專利名稱：具有八軸五聯(lián)動功能的多功能石材加工中心的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種石材加工中心，特別是涉及一種具有八根主軸， 能實現(xiàn)五軸聯(lián)動，可完成異型石材的車削、銑削、磨削、雕刻、鋸切 等多功能的石材加工中心。
技術背景天然石材由于具有質感好、外觀莊重、機械及物理化學性能良好 (如耐壓、耐磨及耐腐蝕)等優(yōu)點，自古以來就成為一種優(yōu)良的建筑材 料。隨著改革開放帶來的發(fā)展機遇，我國石材行業(yè)已成了世界上名副 其實的"石材加工廠"。相對石材產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，我國石材機械產(chǎn) 業(yè)發(fā)展則比較滯后。目前對于普通的板材，現(xiàn)有設備和技術已經(jīng)能夠 滿足加工的需求。但對于立體、多面、曲面等復雜造型的高檔構件， 由于缺少專用加工設備，仍然大量進口，嚴重制約了我國建筑裝飾裝 修的水平和品位的提高，也阻礙了裝飾裝修行業(yè)的發(fā)展。石材制品的加工通常要經(jīng)過輪廓加工、粗加工、精加工、拋磨加 工等多個工序。目前的加工技術都是通過不同設備來完成以上工作， 不但費時費力，而且很難保證需要的加工精度。特別是拋磨加工仍以 手工加工為主，生產(chǎn)效率很低而加工成本很高。石材一般都為硬脆性 材料，相對于普通的金屬切削具有不同的切削特性和切削工藝要求， 比如對于石材的車削加工，由于石材屬于脆性材料而且一般質量較
大，不適合高速旋轉，所以并不使用普通的金屬車削車刀，而是使用 圓盤鋸片刀具，通過鋸片的高速旋轉來獲得切削所需要的切削速度。 而且石材制品一般對光澤度要求較高，而對制品的尺寸精度要求相對 較低，因此使用金屬加工機床或加工中心來完成石材的加工不但浪費 成本而且很難完成相應的加工要求。對于具有高附加值的異性石材制 品，如各種回轉面柱體、羅馬柱、柱頭、柱帽、柱體花紋、碑石、復 雜的平面浮雕、人體相等異型石材制品，國外也只能使用具有六軸甚 至八軸聯(lián)動的數(shù)控加工中心來完成。而目前這類設備國內目前只能依 靠進口國外設備，不但設備成本很高，而且其關鍵的數(shù)字控制系統(tǒng)是 由西方發(fā)達國家制造的，對我們國家實行進口限制，我們難以得到。 目前國內專為石材產(chǎn)品開發(fā)的加工中心還沒有，相關專利產(chǎn)品也未見 報道。 發(fā)明內容本發(fā)明的目的在于提供一種多功能的異型石材加工中心。該異型石材加工中心采用動龍門結構，龍門橫梁上安裝有橫梁Z軸滑鞍和Y 軸垂直滑鞍，滑鞍下安裝有由車削工作頭和雕銑工作頭組成的復合工 作頭。該中心具有八軸五聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)，將加工過程分為不同的五個 模塊，完成對各種異型石材的加工。