CN101704113A - 一种自动加工轴承用圆柱滚子的数控车床 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动加工轴承用圆柱滚子的数控车床，包括车床主体单元(2)；所述车床主体单元(2)包括用于夹持棒料的卡盘组件、带动卡盘组件转动的电机单元，以及工作台上实现加工的刀具组件。其中，位于卡盘组件后侧设置有在一条直线上间隔的1-10个持料单元和一个送料单元；位于刀具组件前侧设置有接料单元。本发明的数控车床能够自动完成棒料的加工，生产出半成品甚至成品的圆柱滚子，适合高速加工，具有人工成本低、生产效率高、产品质量优越的特点。

Description

一种自动加工轴承用圆柱滚子的数控车床

技术领域

本发明涉及一种车床，更具体地说，涉及一种连续截取棒料同时实现棒料粗加工最终获得圆柱滚子的车床。

背景技术

现有技术下，如图8所示用于加工棒料的车床工作台，包括图中位于左侧的棒料夹具1，以及图中右侧用于夹持刀具的夹具2。夹具1的中部设置通孔，用于棒料从后侧A向送入，并送至夹具1右侧，实现右侧刀具5、6的加工。这种加工通常用于成型轴承设备中的圆柱滚子。

基于轴承领域，原轴承生产厂家生产滚柱轴承设备为机械自动车床(简称凸轮车床)，主要用于车削轴承内部的滚柱，工艺过程单一，刀具曲线由凸轮的外轮廓来控制，如更换一种规格的零件就需要更换一种凸轮，这样会使企业的整体加工成本提高而且在加工中还不具有灵活性。

而且，原始的机床在上下料部分是由简单的“V”型块来限制毛坯料的空间自由度，由于加工的棒料比较长，在旋转的过程中棒料会甩动，这样速度如果很高，操作人员会有很大的危险，只有降低转速才能保证操作工人的安全。现在正常加工的转速只有每分钟200转左右，所以加工的效率很低。送料部分，夹紧时只用了简单的机械夹紧块在毛坯料旋转的时候件一同旋转所以经过一段时间的磨损会导致零件的外形尺寸有偏差造成废品。

发明内容

本发明旨在提供一种自动完成棒料加工生产圆柱滚子、球面柱滚或圆锥滚子的数控车床。解决现有技术同类车床电机转速慢、加工效率低、多个部件易磨损、车床使用寿命低的问题。

为了解决上述问题，本发明一种自动加工轴承用圆柱滚子的数控车床，包括车床主体单元。车床主体单元与现有技术下的同类车床类似，也包括用于夹持棒料的卡盘组件、带动卡盘组件转动的电机单元，以及工作台上实现加工的刀具组件。本发明数控车床的不同之处在于，位于卡盘组件后侧在一条直线上间隔设置有1-10个持料单元和一个送料单元，而且位于刀具组件前侧设置有一个接料单元。其中，每一持料单元包括三排轴向均平行于卡盘组件中心轴的持料滚子；其中两排持料滚子水平设置于下方由固定支腿支撑的V型固定座上；另一排持料滚子处于下方两排持料滚子的中部上方，以浮动方式固定于上部结构体。

上述送料单元包括下部的支撑腿以及平行卡盘组件中心轴方向排列的四排送料滚子；其中每两排送料滚子为一组，纵向间隔固定于一侧的座板架67上；而且两组送料滚子正对设置；此外，送料单元还包括驱动两侧所述座板架合拢或展开，以及沿卡盘组件中心轴方向驱动两侧所述座板架同步往复移动的驱动机构。

上述接料单元包括正对卡盘组件中心轴由传动单元驱动往复移动的接料筒，以及支撑接料筒的座体或套筒；接料筒两端分别设置进料口和出料口.

上述自动加工轴承用圆柱滚子的数控车床，改进在于，持料单元中下部V型固定座的一端以铰接方式连接上部活动扣抓部件的一端；而V型固定座和活动扣抓部件的另一端配套设置可打开和锁定的锁紧件。此外，持料单元中位于上方的持料滚子，其滚子座上端通过弹簧以及弹簧座杆浮动方式连接于活动扣抓部件的支架上。

此外，优选方式下，送料单元的驱动机构以及接料单元的传动单元优选液压传动机构，包括用于执行部件移动的滑轨或滑道，以及液压缸、柱塞和液压供油系统等。接料单元的改进在于，接料筒后端出料口设置有坡型槽，并延伸至储料区。而且最优方式下，持料单元的支腿和送料单元的支撑腿均以升降结构设置。

