CN101152690A - 密集孔系多工序零件加工工艺及其专用设备 - Google Patents

Abstract

密集孔系多工序零件加工工艺及其专用设备，工艺包括上料、下料，以及上料和下料之间数个依次进行的含有多工位的加工单元，其专用设备包括机床底座、至少具有两个工位的位移滑台，移位滑台、固定在移位滑台上的夹具、进给滑台、动力箱、主轴箱、刀辅具，以及机床控制系统，主轴箱内具有传动系统以及至少两套主轴，每套主轴具有与位移滑台的工位相对应的主轴输出，夹具上设有与主轴相对应的定位夹紧装置，定位夹紧装置之间设有可使工件在夹紧装置之间串位的送料机构。多工位加工单元的加工依次排列，并且同步加工，工件顺序的通过各个加工单元进行加工，而且可以多工件同时加工，这使得加工时间得到了较高的重叠，该工艺高效的利用了资源，提高了生产效率。

Description

密集孔系多工序零件加工工艺及其专用设备

技术领域：

本发明涉及一种零件加工工艺及其专用设备，特别是一种密集孔系多工序零件加工工艺及其专用设备。

背景技术：

在零件的机械加工过程中，经常会遇到小间距孔系的多工序加工，孔距往往小于主轴布置所需的最小间距(如图1所示，螺孔P1、P2之间的距离S小于主轴布置所需的最小间距)，故而无法在同一主轴箱上布置多根主轴来完成所需加工孔系的一次全部加工。在这种情况下，经常需采用错开多次加工的方式实现单道工序的加工，由于螺孔需经钻孔及攻丝两次加工，两次加工分别需错开进行，所以该零件的加工需经过四道加工工序，钻扩或钻铰也同样适用。

密集孔系多工序加工，目前通常采取的加工工艺一般有如下几种(其中加工工件以含有两个小间距孔系的内螺纹零件为例)：

一、加工中心加工工艺，加工中心为单轴加工，采用对被加工零件上的孔系进行顺序加工的方式逐个孔加工，对于多工序加工，中间需进行换刀操作。由于其加工工艺为单轴逐个孔顺序加工并需换刀操作，故其加工周期较长，生产效率较低，而且达到同样生产节拍的设备投资巨大。

二、升降主轴箱加工工艺，钻孔和攻丝分别采用升降主轴箱两次的加工布置方式，错开相邻小间距孔，实现所有的加工工序，只需两个动力组，但其加工时间不能重叠。该工艺通常采用如图2及图3中所示的加工设备实现，图2为升降主轴箱加工设备的俯视结构示意图，图中，1-机床底座、2-移位滑台、3-夹具、4-给进滑台、5-被加工工件、21-带两次钻孔的升降动力组、22-带两次攻丝的升降动力组、31-升降滑台。设备具有一个带移位滑台的底座，可在该移位滑台上滑动定位的夹具，两组给进滑台上分别固定升降主轴箱，箱内具有升降动力组，其中一个升降主轴箱上固定钻头主轴，另一个升降主轴箱上固定攻丝主轴，设备结构复杂，造价高昂。

三、多工位加工工艺，采用多次移位的方式进行四次顺序加工，实现两次钻孔及两次攻丝完成所有加工工序，其加工时间不能重叠，加工节拍长。该工艺通常采用如图4中所示的加工设备实现，图4为多工位加工设备的俯视结构示意图，图中，1-机床底座、2-移位滑台、3-夹具、41-第二攻丝动力组、42-第一攻丝动力组、43-第二钻孔动力组、44-第一钻孔动力组。该设备配备四组动力组(包括底座、进给滑台、动力头、主轴箱等)，造价高而且占地面积也大。

四、回转工位加工工艺，采用旋转式的工作台，多工位同时加工，生产节拍快，生产效率高，该工艺通常采用如图5中所示的加工设备实现。图5为回转工位台专机结构示意图，图中，55-工作台及底座、3-夹具、51-第二工位钻孔动力组、52-第三工位钻孔动力组、51-第四工位攻丝动力组、51-第五工位攻丝动力组。装置共有五个工位，第一工位上料下料，第二至第五工位加工工件，四个加工工位可同时加工，但是设备具有五套夹具，四套动力组及回转台，机床结构复杂，因而投资较高。

