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CN116237562A - 一种可使刀具按螺旋线轨迹进行连续性的自动走刀的机床 - Google Patents

一种可使刀具按螺旋线轨迹进行连续性的自动走刀的机床 Download PDF

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CN116237562A
CN116237562A CN202310338970.1A CN202310338970A CN116237562A CN 116237562 A CN116237562 A CN 116237562A CN 202310338970 A CN202310338970 A CN 202310338970A CN 116237562 A CN116237562 A CN 116237562A
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刘胜
潘自立
凌志文
恽熠鑫
卢浩翔
罗向城
王大中
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Shanghai University of Engineering Science
Original Assignee
Shanghai University of Engineering Science
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Abstract

本发明涉及一种可使刀具按螺旋线轨迹进行连续性的自动走刀的机床，包括主轴传动/退刀装置、阿基米德螺旋线径向变位装置、极轴转角装置、工作台、可编程逻辑控制器和机架；阿基米德螺旋线径向变位装置用于对加工半径进行变位；阿基米德螺旋线径向变位装置包括承载板和螺旋线变径盘；螺旋线变径盘中设有呈阿基米德螺旋线分布的机床传动主轴变径通孔，机床传动主轴变径通孔用于导向机床传动主轴沿阿基米德螺旋线运动。本发明采用极坐标定位、能进行连续性自动进给切削和自动退刀，且满足柔性加工需求，对于代加工孔的半径定位更加精准、分度误差更小，实施效果更好。

Description

一种可使刀具按螺旋线轨迹进行连续性的自动走刀的机床
技术领域
本发明属于机床加工技术领域，涉及一种可使刀具按螺旋线轨迹进行连续性的自动走刀的机床。
背景技术
当前，均匀布置的孔或非均匀布置的孔一般用普通钻床进行加工，但孔的位置要通过划线、使用在钻模或者数控编程点窝的方式进行确定，以至工艺制备路线较长，影响生产效率和加工的精度和进度，使得生产成本增加。普通机床一次只能钻削一个孔，对多孔布置的零件进行时，需要加工完成一个孔之后，需要重复定位的步骤、走刀等工序再加工另一个孔，效率低下。特别是对于同心布置的不同直径上分布的孔以及不同工件上有相对位置要求的均匀或者不均匀布置的孔，若采用普通机床加工，不但加工效率低下，而且多次定位走刀造成非常大的定位误差和尺寸误差，使得工件的装配精度降低、装配困难，不满足设计要求、生产要求和装配要求。
此外，钻床常用到笛卡尔坐标系方式的进行孔的定位，在当前孔加工结束后常需要调动多个空间坐标进行变位和走刀，在刀具进行工序和工步的变化过程中会在这个过程中增大定位误差，使得孔的位置精度下降。现也有钻床中使用极坐标定位的，此类的机床自由度较多，方位调节较为复杂，间接性的增加了加工时候的误差和加工的效率，并且此类机床的坐标系原点通常在工件外部，当加工分布在同一圆周上的孔，需要调用平面坐标时，依然需要改动两个变量。随着技术的发展，也要调用一个坐标调节径向距离的，仅仅是在同一圆周上孔的周向分布的时候调用角度坐标进行孔的位置定位，所以这些都不是真正意义上的完全极坐标定位机床。
同时，许多专用性质的加工机床的只能加工特殊的一类工艺类型或涉及车削、铣削、磨削、钻削、拉削等加工方法的一种，柔性加工能力较差。
专利CN202763112U公开了同心多环均布孔钻削装置，其包括摇臂钻床，摇臂钻床的主轴箱的下面设置竖向的导向机构，导向机构的下面联接电磁分度机构，电磁分度机构的下面连接用于调整钻头径向位置的钻盘机构，钻盘机构下面安装有钻轴机构，钻轴机构包括由液压装置驱动的位于钻盘机构中心用于安装中心轴的中间轴和均匀在钻盘机构下面用于安装钻头的多个输出轴；摇臂钻床的机床传动主轴通过一输入轴分别连接导向机构和驱动钻轴机构的液压装置；
该方案虽然可以通过一次装夹实现大尺寸零件的多环孔的同时加工，通过设置阿基米德螺旋线机构提高了零件的定位精度；但是由于采用摇臂结构，上方结构承压能力有限，整体结构的稳定性非常有限；而调整位置时用到液压装置、变量泵等装置，因而没有起到提高加工的精度的作用；且该方案并未对采用的阿基米德螺线机构做具体的描述，其机构的运动方式描述模糊；该方案的钻削主轴用到多条油管通道，在加工的过程中容易产生干涉的情况；采用多个钻头进行同时钻削，当某一个或者某几个钻头发生卡刀的情况，没办法及时退刀，不能保护刀头和工件，容易造成较高的废品率和安全问题；机床的主轴钻削和进给机构采用连接形式较为刚性，且零件多，可靠性不高，力矩变化大，运作不平稳，操作比较繁琐，控制较为复杂，加工过程中会造成较大的机械振动，影响加工的质量和精度。
专利CN114309701A公开了一种周转式钻床，包括工作台、回转机构、主轴箱机构(含钻头)和横梁机构，回转机构包括一钻床底座和两个回转组件；钻床底座为圆环形结构，圆环形的内侧壁上设一圈齿圈，圆环形的底部连接一个带有圆环形导轨的底板，两个回转组件对称放置；主轴箱机构包括一主轴箱和一移动板；横梁机构包括两个横梁侧盖；主轴箱机构与横梁机构上的水平导轨配合，并实现沿水平导轨的移动；横梁机构中的横梁侧盖与回转机构中的立柱固定；工作台固定在钻床底座的底部，工作台的工作面、圆环形导轨和水平导轨均与水平面平行，主轴箱机构中的竖直导轨与水平面垂直；
此发明的钻床虽然可以提高加工的精度与加工效率，在可加工工件相同时缩小钻床占地面积，但是没办法对同一圆周上分布的单数孔进行加工，只能加工偶数分布的孔；如若加工单数孔，根据该机床的结构，将会在横梁处产生倾覆力矩，进而产生不对称的机械振动；对于孔的径向定位仍然用到了笛卡尔坐标系，对于整体加过程而言不是真正意义上的极坐标定位机床，所以孔的径向定位误差不会降低；其次对孔的定位方式采用双钻头，单独驱动的设计，在径向定位时会产生两个半径方向的误差，对于加工误差的误差传递不友好，并且该钻床设有横梁机构，横梁的刚度、强度和稳定性难以保证，致使加工过程中容易产生较大的机械振动和横梁的形变，使得加工的精度和质量难以得到保障。
上述专利中的摇臂钻床、多功能机床均不能使刀具按螺旋线轨迹进行连续性自动进给切削被加工件平面的功能，因此，不能平稳高效的的加工出高质量的平面。对于水平面上的阿基米德螺旋线加工纹理是最美观的，所以对于工件上的孔加工和平面的磨削、铣削就成了加工的难题。
因此，研究一种采用极坐标定位、能按螺旋线轨迹进行连续性自动进给切削、钻削和磨削能进行自动退刀，且满足柔性加工需求的一体式机床，以提高加工的精度和加工的效率，具有十分重要的意义。
发明内容
本发明的目的是解决现有技术中存在的问题，提供一种可使刀具按螺旋线轨迹进行连续性的自动走刀的机床。
为达到上述目的，本发明采用的方案如下：