本發(fā)明的目的是通過以下技術方案實現(xiàn)的具有八軸五聯(lián)動功能的多功能石材加工中心，該異型石材加工中 心采用動龍門結構，龍門橫梁通過鑲鋼定位導軌和鑲鋼水平導軌定位 在兩側橫梁支架上，龍門橫梁上裝有水平滑鞍，該滑鞍是通過鑲鋼定 位導軌和鑲鋼水平導軌定位安裝在橫梁上，水平滑鞍上裝有垂直滑 鞍，該滑鞍通過光杠與水平滑鞍定位，垂直滑鞍下連接工作頭部件， 該部件通過由徑向軸承組成的回轉副懸掛在垂直橫梁上，橫梁下分別 安裝有水平旋轉工作臺和T型工作臺。如上所述的具有八軸五聯(lián)動功能的多功能石材加工中心，其工作 頭部件包括由普通電機通過帶傳動帶動的車削、鋸切工作頭和安裝在 其側面的雕銑工作頭，該雕銑工作頭通過渦輪蝸桿副和回轉副連接在 滑鞍上，可繞水平方向旋轉，同時該滑鞍通過與工作頭部件的支撐件 相連的螺旋絲杠副和定位光杠實現(xiàn)獨立的垂直進給。如上所述的具有八軸五聯(lián)動功能的多功能石材加工中心，其水平 旋轉工作臺由可分度的床頭箱和床尾的液壓頂針組成，床頭箱上連接 液壓三抓卡盤或特制的頂針，通過與床尾的液壓頂針配合共同裝卡工件；T型水平工作臺，由普通T型槽工作臺坐落在一個立式變速器上，該變速器與伺服電機相連，T型工作臺上放有夾具，用于裝卡工件。如上所述的具有八軸五聯(lián)動功能的多功能石材加工中心，其橫梁 支架兩側分別安裝有水平放置的刀庫，分別放置雕銑工具和磨拋工 具，雕銑工作頭上安裝有液壓夾具。如上所述的具有八軸五聯(lián)動功能的多功能石材加工中心，該石材 加工中心將八根運動軸分為五個模塊，即鋸切模塊、浮雕模塊、臥式車削工作模塊、臥式雕銑工作模塊及T型工作臺工作模塊。本發(fā)明的優(yōu)點與效果是1.本發(fā)明加工中心的橫梁采用T型結構，使用同一個伺服電機實
現(xiàn)了大跨度橫梁的同步雙側驅動，避免了傳統(tǒng)機床使用的單側拖動所產(chǎn)生的較大扭矩；比傳統(tǒng)機床使用的中間拖動結構更加合理，節(jié)省空 間。橫梁的拖動采用了絲杠傳動，提高了Z軸的傳動精度。2. 本發(fā)明的石材加工中心的垂直滑鞍采用兩對齒輪副驅動兩側 的絲杠，兩對齒輪副可以獨立地調整齒輪間隙，避免了使用一個齒輪 驅動兩側絲杠時，由于齒輪側隙而產(chǎn)生的誤差和扭矩，同時也避免了 傳統(tǒng)機床采用的單側驅動所產(chǎn)生的較大扭矩，比傳統(tǒng)石材加工機床采 用的液壓傳動方式精度更高，可控性更好。3. 本發(fā)明的石材加工中心具有八軸五聯(lián)動功能，將加工過程分 為不同的五個模塊，可完成各種異型石材的加工。


圖l為本發(fā)明加工中心的主視圖；圖2為本發(fā)明加工中心的A-A局部剖視圖；圖3為本發(fā)明加工中心的俯視圖；圖4為本發(fā)明加工中心的立體參考示意圖。
具體實施方式
