CN100382926C - 特种数控立式双溜板活塞车床 - Google Patents

Abstract

一种特种数控立式双溜板活塞车床，具有控制系统、床座、主轴总成、主电机，在床座上固定有立柱，立柱上对称布置有左、右两组滚动导轨，左、右伺服驱动装置，左、右滚动丝杆副及左、右滑座，而左、右滑座上又分别安装有左、右滚动导轨、左、右滑板运动伺服电机左、右滚动丝杆副及左、右溜板，左溜板上安装固定多刀直线伺服机构及多刀刀架，右溜板上安装固定八刀位刀塔。本发明用于精加工中高档中凸变椭圆活塞，亦可用于加工精密三维立体靠模，技术先进，加工精度高，速度快，效率高，是我国制造符合“欧II、欧III限值”发动机的关键性工艺装备，必将为我国汽车工业和环境保护事业作出重大贡献。

Description

特种数控立式双溜板活塞车床

技术领域：

本发明涉及一种机械加工设备，具体涉及一种复杂形面直线伺服多刀刀架特种数控立式双溜板活塞车床，可用于中高档中凸变椭圆活塞的精加工，亦可用于加工精密三维立体靠模。

背景技术：

由于社会环保意识的增强，国内外的汽车尾气排放标准日趋严格，目前我国《轻型汽车污染物限值及测量方法〔I〕》排放限值相当于欧I限值，很快就要实行欧II限值，2005年北京、上海、广州将实施欧III限值。

汽车发动机的性能要求日益提高，活塞是发动机中的关键件，新型活塞的外圆已不是一个简单的圆柱面，而是设计成特定的形线，从活塞头部、环岸部、销孔部至裙部，其截面形状和尺寸是渐变的，有圆柱面、圆锥面、椭圆、不对称椭圆或变椭圆等，是一组复杂的三维图形，这类异形外圆用普通的数控车床是不能加工的。

活塞的关键性结构要素外圆形线和环槽的形状与位置精度要求日益提高，目前国内主要是在工艺流程和工装夹具上采取措施，这已不能适应活塞加工技术进步的趋势要求。

近期国内某些院校(如清华大学、国防科大、西安交大等)和科研机构也在研究这类课题，但成熟的技术仍为少见，未达到工业化应用水平。

发明内容：

本发明所要解决的技术问题是：解决发动机活塞异形外圆不能用普通数控车床加工、而采用多台设备、多道工序工艺流程和多次工装夹具加工，误差大、精度低、效率慢、不能适应活塞技术进步和环境保护要求的问题；而提供一种能在一次装夹中车削活塞外圆形面、顶面、环槽、实现中高档中凸变椭圆活塞精加工、以及用于精密三维立体靠模加工、加工精度高、速度快、效率高、功能齐全、技术先进的特种数控立式双溜板活塞车床。

本发明采用的技术方案是：这种特种数控立式双溜板活塞车床，具有控制系统、床座和安装固定在床座上的主轴总成、主电机，在床座上面固定有立柱，立柱上对称布置有左、右两组滚动导轨、左、右滑座运动伺服驱动装置，左、右两组滚动导轨上分别装有左滑座和右滑座，左滑座运动伺服驱动装置、左滚动丝杆副、左滑座依次连接传动，右滑座运动伺服驱动装置、右滚动丝杆副、右滑座依次连接传动，左滑座上装有左溜板滚动导轨、左溜板运动伺服电机，左溜板装在左溜板滚动导轨上，左溜板运动伺服电机、左溜板滚动丝杆副、左溜板依次连接传动，左溜板上装有多刀直线伺服机构，多刀直线伺服机构前端配置了自动换刀多刀刀架，右滑座上装有右溜板滚动导轨、右溜板运动伺服电机，右溜板装在右溜板滚动导轨上，右溜板运动伺服电机、右溜板滚动丝杆副、右溜板依次连接传动，右溜板上安装刀塔。

上述技术方案中，立柱上还安装有左、右气压平衡装置，左、右气压平衡装置的平衡气缸分别通过链轮、链条与左、右滑座连接。

上述技术方案中，主轴总成立式安装在床座中部，采用变频电机驱动，无级调速，主轴上端法兰盘上安装夹具，主轴尾端配置编码器，还设置了拉紧活塞用的回转气缸，顶尖座装在立柱的前上部，顶尖座上端连接安装顶尖气缸，下端连接安装顶尖。

