一种机床的自动补偿吸尘装置的制作方法

1.本发明涉及机床技术领域，尤其涉及一种机床的自动补偿吸尘装置。


背景技术：

2.机床切削工件时，会产生许多微小粉尘，若工件为非金属材质，加工过程中容易产生静电，使粉尘吸附在工件表面及其下的治具上，不仅影响车间工人的健康，而且容易引起生产安全问题，另外，微粒粉尘对机床、刀具的寿命及精密零件的加工精度有很大影响，切削过程中产生尘埃摩擦，使刀具寿命缩短，同时工件加工表面质量变差，尘埃进入机床主轴时夹持不稳，刀具寿命缩短，加工表面粗糙度增加。现有的吸尘装置仅通过负压吸附的方式清除加工过程中产生的粉尘，仅仅能够清除掉悬浮在空气中的部分粉尘，而无法有效地清除吸附在工件和治具上的粉尘，除尘效果差。


技术实现要素：

3.(一)要解决的技术问题
4.鉴于现有技术的上述缺点和不足，本发明提供一种机床的自动补偿吸尘装置，其解决了现有吸尘装置难以清除吸附在工件和治具表面的粉尘的技术问题。
5.(二)技术方案
6.为了达到上述目的，本发明的机床的自动补偿吸尘装置包括：
7.横梁、运动机构、工作台、吸尘机构以及探针机构；
8.所述运动机构设置于所述横梁上，所述运动机构能够在x轴方向和z轴方向上运动；
9.所述工作台设置于所述运动机构的下方，所述工作台能够在y轴方向上运动，x轴方向垂直于y轴方向且均与水平面平行，z轴方向垂直于水平面；
10.所述吸尘机构包括吸尘运动组件、吸尘嘴以及分气块；所述吸尘运动组件设置于所述运动机构上，所述分气块设置于所述吸尘运动组件上，所述吸尘运动组件能够驱动所述分气块在z轴方向上运动，所述分气块上开设有负压管道和正压管道；所述吸尘嘴竖直设置于所述分气块上，且所述吸尘嘴套设在机床的加工刀具上；所述吸尘嘴的第一端设置有出气槽，所述吸尘嘴的第二端设置有进气孔，所述吸尘嘴的第一端靠近待加工的工件表面，所述出气槽与所述正压管道连接，所述进气孔与所述负压管道连接；
11.所述探针机构设置于所述分气块上且用于检测所述工作台上待加工的工件的最高点的水平高度。
12.可选地，所述运动机构包括：第一安装板、第二安装板、第一驱动组件以及第二驱动组件；
13.所述第一安装板通过第一滑轨滑动设置于所述横梁上，所述第一滑轨与所述x轴方向平行；
14.所述第二安装板通过第二滑轨滑动设置于所述第一安装板上，所述第二滑轨与z
轴方向平行；
15.所述第一驱动组件设置于所述横梁上，所述第一驱动组件能够驱动所述第一安装板沿所述第一滑轨运动；
16.所述第二驱动组件设置于所述第一安装板上，所述第二驱动组件能够驱动所述第二安装板沿所述第二滑轨运动；
17.所述吸尘运动组件设置于所述第二安装板上。
18.可选地，所述第一驱动组件包括第一电机和第一丝杆组件，所述第二驱动组件包括第二电机和第二丝杆组件；
19.所述第一电机和所述第一丝杆组件均设置于所述横梁上，所述第一丝杆组件的丝杆与所述第一滑轨平行，所述第一电机的转轴与所述第一丝杆组件的丝杆连接，所述第一安装板与所述第一丝杆组件的滑块连接；
20.所述第二电机和所述第二丝杆组件均设置于所述第一安装板上，所述第二丝杆组件的丝杆与所述第二滑轨平行，所述第二电机的转轴与所述第二丝杆组件的丝杆连接，所述第二安装板与所述第二丝杆组件的滑块连接。
21.可选地，所述吸尘嘴包括吸尘座、第一隔板以及第二隔板；
22.所述吸尘座为一端开口的中空圆管状结构，所述吸尘座竖直设置于所述分气块上，所述吸尘座的开口朝下，所述进气孔设置于所述吸尘座上且靠近所述吸尘座的上端；
23.所述第一隔板和所述第二隔板均为环形板，所述第一隔板和所述第二隔板均设置于所述吸尘座的开口处，所述第一隔板的中轴线和所述第二隔板的中轴线均与所述吸尘座的中轴线共线；