一种可使刀具按螺旋线轨迹进行连续性的自动走刀的机床，包括主轴传动/退刀装置、阿基米德螺旋线径向变位装置、极轴转角装置、工作台、可编程逻辑控制器和机架；
主轴传动/退刀装置用于为机床提供动力，具备传动和退刀的作用；主轴传动/退刀装置包括竖直放置的机床传动主轴；
阿基米德螺旋线径向变位装置用于对加工半径进行变位；阿基米德螺旋线径向变位装置包括承载板和螺旋线变径盘；
承载板为水平板；
承载板的中心位置设有一个中空圆柱区域，螺旋线变径盘为水平的圆盘，螺旋线变径盘固定嵌在中空圆柱区域内；
螺旋线变径盘中设有呈阿基米德螺旋线分布的机床传动主轴变径通孔，机床传动主轴从机床传动主轴变径通孔中穿出，机床传动主轴变径通孔用于导向机床传动主轴沿阿基米德螺旋线运动，阿基米德螺旋线环绕螺旋线变径盘的中心轴分布；
机床传动主轴变径通孔的数量为1，主轴传动/退刀装置的数量为1；或者，机床传动主轴变径通孔的数量为2，两个机床传动主轴变径通孔对应的阿基米德螺旋线呈中心对称分布，主轴传动/退刀装置的数量为2，每个主轴传动/退刀装置的机床传动主轴分别从不同的机床传动主轴变径通孔中穿出；
极轴转角装置用于推动主轴传动/退刀装置在螺旋线变径盘中运动，为变径提供动力；
工作台用于安装工件、Z轴方向进给以及在XOY平面内进行分度；
可编程逻辑控制器是可编程逻辑控制器，机床的控制部分，其作用是为了方便对工作原理、结构和功用的描述，与六大部分有紧密的联系。
本发明要解决的技术问题之一是现有技术的多功能机床均不能使刀具按螺旋线轨迹进行连续性自动进给切削被加工件平面，不能平稳高效的加工出高质量的平面，本发明通过设置阿基米德螺旋线径向变位装置予以解决。
阿基米德螺旋线径向变位原理如图20所示，螺旋线在极坐标系下的极坐标方程为：
R＝b+a×θ (1)；
在直角坐标系下，利用极坐标系到直角坐标的公式，其公式可以被改写为：
Figure BDA0004157466340000041
式中，R为变位半径；x为笛卡尔坐标系下的x坐标值(如图5所示)；y为笛卡尔坐标系下的y坐标值(如图5所示)；a为起始点与极坐标中心的距离，主要负责旋转整个螺线(a增加顺时针旋转和距离中心的远近)；b为控制螺线间的螺距，b＝r÷θ，b越大变化越快，螺线相同角度下半径r增长越快，越稀疏；θ的范围控制了螺线的大小，θ越大螺线的范围越大。
工件被定位后夹紧不动(如图22所示)，工作台在整个磨削加工的过程中不需要进给，仅需将刀具更换成砂轮，则砂轮中心O1点的运动可以看作是以工件心O2为原点、从中心至外圆的螺旋线运动的走刀，假设O2为砂轮上金刚石颗粒的运动初始点，则金刚石颗粒绕砂轮中心的运动的轨迹方程为：
Figure BDA0004157466340000042
式中，x1为笛卡尔坐标系下的x坐标值(如图5所示)；y1为笛卡尔坐标系下的y坐标值(如图5所示)；z1为竖直进给量(即图15所示Z方向进给量数值)；ω1为砂轮角速度，ω1＝πnw/30；nw为砂轮的转速；t为磨削时间。
砂轮中心O1绕工件中心O2螺旋运动的轨迹方程为：
Figure BDA0004157466340000043
式中，x2为笛卡尔坐标系下的x坐标值(如图5所示)；y2为笛卡尔坐标系下的y坐标值(如图5所示)；z2为竖直进给量(即图15所示Z方向进给量数值)；vf为；ω2为工件角速度，ω2＝πnp/30；np为工件相对砂轮的转速。
根据式(3)、式(4)可得磨粒残留在工件表面的磨削痕迹分布方程：
Figure BDA0004157466340000044
式中，x为笛卡尔坐标系下的x坐标值(如图5所示)；y为笛卡尔坐标系下的y坐标值(如图5所示)；z为竖直进给量(即图15所示Z方向进给量数值)；h为竖直进给量(即图15所示Z方向进给量数值)。
目前很多摇臂钻床、多功能机床不能使刀具按螺旋线轨迹进行连续性的自动走刀，因此不能平稳、高质量的加工出理想的端面，尤其是被加工面的纹理方向不美观。而通过本发明的机床磨削的工件可在一定程度上抑制磨削纹理，提高垂直磨削法加工后的表面质量，形成数个连续的螺旋槽，并由这些螺旋槽耦合成磨削表面；工件表面磨削痕迹的分布特点是向外发散，且中心区域密集、外缘区域稀疏，其表面微观电镜图如图23所示；本发明也可以将磨砂轮可以替换成铣刀，依然可以铣削出很高质量的平面，满足柔性制造的需求。
作为优选的技术方案：
如上所述的一种可使刀具按螺旋线轨迹进行连续性的自动走刀的机床，机床还包括磁吸底座；
磁吸底座用来磁吸安装阿基米德螺旋线径向变位装置，方便更换阿基米德螺旋线径向变位装置；磁吸底座包括底板；底板为水平矩形板，底板上表面的四个角的位置各设有一个竖直的电磁吸螺旋管，各电磁吸螺旋管的下方各设有一个竖直的、贯穿底板的磁吸孔，电磁吸螺旋管用于为磁吸孔提供磁吸能力；电磁吸螺旋管与可编程逻辑控制器电性连接；
承载板为矩形板，其上表面的四个角的位置各设有一个竖直的磁吸柱，四个磁吸柱分别插入四个磁吸孔内，由磁吸孔吸合，如此可通过可编程逻辑控制器对电磁吸螺旋管进行控制，通电磁吸磁吸柱，进而完成对阿基米德螺旋线径向变位装置的安装和定位。
本发明要解决的技术问题之二是现有技术的机床无法同时满足单、复数孔的加工，本发明通过磁吸底座的设计，使得阿基米德螺旋线径向变位装置可灵活拆卸、调换，从而通过调整机床传动主轴变径通孔的数量，来实现单、复数孔的加工。
如上所述的一种可使刀具按螺旋线轨迹进行连续性的自动走刀的机床，极轴转角装置包括圆形底板、极轴转板、竖直轴I、轴承I、大圆锥齿轮a、大圆锥齿轮b、径向变位转角传感器、减速器、转角电机、轴承II、水平轴I和连杆；
圆形底板为水平板，其上表面与底板下表面贴合且固定连接，其下表面设有n个圆环形的极轴转板柱滑轨，n≥1，圆形底板与极轴转板柱滑轨的中心轴共轴，当n>1时，n个极轴转板柱滑轨呈同心圆布置，当n≥3时，优选各极轴转板柱滑轨间距设置相等；
极轴转板为长条状水平板，且位于圆形底板的下方；极轴转板的上表面的中心位置固定连接1个转角机构壳体和n对极轴转板柱，每对极轴转板柱都竖直地对称分布在转角机构壳体的两侧，n对极轴转板柱的上端与n个极轴转板柱滑轨一一对应滑动连接，n的数量没有特别限制，优选n≥3，如此可以使得极轴转板转动的更加平稳，转动的精度更高；
圆形底板的下表面的中心位置与竖直轴I固定连接，轴承I的内圈固定套在竖直轴I上，大圆锥齿轮a固定套在轴承I的外圈上；大圆锥齿轮b位于大圆锥齿轮a的下方，且与转角机构壳体的上表面固定连接；大圆锥齿轮a与大圆锥齿轮b之间对称布置一个转角机构小圆锥齿轮，转角机构小圆锥齿轮同时与大圆锥齿轮a与大圆锥齿轮b啮合，如此对称设计啮合，传动更加平稳；一个转角机构小圆锥齿轮同时与径向变位转角传感器和减速器连接，径向变位转角传感器同时与减速器和可编程逻辑控制器连接，减速器与转角电机连接，径向变位转角传感器可以测得极轴转板转过的角度，可编程逻辑控制器内设置的钻孔的径向位置信息可以通过径向变位转角传感器换算成角度信息，通过转角电机和减速器的驱动，带动极轴转板柱转动到符合设计要求的径向位置定位点处，进而完成对待加工孔的定位；另一个转角机构小圆锥齿轮固定套在轴承II的外圈上，轴承II的内圈固定套在水平轴I上，水平轴I与连杆固定连接，连杆的上端与圆形底板的下表面固定连接，如此实现对右侧的转角机构小圆锥齿轮的支撑；
极轴转板中间长对称线上设有长条状的变径接触杆滑孔。