如上四种加工工艺各有优缺点，加工效率高的，其设备结构复杂，而且价格较昂贵；设备价格较低的，其性能却不能很好的满足需求。

发明内容：

本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的缺点，提供一种加工周期短、操作方便而且生产效率高的密集孔系多工序零件加工工艺。

本发明所要解决的另一个技术问题是，提供一种实现密集孔系多工序零件加工工艺的专用设备。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：密集孔系多工序零件加工工艺，其步骤包括上料、下料，其特征在于，在上料和下料之间至少依次包括有两个加工单元，所述的各加工单元至少具有两个加工工位，各加工单元的对应加工工位同步加工，工件依次经过各个加工单元中所述的各工位的加工，当所述的加工单元完成对工件一组孔的加工后，工件从当前加工单元串位至下一个加工单元，进行下一组孔的加工，依次直至完成最后一组孔的加工，完工的工件从最后一组孔的加工单元下料，所述各加工单元上的工件再次串位，最后一个加工单元再次接受来自前一个加工单元的工件，同时第一个加工单元上料，依次循环类推，实现连续加工。

本发明还可通过以下进一步的技术方案来实现：

前述的密集孔系多工序零件加工工艺，所述的加工单元的数量可根据工件上需加工的孔的数量决定，一般范围为：2～5；所述加工单元的加工工位数量可个根据工件上的孔所需加工次数而定，一般范围为：2～3；

前述的密集孔系多工序零件加工工艺，其中任意一个加工单元单独完成工件上对应的一组孔的加工。

本发明解决其另一个技术问题所采用的技术方案如下：一种实现密集孔系多工序零件加工工艺的专用设备，其组成包括：机床底座、位移滑台、夹具、进给滑台、动力箱、主轴箱、刀辅具，以及机床控制系统，所述的夹具固定在移位滑台的滑台体上，动力箱固定在进给滑台的滑台体上，主轴箱内具有传动系统，其特征是，位移滑台至少具有两个工位，主轴箱内还至少包括有两套主轴，每套主轴具有与位移滑台的工位相对应的主轴输出，夹具上设有与该主轴相对的定位夹紧装置，每套主轴与对应的定位夹紧装置构成一个加工单元，在各夹紧装置之间设有可使工件在夹紧装置之间串位的送料机构。

本发明的专用设备还可通过以下进一步的技术方案来实现：

前述的用于密集孔系多工序零件加工的设备，所述主轴箱所具有的主轴包括：钻头主轴、倒角主轴、攻丝主轴。

前述的用于密集孔系多工序零件加工的设备，所述的自动送料机构为一个串位油缸，所述的串位油缸具有与夹具的定位夹紧装置数目相等且一一对应的拨动臂。

前述的用于密集孔系多工序零件加工的设备，所述的机床控制系统为采用PLC控制的电气控制系统。

前述的用于密集孔系多工序零件加工的设备，在夹具的后方(即最后一个加工单元的后方)设有下料滚道。

本发明工艺的有益效果如下：多工位加工单元的加工依次排列，并且同时进行，工件顺序的通过各个加工单元进行加工，而且可以多工件同时加工，这使得加工时间得到了较高的重叠，该工艺高效的利用了资源，提高了生产效率。

本发明专用设备的有益效果如下：通过滑台体的移位及工件在夹具间的串位实现工件加工所需的多道工序，当工件被自动送料机构从前一套定位夹紧装置串位至下一套定位夹紧装置时，前一套定位夹紧装置上可安放下一个工件，进行加工，因此可同时加工多件工件，生产节拍快，劳动生产率高；而且设备结构简单、占地面积小，成本投入也较小，具有较高的性能价格比，对各种孔系中心距小、密度大、工序集中、生产率要求高的零件加工工艺有积极指导意义。