24.所述第一隔板叠置于所述第二隔板的上方，所述出气槽设置于所述第一隔板和所述第二隔板之间；
25.所述吸尘座内开设有通孔，所述通孔的第一端开口与所述出气槽连接，所述通孔的第二端开口与所述正压管道连接。
26.可选地，所述第一隔板和所述第二隔板均为漏斗型结构，所述第一隔板和所述第二隔板的第一端均与所述吸尘座的开口端连接，所述第一隔板和所述第二隔板的第二端位于第一端的下方，所述第一隔板和所述第二隔板的第一端的内径均大于第二端的内径。
27.可选地，所述吸尘运动组件包括第三电机、第三丝杆组件以及第三安装板；
28.所述第三电机和所述第三丝杆组件均设置于所述第二安装板上，所述第三丝杆组件的丝杆与z轴方向平行，所述第三电机的转轴与所述第三丝杆组件的丝杆连接；
29.所述第三安装板通过第三滑轨滑动设置于所述运动机构上，所示第三滑轨与所述第三丝杆组件的丝杆平行，所述第三安装板与所述第三丝杆组件的滑块连接；
30.所述分气块设置于所述第三安装板上。
31.可选地，所述吸尘机构还包括伸缩护罩和主轴抱夹座；
32.所述主轴抱夹座固定设置于所述运动机构上，所述主轴抱夹座位于所述吸尘嘴的正上方，所述主轴抱夹座用于夹持所述机床的主轴；
33.所述伸缩护罩的第一端与所述主轴抱夹座连接，所述伸缩护罩的第二端与所述吸尘嘴的上端连接。
34.可选地，所述探针机构包括探针气缸和接触式传感器，所述探针气缸的缸体设置
于所述分气块上，所述探针气缸的活塞杆竖直向下设置，所述接触式传感器设置于所述探针气缸的活塞杆上。
35.可选地，所述自动补偿吸尘装置还包括非接触式对刀仪，所述非接触式对刀仪设置于所述工作台上。
36.可选地，所述自动补偿吸尘装置还包括床身；
37.所述横梁设置于所述床身上，所述工作台通过第四滑轨滑动设置于所述床身上，所述第四滑轨与y轴方向平行；
38.所述床身上设置有第四电机和第四丝杆组件，所述第四丝杆组件的丝杆与所述y轴方向平行；
39.所述第四电机的转轴与所述第四丝杆组件的丝杆连接，所述工作台与所述第四丝杆组件的滑块连接。
40.(三)有益效果
41.吸尘嘴的第一端设置有出气槽，吸尘嘴的第二端设置有进气孔，吸尘嘴的第一端靠近待加工的工件表面，出气槽与正压管道连接，进气孔与负压管道连接。出气槽给吸尘嘴的第一端输入正压，出气孔给吸尘嘴的第二端输入负压。在正压气流的作用下，吸附在工件和治具表面的粉尘被扬起，同时因为正压气流在负压下方，在正压气流和负压气流的共同作用，吸尘嘴内部形成向心涡流，气体的流向始终由吸尘嘴的外部向吸尘嘴的内部流动，加工产生的粉尘均被向心涡流吸入负压管路中再进行后续的收集和处理。自动补偿吸尘装置有效地去除工件和治具表面吸附的粉尘，同时，正压气流和负压气流共同作用形成的涡流还兼具刀具冷却作用，避免刀具高温，提高了刀具的耐久度。
附图说明
42.图1为本发明的机床的自动补偿吸尘装置的结构示意图；
43.图2为本发明的机床的自动补偿吸尘装置的部分结构示意图；
44.图3为本发明的机床的自动补偿吸尘装置的吸尘嘴的结构示意图；
45.图4为本发明的机床的自动补偿吸尘装置的吸尘嘴的截面图；
46.图5为图4中a处的放大图。
47.【附图标记说明】
48.100：刀具；101：工件；102：主轴；103：治具；
49.1：吸尘机构；
50.111：第三电机；112：第三丝杆组件；113：第三安装板；
51.12：吸尘嘴；121：出气槽；122：进气孔；123：吸尘座；124：第一隔板；125：第二隔板；126：通孔；
52.13：分气块；131：负压管道；132：正压管道；
53.14：伸缩护罩；
54.15：主轴抱夹座；
