CN101513720B - 车铣复合加工中心整体结构 - Google Patents

Abstract

车铣复合加工中心整体结构，其特征在于单立柱、双侧挂进给箱。左侧挂进给箱上配备三点布刀B轴刀架装置。B轴刀架装置用于曲轴加工的车、铣、镗、深孔钻、攻丝等工序。右侧挂进给箱可装大规格的铣刀盘，进行曲轴的外铣加工。双主轴箱双Cf轴结构，两主轴箱在床身上可沿Z轴移动，右主轴箱顶尖可伸缩。机床配有多个液压自定心中心架，精度保持性高。床身导轨与水平面成30°倾斜角，床身上平面完全采用磨削加工，确保无存屑死角。整机全防护。床身单立柱运行所用导轨内腔采用双筋支撑，立柱运行过程中始终保持两组地角受力。主轴前支承轴承采用进口大直径双列圆柱滚子轴承。本发明解决了三个问题，在一台机床上只一次装卡即可完成曲轴主轴颈及连杆颈磨削前各部位的加工，实现船用中速机曲轴的高精、高效加工，并且承重大、全防护。

Description

车铣复合加工中心整体结构

技术领域

本发明涉及机械制造设备，车铣复合加工中心的整体结构布局

背景技术

曲轴被誉为万吨轮″心脏″(发动机)的″心脏″，但中国造船业几十年来却一直缺少这颗″中国心″，中国各船用柴油机制造商“船等机、机等轴”的局面数年来都没有得到过缓解，致使中国造船企业的交货期越拉越长，并成为制约中国船舶业发展的一个瓶颈。船用中低速曲轴其材料为铸铁或锻钢，外形为长轴带多处曲柄，由于曲柄的回转轴即连杆颈和主轴颈不同心，曲柄绕主轴颈的回转直径大，曲柄轮廓为多段不同心圆弧组成，曲轴的两端面又有很深的油孔，曲柄上还有角度不规则的斜油孔等等，造成加工难度大。原来的加工方案主要是采用多工序，多台设备来完成的：首先是采用镗床打中心孔，平端面，然后将加工后的零件移到专用双主轴箱车床上，粗精车主轴颈及曲柄外侧面，之后调整两主轴箱上的专用卡具，将连杆颈移到机床主轴的回转直径上，进行工件定位、找正和夹紧，对连杆颈及曲柄内侧面进行粗精加工，再上落地铣床上粗精平衡重面，最后将工件在钻床上完成斜油孔、直油孔及两端深孔的加工。这种加工方案车削是在普通卧车上完成，效率低，调整费时，当工件的冲程大时，卡具就无法满足加工需求，多工序亦影响工件的加工精度，传统的工艺无法满足曲轴制造业飞速发展的需求。传统工艺在加工曲轴两面时需要掉头加工，费时费力，且两次装夹，降低了加工精度。曲轴属于多拐、偏心、挠度大的细长轴类零件，在拐颈的加工过程中需每个拐颈两端的主轴颈均有中心架支撑。普通机床调整费时，规格受限，而一般的五轴机床又仅配有2到3只中心架，当加工多拐曲轴时显得支撑刚度不足，且需要频繁移动中心架，精车后的零件仍需粗磨。另外曲轴加工余量较大，切削量大，切屑飞溅严重，所采用的平床身机床排屑差，且无整机防护。现阶段国内生产有小规格的车铣复合加工中心，承重均在3吨以内，而船用中速机曲轴的重量一般在3吨至10吨。甚至于机械装备制造业对以上问题都无很好的解决办法。

发明内容

本发明的目的是提供一款车铣复合加工中心整体结构，具备该结构的车铣复合加工中心，在一台机床上只一次装卡即可完成曲轴主轴颈及连杆颈磨削前各部位的加工，实现船用中速机曲轴的高精、高效加工，并且承重大、全防护。

