專利名稱：多功能小型精密鐘表機床的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種多功能小型鐘表機床，屬小型機床和鐘表技術領域。
背景技術：
鐘表師在制作鐘表零部件時，往往需要一臺小型精密鐘表機床。現有的鐘表機床 存在結構復雜、功能單一、精度較低等缺點。目前市場上鐘表機床大多數有車、銑、鉆等單一 的功能，但鐘表機構一般都較為復雜，有主夾板、夾板(包括中央輪夾板、第四輪夾板、擺輪 和半夾板)、擒縱輪夾板。各種夾板上還有凸臺、沉孔等等，這樣、一個零件就很難在一臺單 一功能的機床上完成。這就決定了往往一個鐘表零件的加工過程需要在不同的機床上進行 才得以完成。而鐘表零件所要求的車削、銑削、鉆削等工藝的精度比較高，如果多次裝夾會 影響加工精度。此外，鐘表零件表面的精飾加工往往需要工件與刀具成不同的傾角；加工曲 面時，要求銑刀在銑削時呈一定的傾斜。雖然這些要求數控加工中心(CNC)能夠滿足，但對 獨立鐘表師或者規模較小的研發部分部門來說，其投資成本太高。有鑒于此，研制一臺具有 多自由度(5個自由度)、多種功能(具有車、銑、鉆等功能)的小型鐘表機床是非常有必要 的。
實用新型內容本實用新型的目的在于提供一臺新型的多功能的高精度的鐘表機床，可以滿足微 小零件制作過程中的各種加工工藝要求。機床具有五個運動自由度，配合其他的機床配件 可以在一臺機床上完成車、銑、鉆、鏜、磨及表面裝飾處理等多種機加工，避免了鐘表部件的 多次裝夾引起的加工誤差。機床上需要實現刀具和工件成不同角度。這種新型的機床可以 使得一個鐘表零件在一臺機床上加工完成，縮短了加工時間、減少了加工步驟，也減少了加 工成本。它可以填補現在市場上其他精密鐘表機床的功能空白。同時，該機床可供科研、教 學單位完成單件、小批小型零件的機加工。 為了達到上述目的，本實用新型的構思是考慮到機床裝配的方便及使用的簡便 性，課題計劃對機床結構采用模塊化設計方法。模塊化設計可以降低機床部件的加工難度， 提高機床裝配拆卸的靈活性，有利于減少加工成本，另外，模塊的即插即用性有利于產品的 升級換代和維修。將整臺機床劃分為若干功能模塊，形成可裝配的功能單元，如基座、三維 工作臺、支撐底座、立柱、升降部件、主軸系、電機和傳動帶等。這些模塊可以根據今后一定 的外部環境變化進行相應的重組。機床的設計計劃大量使用高質量標準件，減少非標準件 數量，這樣不僅保證了機床機械性能的可靠性、結構的可重組性、設計制造的快速性，而且 在使用結束后大多數零部件具有可回收性，適應我國走可持續發展道路的長遠規劃。本實 用新型提供的機床主要針對獨立鐘表師和科研單位的科研人員所設計。這類客戶大都手工 制表、獨立工作，對機床的投資成本低，有些客戶未能掌握數控編程技能。為了滿足這類人 群的需求，本實用新型設計的多功能精密鐘表機床是一臺電機驅動、手動加工零件的低成 本、多功能小型手動機床。[0005] 多功能小型精密鐘表機床，包括基座，基座上安裝工作臺和支撐底座，支撐底座和 立柱利用鉸鏈機構鏈接，立柱上安裝升降部件帶動電機和主軸箱的移動，主軸箱內安裝主 軸，電機通過傳動帶帶動主軸的運轉。三個直線運動自由度采用滾動導軌和精密絲杠螺母 傳動，利用銷配合實現旋轉的運動自由度，利用鉸鏈結構實現擺轉的運動自由度。五個自由 度的運動通過手動操作完成。選擇直流電機通過帶輪傳動帶動主軸的轉動。 根據上述實用新型構思，本實用新型采用下述技術方案 —種多功能小型精密鐘表機床，包括一個基座，其特征在于所述基座上安裝一個 工作臺和一個支撐底座，所述支撐底座用鉸鏈機構和一個立柱相連，所述立柱上安裝一個 升降部件，所述升降部件的兩端分別安裝一個主軸系和一個電機，所述電機通過一個傳動 帶帶動所述主軸系運轉。 