CN101513716A - 车铣复合加工中心b轴刀架装置 - Google Patents

Abstract

车铣复合加工中心B轴刀架装置，装在五轴车铣复合加工机床的B轴上，并有配套的电气、液压、冷却、气动控制部分与机床上的系统对应结合，B轴电机通过蜗轮蜗杆带动传入轴，其特征在于将车削刀具、旋转刀具、特殊部位加工需求的镗、铣刀具分别设置在B轴刀架三点位置：可转位车削刀具装在B轴刀架装置左端I号位；悬伸长度符合刀具使用要求的旋转刀具设置在B轴刀架正前方II号位，可进行镗、铣、钻、攻丝等加工；I号及II号位设有标准刀具接口；燕尾结构的悬伸超长刀具设置在B轴箱体侧面III号位，通过更换连接件可安装标准刀具或专用刀夹；B轴刀架装置通过定齿盘、动齿盘、锁紧齿盘三齿盘结构实现分度锁紧。刀位分离实现了B轴在工作角度范围内任意位置的加工需求，解决了三个技术关键问题，即如何保证旋转刀具主轴精度、如何提高车削机构刚性、如何在特殊加工状态下保持加工精度。

Description

车铣复合加工中心B轴刀架装置

技术领域

本发明涉及机械制造设备。

背景技术

车铣复合加工中心具有车、铣、钻、镗、攻丝、深孔加工、车铣内外螺纹等功能，这些功能主要依靠B轴刀架装置来实现。因此要求此类装置即能安装车削刀具又能安装各类旋转刀具。近年来国内外车铣复合加工中心的B轴刀架装置仅设有一个装刀位，所有刀具都安装在动力主轴上，这种结构形式存在一定的弊端：首先由于车削刀具在加工过程中不需转动，工作状态不同于旋转刀具，因此需要在动力主轴输出轴的前端设有一套齿盘锁紧结构，加长了主轴轴承支撑距旋转刀具刀尖的距离，当安装刀杆长度在400mm以上的镗、铣刀具时，过长的悬伸，只靠短锥刀柄与动力主轴连接很难达到零件的加工精度要求；其次，车刀与旋转刀具安装在同一刀位时，车削加工状态下主轴轴承受力，大型回转体零件的粗车加工，毛坯余量大、振动大、机构刚性要求高，而同时又高速旋转的动力主轴就显得薄弱，即无法满足合理的刚性需求，也会损伤主轴轴承的精度；再之，一些典型零件特殊部位的加工，必须要求旋转刀具悬伸达到超出允许的比值，无理想的解决方案；基于上述原因，为能提供高精、高刚性的车铣复合加工中心，故需要设计一款B轴刀架装置：车削刀具、合理状态下应用的旋转刀具与特殊部位需求的超长镗铣刀分离，各有其安装刀位，所有刀位可实现自动换刀、配有刀具内冷，车削刀具可实现180°转位。

发明内容

本发明的目的是提供一种车铣复合加工中心B轴刀架装置，刀具受力后直接作用在B轴箱体上，刚度高，实现车刀一次安装即可对零件两个对立面的加工。

车铣复合加工中心B轴刀架装置，装在五轴车铣复合加工机床的B轴上，并有配套的电气、液压、冷却、气动控制部分与机床上的系统对应结合，B轴电机通过蜗轮蜗杆带动传入轴，其特征在于将车削刀具、旋转刀具、特殊部位加工需求的镗、铣刀具分别设置在B轴刀架三点位置：可转位车削刀具装在B轴刀架装置左端I号位；悬伸长度符合刀具使用要求的旋转刀具设置在B轴刀架正前方II号位，可进行镗、铣、钻、攻丝等加工；I号及II号位设有标准刀具接口；燕尾结构的悬伸超长刀具设置在B轴箱体侧面III号位，通过更换连接件可安装标准刀具或专用刀夹。

本设计B轴刀架装置用在五轴复合车铣加工中心上，实现了刀具分离后对B轴刀架装置功能的强化，解决了三个技术关键问题：即如何保证旋转刀具主轴精度、如何提高车削机构刚性、如何在特殊加工状态下保持加工精度。