55.2：运动机构；21：第一安装板；22：第二安装板；221：第二电机；222：第二丝杆组件；23：第二滑轨；
56.3：工作台；
57.4：横梁；
58.5：探针机构；51：探针气缸；52：接触式传感器；
59.6：非接触式对刀仪；
60.7：床身。
具体实施方式
61.为了更好地解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。其中，本文所提及的“上”、“下”......等方位名词以图1的定向为参照。
62.为了更好地理解上述技术方案，下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更清楚、透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
63.如图1和图2所示，本发明提供了一种机床的自动补偿吸尘装置，其包括横梁4、运动机构2、工作台3、吸尘机构1以及探针机构5。其中，运动机构2设置于横梁4上，运动机构2能够在x轴方向和z轴方向上运动。工作台3位于运动机构2的下方，工作台3能够在y轴方向上运动。x轴方向与y轴方向垂直，且x轴方向和y组方向均与水平面平行，z轴方向垂直于水平面。吸尘机构1包括吸尘运动组件、吸尘嘴12以及分气块13。吸尘运动组件设置于运动机构2上随运动机构2一起在x轴方向和z轴方向上运动。分气块13设置于吸尘运动组件上，吸尘运动组件能够驱动分气块13在z轴方向上运动，用于补偿运动机构2在z轴方向上的运动距离。在分气块13上开设有两条互不相通的通气管道，分别为负压管道131和正压管道132。吸尘嘴12竖直设置于分气块13上，且吸尘嘴12套设在机床的加工刀具100上，机床的加工刀具100同样安装在运动机构2上，在吸尘运动组件为动作时，刀具100和吸尘嘴12同步沿x轴方向和z轴方向运动，使刀具100在加工工件101时，吸尘嘴12始终罩设在加工点，提高吸尘效果。具体地，吸尘嘴12的第一端设置有出气槽121，吸尘嘴12的第二端设置有进气孔122，吸尘嘴12的第一端靠近待加工的工件101表面，出气槽121与正压管道132连接，进气孔122与负压管道131连接。出气槽121给吸尘嘴12的第一端输入正压，出气孔给吸尘嘴12的第二端输入负压。探针机构5设置于分气块13上，探针机构5在检测工件101表面的平整度时，运动机构2z轴方向向下靠近工件101运动，使探针机构5接触到工件101的上表面，此时，运动机构2向下运动的距离即为吸尘嘴12沿z轴方向向下运动的最大距离，为了建立向心涡流，吸尘嘴12向下运动的距离应小于探针机构5向下运动的距离，使吸尘嘴12的第一端与工件101上表面之间的距离为0.05mm
‑
0.15mm。在正压气流的作用下，吸附在工件101和治具103表面的粉尘被扬起，同时因为正压气流在负压下方，在正压气流和负压气流的共同作用，吸尘嘴12内部形成向心涡流，气体的流向始终由吸尘嘴12的外部向吸尘嘴12的内部流动，加工产生的粉尘均被向心涡流吸入负压管路中再进行后续的收集和处理。自动补偿吸尘装置有效地去除工件101和治具103表面吸附的粉尘，同时，正压气流和负压气流共同作用形成的涡流还兼具刀具100冷却作用，避免刀具100高温，提高了刀具100的耐久度。
64.如图2所示，运动机构2包括第一安装板21、第二安装板22、第一驱动组件以及第二驱动组件。其中，第一安装板21通过第一滑轨滑动设置于横梁4上，第一滑轨与x轴方向平行。第二安装板22通过第二滑轨23滑动设置于第一安装板21上，第二滑轨23与z轴方向平