本发明要解决的技术问题之三是现有技术的机床传动主轴钻削和进给机构采用连接形式较为刚性，且零件多，可靠性不高，力矩变化大，运作不平稳，操作比较繁琐，控制较为复杂，加工过程中会造成较大的机械振动，影响加工的质量和精度；本发明通过极轴转角装置的设计，实现机床的平稳、精准运转。
如上所述的一种可使刀具按螺旋线轨迹进行连续性的自动走刀的机床，主轴传动/退刀装置还包括双通孔板、变径接触杆、轴承III、轴承IV、滚轮、滚动轴承轮、机壳、大锥齿轮a、大锥齿轮b、小锥齿轮、轴承V、减速器/扭矩传感器、主轴电机和退刀机构；主轴传动/退刀装置除变径接触杆以外的部件均位于极轴转板的下方；
双通孔板为水平板，其上设有竖直通孔a和竖直通孔b；
变径接触杆竖直放置，变径接触杆穿过竖直通孔a且通过轴承III与双通孔板转动连接，机床传动主轴穿过竖直通孔b且通过轴承IV与双通孔板转动连接；变径接触杆的顶部插入变径接触杆滑孔内，极轴转板转动会带动变径接触杆相对于变径接触杆滑孔内运动；
滚轮位于竖直通孔a的下方，滚动轴承轮位于竖直通孔b的下方；滚轮套在变径接触杆上且与其转动连接，滚动轴承轮套在机床传动主轴上且与其转动连接；
机壳位于竖直通孔b的上方；大锥齿轮a、大锥齿轮b、小锥齿轮、轴承V位于机壳内，大锥齿轮a位于大锥齿轮b的下方，小锥齿轮位于大锥齿轮a与大锥齿轮b之间且同时与二者啮合，轴承V位于大锥齿轮a的下方，轴承V的外圈与机壳固定连接；减速器/扭矩传感器和主轴电机位于机壳的上方；
大锥齿轮a以及轴承V的内圈都固定套在机床传动主轴上；大锥齿轮b、减速器/扭矩传感器、主轴电机依次连接，主轴电机驱动减速器/扭矩传感器，减速器/扭矩传感器带动上方的大锥齿轮b传动，大锥齿轮b通过与小锥齿轮啮合带动下方的大锥齿轮a，大锥齿轮a与机床传动主轴固定连接，因而带动机床传动主轴旋转；减速器/扭矩传感器与可编程逻辑控制器电性连接；
小锥齿轮与退刀机构连接，退刀机构用于带动小锥齿轮平移退出或进入与大锥齿轮a和大锥齿轮b的啮合。
如上所述的一种可使刀具按螺旋线轨迹进行连续性的自动走刀的机床，退刀机构包括凸形件、螺旋管磁吸座和小锥齿轮转轴；
机壳由立方体壳和圆柱体壳组成，圆柱体壳位于立方体壳和小锥齿轮的一侧，圆柱体壳的中心轴为水平轴，大锥齿轮a、大锥齿轮b、小锥齿轮、轴承V位于立方体壳内；
凸形件为磁性件，由小圆柱体和大圆柱体组成，小圆柱体和大圆柱体的中心轴为水平轴且重合，小圆柱体的外径小于大圆柱体；大圆柱体背离小圆柱体的一端内嵌轴承VI，轴承VI与大圆柱体共轴且轴承VI的外圈与大圆柱体固定连接；
螺旋管磁吸座固定在圆柱体壳背离立方体壳的一端；
凸形件的大圆柱体位于圆柱体壳内且与其间隙配合，凸形件的小圆柱体插入螺旋管磁吸座内；圆柱体壳背离立方体壳的一端与凸形件的大圆柱体之间设有复位弹簧，复位弹簧用于小锥齿轮与大锥齿轮的啮合复位；
小锥齿轮转轴水平放置，小锥齿轮和轴承VI的内圈都固定套在小锥齿轮转轴上；
螺旋管磁吸座与可编程逻辑控制器电性连接。
本发明要解决的技术问题之四是现有技术的机床采用多个钻头进行同时钻削，当某一个或者某几个钻头发生卡刀的情况，没办法及时退刀，不能保护刀头和工件，容易造成较高的废品率和安全问题，本发明通过在退刀机构中设计螺旋管磁吸座，并通过减速器/扭矩传感器向机床的可编程逻辑控制器发送信号，来调控螺旋管磁吸座的通电情况，以此解决机床自动退刀的问题。
本发明的退刀机构的工作原理如下：
如图13所示，当减速器/扭矩传感器测量到机床传动主轴的过大的扭距或者异常的扭矩波动的时候，减速器/扭矩传感器向机床的可编程逻辑控制器发送信号，经过可编程逻辑控制器的程序判别之后，控制螺旋管磁吸座通电，螺旋管磁吸座恢复磁力，磁吸凸形件左移，磁吸凸形件带动小锥齿轮转轴左移，小锥齿轮转轴带动小锥齿轮左移，这样会使小锥齿轮退出与大锥齿轮的啮合，这样会使机床传动主轴失去动力，连带着下方的钻头停止工作，达到保护刀具和工件的目的；
当机床传动主轴需要恢复动力的时候，可编程逻辑控制器控制螺旋管磁吸座断电，使得螺旋管磁吸座失去磁力，在复位弹簧的弹力作用下，向右带动凸形件下向右复位，进而带动小锥齿轮转轴右移，使得小锥齿轮向右移动，与大锥齿轮啮合完毕之后，完成复位的流程，如此使得机床传动主轴恢复动力。
如上所述的一种可使刀具按螺旋线轨迹进行连续性的自动走刀的机床，承载板的中空圆柱区域与圆形底板共轴；极轴转板位于中空圆柱区域内；
螺旋线变径盘的上表面设有机床传动主轴传动系统滑轨，机床传动主轴传动系统滑轨用于在机床传动主轴沿阿基米德螺旋线运动与滚轮和滚动轴承轮滑动连接，并限制滚轮和滚动轴承轮沿Z轴方向运动的自由度，如此可使得主轴传动/退刀装置在螺旋线变径盘中稳定传动，提高变径的稳定性和刚性。
本发明的主轴传动/退刀装置在螺旋线变径盘中稳定传动的原理如下：
可编程逻辑控制器内设置的钻孔的径向位置信息可以通过径向变位转角传感器换算成角度信息，驱动转角电机，转角电机经过减速器的减速，将动力传递给转角机构小圆锥齿轮，然后转角机构小圆锥齿轮的转动，啮合带动下面的大圆锥齿轮a，由于大圆锥齿轮a与转角机构壳体固定连接，转角机构壳体与极轴转板固定连接，极轴转板中线上布置着变径接触杆滑孔，极轴转板转动，带动变径接触杆在变径接触杆滑孔内运动，由于变径接触杆连接机床传动主轴传动/退刀装置(如图12所示)，该装置设计有内滑道(如图13所示)，滚轮和滚动轴承轮在内滑道上滑动，由于螺旋线变径盘上的机床传动主轴传动系统滑轨的限制作用，使得机床传动主轴只在机床传动主轴传动系统滑轨上滑动，如此主轴传动/退刀装置带动刀具可以实现阿基米德螺旋线的走位，且确保刀具在走刀过程中的稳定性和精度。
如上所述的一种可使刀具按螺旋线轨迹进行连续性的自动走刀的机床，工作台包括安装底座、大直齿轮轴、小直齿轮轴、分度传感器、旋转电机、丝杠、丝杠螺母、工作台面、分度柱、内环柱和刚性连接调整机构；
安装底座为水平板；
安装底座的中央设有轴孔，大直齿轮轴为竖直轴，大直齿轮轴的下端插入轴孔内且与其转动连接；
小直齿轮轴和分度传感器内部的转轴为竖直轴且安装在安装底座上，小直齿轮轴的数量为2个以上且与安装底座固定连接，分度传感器内部的转轴的数量为1个且与安装底座转动连接，分度传感器内部的转轴与旋转电机固定连接；分度传感器与可编程逻辑控制器电性连接；
小直齿轮轴和分度传感器内部的转轴上都套有一个小直齿轮，大直齿轮轴上套有一个大直齿轮；小直齿轮与小直齿轮轴转动连接，小直齿轮与分度传感器内部的转轴固定连接，大直齿轮与大直齿轮轴固定连接；
大直齿轮和小直齿轮都位于安装底座的上方；小直齿轮环绕大直齿轮分布且与其啮合；
丝杠固定在大直齿轮轴的上方，且与其共轴；丝杠螺母套在丝杠上且与其螺纹连接；
工作台面为水平圆板状结构；工作台面与承载板的中空圆柱区域共轴；分度柱和内环柱为竖直的中空圆柱状结构；分度柱和内环柱的上端都与工作台面的下表面固定连接，分度柱套在内环柱上且分度柱的长度大于内环柱，工作台面、分度柱、内环柱三者共轴；
丝杠的上端穿入内环柱的中空部分内，大直齿轮轴的上端和丝杠螺母都穿入分度柱的中空部分内，大直齿轮轴的直径小于分度柱的内径，丝杠螺母与内环柱固定连接；
刚性连接调整机构用于将大直齿轮轴与分度柱的连接关系调整为刚性连接或无连接。
如上所述的一种可使刀具按螺旋线轨迹进行连续性的自动走刀的机床，刚性连接调整机构包括通电螺旋管电磁吸底座a、通电螺旋管电磁吸底座b、卡位轴a、卡位轴b、卡位轴弹簧a和卡位轴弹簧b；
大直齿轮轴的上表面设有槽口朝上的卡位槽，卡位槽与大直齿轮轴的中心轴相交，且长度同大直齿轮轴的直径；