在本发明中车削刀具与旋转刀具分离后，主轴前端减少了用于车刀锁紧的齿盘，锁紧齿盘位于刀具单元安装部位，确保刀具悬伸短，刚度高，同时也避免了车削过程中对刀具主轴轴承的损伤。并且主轴前支撑采用了双列圆柱滚子轴承、气密封，在保证主轴转速下，极大提高了主轴的刚性；主轴后部配有旋转接头，实现刀具内冷及气体对刀具接口的清理。刀具打刀及拉刀功能，由刀具单元内的气弹簧配以外部的液压装置实现，并有位置检测装置，用于检测其动作是否到位。

在B轴箱体侧面的辅助刀夹，可解决零件特殊部位加工需刀具悬伸长，从而刚性不足的问题，采用了燕尾导轨结构，悬伸出的燕尾体刚度高于标准刀具接口刚度，通过更换连接件可接标准刀具，也可配专用刀夹，自动换刀，也可手动换刀，调整后的燕尾体通过液压锁紧。

本设计的B轴刀架装置通过三齿盘实现2.5°分度锁紧，满足角度定位细化，输出扭矩大；采用进口胶圈实现任意点的锁紧，大大简化了设计结构，可靠性高。B轴电机通过蜗轮蜗杆带动传入轴，实现B轴在工作角度范围内任意位置的加工需求。

附图说明

图1是三点布刀结构的刀架装置示意图；

图2是图1的左视图；

图3是车刀转位机构示意图；

图4是旋转刀具主轴结构示意图；

图5是辅助刀夹燕尾夹紧结构示意图；

图6是B轴刀架装置气动控制示意图；

图7是B轴刀架装置液压控制示意图；

具体实施方式

车铣复合加工中心B轴刀架装置，装在五轴车铣复合加工机床的B轴上，并有配套的电气、液压、冷却、气动控制部分与机床上的系统对应结合，B轴电机通过蜗轮蜗杆带动传入轴，如图1及图2所示，其特征在于车刀、特殊需求刀具与悬伸长度符合刀具使用要求的旋转刀具分离，分别设置在B轴刀架三点位置：可转位车削刀具装在B轴刀架装置左端I号位；悬伸长度符合刀具使用要求的旋转刀具设置在B轴刀架正前方II号位，可进行镗、铣、钻、攻丝等加工；I号及II号位设有标准刀具接口；燕尾结构的悬伸超长刀具设置在B轴箱体侧面III号位；B轴刀架装置通过定齿盘、动齿盘、锁紧齿盘三齿盘结构实现2.5°分度锁紧在B轴上，各个刀具的机械部分特征：

1、车刀转位机构

可转位车削刀具设置，如图3所示：有外部液压配置的车刀标准单元1安装在垂直于B轴向的套筒体2端，套筒体2通过轴连接于旋转油缸5下方，轴上有接近开关K1、旋转油缸5上有旋转位接近开关K2均与电控系统相连，位于旋转油缸5下部的推力端面滚针轴承4用于车刀转位，动齿盘3、锁紧齿盘8在套筒体2外，定齿盘6置于动齿盘3外周并固定在箱体7上，锁紧齿盘8与其上的两个齿盘结合，并与加工中心的液压、气压系统相连，定齿盘6、动齿盘3及锁紧齿盘8的三齿盘结构实现2.5°分度锁紧。

车削时，锁紧齿盘8受液压驱动将动齿盘3及其套筒体2端的车刀标准单元1与定齿盘6锁紧，将车刀受力通过定齿盘6传递给所固定的B轴箱体7上，实现此固刀机构的高刚度。车刀标准单元1配以外部液压装置实现打刀和拉刀功能，通过轴上接近开关K1检测其动作是否到位；转位时锁紧齿盘8受液压驱动脱开，旋转油缸5动作，带动推力端面滚针轴承4使车刀标准单元1旋转180°，旋转油缸5上的旋转位接近开关K2检测旋转位置是否到位，动作到位后液压驱动锁紧齿盘8将动齿盘3锁紧，进行反向车削。

2、旋转刀具主轴结构

旋转刀具，见图1所示II号位与I号位在同一延长线上，如图4所示：旋转刀具主轴后端安置旋转接头9、油缸10，油缸10下设位置检测开关k 3，主轴轴心有冷风通道13、刀具主轴14外壁中段设伞齿轮12，其中有油气润滑管路11与设备润滑系统相通，主轴前支撑采用锥滚子轴承15、配以气密封管路16，主轴前端设置刀具接口17，刀具接口与主轴内腔安装的标准刀具单元1相接，刀具单元1经冷风通道13配合旋转接头9与内冷系统相通，实现刀具内冷功能。