行。第一驱动组件在附图中未示出，第一驱动组件的结构与第二驱动组件的结构相同。第一驱动组件设置于横梁4上，第一驱动组件能够驱动第一安装板21沿第一滑轨运动，从而使第一安装板21沿x轴方向运动。第二驱动组件设置于第一安装板21上，第二驱动组件能够驱动第二安装板22沿第二滑轨23运动，从而使第二安装板22沿z轴方向运动。吸尘运动组件设置于第二安装板22上，从而使吸尘运动组件既能够x轴方向也能够沿y轴方向运动。具体地，第一驱动组件包括第一电机和第一丝杆组件，第一电机和第一丝杆组件均设置于横梁4上，第一丝杆组件为常规的丝杆组件，第一丝杆组件的丝杆与第一滑轨平行，第一电机的转轴与第一丝杆组件的丝杆连接以驱动丝杆旋转，第一安装板21与第一丝杆组件的滑块连接，在第一电机的驱动下随滑块一起沿第一滑轨运动。第一电机优选为伺服电机，通过控制伺服电机的转动角度来控制第一安装板21沿x轴方向运动的距离。第二驱动组件包括第二电机221和第二丝杆组件222，第二电机221和第二丝杆组件222均设置于第一安装板21上，第二丝杆组件222也为常规的丝杆组件，第二丝杆组件222的丝杆与第二滑轨23平行，第二电机221的转轴与第二丝杆组件222的丝杆连接以驱动丝杆旋转，第二安装板22与第二丝杆组件222的滑块连接，在第二电机221的驱动下随滑块一起沿第二滑轨23运动。第一电机为伺服电机，通过控制伺服电机的转动角度来控制第二安装板22沿z轴方向运动的距离，以此来记录探针机构5在接触到工件101时下降的距离。
65.如图3
‑
图5所示，吸尘嘴12包括吸尘座123、第一隔板124以及第二隔板125。吸尘座123为一端开口的中空圆管状结构，吸尘座123竖直设置于分气块13上，吸尘座123的开口朝向下，进气孔122设置于吸尘座123上，且进气孔122靠近吸尘座123的上端，在进气孔122输入负压时，吸尘座123向上抽气来吸尘。第一隔板124和第二隔板125均为环形板，第一隔板124和第二隔板125均设置于吸尘座123的开口处，第一隔板124的中轴线和第二隔板125的中轴线均与吸尘座123的中轴线共线。具体地，第一隔板124叠置于第二隔板125的上方，第一隔板124和第二隔板125之间设置有间隙，由间隙构成上述的出气槽121。吸尘座123内开设有通孔126，通孔126的第一端开口与出气槽121连接，通孔126的第二端开口与正压管道132连接。当正压管道132输入正压时，正压气流通过缝隙，气体流速加快，形成风刀，能有效地扬起吸附在工件101和治具103表面的粉尘。优选地，第一隔板124和第二隔板125均为漏斗型结构，第一隔板124和第二隔板125的第一端均与吸尘座123的开口端连接，第一隔板124和第二隔板125的第二端位于第一端的下方，第一隔板124和第二隔板125的第一端的内径均大于第二端的内径，从而使出气槽121也为漏斗形结构，正压气流从出气槽121中流出时，正压气流受出气槽121的导流作用而斜着吹向工件101和治具103的表面，即风刀与工件101表面、风刀与治具103表面之间均具有一定的夹角，结合附图5，附图5中箭头方向为气流的流动方向，可以看出，正压气流受出气槽121的导流作用形成的风刀在未受工件101和治具103的影响的情况下能够汇集到第一隔板124或第二隔板125的中轴线上。在加工工件101时，风刀接触工件101和治具103表面后反弹的气流均朝向吸尘座123的内部，从而使扬起的粉尘也随风刀反弹的气流一起进入吸尘座123的内部，避免吸附在治具103和工件101表面的粉尘被扬起后四散飞溅，从而有效地提高了吸尘效果。