上述基座的四角安裝地腳螺釘，所述地腳螺釘配有地腳鎖緊螺母和支撐腳。 上述工作臺由一個滾動導軌、一個旋轉工作臺和一個上層工作臺依次由下至上疊 置構成，其中滾動導軌安裝在基座上方。 上述支撐底座用螺釘安裝于基座上方的工作臺后方，支撐底座上端為半圓形構 造，在半圓中心加工出一直徑30mm圓形通孔，并在大圓形通孔上方和左方各加工一直徑 10mm圓形通孔。 上述立柱下端為凹字形半圓構造，在半圓中心加工出一直徑30mm圓形通孔，并在 大圓形通孔上方和下方各加工一直徑10mm圓形通孔，立柱上端圓柱體鉆有深度為93mm的 空心圓形槽，并在空心圓柱體左右兩側加工兩長圓形通孔；所述支撐底座上端半圓中心的 30mm圓形通孔與立柱下端半圓中心的30mm圓形通孔對準，并插配螺栓鎖緊銷軸，構成支撐 底座與立柱之間可調轉動連接的鉸鏈機構。 上述升降部件安裝于立柱上端圓柱體處，其結構是一個升降導向件嵌于一個立 柱外套的長圓形通孔內，通過螺釘與一個升降驅動螺母和所述立柱外套固定，升降驅動螺 母與一根升降絲桿旋配， 一個升降手輪帶動所述升降絲桿轉動，實現所述立柱外套的升降 移動。 上述主軸系通過螺釘安裝于所述立柱外套的前方，其中主軸安裝于主軸箱內，主 軸上安裝有主軸傳動帶輪。 上述電機通過螺釘安裝于所述立柱外套的后方，電機輸出軸上安裝一個電機傳動 帶輪。 上述傳動帶安裝于主軸傳動帶輪和電機傳動帶輪上，電機驅動電機傳動帶輪旋轉 通過傳動帶帶動主軸系的運轉。 本實用新型與現有技術相比較，具有如下顯而易見的實質性特點和優點本機床 的機械結構首先確保五個運動自由度的實現，即X、 Y、 Z空間三個坐標軸方向的直線運動、 以繞Z軸的旋轉運動和繞X軸的擺轉運動，擺轉角度最大可以達到135。。在一臺機床上完 成了多種機加工，即當主軸成水平時，可完成對零件的車、銑、鉆、鏜、磨等切削加工；當主軸 成豎直時，機床可以完成銑、車、鉆、鏜、磨等切削加工；當主軸成一定角度傾斜時，使得工件 與刀具成一定角度可以完成鐘表零件表面的精飾加工和工件的曲面銑加工。本實用新型還 具有占地面積小、制造成本低、操作簡單、使用方便等優點。
圖1為本實用新型結構的一個實施例的示意圖。圖2為圖1的右視圖。圖3為圖1示例的基座結構示意圖。圖4為圖1示例的工作臺結構示意圖。圖5為圖1示例的旋轉工作臺結構示意圖。圖6為圖5的A-A處剖視圖。圖7為圖1示例的支撐底座結構示意圖。圖8為圖7的右視圖。圖9為圖1示例的立柱結構示意圖。圖10為圖9的右視圖。圖11為圖1示例的升降部件結構示意圖。圖12為圖11的A-A處剖視圖。圖13為圖1示例的主軸系的結構示意圖。圖14為圖13的A-A處剖視圖。圖15-圖18為圖1示例的在不同工作狀態下的結構示意圖。
具體實施方式本實用新型的一個優選實施例結合附圖說明如下 本多功能小型精密機床分為八個功能模塊，如說明書附圖l和圖2所示分別為基
座1、三維工作臺2、支撐底座3、立柱4、升降部件5、主軸系6、電機7和傳動帶8。基座1上
用螺釘安裝工作臺2和支撐底座3，支撐底座3用鉸鏈機構和立柱4相連，立柱4上安裝升
降部件5，升降部件5帶動立柱外套17的升降移動，立柱外套17前后端螺釘分別固定了主
軸支架24和電機支架25，主軸支架24用螺釘固定主軸系6，電機支架25用螺釘固定電機
7，選擇直流電機7通過電機帶輪23通過傳動帶8帶動主軸系6運轉。 如圖3所示，基座1的四角安裝地腳螺釘9，地腳螺釘9配有地腳鎖緊螺母10和支
撐腳ll，可調節地腳鎖緊螺母10和地腳螺釘9的旋合高度保持基座1的水平。 如圖4所示，工作臺分為滾動導軌12、旋轉工作臺13和上層工作臺14三部分。基
座1上方安裝滾動導軌12，滾動導軌12上安裝下層轉臺34，上層導軌座35和上層驅動螺
母31固定。轉動下層手輪32通過滑動旋轉副的傳動實現下層轉臺34的Y方向直線運動，