旋转刀具装置主动力通过伞齿轮12传到刀具主轴14，在保证主轴转速下，极大提高了主轴的刚性；主轴后部配有旋转接头9，通过冷风通道13实现刀具内冷及气体对刀具接口17的清理。刀具打刀及拉刀功能，由刀具单元1内的气弹簧配以液压装置控制的油缸10实现，开关K3进行位置检测，检测旋转刀具的动作是否到位。

3、辅助刀夹燕尾夹紧结构

辅助刀夹为燕尾夹紧结构，如图5所示，燕尾下体21有突出的单侧楔形块，其形状与燕尾上体18一端夹角空间反向对称，两者所形成的空间与锁紧压块20同形，燕尾下体21主体有一半内腔可容纳油缸并有液压管路及安装孔，由螺栓安装在与B轴刀架的箱体正面，如图1所示III号位，多个活塞23安装在燕尾下体21的油缸内，在活塞轴上安装有蝶形弹簧22，锁紧压块20与活塞23轴上端的螺纹连接、同置燕尾上体18一端及燕尾下体21楔形块的适形空间内，压块19形状与燕尾上体18夹角端反向相同，压块19置于燕尾下体21楔形块外、并由螺栓与燕尾上体18另一端固定，受液压锁紧控制，与锁紧压块20共同将燕尾下体20与燕尾上体18固定在一起。

辅助刀夹燕尾夹紧结构：燕尾上体18前端面可把接用于连接标准刀具或专用刀具的刀夹，数个活塞23在液压控制下推开锁紧压块20，使燕尾上体18可相对燕尾下体21进行悬伸长短调整，达到特殊加工的需求。调整好燕尾上体18的位置后，活塞23的液压换向，锁紧压块20将燕尾上体18锁紧在燕尾下体21上，在液压失去作用的特殊情况下，蝶形弹簧22能够保证燕尾上体18不致从燕尾下体21上脱落。

实现刀位分离后，为确保各个动作顺利实施，配置6个必要的液压回路如图7所示：旋转刀具拉、打刀液压控制回路24，车削刀具拉、打刀液压控制回路25，车削刀具齿盘锁紧、松开液压控制回路26，车削刀具旋转油缸液压控制回路27，辅助刀夹燕尾锁紧、松开液压控制回路28，辅助刀夹配可自动换刀单元拉、打刀机构29。这6个液压回路并联于液压主回路中，P口为压力油进油口，T口为回油口，B、A口分别为进入作业部件油缸的油路。在每一个液压控制回路中，都配有减压阀。作业中，见图7：根据作业程序、每个液压控制回路的特点，调整压力的大小，以保证各个液压控制回路都能安全正常工作。依据功能需求特点配有电接点压力表，确保机械动作的准确可靠。

冷却部分：刀具上的短锥刀柄和动力主轴连接后，切削时所用的冷却液，可通过短锥刀柄进入刀杆直喷切削部位，实现刀具的冷却。短锥刀柄内腔的冷却液通孔直接连通深孔钻削刀具的内腔。

电器部分：为实现机床加工中心对本装置的自动控制，在液压回路、气动、油气润滑系统中都按设备自动化操作技术需要配置了电器：从图6气动配置中可见，在减压阀处以及设备中液压油缸处都分别设置相应的继电器和电磁换向阀，以及信号检测部件等，并通过PLC接口与控制系统实现电路连接。

气动部分见图6：气动系统设置可单一控制的气动电磁阀，电磁阀的气动管路接车刀端、铣刀端和B轴轴承处。车削刀具和旋转刀具短锥刀柄与刀具主轴接口必须在换刀前吹风进行清理，以确保刀具安装精度；当B轴输出2400Nm的扭矩，伞齿轮发热大，为确保其正常工作需配有油气润滑；另外，为保证刀具主轴精度，主轴轴承采用了气密封，结构简单可靠。气动部分为上述功能的实施配备了气动三联件，包括空气过滤器、过滤减压阀和油雾分离器。

Claims (6)