上述技术方案中，在左溜板上还设置有将左溜板定位锁紧在两根导轨上的双导轨单气缸自动锁紧装置，该装置为一个由单气缸驱动两组不同楔角的顶杆和锁紧杆组成的机构。

上述技术方案中，多刀直线伺服机构为在直线电机输出端加装的一套换刀机构，该换刀机构包括有：

1)机构本体；

2)安装在机构本体内、前端安装可换位刀架及多把车刀、后端与直线电机轴固定连接的直线传动部件；

3)刀盒座由滚动轴承支撑在直线传动部件连接杆前端内孔、由从动齿轮、主动齿轮传动的可换位刀架；

4)安装在机构本体内、主动齿轮与从动齿轮离合、主动齿轮由回转气缸带动并由滚动轴承支撑的刀架换位驱动机构；

5)双位直动气缸固定在机构本体上、双位直动气缸输出轴连接回转气缸座并进而带动主动齿轮的离合器；

6)以及安装在机构本体内的弹性定位部件、锁定装置、测量传感器、防护部件。

上述技术方案中，右溜板上安装的刀塔可采用意大利产的TB160型八工位伺服刀塔，这种伺服刀塔，其换刀转位由伺服电机程序控制，松开与锁紧由气压驱动，刀塔配有八刀位刀盘。

上述技术方案中，控制系统可选用德国SIEMENS公司生产的SINUMERIK802D系统和台湾研华生产的8248一体化工作站。

上述技术方案中，主轴总成可采用日本NSK公司L-6型高刚性车床主轴。

上述技术方案中，机床外防护采取全封闭结构，内部采取大流量冲刷排屑，设置了废润滑油收集装置，包括废润滑油槽和废润滑油通道，润滑油与冷却液隔离。

本发明特点、用途：

1)本发明的机床为特种数控立式车床，用于中凸变椭圆活塞车削加工，本机床可在一次装夹中车削活塞外圆形面、顶面和环槽；

2)本机床配置了直线电机伺服多刀刀架，适宜加工复杂形面镶圈活塞；

3)本机床配置了八工位刀塔，可车削活塞外圆、顶面和环槽；

4)本机床亦可用于非圆回转立体靠模的形面加工。

本发明机床的关键性技术指标：

1)直线伺服刀架重复定位精度    0.001mm；

2)主轴加工最高转速            2000r/mim；

3)裙部线轮廓度                ±0.005mm；

4)形线量+椭圆量               3mm；

5)最大形线量                  1.5mm；

6)最大椭圆量                  1.5mm；

7)分辨率                      0.2um；

8)环槽侧面跳动量              0.005mm；

本发明涉及非圆高速车削加工、高频响直线伺服多刀刀架、高性能加工软件包、创新的机床结构等多项关键技术，是一项光机电一体化的高技术机床产品，用于中高档中凸变椭圆活塞的精加工或用于加工精密三维立体靠模，设计合理，技术先进，功能齐全，加工精度高，速度快，效率高，本发明机床的出现，为我国制造符合“欧II限值”乃至“欧III限值”的发动机，超前提供了关键性工艺设备，为我国的环境保护事业作出了重要贡献。