下面参照附图并结合实施例对本发明作进一步详细描述。但是本发明不限于所给出的例子。

附图说明：

图1为小孔距多工序加工零件结构示意图。

图2为现有的升降主轴箱加工设备的俯视结构示意图。

图3为现有的升降主轴箱加工设备的侧视结构示意图。

图4为现有的多工位加工设备的俯视结构示意图。

图5为现有的回转工位台专机的俯视结构示意图。

图6为本发明用于密集孔系多工序零件加工的设备结构示意图。

图7为本发明用于密集孔系多工序零件加工的设备的串位油缸结构示意图。

图8为本发明用于密集孔系多工序零件加工的设备的串位油缸及夹具俯视图。

图9为具有3-M8及6-M6的零件结构示意图。

具体实施方式：

例1：

密集孔系多工序零件加工工艺，其步骤包括上料、下料，在上料和下料之间依次包括有两个加工单元，各加工单元具有两个加工工位，这两个工位分别进行钻孔和攻丝，单个加工单元可以单独的完成工件上对应的一组螺孔的加工，并且每个各加工单元的对应加工工位同步加工，工件依次经过各个加工单元中所述的各工位的加工，当加工单元完成对工件一组孔的加工后，工件从当前加工单元串位至下一个加工单元，进行下一组孔的加工，依次直至完成最后一组孔的加工，完工的工件从最后一组孔的加工单元下料，各加工单元上的工件再次串位，最后一个加工单元再次接受来自前一个加工单元的工件，同时第一个加工单元上料，依次循环类推，实现连续加工。

例2：

密集孔系多工序零件加工工艺，其步骤包括上料、下料，在上料和下料之间依次包括有排列的三个加工单元，各加工单元具有两个加工工位，这两个工位分别进行钻孔和攻丝，单个加工单元可以单独的完成工件上对应的一组孔的加工，并且每个各加工单元的对应加工工位同步加工，工件依次经过各个加工单元中各工位的加工，当加工单元完成对工件一组孔的加工后，工件从当前加工单元串位至下一个加工单元，进行下一组孔的加工，依次直至完成最后一组孔的加工，完工的工件从最后一组孔的加工单元下料，各加工单元上的工件再次串位，最后一个加工单元再次接受来自前一个加工单元的工件，同时第一个加工单元上料，依次循环类推，实现连续加工。

例3：

密集孔系多工序零件加工工艺，其步骤包括上料、下料，在上料和下料之间依次包括有排列的四个加工单元，各加工单元具有三个加工工位，这三个工位分别进行钻孔、倒角和攻丝(或类似的钻、扩、铰三序加工)，单个加工单元可以单独的完成工件上对应的一组螺孔的加工，并且每个各加工单元的对应加工工位同步加工，工件依次经过各个加工单元中各工位的加工，当加工单元完成对工件一组孔的加工后，工件从当前加工单元串位至下一个加工单元，进行下一组孔的加工，依次直至完成最后一组孔的加工，完工的工件从最后一组孔的加工单元下料，各加工单元上的工件再次串位，最后一个加工单元再次接受来自前一个加工单元的工件，同时第一个加工单元上料，依次循环类推，实现连续加工。

例4：

密集孔系多工序零件加工工艺，其步骤包括上料、下料，在上料和下料之间依次包括有排列的五个加工单元，各加工单元具有三个加工工位，这三个工位分别进行钻孔、倒角和攻丝(或类似的钻、扩、铰三序加工)，单个加工单元可以单独的完成工件上对应的一螺孔的加工，并且每个各加工单元的对应加工工位同步加工，工件依次经过各个加工单元中各工位的加工，当加工单元完成对工件一组孔的加工后，工件从当前加工单元串位至下一个加工单元，进行下一组孔的加工，依次直至完成最后一组孔的加工，完工的工件从最后一组孔的加工单元下料，各加工单元上的工件再次串位，最后一个加工单元再次接受来自前一个加工单元的工件，同时第一个加工单元上料，依次循环类推，实现连续加工。

每套主轴与对应的定位夹紧装置构成一个加工单元，在各夹紧装置之间设有可使工件在夹紧装置之间串位的送料机构。

本发明专用设备，如图6所示，其组成包括，机床底座1、移位滑台2、夹具3、进给滑台4、动力箱61、主轴箱62、刀辅具，以及机床控制系统，移位滑台2为带有两个工位的位移滑台，夹具3固定在移位滑台2的滑台体上，动力箱61固定在进给滑台4的滑台体上，主轴箱62内具有传动系统，主轴的输出端连接刀辅具，主轴箱62还具有两套主轴，夹具3上设有与主轴相对应的定位夹紧装置63、64，即右侧第一套定位夹紧装置64与右侧的主轴对应，左侧第二套定位夹紧装置63与左侧的主轴对应，每套主轴与对应的定位夹紧装置构成一个加工单元，在夹紧装置63、64之间设有可使工件在夹紧装置63、64之间串位的送料机构65，右侧主轴具有与位移滑台加工工位相对应的两组主轴输出66、67，它们分别为：a组钻孔主轴66和a组攻丝主轴67；左侧主轴具有与位移滑台加工工位相对应的两组主轴输出68、69，它们分别为：b组钻孔主轴68和b组攻丝主轴69，a组钻孔主轴66和b组钻孔主轴68、a组攻丝主轴67和b组攻丝主轴69分别通过钻孔及攻丝两套传动系统传动。该专用设备中的机床控制系统为采用PLC控制的电气控制系统，且为现有技术，在此不详细描述。