下面參照附圖對本發(fā)明進行詳細說明。 加工中心采用動龍門結構，圖l為本發(fā)明加工中心的主視圖，圖4為本發(fā)明加工中心的立體參考示意圖。加工中心兩側的混凝土底座 l與普通底座不同，該混凝土底座高2米，這樣在節(jié)省材料的同時， 可以降低加工中心振動特性。兩側混凝土底座1上安裝鑄鋼支架2， 它們是通過地角螺栓3相連并由螺栓3調整鑄鋼支架的水平度。兩側 鑄鋼支架上分別放有水平導軌5和定位導軌7，用于支撐并定位橫梁 15。導軌放置在鑄鋼支架上的油池6內，采用稀油潤滑的方式。鑄鋼 支架上還分別放有兩根齒條4，用于驅動橫梁。加工中心的橫梁15采用T型結構。橫梁通過一側的鑲鋼水平導 軌8和另一側的鑲鋼定位導軌9放置在鑄鋼支架的相應導軌上。伺服 電機11通過齒輪12與橫梁一側的齒輪10嚙合，橫梁下有一根長轉 軸13，連接安裝在橫梁另一側的齒輪14，從而使兩側的齒輪同步在 齒條4上行走，實現(xiàn)橫梁在X軸坐標方向的移動。這種結構的優(yōu)點 在于使用同一個伺服電機實現(xiàn)了大跨度橫梁的同步雙側驅動。避免 了傳統(tǒng)機床使用的單側拖動所產(chǎn)生的較大扭矩；使用雙側絲杠副拖動 對系統(tǒng)同步性的嚴格要求；比傳統(tǒng)機床使用的中間拖動結構更加合 理，節(jié)省空間。同時在橫梁的左側與支架之間安裝有光釬尺檢測設備， 用于反饋橫梁的X軸實際位置。橫梁上放還放有用于支撐和定位橫 梁Z軸滑鞍的水平導軌16和定位導軌17，它們同樣被放置在油池18 內，采用稀油潤滑的方式。橫梁下還穿過一根絲杠19，用于驅動橫 梁Z軸滑鞍，該絲杠通過安裝在橫梁一側的驅動電機20驅動。橫梁Z軸滑鞍由上板21和下板22通過四根支柱23連接而成。 滑鞍通過水平導軌26和定位導軌27分別與橫梁上相應導軌連接并定 位。橫梁下板上安裝有與安裝在橫梁上的絲杠相配合的絲杠螺母24， 實現(xiàn)橫梁Z軸滑鞍在Z軸方向的移動。該結構的優(yōu)點在于橫梁的拖動不再采用傳統(tǒng)石材加工機床所使用的齒輪、齒條副，而是用了絲 杠傳動，提高了Z軸的傳動精度。同時在滑鞍下板22的上表面與橫
梁之間安裝有光釬尺檢測設備，用于反饋橫梁Z軸滑鞍的Z軸實際 位置。橫梁Z軸滑鞍的四根支柱內鏜有光孔，用于定位安裝在其上的Y軸垂直滑鞍，同時橫梁Z軸滑鞍上板21的前后側分別安裝有絲杠 螺母25，用于與Y軸垂直滑鞍的驅動絲杠配合。Y軸垂直滑鞍是由上板28和下板30通過四根光杠29連接而成。 Y軸垂直滑鞍通過四根光杠29穿過橫梁Z軸滑鞍支柱23的光孔定 位。其中后側靠左的光杠上安裝有檢測光釬尺，用于反饋Y軸垂直 滑鞍的Y軸實際位移。Y軸垂直滑鞍由上方的驅動電機32分別通過 兩對同位齒輪副33與34及36與35驅動兩側的絲杠31旋轉，這兩 對齒輪副都可調整間隙。絲杠31與橫梁Z軸滑鞍上的絲杠螺母25 相配合，實現(xiàn)Y軸垂直滑鞍在Y軸方向(即上下)移動。Y軸垂直 滑鞍的下板30上還安裝有用于連接工作頭部件滑動軸承37和用于驅 動工作頭部件B軸旋轉的渦輪38。這種結構采用兩對齒輪副驅動兩 側的絲杠，因為兩對齒輪都可以獨立地調整齒輪間隙，這樣避免的使 用一個齒輪驅動兩側絲杠由于齒輪側隙而產(chǎn)生的誤差和扭矩，同時也 避免了傳統(tǒng)機床采用的單側驅動所產(chǎn)生的較大扭矩，比傳統(tǒng)石材加工 機床采用的液壓傳動方式精度更高，可控性更好。Y軸垂直滑鞍下連接的是工作頭部件(該部分已經(jīng)另外申請專 利)，該部件包括有分為工作底座部件、車削部件和雕銑部件三個部 分。