轉動上層手輪33通過滑動旋轉副的傳動實現上層工作臺面14的X方向直線運動。考慮到
加工難度及導軌運動誤差小等要求，導軌計劃采用滾動直線導軌副(標準件)。 如圖5和圖6所示，旋轉工作臺13固定中心銷28，回轉臺短軸26用螺釘下層轉臺
34固定，回轉盤27用螺釘與上層導軌座35固定，旋轉臺手輪30與回轉盤27通過螺紋配合
進行固定，使得手輪可以帶動回轉盤27繞著Z軸旋轉，通過增加定位銷29配合的設計，使
回轉盤27旋轉90°時得到定位，保證了上下兩層直線導軌成X-Y十字垂直交錯。 如圖7和圖8所示，支撐底座3用螺釘安裝于基座1上方、工作臺2后方，支撐底
座3側視呈凸字形，上端為半圓形構造，在半圓中心加工出一大直徑圓形通孔，并在大直徑
圓形通孔上方和左方各加工一小直徑圓形通孔，在其右下方加工一弧度孔。[0038] 如圖9和圖10所示，立柱4下端為凹字形半圓構造，在半圓中心加工出一直徑 30mm圓形通孔，并在大圓形通孔上方和下方各加工一直徑10mm圓形通孔，立柱4上端圓柱 體鉆有深度為93mm的空心圓形槽，并在空心圓柱體左右兩側加工兩長圓形通孔。大直徑銷 用于確保立柱4下端的大孔與支撐底座3上端大孔保持同心配合，從而實現了立柱4與支 撐底座3的鉸鏈連接。此鉸鏈機構可以使立柱4實現90。之內的任意位置擺動。小直徑銷 可以與支撐底座3的弧度孔及立柱4的下端小孔配合，利用定位銷和定位孔的配合確保立 柱4在水平和豎直狀態的固定，鉸鏈機構后端加裝有一鎖緊螺釘，使得立柱4即使在傾斜狀 態也能被鎖定，防止了松動倒下的危險。 如圖11和圖12所示，升降部件5安裝于立柱4上端圓柱體處，升降導向件15嵌 于長圓形通孔內，通過螺釘與升降驅動螺母16和立柱外套17固定，升降驅動螺母16與升 降絲桿18配合，升降手輪19帶動升降絲桿18轉動，實現立柱外套17的升降移動。升降部 件5采用滑動絲桿螺母機構實現了主軸沿著Z軸直線運動。轉動升降手輪19通過滑動旋 轉副的傳動實現驅動螺母的升降功能，立柱外套17前后端螺釘分別固定了主軸支架24和 電機支架25，從而達到帶動主軸系6和電機7的升降功能。 如圖13和圖14所示，機床的主軸箱(21)用螺釘安裝于主軸支架(24)前端，主軸 (20)安裝于主軸箱(21)內，主軸(20)上端裝配了一個上端軸承(36)，主軸(20)上端裝配 了兩個下端軸承(37)確保主軸(20)的旋轉精度，在主軸(20)中間利用鍵槽和鍵配合實現 主軸(20)和主軸傳動帶輪(22)的配合。 在鐘表行業，基于鐘表零部件拋光加工工藝的要求，機床主軸系6需能擺轉一定 的角度，從而更利于鐘表師操作。除了大型加工中心有此功能以外，市場上還沒有發現成熟 的小型機床產品有類似功能。因此，實現主軸系6繞X軸的擺動是本實用新型的重點所在。 本實用新型采用了機械上常用的鉸鏈機構來實現這一操作。說明書附圖15-圖18展示了 機床主軸系6分別在豎直、傾斜及水平位置機床的工作狀態。 本機床采用P麗直流調速系統。P麗直流調速系統是采用我國最新數學控制調速
技術和專用器件，研制生產的高精度電子調速裝置，具有結構簡單、體積小、重量輕等優點。
可用于多種系列、功率為幾十瓦至八百瓦的直流電動機的無級調速。系統調速范圍滿足機
床要求且具有較快的動態響應過程，P麗脈寬調制技術和雙閉環PI調節的特點。可靠性高，
結構緊湊，性價比高，適用于本課題研制的機床。 本機床可完成在一臺機床上完成以下加工功能 (1)主軸豎直時，拉桿與夾具、小銑刀配合使用，實現立式銑削。
(2)主軸豎直時，拉桿與夾具、小鉆頭配合使用，實現鉆削。
(3)拉桿與夾具、小砂輪配合，實現磨削工藝。 (4)在立柱擺轉9(T之后即立柱呈水平狀態，拉桿與夾具、車刀、鏜刀配合，實現 車削、鏜削。 (5)當主軸成一定角度傾斜時，使得工件與刀具成一定角度可以完成鐘表零件表 面的精飾加工和工件的曲面銑加工。