为了完成自动加工，本发明的数控车床，在卡盘组件前方设置有用于检测送料状态的检测元件。而且数控车床各个执行部件通过数控程序控制完成动作，具体流程如下：

Step 1、所述卡盘组件松开，所述送料单元夹持棒料，通过所述卡盘组件的中心孔送料；

Step 2、所述卡盘组件前方的检测元件感知送料到位后，所述送料单元松开棒料退回；同时所述卡盘组件抱紧所述棒料后，所述刀具组件完成棒料端面、柱面的加工；

Step 3、所述刀具组件开始切断棒料，所述接料单元的接料筒向棒料伸出；使得所述棒料前端容纳于所述接料单元中；

Step 4、棒料切断，所述接料单元接料撤回；

此后，循环往复S1-S4的步骤。

本发明的数控车床能够自动完成六米长棒料的加工用于生产圆柱滚子、球面柱滚或圆锥滚子。为了实现车床高速加工的目的，本发明首先改进持料单元与送料单元，依靠滚子支撑和夹持棒料，从而减少加工中棒料转动的摩擦，降低棒料磨损以及支撑件、夹持件的磨损，同时适应棒料的转动需求，符合高速转动加工的需要。同时配置自动接料单元，再一个圆柱滚加工完成，切断后自动送到储存区，减少人工接料的繁琐，达到自动加工的目的。本发明数控车床适合转速2000n/min以上转速加工的需要，较现有技术下200转/分钟的传统车床，加工效率大大增加。而且高速切削的棒料产品具有表面光洁度好的特点。此外，本发明为了增强安全性，针对6米甚至更长的毛坯棒料，间隔设置1-10个持料单元(优选方式4个即可)，每一持料单元以锁紧方式设置。为了减少棒料因转动发生跳动而产生的毛坯料磨损，持料单元中的上部持料滚子以浮动方式设置，减少传统方式的刚性夹持方式，达到减少表面磨损的目的。此外，本发明的送料单元接料筒直接接住切断下来的工件成品，工件下落空间很小，摩擦撞击小，防止工件直接掉落到床体而损坏表面。

附图说明

图1是本发明数控车床开始加工棒料在初始状态下工作台的俯视结构示意图；

图2是棒料送入夹具并确定加工长度状态下车床工作台的俯视结构示意图；

图3是加工棒料端面状态下车床工作台的俯视结构示意图；

图4是截取棒料状态下车床工作台的俯视结构示意图；

图5是回到图1所示状态进行一下段棒料加工、截取的工作台俯视示意图；

图6是接料装置初始位置的结构示意图；

图7是接料装置完成接料状态下的结构示意图；

图8是现有技术下棒料加工车床工作台的俯视结构示意图；

图9是本发明数控车床整体配置的立体结构示意图；

图10是本发明数控车床持料单元的立体结构示意图；

图11是图10中持料单元上部活动扣抓部件部分结构的立体示意图；

图12是图11中D处的放大结构示意图；

图13是本发明数控车床送料单元的立体结构示意图。

具体实施方式

如图9所示，本发明一种自动加工轴承用圆柱滚子的数控车床，其车床主体单元包括机座30、位于机座30上的工作台，用于夹持棒料的卡盘组件14、带动卡盘组件14转动的电机单元，以及工作台上固定的用于完成端面、柱面车削加工或切断动作的刀具组件(图9中未示出)。图中，标号13表示电机单元及其主轴箱的位置。现有技术下，已经存在一种中心孔前后贯穿的卡盘组件，及其驱动电机；该中心孔用作输送棒料以及卡紧棒料的空间。从而如图8所示，棒料从后侧A向送入，并送至卡盘右侧，方便右侧刀具的加工。

为了达到自动化生产的目的，本发明在车床主体单元的两侧分别设置持料、送料单元和接料单元。如图9所示，在卡盘组件后侧在一条线上间隔设置1-10个持料单元11，并设置一个送料单元12；在刀具组件顺着工作台导轨方向设置接料单元16。送料单元12，优选方式下如图9所示，靠近数控车床的主体单元设置，而持料单元设置于最外侧，优选方式下，设置4个，以适应6米长毛坯棒料的需要。

每一持料单元的结构，如图10所示，包括固定于场地的支腿24以及坐于支腿上的夹具组件。其中，持料单元通过地脚或螺栓固定于地面。而上述夹具组件包括一端活动铰接的下部V型固定座20和上部活动扣抓部件。下部V型固定座20的V型口处平行设置一对位于下部的送料滚子23，使得在支撑棒料加工过程中，棒料被支撑于两个送料滚子23中间的上方位置。上部活动扣抓部件包括位于中间位置的一个上部滚子23和滚子座20，滚子座20顶部连接座杆，座杆外部绕有弹簧26，座杆顶部穿设于上部活动扣抓部件的结构体19，并以浮动方式设置。该浮动方式的设置多种多样，如在结构体19的中部开孔，座杆穿设于开孔处，可上下活动，而弹簧26支顶在滚子座20和结构体19之间，从而实现浮动。另一种浮动方式恰恰相反，滚子座20的中部开孔，座杆穿设于开孔处，可上下活动，最低端卡接在开孔处；弹簧26同样支顶在滚子座20和结构体19之间，实现浮动。