工作頭底座為倒置的L型，上方通過一個滑動軸承37坐落在Y 軸垂直滑鞍的下板30上，可在B軸方向旋轉，軸承尾部安裝有角位 移編碼器，用于反饋工作頭的實際角位移。其旋轉分度功能是由伺服 電機40驅動蝸桿39，蝸桿39與Y軸垂直滑鞍下板30上的渦輪38 相配合來實現(xiàn)的。L型工作頭底座的下方內側還分別裝有車削主軸和 驅動該主軸的電機，車削主軸頭可安裝不同規(guī)格的車削據(jù)片，實現(xiàn)車 削加工與鋸切加工功能。車削主軸的尾部帶輪與電機帶輪使用帶轉動 的方式傳動，這種傳動方式有益于保護電機。工作頭底座的側面安裝 有雕銑工作部件。雕銑部件的滑鞍與底座通過兩側的光杠定位，安裝 在滑鞍上的絲杠與固定在底座上的絲杠螺母配合實現(xiàn)螺旋傳動，使雕 銑滑鞍可沿Y軸方向上下移動，同時在滑鞍與底座之間安裝光釬尺 用于反饋雕銑滑鞍的Y2軸實際位移?；吧系慕z杠是由安裝在滑鞍 另一側的驅動電機51通過一對齒輪副傳動的。雕銑滑鞍上的工作部 件為雕銑電主軸，它通過一根軸與渦輪連接在一起通過軸承安裝在雕 銑滑鞍的軸孔上，可實現(xiàn)水平旋轉分度。其旋轉運動通過伺服電機 50驅動蝸桿、渦輪副實現(xiàn)的。同樣在渦輪軸的尾部安裝有角位移編 碼器，用于反饋電主軸的實際角位移。雕銑頭上安裝有液壓卡具，可 自動裝卡刀具。刀庫47安裝在兩側混凝土底座上，兩個水平放置的 刀庫分別放置雕銑工具和磨拋工具。雕銑工作頭的液壓夾具，可通過 三坐標軸的移動自動裝卡刀具完成自動換刀功能。龍門橫梁下安裝有兩個工作臺，分別為臥式旋轉工作臺和T型水 平工作臺。從圖2可以看出臥式旋轉工作臺主要由床頭箱49與床 尾的液壓頂針43組成。床頭箱49內是一個伺服電機驅動的渦輪蝸桿 機構，渦輪軸為輸出軸，通過連接在其上的液壓卡盤41裝卡工件， 可實現(xiàn)工件C軸的旋轉并分度功能。渦輪輸出軸的后端還安裝有角位
移編碼器，用于反饋工件的實際角位移，輸出軸上還可以安裝一種頂 針夾具與床尾的液壓頂針配合裝卡工件。因為石材為硬脆性材料，才 光滑表面的摩擦系數(shù)很小，所以不適合直接裝卡， 一般采用樹脂配件42粘接在工件上與夾具和尾部頂針配合。尾部液壓頂針坐落在導軌 48上。從圖3還可以看出T型工作臺45通過一個靜壓軸承坐落在 減速器44上，減速器44由伺服電機46驅動，可實現(xiàn)T型工作臺繞 B2軸的旋轉并分度。同樣在減速器的輸出軸上安裝有角位移編碼器， 用于反饋T型工作臺的實際角位移。石材多功能加工中心的控制是由一個八軸控制器和一套輔助 PLC控制器通過同一個控制系統(tǒng)來實現(xiàn)的。G口味為電源窒息燈，H 為SPEPN接口， I為POWER電源接口， J為KEY鍵盤接口， K為 標準VGA接口， L為422多功能通信接口， M為LAN網(wǎng)絡接口， N 為USB接口， P為FDD軟驅接口， Q為側頭接口， R、 S、 T、 U、 W、 X為ECDA接口， V、 Y為D/A輸出指令接口， a、 b、 c、 d、 e、 f、 g、 z為八個開關量的輸入輸出接口。