附图说明：

图1为本发明结构正视图

图2为本发明结构侧视图

图3为本发明结构俯视图

图4为本发明结构侧向剖视图

图5为左溜板结构图

图6为双导轨单气缸自动锁紧装置结构剖视图

图7为主轴部件结构图

图8为多刀直线伺服机构纵向剖视图

图9为多刀直线伺服机构平面剖视图

图10为多刀直线伺服机构侧向视图

图11为多刀直线伺服机构二刀刀盒示意图

图12为多刀直线伺服机构三刀刀盒示意图

图13为多刀直线伺服机构一种支承膜片示意图

图14为多刀直线伺服机构另一种支承膜片示意图

图15为多刀直线伺服机构应用原理框图

图16为本发明数据输入界面图

图17为本发明活塞截面极坐标图

图18为本发明活塞外圆形线图

具体实施方式：

参见附图，这种特种数控立式双溜板活塞车床具有床座1和安装固定在床座1上的主轴总成24、主电机37以及控制系统22，在床座1上面固定有立柱2，立柱2上对称布置有左、右两组滚动导轨79、16、左、右滑座运动伺服电机9、14，左、右两组滚动导轨79、16上分别装有左滑座8和右滑座17，左滑座运动伺服电机9、左滚动丝杆副80、左滑座8依次连接传动，右滑座运动伺服电机14、右滚动丝杆副15、右滑座17依次连接传动，左滑座8上装有左溜板滚动导轨43、45及左溜板运动伺服电机4，左溜板装在左溜板滚动导轨上，左溜板运动伺服电机4、左溜板滚动丝杆副44、左溜板6依次连接传动，左溜板6上装有多刀直线伺服机构3，多刀直线伺服机构3前端配置了自动换刀多刀刀架5，右滑座17上装有右溜板滚动导轨30、右溜板运动伺服电机20，右溜板18装在右溜板滚动导轨上，右溜板运动伺服电机、右溜板滚动丝杆副、左溜板18依次连接传动，右溜板18上安装刀塔19。

下面结合附图对本发明的具体实施作进一步详细说明：

参见图1本发明特种数控立式双溜板活塞车床结构示意图(将外防护假想视为透明体)

床座1为宽体箱形铸件，是机床的基础件，主轴总成、立柱及变频电机枃设置在床座上，床座里设置了冷却液排屑通道。

立柱2也是一个箱形铸件，安装在床座上，其上对称布置有左、右两组滚动导轨和滚动丝杆副、交流伺服驱动装置，左右两组滚动导轨上装有左、右滑座，两滑座均是十字滑板单元。

左滑座8能沿立柱左边的滚动导轨上下移动，左滑座由左滑座运动伺服电机9通过滚动丝杆副驱动，左滑座上装有左溜板，左溜板由左溜板移动伺服电机4通过滚动丝杆副驱动。

左溜板6在镶钢导轨上由滚动丝杆、交流伺服驱动，设置有双导轨单气缸自动锁紧装置，左溜板上装有多刀直线伺服机构3，多刀直线伺服机构前端配置了多刀刀架5，这是一个自动换刀三刀位刀架。

锁紧装置7是一个单气缸双导轨自动锁紧装置，用于左溜板的自动锁紧和松开。

气压平衡装置10是左、右滑座移动时的重量平衡装置。

顶尖座11为立柱中上部设置的一个气动顶尖座，顶尖13用来顶紧活塞。顶尖气缸12安装在顶尖座上端。

右滑座运动伺服电机14、右滚动丝杆副15驱动安装在右滚动导轨16上的右滑座上下运动，立柱上有两组滚动导轨，左滑座由左滑座运动伺服电机、左滚动丝杆副驱动，可在左滚动导轨上上下运动。

右滑座17上装有右溜板18，为滚动导轨、交流伺服驱动，右溜板运动伺服电机20为交流伺服驱动装置，右溜板上安装刀塔。

八刀位刀塔19：本发明采用了意大利产TB160型八工位伺服刀塔，这是一种伺服刀塔，其换刀转位由伺服电机程序控制，松开与锁紧动作为气压驱动，刀塔配有八刀位刀盘21。

控制系统22：本发明选用了德国SIEMENS公司生产SINUMERIK802D系统和台湾研华生产的8248一体化工作站。

活塞23：这是本机床的加工对象。

主轴总成24：本发明采用了日本NSK公司L-6型高刚性车床主轴，这是一种高刚性主轴单元，变频驱动，无级调速，配置的编码器25设置在主轴下端，用来扫描主轴的角度编码。