通电螺旋管电磁吸底座a、通电螺旋管电磁吸底座b固定在卡位槽内，且二者位于丝杠的两侧；卡位轴a位于通电螺旋管电磁吸底座a背离通电螺旋管电磁吸底座b的一侧，卡位轴a与卡位槽滑动连接，卡位轴a远离通电螺旋管电磁吸底座a的一端设有橡胶减震头a；卡位轴b位于通电螺旋管电磁吸底座b背离通电螺旋管电磁吸底座a的一侧，卡位轴b与卡位槽滑动连接，卡位轴b远离通电螺旋管电磁吸底座b的一端设有橡胶减震头b，橡胶减震头b起到减震和避免卡位轴b伸出之后划伤分度柱的内壁的作用；卡位轴弹簧a的一端与卡位槽固定连接，另一端与卡位轴a固定连接；卡位轴弹簧b的一端与卡位槽固定连接，另一端与卡位轴b固定连接；
通电螺旋管电磁吸底座a、通电螺旋管电磁吸底座b都与可编程逻辑控制器电性连接；
通电螺旋管电磁吸底座a通电时，通电螺旋管电磁吸底座a与卡位轴a相吸，橡胶减震头a与分度柱的内壁不接触，卡位轴弹簧a呈压缩状态；通电螺旋管电磁吸底座a断电时，通电螺旋管电磁吸底座a与卡位轴a分离，橡胶减震头a与分度柱的内壁接触，卡位轴弹簧a呈自由状态；
通电螺旋管电磁吸底座b通电时，通电螺旋管电磁吸底座b与卡位轴b相吸，橡胶减震头b与分度柱的内壁不接触，卡位轴弹簧b呈压缩状态；通电螺旋管电磁吸底座b断电时，通电螺旋管电磁吸底座b与卡位轴b分离，橡胶减震头b与分度柱的内壁接触，卡位轴弹簧b呈自由状态。
本发明的分度进给原理如下：
机床的可编程逻辑控制器接受程序设计任务，向分度传感器传达命令，通电螺旋管电磁吸底座b断电失去磁力，卡位轴b在卡位轴弹簧b的弹力作用下伸出，使得橡胶减震头b顶在分度柱的内壁上，这样使得大直齿轮轴与分度柱暂时性的刚性连接在一起，卡位轴b转动带动分度柱同步转动，进而使得工作台面转动，转动的分度角度由分度传感器控制电机驱动一个小直齿轮转动进行控制，小直齿轮经过啮合传动带动大直齿轮转动，大直齿轮带动大直齿轮轴转动，最终实现工作台面的按照设计要求进行分度转动。
如上所述的一种可使刀具按螺旋线轨迹进行连续性的自动走刀的机床，工作台还包括闸片；
闸片为竖直的弧形片状结构，用于与分度柱的周面贴合；闸片的数量为三个以上，闸片环绕分度柱分布，且相邻两闸片通过环形弹簧相连；
闸片背离分度柱的表面各与一个磁吸方块固定连接；磁吸方块背离分度柱的一侧各设有一个电磁方块底座，电磁方块底座内部布置着通电螺旋管；各电磁方块底座分别安装在一个竖直的进给保持架内并与其滑动连接，且由位于进给保持架内部的减震簧支撑；进给保持架与安装底座直接或间接固定连接；
通电螺旋管与可编程逻辑控制器电性连接；
通电螺旋管通电时，电磁方块底座与磁吸方块相吸，闸片与分度柱的表面不贴合，环形弹簧呈压缩状态；通电螺旋管断电时，电磁方块底座与磁吸方块分离，闸片与分度柱的表面贴合，环形弹簧呈自由状态。
本发明的工作台的升降原理如下：
按照设计要求对工作台面进行分度旋转之后，工作台面承载着零件以Z轴方向进行竖直进给的任务，这时可编程逻辑控制器控制卡位机构中的通电螺旋管电磁吸底座b通电，磁力克服卡位轴弹簧b的弹力，使得卡位轴b收回到卡位槽内部，这样就能断开大直齿轮轴与分度柱暂时性的刚性连接。小直齿轮驱动大直齿轮旋转，大直齿轮带动大直齿轮轴旋转，由于丝杠与大直齿轮轴固定连接，所以丝杠随着大直齿轮轴一起同步旋转，这样驱使丝杠螺母带着工作台面上升和下降。
为了防止工作台面在上升和下降的过程中出现旋转，布置了三个进给保持架，闸片、磁吸方块和电磁方块底座相对于分度柱保持固定，这样可以在保持架的内部方形槽里由电磁方块底座的保持下做竖直方向的移动。当需要竖直方向进给时，可编程逻辑控制器控制通电螺旋管电磁吸底座b通电，通电螺旋管电磁吸底座b与卡位轴b相吸，卡位轴弹簧b呈压缩状态，橡胶减震头b与分度柱的内壁不接触，这样使得大直齿轮轴与分度柱暂时性的刚性连接失效，大直齿轮轴与分度柱之间只靠丝杠传动连接，在丝杠传动，带动分度柱上升和下降进给。但在工件加工的过程中，机床会有不规律的机械振动，由于丝杠是传动螺纹结构，不是自锁螺纹结构，这就会使得大直齿轮轴与分度柱存在相对地无规律的转动，这种相对地无规律地转动，会影响加工的精度和稳定性。为了弥补以上技术缺陷，需要设计出工作台进给保持架，可编程逻辑控制器控制通电螺旋管断电时，电磁方块底座与磁吸方块分离，闸片与分度柱的表面贴合，这时，闸片与分度柱通过环形弹簧暂时性的刚性连接，由于闸片与磁吸方块固定连接，磁吸方块嵌套在电磁方块底座内部，电磁方块底座被限制自由度，只能在进给保持架内部竖直腔体的滑道上上下滑动，这样使得分度柱上升或下降进给时，将其限制在进给保持架内部的腔体竖直方向的滑道上，不会使得分度柱因机械振动而出现微小地无规律的转动即在X和Y方向的自由度被限制，如此可以实现工作台面的竖直方向的进给，不会由于震动和摩擦使得工作台面产生旋转。
本发明工作台中的升降机构可以与主轴传动/退刀装置中的退刀机构实现联动，当触发退刀机构的退刀行为时，可编程逻辑控制器向工作台发送指令，使得工作台执行上述原理中工作台面下降的进给运动，如此便能实现高效率的双向退刀，在最短的时间内，及时保护刀具和工件。
如上所述的一种可使刀具按螺旋线轨迹进行连续性的自动走刀的机床，小直齿轮轴和分度传感器内部的转轴上端都安装一个进给保持座基座，小直齿轮轴与进给保持座基座固定连接，分度传感器内部的转轴与进给保持座基座转动连接；进给保持架的下端固定在进给保持座基座上。
采用上述机床对零件上的孔(如图21所示)进行加工时，具体过程如下：
阿基米德螺旋线径向变位装置、磁吸底座、极轴转角装置、主轴传动/退刀装置和机架作为一个整体的Z轴与工作台的Z轴进行定位安装，将待加工件放置在工作台面，将工件的原点O2与工作台面的Z轴进行定位重合，这样可以使得工件的定位原点和机床的定位原定重合，方便后续的加工。如果加工同一圆周上奇数的孔d、孔e和孔f，只需要将阿基米德螺旋线径向变位装置安装到磁吸底座上，驱动加工程序，逐个加工即可。若加工同一圆周上偶数的孔g和孔h，孔i和孔j，将阿基米德螺旋线径向变位装置安装到磁吸底座上，极轴转角装置只需变位一次，配合工作台的分度作用，即能完成对上述孔的加工，其中孔g和孔h是一次进给之后同时完成加工，孔i和孔j同理。
在上述的极坐标方程中，本发明设置b＝0，R为代加工孔的定位变径，θ是变径接触杆滑孔中线Y轴与极坐标轴γ的极坐标夹角，a为螺旋线参数，可以根据加工情况选择合适的参数a，如图20所示，若代加工a孔的圆心在相距原点o的半径为Ra＝0.25πa，则只需通过可编程逻辑控制器将轴转杆轨道中线Y轴经过转角机构转动45°即可，同理孔b定位半径Rb＝0.5πa，和孔c定位半径Rc＝πa仅需通过可编程逻辑控制器将变径接触杆滑孔中线经过转角机构转动90°、180°即可。
变径误差分析：在相同的机床精度下，以往的机床每次对于代加工孔的半径定位的绝对误差为e＝|X—X*|，其中，X为待加工孔圆心到原点的近似值，X*是待加工孔圆心到原点精确值或者设计值；而本发明的绝对误差为e＝|a×θ-a×θ*|×|(a×ε)′|，其中，a为原始参数，θ为实际的阿基米德螺线极坐标变径转角，θ*为设计精确值或设计值；经过此数值误差分析可以得出，本发明的变径误差要比以往机床的误差少了
Figure BDA0004157466340000121
个数量级，因此本发明的定位精度更高、实施效果更好。
分度误差分析：在相同的机床的精度下，传统机床每次定为误差为
Figure BDA0004157466340000122