66.如图2所示，吸尘运动组件包括第三电机111、第三丝杆组件112以及第三安装板113。其中，第三电机111和第三丝杆组件112均设置于第二安装板22上，第三丝杆组件112的丝杆与z轴方向平行，第三电机111优选为伺服电机，第三丝杆组件112为常规的丝杆组件，
第三电机111的转轴与第三丝杆组件112的丝杆连接以驱动丝杆旋转。第三安装板113通过第三滑轨滑动设置于第二安装板22上，第三滑轨与第三丝杆组件112的丝杆平行，第三安装板113与第三丝杆组件112的滑块连接，在第三电机111的驱动下第三安装板113随滑块一起沿第三滑轨运动。分气块13设置于第三安装板113上，通过第三安装板113在z轴方向上的运动来补偿分气块13在z轴方向上运动的距离。
67.如图2所示，吸尘机构1还包括伸缩护罩14和主轴抱夹座15，伸缩护罩14为圆柱体状的风琴式伸缩保护罩。主轴抱夹座15固定设置于运动机构2的第二安装板22上，第二安装板22动作时，主轴抱夹座15与吸尘座123同步运动。主轴抱夹座15位于吸尘嘴12的正上方，主轴抱夹座15用于夹持并固定机床的主轴102，从而使主轴102和吸尘嘴12在x轴方向上同步运动，主轴102始终套设在吸尘嘴12内。伸缩护罩14的第一端与主轴抱夹座15连接，伸缩护罩14的第二端与吸尘嘴12的上端连接，主轴102套设在伸缩护罩14内。吸尘嘴12与主轴抱夹座15在z轴方向上产生位移时，伸缩护罩14通过拉伸或压缩来补偿位移的距离，使主轴102始终套设在伸缩护罩14内，伸缩护罩14形成的密闭结构，始终有效地保护了主轴102。
68.如图2所示，探针机构5包括探针气缸51和接触式传感器52，探针气缸51的缸体设置于分气块13上，探针气缸51的活塞杆竖直向下设置，接触式传感器52设置于探针气缸51的活塞杆上。探针气缸51伸出时，接触传感器向下运动，接触式传感器52的探针位于吸尘嘴12的下方，在运动机构2向下运动时，接触式传感器52的探针会优先接触到工件101或治具103的表面，避免吸尘嘴12损伤工件101。在检测工件101上表面的最高点的位置时，第二安装板22运动至最上端，吸尘运动组件和探针气缸51动作，使接触式传感器52向下运动，使探针的水平高度低于吸尘嘴12的第一端的水平高度，此时探针的位置为初始位置；第二安装板22向下运动，当探针接触到工件101的上表面时第二安装板22立即停止运动，通过常规计算机或控制器记录此时探针的x轴坐标和y轴坐标以及第二安装板22下降的距离，其中，x轴和y轴的坐标即为工件101表面被检测点的坐标，第二安装板22下降的距离即为初始位置下探针与被检测点之间的距离，距离越大，说明被检测点的水平高度越低；第一个点被检测完成后第二安装板22返回至最上端。在进行第二点的检测时，第一安装板21或工作台3动作，或者第一安装板21和工作台3配合动作，重复上述步骤，对工件101的其他为位置进行检测，检测出工件101的最高点。检测完成后探针气缸51缩回，探针的下端位于吸尘嘴12的上方。在吸尘过程中，吸尘嘴12下降的距离l1小于探针的初始位置到工件101的最高点的距离l2，l1
‑
l2＝l，0.05mm＜l＜0.15mm，l优选为0.1mm，从而使吸尘嘴12的第一端与工件101的上表面之间相距0.1mm，便于正压气流和负压气流产生向心的涡流，使加工产生的粉尘均被吸附到负压通道内，同时正压气流还兼具刀具100冷却作用。对于不同厚度的工件101，均可以通过上述步骤来检测出工件101的最高点，从而始终控制吸尘嘴12与工件101上表面之间的距离为l，无需人工去控制l的距离，从而实现了自动补偿吸尘过程。