拉紧装置26为主轴下端设置的气动拉紧活塞用的装置。

参见图2本发明特种数控立式双溜板活塞车床结构侧向视图

夹具27是活塞定位夹紧的装置。

外防护28为机床全封闭结构，用以保证安全清洁生产，美化造型，29是防护门。

30是右溜板滚动导轨

31是用来收集润滑油的油盘

润滑系统32：图示为润滑泵站，自动润滑机床各运动部位，设置了润滑废油分隔排放装置。

气动系统33：驱动机床完成工作夹压、刀盘转位，锁紧、平衡等辅助动作。

排屑斗34为冷却液排屑通道。

参见图3本发明特种数控立式双溜板活塞车床结构俯视图，

零部件标注如下：左溜板行程开关组35，左滑座行程开关组36，右滑座行程开关组40，右溜板行程开关组41，主电机37，润滑废油收集油盒38，平衡气缸39。

参见图4本发明特种数控立式双溜板活塞车床结构侧向剖视图，从图中可以进一步透彻了解本车床的结构，床座1为宽体箱形铸件，床座1上安装的立柱2也是一个箱形铸件，床座1的前部安装固定主轴部件24，床座1的后部安装固定主电机37，主电机37通过皮带轮、皮带连接传动主轴，主轴下端配置了编码器25，用来扫描主轴的角度编码。立柱2的前壁上安装左、右滑座滚动导轨、左、右滑座、左、右滑座运动伺服电机及左、右滚动丝杆副、以及安装在左、右滑座上的左、右溜板滚动导轨、左、右溜板、左、右溜板移动伺服电机及其滚动丝杆副，而左溜板上安装固定多刀直线伺服机构，右溜板上安装多刀位刀塔。从图4中还可以很清楚看出本发明在立柱2上安装的左、右气压平衡装置，气压平衡装置包括平衡气缸39、链条81、链轮82，平衡气缸39的活塞杆连接固定链条81的一端，链条另一端连接固定在滑座上，链轮82安装在立柱上。立柱前上部还安装固定有顶尖座11，顶尖座11上端固定顶尖气缸12，顶尖座下端套装顶尖13，顶尖气缸连接带动顶尖上下运动。

参见图5本发明左溜板结构图，左溜板装在两根镶钢导轨43、45上，左溜板的位置调节由伺服电机4驱动滚动丝杆付44调节，位置调节后由气缸7推动锁紧机构锁紧。

参见图6本发明双导轨单气缸自动锁紧装置结构图

这是附图1中标号7的剖面图，图示8是滑座上左溜板的导轨安装面，43是下导轨，45是上导轨，56、62是直角压板，57、61是锁紧压板。

其锁紧动作是这样实现的：气缸7活塞杆46经联结器47推动带有楔面的顶杆49，楔面使锁紧杆48移动将压板61锁紧在上导轨45上；顶杆49前移时推动杆51经弹簧52推动杆53带有楔面的顶杆54楔面使锁紧杆55移动，将压板57压紧在下导轨43上。顶杆49与顶杆54的楔面角度是不同的，顶杆49楔角小，能可靠自锁，顶杆54楔角大，不自锁。其松开动作是这样实现的：气缸换向，其冲击力使顶杆49退回，弹簧垫圈58使锁紧杆48复位，释放了压板61对导轨的压紧力；因顶杆54楔角不自锁，顶杆49退回同时释放了锁紧杆对下导轨的锁紧力。锁紧装置的气缸动作是由程序控制的，这就实现了左溜板移动前的自动松开，移动到位自动锁紧。

参见图7本发明立式双溜板活塞车床主轴部件结构图

64是用于拉紧活塞的回转气缸，依靠联接盘65螺母66与主轴尾端联接。变频电机通过多楔带67、多楔带轮68传动主轴。主轴座69将主轴总成安装在床座上。

70是法兰盘，用来联接主轴与夹具。

71是防尘罩，72是冷却主轴的流体通道。

73是用于安装编码器的支架，主轴转动经由同步带74同步带轮75传动编码器78，76是编码器座，77是同步轮轴。编码器可采用已有技术，编码器型号为：LF-36BM-C05D。