(6)根據鐘表零件加工工藝的要求，該機床可實現對鐘表零件拋光的功能。
(7)采用旋轉臺分度功能，通過拉桿與夾具、齒輪滾、銑刀的配合了實現加工鐘表 齒輪(一種特殊的修正擺線齒輪)。
權利要求一種多功能小型精密鐘表機床，包括一個基座(1)，其特征在于所述基座(1)上安裝一個工作臺(2)和一個支撐底座(3)，所述支撐底座(3)用鉸鏈機構和一個立柱(4)相連，所述立柱(4)上安裝一個升降部件(5)，所述升降部件(5)的兩端分別安裝一個主軸系(6)和一個電機(7)，所述電機(7)通過一個傳動帶(8)帶動所述主軸系(6)運轉。
2. 根據權利要求l所述的多功能小型精密鐘表機床，其特征在于所述基座(1)的四 角安裝地腳螺釘(9)，所述地腳螺釘(9)配有地腳鎖緊螺母(10)和支撐腳(11)。
3. 根據權利要求l所述的多功能小型精密鐘表機床，其特征在于所述工作臺(2)由 一個滾動導軌(12)、一個旋轉工作臺(13)和一個上層工作臺(14)依次由下至上疊置構成， 其中滾動導軌(12)安裝在基座(1)上方。
4. 根據權利要求l所述的多功能小型精密鐘表機床，其特征在于所述支撐底座(3) 用螺釘安裝于基座(1)上方的工作臺(2)后方，支撐底座(3)上端為半圓形構造，在半圓中 心加工出一直徑30mm圓形通孔，并在大圓形通孔上方和左方各加工一直徑10mm圓形通孔。
5. 根據權利要求4所述的多功能小型精密鐘表機床，其特征在于所述立柱(4)下端 為凹字形半圓構造，在半圓中心加工出一直徑30mm圓形通孔，并在大圓形通孔上方和下方 各加工一直徑10mm圓形通孔，立柱(4)上端圓柱體鉆有深度為93mm的空心圓形槽，并在空 心圓柱體左右兩側加工兩長圓形通孔；所述支撐底座(3)上端半圓中心的30mm圓形通孔與 立柱(4)下端半圓中心的30mm圓形通孔對準，并插配螺栓鎖緊銷軸，構成支撐底座(3)與 立柱(4)之間可調轉動連接的鉸鏈機構。
6. 根據權利要求1所述的多功能小型精密鐘表機床，其特征在于所述升降部件(5) 安裝于立柱(4)上端圓柱體處，其結構是一個升降導向件(15)嵌于一個立柱外套(17)的 長圓形通孔內，通過螺釘與一個升降驅動螺母(16)和所述立柱外套(17)固定，升降驅動螺 母(16)與一根升降絲桿(18)旋配，一個升降手輪(19)帶動所述升降絲桿(18)轉動，實現 所述立柱外套(17)的升降移動。
7. 根據權利要求6所述的多功能小型精密鐘表機床，其特征在于所述主軸系(6)通 過螺釘安裝于所述立柱外套(17)的前方，其中主軸(20)安裝于主軸箱(21)內，主軸(20) 上安裝有主軸傳動帶輪(22)。
8. 根據權利要求7所述的多功能小型精密鐘表機床，其特征在于所述電機(7)通過 螺釘安裝于所述立柱外套(17)的后方，電機(7)輸出軸上安裝一個電機傳動帶輪(23)。
9. 根據權利要求8所述的多功能小型精密鐘表機床，其特征在于所述傳動帶(8)安 裝于主軸傳動帶輪(22)和電機傳動帶輪(23)上，電機(7)驅動電機傳動帶輪(23)旋轉通 過傳動帶(8)帶動主軸系(6)的運轉。
專利摘要本實用新型涉及多功能小型精密鐘表機床。它包括一個基座，基座上安裝一個工作臺和一個支撐底座，支撐底座用鉸鏈機構和一個立柱相連，立柱上安裝一個升降部件，升降部件的兩端分別安裝一個主軸系和一個電機，電機通過一個傳動帶帶動主軸系的運轉。本實用新型具有五個運動自由度，可完成車、銑、鉆、鏜、磨等切削加工，具有占地面積小、制造成本低、操作簡單、使用方便等優點。
文檔編號G04D3/00GK201464830SQ20092006944
公開日2010年5月12日 申請日期2009年3月26日 優先權日2009年3月26日
發明者吳彬, 沈振軍 申請人:上海大學