(x为x轴上的定位误差，y为y轴上的定位误差),若改为极坐标定位方式则每次定位的最大误差为θ×π/180°×R(θ°为转角的误差)，后者仅改变一个参数θ°，故与传统的笛卡尔坐标系相比，本发明采用的极坐标下的转换能够通过改变更少的参数来实现定位并且实现更好的定位精度。
有益效果
(1)本发明的机床能使刀具按螺旋线轨迹进行连续性的自动走刀，从而使得被加工工件表面更加平稳和美观；
(2)本发明的机床通过将阿基米德螺旋线径向变位装置设计为可拆卸的结构，并调整其中机床传动主轴变径通孔的数量，可同时满足单、复数孔的加工；
(3)本发明的机床通过极轴转角装置的设计，可实现机床的平稳运转，使主轴钻削和进给机构的运作更加精准；
(4)本发明的机床通过退刀机构的合理设计，解决了自动推刀的问题，并通过退刀机构与工作台的配合，实现了高效率的双向退刀，在最短的时间内，及时保护刀具和工件，大大减少了工件的废品率和刀具的损耗，减少了生产成本，提高了加工的经济性；
(5)本发明的机床采用极坐标定位，相比传统机床，对于代加工孔的半径定位更加精准、分度误差更小，实施效果更好。
附图说明
图1为本发明的机床整体结构示意图；
图2为图1中A处结构放大示意图；
图3～6为本发明的阿基米德螺旋线径向变位装置结构示意图；
图7为图6中B处结构放大示意图；
图8为本发明的磁吸底座结构示意图；
图9为本发明的极轴转角装置结构示意图；
图10为图9中C处结构放大示意图；
图11为本发明的阿基米德螺旋线径向变位装置、极轴转角装置以及主轴传动/退刀装置相对位置示意图；
图12为图11中E处(即主轴传动/退刀装置)结构放大示意图；
图13为图11中D处(即主轴传动/退刀装置)结构放大示意图；
图14为本发明的退刀机构结构示意图；
图15～17为本发明的工作台结构示意图；
图18为图17中F处(即卡位机构)结构放大示意图；
图19为本发明的升降/旋转转位分度柱结构示意图；
图20为极坐标系下本发明的阿基米德螺旋线径向变位装置径向变位原理图；
图21为待加工的零件空位示意图；
图22为本发明的机床磨削加工过程中砂轮和工件位置示意图；
图23为本发明的机床加工的工件表面微观电镜图；
其中，1-机架，2-可编程逻辑控制器，3-阿基米德螺旋线径向变位装置，4-磁吸底座，5-工作台，6-主轴传动/退刀装置，7-极轴转角装置，321-螺旋线变径盘，322-承载板，323-磁吸柱，324-机床传动主轴变径通孔，325-机床传动主轴传动系统滑轨，401-底板，402-磁吸孔，403-电磁吸螺旋管，501-安装底座，502-大直齿轮，503-小直齿轮，504-小直齿轮轴，505-进给保持座基座，506-进给保持架，507-环形弹簧，508-闸片，509-工作台面，510-分度柱，511-大直齿轮轴，513-卡位机构，514-丝杠螺母，515-丝杠，516-减震簧，517-磁吸方块，520-通电螺旋管，521-电磁方块底座，522-卡位槽，524-卡位轴弹簧b，525-通电螺旋管电磁吸底座b，527-内环柱，528-卡位轴b，601-双通孔板，602-滚轮，603-轴承III，604-变径接触杆，605-滚动轴承轮，606-机床传动主轴，607-机壳，608-轴承V，609-大锥齿轮a，610-小锥齿轮，611-小锥齿轮转轴，612-退刀机构，613-减速器/扭矩传感器，614-主轴电机，615-轴承IV，616-凸形件，617-螺旋管磁吸座，619-复位弹簧，701-圆形底板，702-极轴转板柱滑轨，703-极轴转板，704-极轴转板柱，706-变径接触杆滑孔，707-转角机构小圆锥齿轮，708-大圆锥齿轮a，709-转角机构壳体，710-径向变位转角传感器，711-减速器，712-转角电机。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
一种可使刀具按螺旋线轨迹进行连续性的自动走刀的机床，如图1～19所示，包括可编程逻辑控制器2、磁吸底座4、极轴转角装置7、主轴传动/退刀装置6、阿基米德螺旋线径向变位装置3、工作台5和机架1；
如图8所示，磁吸底座4包括底板401；
底板401为水平矩形板，底板401上表面的四个角的位置各设有一个竖直的电磁吸螺旋管403，各电磁吸螺旋管403的下方各设有一个竖直的、贯穿底板401的磁吸孔402；电磁吸螺旋管403与可编程逻辑控制器2电性连接；
如图9～10所示，极轴转角装置7包括圆形底板701、极轴转板703、竖直轴I、轴承I、大圆锥齿轮a 708、大圆锥齿轮b、径向变位转角传感器710、减速器711、转角电机712、轴承II、水平轴I和连杆；
圆形底板701为水平板，其上表面与底板401下表面贴合且固定连接，其下表面设有n个圆环形的极轴转板柱滑轨702，n≥1，圆形底板701与极轴转板柱滑轨702的中心轴共轴，当n>1时，n个极轴转板柱滑轨702呈同心圆布置；
极轴转板703为长条状水平板，且位于圆形底板701的下方；极轴转板703的上表面的中心位置固定连接1个转角机构壳体709和n对极轴转板柱704，每对极轴转板柱704都竖直地对称分布在转角机构壳体709的两侧，n对极轴转板柱704的上端与n个极轴转板柱滑轨702一一对应滑动连接；
圆形底板701的下表面的中心位置与竖直轴I固定连接，轴承I的内圈固定套在竖直轴I上，大圆锥齿轮a 708固定套在轴承I的外圈上；大圆锥齿轮b位于大圆锥齿轮a 708的下方，且与转角机构壳体709的上表面固定连接；大圆锥齿轮a 708与大圆锥齿轮b之间对称布置一个转角机构小圆锥齿轮707，转角机构小圆锥齿轮707同时与大圆锥齿轮a 708与大圆锥齿轮b啮合；一个转角机构小圆锥齿轮707同时与径向变位转角传感器710和减速器711连接，径向变位转角传感器710同时与减速器711和可编程逻辑控制器2连接，减速器711与转角电机712连接；另一个转角机构小圆锥齿轮707固定套在轴承II的外圈上，轴承II的内圈固定套在水平轴I上，水平轴I与连杆固定连接，连杆的上端与圆形底板701的下表面固定连接；
极轴转板703中间长对称线上设有长条状的变径接触杆滑孔706；
如图12～13所示，主轴传动/退刀装置6包括双通孔板601、变径接触杆604、机床传动主轴606、轴承III 603、轴承IV 615、滚轮602、滚动轴承轮605、机壳607、大锥齿轮a 609、大锥齿轮b、小锥齿轮610、轴承V 608、减速器/扭矩传感器613、主轴电机614和退刀机构612；主轴传动/退刀装置6除变径接触杆604以外的部件均位于极轴转板703的下方；
双通孔板601为水平板，其上设有竖直通孔a和竖直通孔b；
变径接触杆604和机床传动主轴606竖直放置，变径接触杆604穿过竖直通孔a且通过轴承III 603与双通孔板601转动连接，机床传动主轴606穿过竖直通孔b且通过轴承IV615与双通孔板601转动连接；变径接触杆604的顶部插入变径接触杆滑孔706内；
滚轮602位于竖直通孔a的下方，滚动轴承轮605位于竖直通孔b的下方；滚轮602套在变径接触杆604上且与其转动连接，滚动轴承轮605套在机床传动主轴606上且与其转动连接；
机壳607位于竖直通孔b的上方；大锥齿轮a 609、大锥齿轮b、小锥齿轮610、轴承V608位于机壳607内，大锥齿轮a 609位于大锥齿轮b的下方，小锥齿轮610位于大锥齿轮a609与大锥齿轮b之间且同时与二者啮合，轴承V 608位于大锥齿轮a 609的下方，轴承V 608的外圈与机壳607固定连接；减速器/扭矩传感器613和主轴电机614位于机壳607的上方；