参见图8——图15，多刀直线伺服机构3为在直线电机输出端加装的一套换刀机构。主要包括有：

1)机构本体；

2)安装在机构本体内、前端安装可换位刀架及多把车刀、后端与直线电机轴固定连接的直线传动部件；

3)刀盒座由滚动轴承支撑在直线传动部件连接杆前端内孔、由从动齿轮、主动齿轮传动的可换位刀架；

4)安装在机构本体内、主动齿轮与从动齿轮离合、主动齿轮由回转气缸带动并由滚动轴承支撑的刀架换位驱动机构；

5)双位直动气缸固定在机构本体上、双位直动气缸输出轴连接回转气缸座并进而带动主动齿轮的离合器。

本发明还可在机构本体内安装弹性定位部件、锁定装置、测量传感器、防护部件：

弹性定位部件包括双平板簧和支承膜片，它们的一端都与机构本体连接固定，它们的另一端和连接杆固定连接；

锁定装置包括：锁紧气缸通过气缸座固定在连接杆上，锁紧气缸输出轴连接并驱动锁紧销插在从动齿轮齿隙中或从齿隙中退回；

测量传感器包括：两端分别安装连接在机构本体和连接座上的位移传感器；由从动齿轮两侧深槽和接近开关构成的刀架旋转位置传感器；安装在双位直动气缸中的磁性开关构成的离合器位置传感器；安装在锁紧气缸中的磁性开关构成的锁紧装置状态传感器；

防护部件包括相互连接的方形外壳、前盖板和密封膜片。

参见图8，图9，图10，多刀直线伺服机构的机构本体301是由方形外壳356和前盖板302等部分组成。其作用是连接机构的各个部件，其后端与直线电机的前端面相连，而从前端伸出车刀。事实上可以把本发明机构与直线电机的组合看成是多功能智能型伺服机构。

直线传动部件是将直线电机输出轴的直线位移传输到车刀上。它包括(图8、图9)：复位平板簧的连接座303、连接杆304、滚动轴承307、刀盒座308、刀盒309、定位销310和车刀311。复位平板簧的连接座303分别与电机输出轴312和连接杆304相连。连接杆304的前端内孔又通过滚动轴承307与刀盒座308相连。刀盒309通过螺钉313固定在刀盒座中，并用定位销310防止刀盒309在刀盒座中转动。刀盒309中用螺钉314根据需要固定2-3把车刀311(图10和图11、图12)。三把车刀沿刀盒轴线按120对称配置，图11为二刀刀盒，图12为三刀刀盒，工作的车刀在轴线的正下方。从电机输出轴312到车刀各个零件之间无轴向连接间隙，保证将电机的轴向位移精确地传送到车刀。

弹性定位部件保证车刀沿轴向和侧向有足够的刚度。它包括双平板簧315和支承膜片316(图13、图14)。双平板簧315的一端与机构本体301相连，另一端与连接座303相连。根据双平板簧的工作原理，连接座303上的各点只能相对机构本体作平移运动。双平板簧保证机构有精确的零位，合理选择板簧的厚度可以得到伺服系统理想的动态性能。支承膜片316(图13)是一倒三角形的金属薄片，上端由压条317和螺钉318将其固定在机构本体上，下端开有圆孔，由轴承压环319将其压紧在连接杆304的前端。支承膜片的作用是增大机构的侧向刚度。膜片316也可以按图14加工成X形状。

可换位刀架的作用是在刀架换位驱动机构的作用下，将所需的车刀转到工作位置上。它由从动齿轮320、刀盒座308、滚动轴承307、刀盒309、定位销310和固定螺钉313等组成。通过螺钉313和定位销310将308、309紧固在一起，当从动齿轮受到驱动力矩时，刀架即在轴承的支持下转动，使车刀换位。

刀架换位驱动机构由回转气缸321、气缸座322、滚动轴承323和主动齿轮324等组成。气缸321是双位可调角度的摆动气缸，通过螺钉固定在气缸座322上。主动齿轮324与回转气缸321的输出轴相连。主动齿轮的转动由滚动轴承323支撑，轴承323装在气缸座322的内孔中。在工作状态下，主动齿轮与从动齿轮是啮合的，气缸的摆动通过主动齿轮324传给从动齿轮，从而带动刀架换位。