车铣复合加工中心整体结构，用于加工船用中速机曲轴的车铣复合加工中心上，加工件位于床身中央，其特征在于单立柱位于床身后侧的水平承重导轨21、辅助导向导轨22和辅助导轨6内，单立柱两侧分别挂左、右进给箱，左进给箱配备三点布刀的B轴刀架装置，右进给箱中大功率的主伺服电机动力轴带动大直径铣刀盘进行曲轴的外铣加工；床身构架上设滑动导轨，与水平面成30°倾斜角，左、右主轴箱及拖动机构配齿轮，两主轴箱及中心架在床身的滑动导轨上可沿床身即Z轴移动，两主轴箱相向设置卡盘，右主轴箱顶尖可伸缩，床身正面、加工件下方的斜面上设多个自定心的中心架，每个拐颈两端的主轴颈均有中心架支撑；整机采用全防护包围，由固定在床身两侧面上的立柱支撑横梁，横梁采用竖筋、斜筋构成稳定的三角结构，其间有高度近3米的Z轴拉罩。

本发明解决了三个问题：一是提高效率：单立柱、双侧挂进给箱，地面附加一辅助导轨，既充分的保证了立柱运动的平稳性，又极大地改善了床身的重量。左侧挂进给箱上配备三点布刀B轴刀架装置，分别安装可转位车削刀具、悬伸长度符合刀具使用要求的旋转刀具，通过燕尾机构解决了的原悬伸超长的刀具。B轴刀架装置用于曲轴加工的车、铣、镗、深孔钻、攻丝等工序。右侧挂进给箱可装大规格的铣刀盘，进行曲轴的外铣加工，取代采用三面刃铣刀对曲轴拐颈和夹板面的加工，同比提高效率30％。

二是提高精度：本款机床装备的左、右主轴箱及中心架在床身上可沿Z轴移动，为曲轴端面加工提供了便利，装备的多个液压自定心中心架，精度保持性高，可使曲轴精加工后的外圆取消粗磨加工，极大地提高了加工精度。

两主轴箱在床身上可沿Z轴移动，为曲轴端面加工提供了便利，传统工艺在加工曲轴两面时需要掉头加工，费时费力，且两次装夹，降低了加工精度。

曲轴属于多拐、偏心、挠度大的细长轴类零件，在拐颈的加工过程中最好每个拐颈两端的主轴颈均有中心架支撑。普通机床调整费时，规格受限，而一般的五轴机床又仅配有2到3只中心架，当加工多拐曲轴时显得支撑刚度不足，且需要频繁移动中心架，精车后的零件仍需粗磨。本款机床配有多个液压自定心中心架，精度保持性高，精加工后的外圆可取消粗磨，极大地提高了生产效率。

床身导轨与水平面成30°倾斜角，床身上平面完全采用磨削加工，确保无存屑死角，排屑流畅，为整机实现全防护提供可行性，解决了冷却液、切屑飞溅的关键技术问题，保持环境清洁及机床操作者人身安全。同时解决了国内大型车床因防护刚度不足无法实现全防护的关键技术问题。

床身地角间距500mm，且采用双筋支撑，在其上运行的单立柱沿床身方向的长度为1300mm，立柱运行过程中始终保持两组地角受力；主轴前支承轴承采用进口大直径双列圆柱滚子轴承，精度高、刚度高。上述特征解决了中速机曲轴加工的承重问题、高精、高效的关键技术问题。

