件内圆底边沿内定位环32往下放置，确保工件内圆与内定位环完全贴合，一手推工件靠紧内定位环，一手旋转锁紧手轮锁紧，以确保工件的安装精度。

2、本设备采用触摸屏plc一体机控制，启动触摸屏上的刀具旋转按钮，刀具轴电机42启动，通过平皮带带动刀具主轴1高速旋转，切削装置可通过燕尾导轨进行调整加工深度。

3、切削装置安装刀具调整装置，调节调整螺母可微调刀具轴的径向位置，从而实现工件径向切削高度的调整。

4、启动触摸屏工作台旋转按钮，工作台电机23启动，通过三角带传动带动旋转工作台31低速运转实施工件49加工，将图1和图2中尺寸r1加工到图3和图4图纸要求尺寸r。设备可以根据切削质量和装夹工件的需要调整工作台31的转速。工作台的低速运转是通过蜗轮蜗杆大传动比实现的，其工作台转速可通过plc变频调速控制。

5、该设备具有不停机实现产品连续加工的功能。即第一个工位工件49加工完成，工作台31旋转至加工第二个工件时，拆卸第一个工位的加工完成件并安装新的加工件。以此类推，加工第三个工位件时，拆卸并安装第二个工位的加工件。

6、刀具保护罩41具有除尘、排屑和防护刀具破损飞溅之功能。

7、为了便于操作和提高加工效率，控制面板50设计3处360度无死角旋转，同时为了便于拆卸工件，设备运转时应将控制面板50旋转至工作台31外。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

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