离合器的作用是在车刀切削工件时，将主动齿轮与从动齿轮分开。它由双位直动气缸325、轴套326、导向杆327、线轴承328和限位圈329等组成，双位直动气缸325用螺钉固定在机构本体301上。轴套326分别与气缸325的输出轴和气缸座322相连。当气缸325的输出轴伸出时，即推动换位驱动机构的主动齿轮324和从动齿轮320啮合；反之，当气缸325的输出轴缩进时，即拉动换位驱动机构的主动齿轮324和从动齿轮320分开。此外，在摆动气缸座的上下两侧装有两个线轴承328，导向杆327一端插在线轴承的内孔中，另一端紧固在机构本体301上，在导向杆327上又装有限位圈329，以此保证离合器的导向和限位。

锁定装置的作用是在车刀切削工件时，锁紧刀架使之不能旋转。它由锁紧气缸330、气缸座331、锁紧销332等组成。锁紧气缸330与气缸座331以螺纹相连接，气缸座又与连接杆304紧固。锁紧销332与气缸的输出轴相连。在车刀削切工件时，锁紧气缸330将锁紧销332顶紧在从动齿轮的齿隙中，从而锁定刀架。

测量传感器是实现多刀机构智能控制的前提条件，本机构有多种测量传感器，分述如下：(1)位移传感器333。该传感器的本体安装在机构本体301上，其敏感轴与双平板簧的连接座303固连，如此连接可以测量车刀沿轴线方向的位移。(2)刀架旋转位置传感器。该传感器用于测量车刀是否转到工作位置。两个接近开关334用螺钉335固定在传感器支架336上，支架336固定在机构本体301上。在从动齿轮320两侧的圆柱体上开有三个相隔120°的深槽337，槽的位置与车刀的位置相对应，当车刀转到工位时，对应的槽恰好对准接近开关。(3)离合器位置传感器。在离合器的双位直动气缸325中装有磁性开关338，给出对应离合器位置的信号。(4)锁定装置状态传感器。在锁紧气缸330中装有磁性开关339，给出锁定装置状态的信号。

防护部件的作用是防止车屑和油污对机构的污染，保证机构正常工作，它包括机构本体的前盖板302、密封膜片340、轴承内压环319、外压环342和螺钉垫片等。密封膜片340靠内压环319、外压环342和螺钉垫片等来固定。密封膜片采用夹布橡胶材料，不会影响车刀的运动。

多刀直线伺服机构与数控机床的连接关系如图15所示，图中数控机床对于本发明来说为已有技术。多刀直线伺服机构355的位移输入来自直线电机345的输出轴312；各气缸的工作气源经气动控制装置346和管道347分别输入；多刀直线伺服机构的位移输出由车刀311作用到被加工的工件348上；多刀直线侍服机构各测量传感器的信号经电缆349传给计算机350。计算机是机床的控制中心。它对车床的其它部分进行测量和控制，并将控制信号通过电缆351传给控制器352，由控制器通过电缆353、354分别将控制信号传给气动控制装置346和直线电机345。图中，车床、计算机350、电缆351、控制器352、电缆353、354、气动控制装置346、管道347、直线电机345、输出轴312、电缆349均为已有技术。

多刀直线伺服机构的工作过程如下：在准备阶段选择要用的车刀(2-3把)，并调整好刀的径向位置。当装夹好工件，车床启动，数控系统加工程序运行时，计算机首先检查各传感器的状态。需要换刀时。控制锁紧气缸330将锁紧销332松开，锁紧气缸330中的磁性开关339信号确认332已松开时，控制双位直动气缸325将主动齿轮324推向从动齿轮320，使之啮合。当双位直动气缸325中的磁性开关338确主啮合到位时，控制回转气缸321回转，主动齿轮带动从动齿轮转动，刀具换位。接近开关334给出刀具是否精确到位的信号。换位完毕后。锁紧气缸再将锁紧销332压到从动齿轮的齿隙中，锁定刀架。锁定到位后，双位直动气缸325将主动齿轮与从动齿轮分开，换刀工作全部完成，此后，计算机根据工作外圆要求的加工形状将相关信号送到控制器352，控制直线电机345作直线往复运动，多刀直线伺服机构的直线传动部件将直线电机输出轴的直线位移传输车刀上，以便加工工件的外圆。加工完一段以后，如下一段需要改变切削参数(主轴转速、走刀量、车刀等等)，则计算机控制机床和本多刀机构作相应的动作，直到工件加工完毕。