附图说明

图1是车铣复合加工中心整体结构布局图；

图2是图1的左视图；

图3是床身横截面右视图；

图4a-d是整机防护各部位示意图；

图5是曲轴左端面加工示意图；

图6是曲轴右端面加工示意图；

图7是主轴及可伸缩顶尖结构示意图；

具体实施方式

车铣复合加工中心整体结构，为加工船用中速机曲轴而设计的专用结构，实现一台机床上完成曲轴主轴颈及连杆颈磨削前各部位的加工，其特征在于由以下五部分构成：

1、单立柱、双侧挂进给机构

如图1、图2所示，单立柱5位于床身后侧、其下部前端位于床身上的水平承重导轨21、辅助导向导轨22内，后端运行在地面辅助导轨6内，单立柱5的行程由加工工件的长度而定，单立柱5两侧分别挂左、右进给机构4、3，左侧进给机构4配备三点布刀的B轴刀架装置，分别安装可转位车削刀具、悬伸长度符合刀具使用要求的旋转刀具及燕尾机构。B轴刀架装置用于曲轴加工的车、铣、镗、深孔钻、攻丝等工序。B轴刀架装置可在±90°范围内进行加工，图1中B轴刀架处于0°位置，图5中B轴刀架处于-90°位置，图6中B轴刀架处于+90°位置，当有其它加工需要时，可在±90°范围内任意位置进行加工。

右侧进给机构3通过大功率的主伺服电机驱动动力轴带动大直径铣刀盘16，进行曲轴的外铣加工。主轴前支承轴承采用进口大直径双列圆柱滚子轴承，精度高、刚度高。

2、床身构架及可移动的双主轴箱

图3所示为床身构架：床身有四条立筋23、36、37、38，起承重作用，立筋二36上侧布置下滑动导轨19，立筋三37和立筋四38之间上侧布置上滑动导轨20，立筋一23上侧布置水平承重导轨21，接近地面的外侧面安装垂直于地面的辅助导向导轨22，床身构架由高强度铸铁铸造成高刚性、抗震性好的箱式结构。下、上滑动导轨19、20与水平面成30°倾斜角，两滑动导轨外侧短立面起导向作用。下、上滑动导轨19、20供左、右主轴箱1、2及床身正面中心架15移动用，水平承重导轨21，辅助导向导轨22，配合地面辅助导轨6一起供立柱移动用。下、上滑动导轨19、20的平面及两导轨之间完全采用磨削加工，确保无存屑死角，排屑流畅，也减少了一般设计中用于防护作用的防护拉罩。床身地脚间距500mm，立筋一23、立筋三37、立筋四38之间有横筋，承重效果好且不易引起床身变形。

左、右主轴箱1、2及拖动机构配齿轮14，可在下、上滑动导轨19、20上沿Z轴在床身斜面上移动。左主轴箱1在伺服电机10的驱动下通过齿轮14与床身11上的齿条12啮合；如图1所示，在左主轴箱1右侧安装左卡盘8，右主轴箱2的左侧安装右卡盘9，右卡盘9中的右主轴箱顶尖可伸缩，工件7置于两卡盘8、9中央。

3、自定心中心架

如图1所示，多个液压自定心中心架15平行于工件，安装在斜面的下、上滑动导轨19、20上，在曲轴拐颈的加工过程中，工件7的每个拐颈两端的主轴颈处均有中心架15支撑。电、气、液管线安装在中心架与底座结合面内，床身斜面有光滑表面，确保多中心架配置后排屑顺畅。

4、主轴及可伸缩顶尖结构

如图7所示，顶尖29由套筒30保护，置于右卡盘9圆心内，套筒30内螺纹连接拉杆31，拉杆31与活塞33背帽连接，并配置为油缸32配油的旋转接头34、控制活塞33及拉杆31伸缩，进而控制顶尖29的伸缩，油缸32与套筒30之间的光电开关35用于检测顶尖29伸缩是否到位。当需加工曲轴7左端面时，左卡盘8卡爪松开，与左主轴箱1一起向左移动，左进给机构4的B轴刀架装置摆到-90°位置进行加工，如图5所示；当需加工曲轴右端面时，右卡盘9卡爪松开，与右主轴箱2一起向右移动，B轴刀架装置摆到+90°位置进行加工，如图6所示。