为了下料的方便，在左侧的定位夹紧装置63的一侧设有下料滚道。

装置的钻头主轴对应滑台体的工位I，攻丝主轴对应的滑台体的工位II，夹具上的定位夹紧装置包括定位元件、夹紧装置、插销，两付定位夹紧装置的插销机构保持联动，实现两件产品的同时装夹，插销的插拔及夹紧装置的夹紧、松开皆采用液压自动方式。

在夹具上设置的送料机构，以实现将工件由右侧第一套定位夹紧装置输送至左侧第二套定位夹紧装置，其输送行程为650mm。该串位动作在夹具移至攻丝工位并在攻丝加工工序结束后启动，并同时实现将第二套定位夹紧装置上的工件送至下料滚道，实现工件的下料。如图7、图8所示，送料机构为一个串位油缸7，串位油缸7具有2个拨动臂71、72，而且拨动臂71、72与夹具上的两个定位夹紧装置一一对应，73为串位油缸7的输送杆，74、75为第一定位夹紧装置的定位销，76、77为第二定位夹紧装置的定位销。该串位油缸由机床控制系统控制，当完成一组螺孔的加工后，串位油缸动作，将工件串位之下一个定位夹紧装置，最后一个定位夹紧装置上的工件则被拨至下料滚道，实现自动下料。

设备采用的动力箱为非标双电机双输出轴形式的动力箱，分别提供钻孔及攻丝的动力。

设备采用的主轴箱为非标专用主轴箱(1300×500mm)，主轴采用专用刚性结构，主轴箱内设的两套传动系统分别用以控制钻孔及攻丝的主轴转速，也可以具有一套传动系统，外加一组离合装置来完成对钻孔和攻丝主轴的转速控制；另外，主轴箱的主轴可以是钻头主轴、倒角主轴、攻丝主轴，或类似的钻、扩、铰三序加工主轴，以及相应的传动系统。

以图1所示的示例工件为例，按P1、P2分组，要完成两组螺孔的加工，P1、P2两组孔均需分别进行钻孔、攻丝共计四道工序。对应图六，工件在定位夹紧装置64上通过滑台体的移位可进行P1孔的钻孔(工位I)和攻丝(工位II)，在定位夹紧装置63上同样通过滑台体的移位可进行P2孔的钻孔(工位I)和攻丝(工位II)。其具体加工工序可参看表I。

表I四种状态下的加工内容

状态		加工内容
				定位夹紧装置	工位	孔组	工序
A	工位I	P1	钻孔
				工位II	攻丝
	B		工位I			P2	钻孔
工位II		攻丝

从表I可以看出，定位夹紧装置64对应于P1组孔的钻、攻加工，定位夹紧装置63对应于P2组孔的钻、攻加工；工位I对应于钻孔加工，工位II对应于攻丝加工。

表II各种加工工艺方法的比较：

从表II可以看出本技术方法从生产节拍、设备投资、结构复杂性及占地面积等方面均具备明显的优势。

现以加工图9所示零件为例，对本发明的工作原理加以说明。

图9所示零件中有M8螺孔91、M6螺孔92，他们的间距只有19.14mm，需错开加工，这是典型的密集孔系多工序加工。

其具体工作程序如下：

(1)移位滑台的滑台体的初始位置在滑座的右侧。

(2)工件从右侧由人工推入夹具的第一套定位夹紧装置(钻孔加工工位)粗定位后，由自动伸缩定位销插销准确定位，夹紧油缸自上而下夹紧工件，此时移位滑台的滑台体处于工位I。