综上所述，这种多刀直线伺服机构具有以下的优点：(1)采用多刀机构，不同的加工段换用不同的刀具，可以加工同一件不同材质和外形的各段，例如，活塞裙部、头部的中凸变椭圆外圆、头部的铸铁环、集碳槽等等。(2)自动换刀，大大缩短了辅助加工时间，提高了生产效率。(3)采用多种传感器，实现高度自动化，减少故障率。(4)一次装夹，完成工件的多道加工工序，提高了工件的加工精度。(5)机构简单，成本低。

参见图16，本发明特种数控立式双溜板活塞车床数据输入界面图。

其界面直观清晰，功能丰富，操作方便，活塞数据生成软件可编辑任意不规则、不对称活塞外圆形线。

参见图17，本发明特种数控立式双溜板活塞车床活塞截面极坐标图

移动光标可清晰看到加工活塞的任一截面的图形和参数。

参见图18，本发明特种数控立式双溜板活塞车床活塞外圆形线图

可直观编辑加工活塞的不同角度外圆形线和参数。

综上所述，本发明的结构、控制、加工如下：

1.结构和总体布局

本发明机床为特种数控立式车床，机床为立式布局，但不同于普通数控立式车床，而是根椐机床的功能要求和生产现场操作使用要求全新设计的机床结构和总体布局。(见附图1)

床座1是一箱形铸件，是机床的基础件，其上平面是机床部件的安装基面，装配前用十个防震垫铁将床座调平，立柱及主轴总成、电机座均设置在床座上。

立柱2也是一个箱形铸件，安装在床座上，其垂直面上对称布置有左、右两组滚动导轨和滚动丝杆副，交流伺服驱动装置，装有左、右滑座，两滑座均是十字滑板单元。立柱上安装气压平衡装置10这是使左、右滑座移动时的重力平衡。

左滑座8能沿滚动导轨上下移动，采用滚动丝杆、交流伺服驱动。滑座上装有左溜板，可水平方向移动，锒钢导轨、滚动丝杆，适应加工活塞尺寸规格的变换，采用交流伺服驱动进行位置调整，调好后滑板自动锁紧，设置有双导轨单气缸自动锁紧装置，左溜板上安装直线伺服多刀刀架。

右滑座17能沿滚动导轨上下移动，采用滚动丝杆、交流伺服驱动。滑座上装有右溜板可水平方向移动，滚动导轨、滚动丝杆、交流伺服驱动，右溜板上安装刀塔。

八刀位刀塔19这是一种伺服刀塔，其换刀转位由伺服电机控制，松开与锁紧动作为气压驱动，此刀塔具有两个座标轴的伺服运动，可以加工活塞的顶面、环槽和倒角，还可用插补方式加工梯形槽和弧形顶面。

顶尖座11装在立柱的中上部，设置了一个气缸来驱动顶尖套筒，用来顶紧活塞。

主轴总成24这是一种高刚性车床主轴单元，内装精密滚动轴承，采用变频电机驱动，无级调速，主轴尾端配置了编码器，还设置了拉压活塞的回转气缸。

润滑与密封是机床上的重要设置，本机床传动件用机油润滑的点位采用自动润滑，有个别润滑点设置了黄油杯润滑。为防止润滑油混入冷却液，设置了润滑废油收集油槽和通道，润滑油与冷却液隔离，从而延长冷却液使用寿命，并可以免除水基冷却液排放时混有润滑油污染环境。