八軸控制器的控制系統(tǒng)，輸入輸出口 a用于向橫梁伺服電機11 發(fā)送控制指令并接受由安裝在鑄鋼支架與橫梁間的光釬尺反饋的橫 梁實際位置信號；輸入輸出口 b用于向橫梁Z軸滑鞍驅動電機20發(fā) 送控制指令并接受由安裝在橫梁與橫梁Z軸滑鞍之間的光釬尺反饋 的橫梁Z軸滑鞍實際位置信號；輸入輸出口 c用于向Y軸垂直滑鞍 驅動電機32發(fā)送控制指令并接受由安裝在橫梁Z軸滑鞍與Y軸垂直 滑鞍間的光釬尺反饋的Y軸垂直滑鞍實際位置信號；輸入輸出口 d
用于向雕銑滑鞍的驅動電機51發(fā)送控制指令并接受由安裝在雕銑滑鞍與工作頭底座間的光釬尺反饋的雕銑滑鞍實際位置信號；輸入輸出 口 e用于向工作頭底座的驅動電機40發(fā)送控制指令并接受由安裝在 支撐軸承與Y軸垂直滑鞍間的角位移編碼器反饋的工作部件實際角 位移信號；輸入輸出口 f用于向電主軸上蝸桿的伺服電機50發(fā)送控 制指令并接受由安裝在電主軸與雕銑滑鞍之間的角位移編碼器反饋 的電主軸實際位置信號；輸入輸出口 g用于向臥式床頭箱的驅動電機 發(fā)送控制指令并接受由安裝在床頭箱輸出軸尾部的角位移編碼器反 饋的工件實際角位移信號；輸入輸出口 z用于向T型工作臺的伺服電 機46發(fā)送控制指令并接受由安裝在T型工作臺與減速器之間的角位 移編碼器反饋的T型工作臺實際角位移信號。電主軸及其液壓夾具、 床頭箱的液壓卡盤、臥式工作臺床尾液壓頂針由PLC控制。整個控制系統(tǒng)共分為五個模塊，模塊l為鋸切模塊，由橫梁的X 向移動、橫梁Z軸滑鞍的Z向移動、Y軸垂直滑鞍的Y向移動和工 作頭部件的B軸回轉分度構成一個四軸聯(lián)動的系統(tǒng)，工件放置在T 型工作臺上。該模塊可實現(xiàn)對板材沿任意方向的鋸切，可實現(xiàn)二維平 面雕刻及拼畫雕刻等異型實體的加工。模塊2為浮雕模塊，由橫梁的X向移動、橫梁Z軸滑鞍的Z向 移動、雕銑滑鞍的Y向移動、工作頭部件的B軸回轉分度和雕銑電 主軸的C軸回轉分度構成一個五軸聯(lián)動的系統(tǒng)，工件放置在T型工 作臺上。該模塊可實現(xiàn)對三位平面浮雕、立體雕塑等復雜雕塑的雕銑 功能。 模塊3為臥式車削工作模塊，由橫梁Z軸滑鞍的Z向移動、Y 軸垂直滑鞍的Y向移動、工作頭部件的B軸回轉分度和工件的C軸 回轉分度構成一個四軸聯(lián)動的系統(tǒng)。此時橫梁固定在臥式工作臺的上 方，可車削羅馬柱、螺旋柱等各種的回轉體石柱。模塊4為臥式雕銑工作模塊，由橫梁Z軸滑鞍的Z向移動、雕 銑滑鞍的Y向移動、工作頭部件的B軸回轉分度、雕銑電主軸的C 軸回轉分度和工件的C軸回轉分度構成一個五軸聯(lián)動的系統(tǒng)。此時橫 梁固定在臥式工作臺的上方，可在回轉體石柱上雕銑各種復雜的花 紋。模塊5為T型工作臺工作模塊，由橫梁Z軸滑鞍的Z向移動、 雕銑滑鞍的Y向移動、工作頭部件的B軸回轉分度、雕銑電主軸的 C軸回轉分度和T型工作臺的B軸回轉分度構成一個五軸聯(lián)動的系 統(tǒng)。此時橫梁固定在T型工作臺的上方，可實現(xiàn)較大直徑的柱頭、柱 帽等回轉體工件的雕銑加工。該控制系統(tǒng)通過將加工過程分為不同的五個模塊，將國外石材加 工中心通常需要六軸或八軸系統(tǒng)才能夠完成的石材數(shù)控加工系統(tǒng)通 過使用國產(chǎn)的五軸聯(lián)動系統(tǒng)就能夠實現(xiàn)。