(3)专用刚性主轴箱在进给滑台驱动下快进转工进，对工件的螺孔M8进行螺纹底孔的钻削及倒角，加工完毕后进给滑台带动动力头和主轴箱快退回原位。

(4)滑台体移动至工位II(攻丝加工工位，移距270)，动力头和主轴箱在进给滑台驱动下快进并缓冲至滑台死挡，攻产品的M8螺孔，完成后攻退并快退回原位。

(5)工件松夹、伸缩定位销拔销，自动送料装置自动将第一套定位夹紧装置上的工件拖至第二套定位夹紧装置(攻丝加工工位，同时将第二套定位夹紧装置上的工件拖至下料滚道，移距650)。

(6)滑台体退回至工位I(钻孔加工工位，移距270)，由人工在第一套定位夹紧装置上安装下一件工件，粗定位后，由自动伸缩定位销插销准确定位，夹紧油缸自上而下夹紧工件。

(7)动力头和主轴箱在进给滑台驱动下快进转工进，对工件的螺孔M6进行螺纹底孔的钻削及倒角，加工完毕后进给滑台带动动力头和主轴箱快退回原位。

(8)滑台体移动至工位II(攻丝加工工位，移距270)，动力头和主轴箱在进给滑台驱动下快进并缓冲至滑台死挡，攻产品的螺孔M6，完成后攻退并快退回原位。

(9)夹具松夹、伸缩定位销拔销，自动送料装置自动将第二套定位夹紧装置上的工件拖至下料滚道(同时将第一套定位夹紧装置上的工件拖至第二套定位夹紧装置，移距650)。

(10)送料装置自动退回650，滑台体退回270至原位(此时工件处在工位I)。

设备主要技术参数如下：

生产节拍1.4分钟/件

装料高度850mm

主电机功率钻孔2.2Kw攻丝2.2Kw

外形尺寸2024(长)×2060(宽)×3492(高)

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (10)

1.密集孔系多工序零件加工工艺，其步骤包括上料、下料，其特征在于，在上料和下料之间至少依次包括有两个加工单元，所述的各加工单元至少具有两个加工工位，各加工单元的对应加工工位同步加工，工件依次经过各个加工单元中所述的各工位的加工，当所述的加工单元完成对工件一组孔的加工后，工件从当前加工单元串位至下一个加工单元，进行下一组孔的加工，依次直至完成最后一组孔的加工，完工的工件从最后一组孔的加工单元下料，所述各加工单元上的工件再次串位，最后一个加工单元再次接受来自前一个加工单元的工件，同时第一个加工单元上料，依次循环类推，实现连续加工。

2.根据权利要求1所述的密集孔系多工序零件加工工艺，其特征在于所述的加工单元的数量范围为：2～5。

3.根据权利要求1所述的密集孔系多工序零件加工工艺，其特征在于所述加工单元的加工工位数量范围为：2～3。

4.根据权利要求1所述的密集孔系多工序零件加工工艺，其特征在于所述的加工工位包括：钻孔、倒角、攻丝。

5.根据权利要求1所述的密集孔系多工序零件加工工艺，其特征在于任意一个所述的加工单元单独完成工件上对应的一组孔的加工。

6.实现密集孔系多工序零件加工工艺的专用设备，其组成包括：机床底座、位移滑台、夹具、进给滑台、动力箱、主轴箱、刀辅具，以及机床控制系统，所述的夹具固定在移位滑台的滑台体上，动力箱固定在进给滑台的滑台体上，主轴箱内具有传动系统，其特征是，位移滑台至少具有两个工位，主轴箱内还至少包括有两套主轴，每套主轴具有与位移滑台的工位相对应的主轴输出，夹具上设有与该主轴相对的定位夹紧装置，每套主轴与对应的定位夹紧装置构成一个加工单元，在各夹紧装置之间设有可使工件在夹紧装置之间串位的送料机构。

7.根据权利要求5所述的实现密集孔系多工序零件加工工艺的专用设备，其特征在于所述主轴箱所具有的主轴包括：钻头主轴、倒角主轴、攻丝主轴。

8.根据权利要求5所述的实现密集孔系多工序零件加工工艺的专用设备，其特征在于所述的自动送料机构为一个串位油缸，所述的串位油缸具有与夹具的定位夹紧装置数目相等且一一对应的拨动臂。

9.根据权利要求5所述的实现密集孔系多工序零件加工工艺的专用设备，其特征在于所述的机床控制系统为采用PLC控制的电气控制系统。

10.根据权利要求5所述的实现密集孔系多工序零件加工工艺的专用设备，其特征在于在夹具的后方设有下料滚道。

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