为了做到清洁生产，加工区全封闭防护、大流量冷却液冲刷排屑，冷却液箱设置了过滤和磁性切屑分离装置，铁、铝屑分别排出，分类回收。

2.控制系统

机床的操作与编程是由控制系统22来进行的，本机床控制系统采用精密数控系统和一体化工作站的组合，选用了德国SIEMENS公司生产SINUMERIK 802D系统和台湾研华生产的8248一体化工作站。界面友好，接口灵活，编程容易，操作简单，而且系统可靠性高，稳定性好。两个系统控制，精密数控系统为上位机，负责整台设备的协调控制：控制右滑座、左溜板、右溜板三个坐标轴、主轴和八工位刀塔，还控制顶尖紧、拉紧气缸，工件夹紧压力不足、溜板夹紧压力不足、刀塔锁紧压力不足、平衡压力不足等信号均由精密数控系统检测，环槽的加工由精密数控系统完成；一体化工作站控制多刀直线伺服机构的直线电机工作和左滑座的运行完成活塞外圆加工过程。外圆加工对整个机床的加工而言只是一个子过程的调用，当需加工外圆时精密数控系统向一体化工作站发出启动信号，然后等待一体化工作站发出外圆加工完毕信号后才进行其它的工作，精密数控系统可随时调用外圆加工这个子过程：可先加工环槽再加工外圆，也可先加工外圆再加工环槽，还可只加工环槽或只加工外圆。

3.加工活塞流程实例

加工中凸变椭圆活塞外圆、环槽和倒角的工步过程如下：

N1将待加工活塞23置于夹具27的定位止口上，→N2关闭防护门29→N3脚踏开关发信号，→N4顶尖13下压活塞顶端起压，→N5程序启动→N6检测零位和刀位→N7主轴启动→N8工控机启动→N9直线伺服3启动→N10多刀刀架A刀就位→N11正向加工活塞裙部→N12刀架转位B刀就位→N13正向加工活塞头部→N14反向加工活塞头部→N15刀架转位A刀就位→N16反向加工活塞裙部→N17正向加工活塞裙部→N18刀架转位C刀就位→N19头部正向加工→N20头部反向加工→N21：C刀转到A刀→N22裙部反向加工→N23压住零位→N24→八刀位刀塔就位→N25：1号刀就位→N26主轴变速→N27半精车一槽→N28半精车二槽→N29刀塔退回转位→N30：2号刀就位→N31精车一槽→N32精车二槽→N33刀塔退回转位→N34：3号刀就位→N35倒角→刀塔退回零位→N36主轴仃→停机开门取下加工完成的一件活塞→N1装上下一件待加工的活塞。

Claims (3)

1.一种特种数控立式双溜板活塞车床，具有控制系统、床座和安装固定在床座上的主轴总成、主电机，在床座上面固定有立柱，立柱上对称布置有左、右滑座及左、右滑座的滚动导轨、伺服驱动装置，左、右滑座上分别装有左、右溜板及左、右溜板的滚动导轨、伺服电机，左溜板上装有多刀直线伺服机构，右溜板上安装有刀塔，其特征在于：多刀直线伺服机构为在直线电机输出端加装的一套换刀机构，该换刀机构包括有：

1)机构本体；

2)安装在机构本体内、前端安装可换位刀架及多把车刀、后端与直线电机轴固定连接的直线传动部件；

3)刀盒座由滚动轴承支撑在直线传动部件的连接杆前端内孔中、并由从动齿轮、主动齿轮传动的可换位刀架；

4)安装在机构本体内、主动齿轮与从动齿轮离合、主动齿轮由回转气缸带动并由滚动轴承支撑的刀架换位驱动机构；

5)双位直动气缸固定在机构本体上、双位直动气缸输出轴连接回转气缸座并进而带动主动齿轮的离合器；

6)安装在机构本体内的弹性定位部件、锁定装置、测量传感器、防护部件；

与此同时，立柱上还安装有左、右气压平衡装置，左、右气压平衡装置的平衡气缸分别通过链轮、链条与左、右滑座连接。

2.根据权利要求1所述的特种数控立式双溜板活塞车床，其特征在于：所述安装固定在床座上的主轴总成为立式安装在床座中部，采用变频电机驱动，无级调速，所述主轴总成中具有主轴，主轴上端法兰盘上安装夹具，主轴尾端配置编码器，还设置了拉紧活塞用的回转气缸，顶尖座装在立柱的前上部，顶尖座上端连接安装顶尖气缸，下端连接安装顶尖。

3.根据权利要求1所述的特种数控立式双溜板活塞车床，其特征在于：所述左、右滑座分别装有的左、右溜板中，左溜板上还设置有将左溜板定位锁紧在两根导轨上的双导轨单气缸自动锁紧装置，该装置为一个单气缸驱动两组不同楔角的顶杆和锁紧杆组成的机构。

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