大锥齿轮a 609以及轴承V 608的内圈都固定套在机床传动主轴606上；大锥齿轮b、减速器/扭矩传感器613、主轴电机614依次连接；
小锥齿轮610与退刀机构612连接，退刀机构612用于带动小锥齿轮610平移退出或进入与大锥齿轮a 609和大锥齿轮b的啮合；
如图14所示，退刀机构612包括凸形件616、螺旋管磁吸座617和小锥齿轮转轴611；
机壳607由立方体壳和圆柱体壳组成，圆柱体壳位于立方体壳和小锥齿轮610的一侧，圆柱体壳的中心轴为水平轴，大锥齿轮a 609、大锥齿轮b、小锥齿轮610、轴承V 608位于立方体壳内；
凸形件616为磁性件，由小圆柱体和大圆柱体组成，小圆柱体和大圆柱体的中心轴为水平轴且重合，小圆柱体的外径小于大圆柱体；大圆柱体背离小圆柱体的一端内嵌轴承VI，轴承VI与大圆柱体共轴且轴承VI的外圈与大圆柱体固定连接；
螺旋管磁吸座617固定在圆柱体壳背离立方体壳的一端；
凸形件616的大圆柱体位于圆柱体壳内且与其间隙配合，凸形件616的小圆柱体插入螺旋管磁吸座617内；圆柱体壳背离立方体壳的一端与凸形件616的大圆柱体之间设有复位弹簧619；
小锥齿轮转轴611水平放置，小锥齿轮610和轴承VI的内圈都固定套在小锥齿轮转轴611上；
减速器/扭矩传感器613、可编程逻辑控制器2、螺旋管磁吸座617依次电性连接；
如图3～8所示，阿基米德螺旋线径向变位装置3包括承载板322和螺旋线变径盘321；
承载板322为水平矩形板，其上表面的四个角的位置各设有一个竖直的磁吸柱323，四个磁吸柱323分别插入四个磁吸孔402内，由磁吸孔402吸合；
承载板322的中心位置设有一个中空圆柱区域，螺旋线变径盘321为水平的圆盘，螺旋线变径盘321固定嵌在中空圆柱区域内，承载板322的中空圆柱区域与圆形底板701共轴；极轴转板703位于中空圆柱区域内；
螺旋线变径盘321中设有呈阿基米德螺旋线分布的机床传动主轴变径通孔324，机床传动主轴606从机床传动主轴变径通孔324中穿出，机床传动主轴变径通孔324用于导向机床传动主轴606沿阿基米德螺旋线运动，阿基米德螺旋线环绕螺旋线变径盘321的中心轴分布；螺旋线变径盘321的上表面设有机床传动主轴传动系统滑轨325，机床传动主轴传动系统滑轨325用于在机床传动主轴606沿阿基米德螺旋线运动与滚轮602和滚动轴承轮605滑动连接，并限制滚轮602和滚动轴承轮605沿Z轴方向运动的自由度；
机床传动主轴变径通孔324的数量为1，主轴传动/退刀装置6的数量为1；或者，机床传动主轴变径通孔324的数量为2，两个机床传动主轴变径通孔324对应的阿基米德螺旋线呈中心对称分布，主轴传动/退刀装置6的数量为2，每个主轴传动/退刀装置6的机床传动主轴606分别从不同的机床传动主轴变径通孔324中穿出；
如图15～18所示，工作台5包括安装底座501、大直齿轮轴511、小直齿轮轴504、分度传感器、旋转电机、丝杠515、丝杠螺母514、通电螺旋管电磁吸底座a、通电螺旋管电磁吸底座b 525、卡位轴a、卡位轴b 528、卡位轴弹簧a、卡位轴弹簧b 524、工作台面509、分度柱510、内环柱527和闸片508；
安装底座501为水平板；
安装底座501的中央设有轴孔，大直齿轮轴511为竖直轴，大直齿轮轴511的下端插入轴孔内且与其转动连接；
小直齿轮轴504和分度传感器内部的转轴为竖直轴且安装在安装底座501上，小直齿轮轴504的数量为2个以上且与安装底座501固定连接，分度传感器内部的转轴的数量为1个且与安装底座501转动连接，分度传感器内部的转轴与旋转电机固定连接；
小直齿轮轴504和分度传感器内部的转轴上都套有一个小直齿轮503，大直齿轮轴511上套有一个大直齿轮502；小直齿轮503与小直齿轮轴504转动连接，小直齿轮503与分度传感器内部的转轴固定连接，大直齿轮502与大直齿轮轴511固定连接；
大直齿轮502和小直齿轮503都位于安装底座501的上方；小直齿轮503环绕大直齿轮502分布且与其啮合；
大直齿轮轴511的上表面设有槽口朝上的卡位槽522，卡位槽522与大直齿轮轴511的中心轴相交，且长度同大直齿轮轴511的直径；
丝杠515固定在大直齿轮轴511的上方，且与其共轴；丝杠螺母514套在丝杠515上且与其螺纹连接；
通电螺旋管电磁吸底座a、通电螺旋管电磁吸底座b 525固定在卡位槽522内，且二者位于丝杠515的两侧；卡位轴a位于通电螺旋管电磁吸底座a背离通电螺旋管电磁吸底座b525的一侧，卡位轴a与卡位槽522滑动连接，卡位轴a远离通电螺旋管电磁吸底座a的一端设有橡胶减震头a；卡位轴b 528位于通电螺旋管电磁吸底座b 525背离通电螺旋管电磁吸底座a的一侧，卡位轴b 528与卡位槽522滑动连接，卡位轴b 528远离通电螺旋管电磁吸底座b525的一端设有橡胶减震头b；卡位轴弹簧a的一端与卡位槽522固定连接，另一端与卡位轴a固定连接；卡位轴弹簧b 524的一端与卡位槽522固定连接，另一端与卡位轴b 528固定连接；
工作台面509为水平圆板状结构；工作台面509与承载板322的中空圆柱区域共轴；如图19所示，分度柱510和内环柱527为竖直的中空圆柱状结构；分度柱510和内环柱527的上端都与工作台面509的下表面固定连接，分度柱510套在内环柱527上且分度柱510的长度大于内环柱527，工作台面509、分度柱510、内环柱527三者共轴；
丝杠515的上端穿入内环柱527的中空部分内，大直齿轮轴511的上端和丝杠螺母514都穿入分度柱510的中空部分内，大直齿轮轴511的直径小于分度柱510的内径，丝杠螺母514与内环柱527固定连接；
分度传感器、通电螺旋管电磁吸底座a、通电螺旋管电磁吸底座b 525都与可编程逻辑控制器2电性连接；
通电螺旋管电磁吸底座a通电时，通电螺旋管电磁吸底座a与卡位轴a相吸，橡胶减震头a与分度柱510的内壁不接触，卡位轴弹簧a呈压缩状态；通电螺旋管电磁吸底座a断电时，通电螺旋管电磁吸底座a与卡位轴a分离，橡胶减震头a与分度柱510的内壁接触，卡位轴弹簧a呈自由状态；
通电螺旋管电磁吸底座b 525通电时，通电螺旋管电磁吸底座b 525与卡位轴b528相吸，橡胶减震头b与分度柱510的内壁不接触，卡位轴弹簧b 524呈压缩状态；通电螺旋管电磁吸底座b 525断电时，通电螺旋管电磁吸底座b 525与卡位轴b 528分离，橡胶减震头b与分度柱510的内壁接触，卡位轴弹簧b 524呈自由状态；
闸片508为竖直的弧形片状结构，用于与分度柱510的周面贴合；闸片508的数量为三个以上，闸片508环绕分度柱510分布，且相邻两闸片508通过环形弹簧507相连；
闸片508背离分度柱510的表面各与一个磁吸方块517固定连接；磁吸方块517背离分度柱510的一侧各设有一个电磁方块底座521，电磁方块底座521内部布置着通电螺旋管520；各电磁方块底座521分别安装在一个竖直的进给保持架506内并与其滑动连接，且由位于进给保持架506内部的减震簧516支撑；进给保持架506与安装底座501直接或间接固定连接，优选地，小直齿轮轴504和分度传感器内部的转轴上端都安装一个进给保持座基座505，小直齿轮轴504与进给保持座基座505固定连接，分度传感器内部的转轴与进给保持座基座505转动连接；进给保持架506的下端固定在进给保持座基座505上；