1、车铣复合加工中心B轴刀架装置，装在五轴车铣复合加工机床的B轴上，并有配套的电气、液压、冷却、气动控制部分与机床上的系统对应结合，B轴电机通过蜗轮蜗杆带动传入轴，其特征在于将车削刀具、旋转刀具、特殊部位加工需求的镗、铣刀具分别设置在B轴刀架三点位置：可转位车削刀具装在B轴刀架装置左端I号位；悬伸长度符合刀具使用要求的旋转刀具设置在B轴刀架正前方II号位，可进行镗、铣、钻、攻丝等加工；I号及II号位设有标准刀具接口；燕尾结构的悬伸超长刀具设置在B轴箱体侧面III号位，通过更换连接件可安装标准刀具或专用刀夹；B轴刀架装置通过定齿盘、动齿盘、锁紧齿盘三齿盘结构实现分度锁紧。

2、根据权利要求1所述的车铣复合加工中心B轴刀架装置，其特征在于I号位的可转位车削刀具设置：有外部液压配置的车刀标准单元1安装在垂直于B轴向的套筒体(2)端，套筒体(2)通过轴连接于旋转油缸(5)下方，轴上有接近开关(K1)、旋转油缸(5)上有旋转位接近开关(K2)均与电控系统相连，位于旋转油缸(5)下部的推力滚针轴承(4)用于车刀转位180°，进行反向车削；动齿盘(3)、锁紧齿盘(8)在套筒体(2)外，定齿盘(6)置于动齿盘(3)外周并固定在箱体(7)上，锁紧齿盘(8)与其上的两个齿盘结合，并与加工中心的液压、气动系统相连。

3、根据权利要求1所述的车铣复合加工中心B轴刀架装置，其特征在于II号位的旋转刀具主轴结构，与I号位在同一延长线上，旋转刀具主轴后端安置旋转接头(9)、油缸(10)，油缸(10)下设位置检测开关(k3)，主轴轴心有冷风通道(13)、主轴外壁中段设伞齿轮(12)，其中有油气润滑管路(11)与设备润滑系统相通，主轴前支撑采用锥滚子轴承(15)、配以气密封管路(16)，主轴前端设置刀具接口(17)，刀具接口(17)与主轴内腔安装的标准刀具单元(1)相接，主轴内腔安装标准刀具单元(1)，刀具单元(1)经冷风通道(13)配合旋转接头(9)与内冷系统相通，实现刀具内冷功能。

4、根据权利要求1所述的车铣复合加工中心B轴刀架装置，其特征在于辅助刀夹为燕尾夹紧结构，燕尾下体(21)有突出的楔形块，楔形块形状与燕尾上体(18)一端夹角空间反向对称，两者所形成的空间与锁紧压块(20)同形，燕尾下体(21)主体有一半内腔可容纳油缸并有液压管路及安装孔，由螺栓安装在与B轴同向的箱体正面，多个活塞(23)安装在燕尾下体(21)的油缸内，在活塞轴上安装有蝶形弹簧(22)，锁紧压块(20)与活塞(23)轴上端的螺纹连接、同置燕尾上体(18)一端及燕尾下体(21)楔形块的适形空间内，压块(19)形状与燕尾上体(18)夹角端反向相同，压块(19)置于燕尾下体(21)楔形块外、并由螺栓与燕尾上体(18)另一端固定，受液压锁紧控制，与锁紧压块(20)共同将燕尾下体(20)与燕尾上体(18)固定在一起。

5、根据权利要求1所述的车铣复合加工中心B轴刀架装置，其特征在于配置了6个液压回路：旋转刀具拉、打刀液压控制回路(24)，车削刀具拉、打刀液压控制回路(25)，车削刀具齿盘锁紧松开液压控制回路(26)，车削刀具旋转油缸液压控制回路(27)，辅助刀夹燕尾锁紧松开液压控制回路(28)，辅助刀夹配可自动换刀单元拉打刀机构(29)；这6个液压回路并联于液压主回路中，P口为压力油进油口，T口为回油口，B、A口分别为进入作业部件油缸的油路；在每一个液压控制回路中，都配有减压阀。

6、根据权利要求1所述的车铣复合加工中心B轴刀架装置，其特征在于配备与主机冷却、气动、油气润滑系统相通的管路及控制器件，刀具上的短锥刀柄和动力主轴连接后，切削时所用的冷却液可通过短锥刀柄进入刀杆直喷切削部位；车削刀具和旋转刀具短锥刀柄与刀具主轴接口换刀时，气动系统进行吹风清理，以确保刀具安装精度；冷却油气润滑带走伞齿轮热量，主轴轴承采用气密封，保证刀具主轴精度。

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