權利要求
1.具有八軸五聯(lián)動功能的多功能石材加工中心，其特征在于，該異型石材加工中心采用動龍門結構，龍門橫梁通過鑲鋼定位導軌和鑲鋼水平導軌定位在兩側橫梁支架上，龍門橫梁上裝有水平滑鞍，該滑鞍是通過鑲鋼定位導軌和鑲鋼水平導軌定位安裝在橫梁上，水平滑鞍上裝有垂直滑鞍，該滑鞍通過光杠與水平滑鞍定位，垂直滑鞍下連接工作頭部件，該部件通過由徑向軸承組成的回轉副懸掛在垂直橫梁上，橫梁下分別安裝有水平旋轉工作臺和T型工作臺。
2. 根據(jù)權利要求1所述的具有八軸五聯(lián)動功能的多功能石材加 工中心，其特征在于，工作頭部件包括由普通電機通過帶傳動帶動的 車削、鋸切工作頭和安裝在其側面的雕銑工作頭，該雕銑工作頭通過 渦輪蝸桿副和回轉副連接在滑鞍上，可繞水平方向旋轉，同時該滑鞍 通過與工作頭部件的支撐件相連的螺旋絲杠副和定位光杠實現(xiàn)獨立 的垂直進給。
3. 根據(jù)權利要求1所述的具有八軸五聯(lián)動功能的多功能石材加 工中心，其特征在于，水平旋轉工作臺由可分度的床頭箱和床尾的液 壓頂針組成，床頭箱上連接液壓三抓卡盤或特制的頂針，通過與床尾 的液壓頂針配合共同裝卡工件；T型水平工作臺，由普通T型槽工作 臺坐落在一個立式變速器上，該變速器與伺服電機相連，T型工作臺 上放有夾具，用于裝卡工件。
4. 根據(jù)權利要求1所述的具有八軸五聯(lián)動功能的多功能石材加 工中心，其特征在于，橫梁支架兩側分別安裝有水平放置的刀庫，分別放置雕銑工具和磨拋工具，雕銑工作頭上安裝有液壓夾具。
5.根據(jù)權利要求1所述的具有八軸五聯(lián)動功能的多功能石材加 工中心，其特征在于，該石材加工中心將八根運動軸分為五個模塊，即鋸切模塊、浮雕模塊、臥式車削工作模塊、臥式雕銑工作模塊及T型工作臺工作模塊。
全文摘要
具有八軸五聯(lián)動功能的多功能石材加工中心，涉及一種石材加工中心。該異型石材加工中心采用動龍門結構，龍門橫梁通過鑲鋼定位導軌和鑲鋼水平導軌定位在兩側橫梁支架上，龍門橫梁上裝有水平滑鞍，該滑鞍是通過鑲鋼定位導軌和鑲鋼水平導軌定位安裝在橫梁上，水平滑鞍上裝有垂直滑鞍，該滑鞍通過光杠與水平滑鞍定位，垂直滑鞍下連接工作頭部件，該部件通過由徑向軸承組成的回轉副懸掛在垂直橫梁上，橫梁下分別安裝有水平旋轉工作臺和T型工作臺。該中心具有八軸五聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)，將加工過程分為不同的五個模塊，完成對各種異型石材的加工。
文檔編號B28D1/16GK101157255SQ20071015808
公開日2008年4月9日 申請日期2007年11月12日 優(yōu)先權日2007年11月12日
發(fā)明者義 劉, 吳玉厚, 珂 張, 蔣朝霞, 趙德宏, 峰 陸, 麟 韓 申請人:沈陽建筑大學