通电螺旋管520与可编程逻辑控制器2电性连接；
通电螺旋管520通电时，电磁方块底座521与磁吸方块517相吸，闸片508与分度柱510的表面不贴合，环形弹簧507呈压缩状态；通电螺旋管520断电时，电磁方块底座521与磁吸方块517分离，闸片508与分度柱510的表面贴合，环形弹簧507呈自由状态。

Claims (10)

1.一种可使刀具按螺旋线轨迹进行连续性的自动走刀的机床，其特征在于，包括主轴传动/退刀装置(6)、阿基米德螺旋线径向变位装置(3)、极轴转角装置(7)、工作台(5)、可编程逻辑控制器(2)和机架(1)；
主轴传动/退刀装置(6)用于为机床提供动力，具备传动和退刀的作用；主轴传动/退刀装置(6)包括竖直放置的机床传动主轴(606)；
阿基米德螺旋线径向变位装置(3)用于对加工半径进行变位；阿基米德螺旋线径向变位装置(3)包括承载板(322)和螺旋线变径盘(321)；
承载板(322)为水平板；
承载板(322)的中心位置设有一个中空圆柱区域，螺旋线变径盘(321)为水平的圆盘，螺旋线变径盘(321)固定嵌在中空圆柱区域内；
螺旋线变径盘(321)中设有呈阿基米德螺旋线分布的机床传动主轴变径通孔(324)，机床传动主轴(606)从机床传动主轴变径通孔(324)中穿出，机床传动主轴变径通孔(324)用于导向机床传动主轴(606)沿阿基米德螺旋线运动，阿基米德螺旋线环绕螺旋线变径盘(321)的中心轴分布；
机床传动主轴变径通孔(324)的数量为1，主轴传动/退刀装置(6)的数量为1；或者，机床传动主轴变径通孔(324)的数量为2，两个机床传动主轴变径通孔(324)对应的阿基米德螺旋线呈中心对称分布，主轴传动/退刀装置(6)的数量为2，每个主轴传动/退刀装置(6)的机床传动主轴(606)分别从不同的机床传动主轴变径通孔(324)中穿出；
极轴转角装置(7)用于推动主轴传动/退刀装置(6)在螺旋线变径盘(321)中运动，为变径提供动力；
工作台(5)用于安装工件、Z轴方向进给以及在XOY平面内进行分度。
2.根据权利要求1所述的一种可使刀具按螺旋线轨迹进行连续性的自动走刀的机床，其特征在于，机床还包括磁吸底座(4)；
磁吸底座(4)包括底板(401)；底板(401)为水平矩形板，底板(401)上表面的四个角的位置各设有一个竖直的电磁吸螺旋管(403)，各电磁吸螺旋管(403)的下方各设有一个竖直的、贯穿底板(401)的磁吸孔(402)；电磁吸螺旋管(403)与可编程逻辑控制器(2)电性连接；
承载板(322)为矩形板，其上表面的四个角的位置各设有一个竖直的磁吸柱(323)，四个磁吸柱(323)分别插入四个磁吸孔(402)内，由磁吸孔(402)吸合。
3.根据权利要求2所述的一种可使刀具按螺旋线轨迹进行连续性的自动走刀的机床，其特征在于，极轴转角装置(7)包括圆形底板(701)、极轴转板(703)、竖直轴I、轴承I、大圆锥齿轮a(708)、大圆锥齿轮b、径向变位转角传感器(710)、减速器(711)、转角电机(712)、轴承II、水平轴I和连杆；
圆形底板(701)为水平板，其上表面与底板(401)下表面贴合且固定连接，其下表面设有n个圆环形的极轴转板柱滑轨(702)，n≥1，圆形底板(701)与极轴转板柱滑轨(702)的中心轴共轴，当n>1时，n个极轴转板柱滑轨(702)呈同心圆布置；
极轴转板(703)为长条状水平板，且位于圆形底板(701)的下方；极轴转板(703)的上表面的中心位置固定连接1个转角机构壳体(709)和n对极轴转板柱(704)，每对极轴转板柱(704)都竖直地对称分布在转角机构壳体(709)的两侧，n对极轴转板柱(704)的上端与n个极轴转板柱滑轨(702)一一对应滑动连接；
圆形底板(701)的下表面的中心位置与竖直轴I固定连接，轴承I的内圈固定套在竖直轴I上，大圆锥齿轮a(708)固定套在轴承I的外圈上；大圆锥齿轮b位于大圆锥齿轮a(708)的下方，且与转角机构壳体(709)的上表面固定连接；大圆锥齿轮a(708)与大圆锥齿轮b之间对称布置一个转角机构小圆锥齿轮(707)，转角机构小圆锥齿轮(707)同时与大圆锥齿轮a(708)与大圆锥齿轮b啮合；一个转角机构小圆锥齿轮(707)同时与径向变位转角传感器(710)和减速器(711)连接，径向变位转角传感器(710)同时与减速器(711)和可编程逻辑控制器(2)连接，减速器(711)与转角电机(712)连接；另一个转角机构小圆锥齿轮(707)固定套在轴承II的外圈上，轴承II的内圈固定套在水平轴I上，水平轴I与连杆固定连接，连杆的上端与圆形底板(701)的下表面固定连接；
极轴转板(703)中间长对称线上设有长条状的变径接触杆滑孔(706)。
4.根据权利要求3所述的一种可使刀具按螺旋线轨迹进行连续性的自动走刀的机床，其特征在于，主轴传动/退刀装置(6)还包括双通孔板(601)、变径接触杆(604)、轴承III(603)、轴承IV(615)、滚轮(602)、滚动轴承轮(605)、机壳(607)、大锥齿轮a(609)、大锥齿轮b、小锥齿轮(610)、轴承V(608)、减速器/扭矩传感器(613)、主轴电机(614)和退刀机构(612)；主轴传动/退刀装置(6)除变径接触杆(604)以外的部件均位于极轴转板(703)的下方；
双通孔板(601)为水平板，其上设有竖直通孔a和竖直通孔b；
变径接触杆(604)竖直放置，变径接触杆(604)穿过竖直通孔a且通过轴承III(603)与双通孔板(601)转动连接，机床传动主轴(606)穿过竖直通孔b且通过轴承IV(615)与双通孔板(601)转动连接；变径接触杆(604)的顶部插入变径接触杆滑孔(706)内；
滚轮(602)位于竖直通孔a的下方，滚动轴承轮(605)位于竖直通孔b的下方；滚轮(602)套在变径接触杆(604)上且与其转动连接，滚动轴承轮(605)套在机床传动主轴(606)上且与其转动连接；
机壳(607)位于竖直通孔b的上方；大锥齿轮a(609)、大锥齿轮b、小锥齿轮(610)、轴承V(608)位于机壳(607)内，大锥齿轮a(609)位于大锥齿轮b的下方，小锥齿轮(610)位于大锥齿轮a(609)与大锥齿轮b之间且同时与二者啮合，轴承V(608)位于大锥齿轮a(609)的下方，轴承V(608)的外圈与机壳(607)固定连接；减速器/扭矩传感器(613)和主轴电机(614)位于机壳(607)的上方；
大锥齿轮a(609)以及轴承V(608)的内圈都固定套在机床传动主轴(606)上；大锥齿轮b、减速器/扭矩传感器(613)、主轴电机(614)依次连接；减速器/扭矩传感器(613)与可编程逻辑控制器(2)电性连接；
小锥齿轮(610)与退刀机构(612)连接，退刀机构(612)用于带动小锥齿轮(610)平移退出或进入与大锥齿轮a(609)和大锥齿轮b的啮合。
5.根据权利要求4所述的一种可使刀具按螺旋线轨迹进行连续性的自动走刀的机床，其特征在于，退刀机构(612)包括凸形件(616)、螺旋管磁吸座(617)和小锥齿轮转轴(611)；
机壳(607)由立方体壳和圆柱体壳组成，圆柱体壳位于立方体壳和小锥齿轮(610)的一侧，圆柱体壳的中心轴为水平轴，大锥齿轮a(609)、大锥齿轮b、小锥齿轮(610)、轴承V(608)位于立方体壳内；