5、整机全防护

此款车铣复合加工中心采用全防护设计，主机完全被防护包围。见图4a-d，防护设计时采用固定在床身11两侧面上的左立柱24和右立柱25支撑横梁26，两立柱跨距10米多，如图4c所示。为避免横梁26产生过大挠度，横梁26采用竖筋、斜筋相配合支撑，如图4a，构成稳定的三角结构。图4a、图4dZ轴拉罩27上端固定在横梁26上，下端支撑在床身导轨上，高度近3米。

Claims (4)

1.车铣复合加工中心整体结构，用于船用中速机曲轴的加工，加工件位于床身中央，其特征在于：床身设有四条起承重作用的立筋，分别为立筋一(23)、立筋二(36)、立筋三(37)、立筋四(38)，立筋二(36)上侧布置下滑动导轨(19)，立筋三(37)和立筋四(38)之间上侧布置上滑动导轨(20)，立筋一(23)上侧布置水平承重导轨(21)，立筋一(23)接近地面的外侧面安装垂直于地面的辅助导向导轨(22)，下滑动导轨(19)和上滑动导轨(20)与水平面成30°倾斜角，两滑动导轨外侧短立面起导向作用，下滑动导轨(19)和上滑动导轨(20)的导轨平面及两导轨之间的斜面完全采用磨削加工；

床身设双主轴箱及拖动机构配齿轮，两主轴箱相向设置卡盘，右主轴箱顶尖可伸缩，加工件下方的床身设多个自定心的中心架(15)，加工件每个拐颈两端的主轴颈均有中心架(15)支撑，下滑动导轨(19)和上滑动导轨(20)供左主轴箱(3)、右主轴箱(4)及中心架(15)移动用，则两主轴箱在下滑动导轨(19)和上滑动导轨(20)上沿Z轴移动；

单立柱(5)位于床身后侧、单立柱(5)下部前端位于床身上的水平承重导轨(21)和辅助导向导轨(22)内，后端运行在地面辅助导轨(6)内，水平承重导轨(21)和辅助导向导轨(22)配合地面辅助导轨(6)一起供单立柱(5)移动用，单立柱(5)的行程由加工工件的长度而定，两侧分别挂左、右进给机构，挂在单立柱(5)左侧的左进给箱(4)配备三点布刀的B轴刀架装置、右侧的右进给机构(3)配置大功率的主伺服电机动力轴带动大直径铣刀盘进行曲轴的外铣加工；

整机采用全防护包围。

2.根据权利要求1所述的车铣复合加工中心整体结构，其特征在于在工件(7)每个拐颈两端的主轴颈处均设有中心架(15)支撑，平行于工件(7)、安装在斜面的下滑动导轨(19)和上滑动导轨(20)上，电、气、液管线行走在中心架(15)与底座结合面内。

3.根据权利要求1所述的车铣复合加工中心整体结构，其特征在于主轴的可伸缩顶尖结构，顶尖(29)由套筒(30)保护，置于右卡盘(9)圆心内，套筒(30)内螺纹连接拉杆(31)，拉杆(31)与活塞(33)背帽连接，并配置为油缸(32)配油的旋转接头(34)、控制活塞(33)及拉杆(31)伸缩、进而控制顶尖(29)的伸缩，油缸(32)与套筒(30)之间设光电开关(35)，用于检测顶尖(29)伸缩是否到位；当需加工曲轴左端面时，左卡盘(8)卡爪松开，与左主轴箱(1)一起向远离工件(7)的左侧移动，左进给机构(4)的B轴刀架装置摆到-90°位置进行加工；当需加工曲轴右端面时，右卡盘(9)卡爪松开，与右主轴箱(2)一起向右移动，B轴刀架装置摆到+90°位置进行加工。 

4.根据权利要求1所述的车铣复合加工中心整体结构，其特征在于主机全防护包围：由固定在床身两侧面上、跨距10余米的左立柱(24)和右立柱(25)支撑横梁(26)，横梁(26)采用竖筋、斜筋构成稳定的三角结构，Z轴拉罩(27)上端固定在横梁(26)上，下端支撑在床身导轨上，高度近3米。 

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