69.如图1所示，自动补偿吸尘装置还包括非接触式对刀仪6，非接触式对刀仪6设置于工作台3上。非接触式对刀仪6用于机床的对刀操作，除要测量并补偿刀具100长度方向上的偏置值外，同时还要测量和补偿刀具100直径方向上的偏置值(刀具100以轴心线分界的两个半径的偏置值)，若检测刀具100在运行过程中的直径方向上的偏置值过大，刀具100会接触到吸尘嘴12的第一隔板124和第二隔板125，若长期运行极易损坏吸尘嘴12。
70.如图1所示，自动补偿吸尘装置还包括床身7，横梁4设置于床身7上，工作台3通过
第四滑轨滑动设置于床身7上，第四滑轨与y轴方向平行。床身7上设置有第四电机和第四丝杆组件，第四丝杆组件的丝杆与y轴方向平行。第四电机的转轴与第四丝杆组件的丝杆连接，工作台3与第四丝杆组件的滑块连接。附图中未示出第四滑轨、第四电机以及第四丝杆组件，第四电机和第四丝杆组件的结构与第二驱动组件的结构相同，不再赘述。
71.吸尘嘴12的第一端设置有出气槽121，吸尘嘴12的第二端设置有进气孔122，吸尘嘴12的第一端靠近待加工的工件101表面，出气槽121与正压管道132连接，进气孔122与负压管道131连接。出气槽121给吸尘嘴12的第一端输入正压，出气孔给吸尘嘴12的第二端输入负压。在正压气流的作用下，吸附在工件101和治具103表面的粉尘被扬起，同时因为正压气流在负压下方，在正压气流和负压气流的共同作用，吸尘嘴12内部形成向心涡流，气体的流向始终由吸尘嘴12的外部向吸尘嘴12的内部流动，加工产生的粉尘均被向心涡流吸入负压管路中再进行后续的收集和处理。自动补偿吸尘装置有效地去除工件101和治具103表面吸附的粉尘，同时，正压气流和负压气流共同作用形成的涡流还兼具刀具100冷却作用，避免刀具100高温，提高了刀具100的耐久度。在吸尘过程中，吸尘嘴12下降的距离l1小于探针初始位置到工件101的最高点的距离l2，l1
‑
l2＝l，0.05mm＜l＜0.15mm，l优选为0.1mm，从而使吸尘嘴12的第一端与工件101的上表面之间相距0.1mm，便于正压气流和负压气流产生向心的涡流，使加工产生的粉尘均被吸附到负压通道内，同时正压气流还兼具刀具100冷却作用。对于不同厚度的工件101，均可以通过上述步骤来检测出工件101的最高点，从而始终控制吸尘嘴12与工件101上表面之间的距离为l，无需人工去控制l的距离，从而实现了自动补偿吸尘过程。
72.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
73.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连；可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
74.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”，可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”，可以是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”，可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度低于第二特征。
75.在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述，是指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进
行结合和组合。
76.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行改动、修改、替换和变型。