凸形件(616)为磁性件，由小圆柱体和大圆柱体组成，小圆柱体和大圆柱体的中心轴为水平轴且重合，小圆柱体的外径小于大圆柱体；大圆柱体背离小圆柱体的一端内嵌轴承VI，轴承VI与大圆柱体共轴且轴承VI的外圈与大圆柱体固定连接；
螺旋管磁吸座(617)固定在圆柱体壳背离立方体壳的一端；
凸形件(616)的大圆柱体位于圆柱体壳内且与其间隙配合，凸形件(616)的小圆柱体插入螺旋管磁吸座(617)内；圆柱体壳背离立方体壳的一端与凸形件(616)的大圆柱体之间设有复位弹簧(619)；
小锥齿轮转轴(611)水平放置，小锥齿轮(610)和轴承VI的内圈都固定套在小锥齿轮转轴(611)上；
螺旋管磁吸座(617)与可编程逻辑控制器(2)电性连接。
6.根据权利要求4所述的一种可使刀具按螺旋线轨迹进行连续性的自动走刀的机床，其特征在于，承载板(322)的中空圆柱区域与圆形底板(701)共轴；极轴转板(703)位于中空圆柱区域内；
螺旋线变径盘(321)的上表面设有机床传动主轴传动系统滑轨(325)，机床传动主轴传动系统滑轨(325)用于在机床传动主轴(606)沿阿基米德螺旋线运动与滚轮(602)和滚动轴承轮(605)滑动连接，并限制滚轮(602)和滚动轴承轮(605)沿Z轴方向运动的自由度。
7.根据权利要求1所述的一种可使刀具按螺旋线轨迹进行连续性的自动走刀的机床，其特征在于，工作台(5)包括安装底座(501)、大直齿轮轴(511)、小直齿轮轴(504)、分度传感器、旋转电机、丝杠(515)、丝杠螺母(514)、工作台面(509)、分度柱(510)、内环柱(527)和刚性连接调整机构；
安装底座(501)为水平板；
安装底座(501)的中央设有轴孔，大直齿轮轴(511)为竖直轴，大直齿轮轴(511)的下端插入轴孔内且与其转动连接；
小直齿轮轴(504)和分度传感器内部的转轴为竖直轴且安装在安装底座(501)上，小直齿轮轴(504)的数量为2个以上且与安装底座(501)固定连接，分度传感器内部的转轴的数量为1个且与安装底座(501)转动连接，分度传感器内部的转轴与旋转电机固定连接；分度传感器与可编程逻辑控制器(2)电性连接；
小直齿轮轴(504)和分度传感器内部的转轴上都套有一个小直齿轮(503)，大直齿轮轴(511)上套有一个大直齿轮(502)；小直齿轮(503)与小直齿轮轴(504)转动连接，小直齿轮(503)与分度传感器内部的转轴固定连接，大直齿轮(502)与大直齿轮轴(511)固定连接；
大直齿轮(502)和小直齿轮(503)都位于安装底座(501)的上方；小直齿轮(503)环绕大直齿轮(502)分布且与其啮合；
丝杠(515)固定在大直齿轮轴(511)的上方，且与其共轴；丝杠螺母(514)套在丝杠(515)上且与其螺纹连接；
工作台面(509)为水平圆板状结构；工作台面(509)与承载板(322)的中空圆柱区域共轴；分度柱(510)和内环柱(527)为竖直的中空圆柱状结构；分度柱(510)和内环柱(527)的上端都与工作台面(509)的下表面固定连接，分度柱(510)套在内环柱(527)上且分度柱(510)的长度大于内环柱(527)，工作台面(509)、分度柱(510)、内环柱(527)三者共轴；
丝杠(515)的上端穿入内环柱(527)的中空部分内，大直齿轮轴(511)的上端和丝杠螺母(514)都穿入分度柱(510)的中空部分内，大直齿轮轴(511)的直径小于分度柱(510)的内径，丝杠螺母(514)与内环柱(527)固定连接；
刚性连接调整机构用于将大直齿轮轴(511)与分度柱(510)的连接关系调整为刚性连接或无连接。
8.根据权利要求7所述的一种可使刀具按螺旋线轨迹进行连续性的自动走刀的机床，其特征在于，刚性连接调整机构包括通电螺旋管电磁吸底座a、通电螺旋管电磁吸底座b(525)、卡位轴a、卡位轴b(528)、卡位轴弹簧a和卡位轴弹簧b(524)；
大直齿轮轴(511)的上表面设有槽口朝上的卡位槽(522)，卡位槽(522)与大直齿轮轴(511)的中心轴相交，且长度同大直齿轮轴(511)的直径；
通电螺旋管电磁吸底座a、通电螺旋管电磁吸底座b(525)固定在卡位槽(522)内，且二者位于丝杠(515)的两侧；卡位轴a位于通电螺旋管电磁吸底座a背离通电螺旋管电磁吸底座b(525)的一侧，卡位轴a与卡位槽(522)滑动连接，卡位轴a远离通电螺旋管电磁吸底座a的一端设有橡胶减震头a；卡位轴b(528)位于通电螺旋管电磁吸底座b(525)背离通电螺旋管电磁吸底座a的一侧，卡位轴b(528)与卡位槽(522)滑动连接，卡位轴b(528)远离通电螺旋管电磁吸底座b(525)的一端设有橡胶减震头b；卡位轴弹簧a的一端与卡位槽(522)固定连接，另一端与卡位轴a固定连接；卡位轴弹簧b(524)的一端与卡位槽(522)固定连接，另一端与卡位轴b(528)固定连接；
通电螺旋管电磁吸底座a、通电螺旋管电磁吸底座b(525)都与可编程逻辑控制器(2)电性连接；
通电螺旋管电磁吸底座a通电时，通电螺旋管电磁吸底座a与卡位轴a相吸，橡胶减震头a与分度柱(510)的内壁不接触，卡位轴弹簧a呈压缩状态；通电螺旋管电磁吸底座a断电时，通电螺旋管电磁吸底座a与卡位轴a分离，橡胶减震头a与分度柱(510)的内壁接触，卡位轴弹簧a呈自由状态；
通电螺旋管电磁吸底座b(525)通电时，通电螺旋管电磁吸底座b(525)与卡位轴b(528)相吸，橡胶减震头b与分度柱(510)的内壁不接触，卡位轴弹簧b(524)呈压缩状态；通电螺旋管电磁吸底座b(525)断电时，通电螺旋管电磁吸底座b(525)与卡位轴b(528)分离，橡胶减震头b与分度柱(510)的内壁接触，卡位轴弹簧b(524)呈自由状态。
9.根据权利要求7所述的一种可使刀具按螺旋线轨迹进行连续性的自动走刀的机床，其特征在于，工作台(5)还包括闸片(508)；
闸片(508)为竖直的弧形片状结构，用于与分度柱(510)的周面贴合；闸片(508)的数量为三个以上，闸片(508)环绕分度柱(510)分布，且相邻两闸片(508)通过环形弹簧(507)相连；
闸片(508)背离分度柱(510)的表面各与一个磁吸方块(517)固定连接；磁吸方块(517)背离分度柱(510)的一侧各设有一个电磁方块底座(521)，电磁方块底座(521)内部布置着通电螺旋管(520)；各电磁方块底座(521)分别安装在一个竖直的进给保持架(506)内并与其滑动连接，且由位于进给保持架(506)内部的减震簧(516)支撑；进给保持架(506)与安装底座(501)直接或间接固定连接；
通电螺旋管(520)与可编程逻辑控制器(2)电性连接；
通电螺旋管(520)通电时，电磁方块底座(521)与磁吸方块(517)相吸，闸片(508)与分度柱(510)的表面不贴合，环形弹簧(507)呈压缩状态；通电螺旋管(520)断电时，电磁方块底座(521)与磁吸方块(517)分离，闸片(508)与分度柱(510)的表面贴合，环形弹簧(507)呈自由状态。
10.根据权利要求9所述的一种可使刀具按螺旋线轨迹进行连续性的自动走刀的机床，其特征在于，小直齿轮轴(504)和分度传感器内部的转轴上端都安装一个进给保持座基座(505)，小直齿轮轴(504)与进给保持座基座(505)固定连接，分度传感器内部的转轴与进给保持座基座(505)转动连接；进给保持架(506)的下端固定在进给保持座基座(505)上。
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