本发明的数控车床主要用在高速转动加工的条件下，因此持料单元11必须为锁定方式设置。为此，在上述持料单元11中，如图所示，上部活动扣抓部件的结构体19与下部V型固定座20的一端为铰接端，另一端配套设置锁紧件。锁紧件的结构如图11和12所示，优选方式采用销轴连接，销轴31上下两端分别设置手柄28和条形卡接件32，相应V型固定座的锁紧结构为键槽形式；并且为了方便使用，还设置了弹簧件29。

在实际使用过程中，由于场地的原因，或加工棒料直径不同等因素，优选方式下，上述持料单元设置成高度调方式，从而以便适合场地、车床、棒料状态的要求.优选方式下，持料单元的支腿24设置成高度可调的支腿结构，如图所示，支腿24包括上下两部分，以槽钢相互连接(图中中部还设置了一个连接用槽钢)，在中部开设纵向键槽25，槽内设置固定螺栓.通过改变螺栓在键槽中的位置达到粗略调整持料单元高度的目的.此外，最优方式下，下部V型固定座20的下部也以与上述调整方式类似，通过在高度调整块22上开设键槽，配合螺栓以及支腿上部座板的支撑实现持料单元高度的调节.通常支腿24高度的调整，起到粗调的作用，而上述高度调整块22的调整起到精确调整的作用.

此外，持料单元11中的三个滚子支撑被加工的棒料，滚子轴向与棒料轴向平行，三个滚子支撑点的法线方向以对心方式通过棒料的轴线，从而加工过程中棒料通过电机单元在卡盘组件带动下旋转，三个滚子可以辅助棒料的转动，减少摩擦。

如图13所示，本发明数控车床为了达到自动加工功能，还专设有自动送料单元12，包括与持料单元支腿24类似的下部支撑腿40，以及上部送料装置。上部送料装置包括上部夹料组件和下部送料组件。其中，上部夹料组件包括两侧直立对设的座板架37，每一座板架37上以上下平行方式设置两排送料滚子36，两组送料滚子36之间的位置用作夹持棒料的空间，滚子36的轴向与棒料轴向平行。两个座板架37底部设置滑道39，在液压系统(图中示出油缸33和35的位置)推动下两座板架37相互滑移靠合或张开，从而达到夹持或松开被加工棒料的目的。此外，滑道39置于下部送料组件的下座板41上，下座板41底部设置滑轨38，并设置沿平行棒料方向推送下座板41的液压系统(图中示出油缸34的位置)。

此外，送料单元12，为了达到夹紧目的，优选方式下，两侧直立对设的座板架37上的滚子设置为两列，从而每个座板架37上有四个送料滚子。在送料过程中同时夹持棒料，保证送料的夹紧力足够大。

本发明的送料单元，其重要改进在于夹持件利用滚子实现。本发明的数控车床，在工作过程中，从棒料车刀的车削加工，到卡盘组件松开棒料，送料单元夹持棒料通过中孔送料，以及卡盘再次夹紧棒料的过程，棒料始终处于转动状态。尽管车削阶段的转速远远高于送料阶段的转速，但棒料始终处于转动状态，为了使夹持过程不让棒料停止转动，本发明依靠滚子的辅助，在棒料径向提供挤压力，棒料柱面仍受滚动摩擦在滚子的辅助下滚动，从而棒料在送料阶段无需停止，后续的卡盘夹紧，车削加工棒料也无需从零转速启动，提高了棒料的加工效率，而且减少了送料单元的磨损，提高整套设备的使用寿命。

本发明的数控车床，改进还在于，根据需要设置用于检测送料情况的位置检测单元15。该检测单元可以是检测距离的传感器或触发开关，当感知棒料已输送到指定位置，或棒料碰触触发开关的情况下，驱动卡盘组件夹紧棒料，而后启动刀具开始加工棒料。

当然，本发明的数控车床，其某些部分还可用其他方式代替。例如接料单元也可采用V型槽口的接料单元，但优选方式下选用图中的接料筒形式，因为V型槽接料容易出现加工好的滚柱发生跳落的现象。此外，送料单元的执行机构可选用同步传动的齿轮齿条结构以及其他传动机构实现动作；这些机械结构或推动机构根据需要选择设置，优选方式下，本发明送料单元的驱动机构以及接料单元的传动单元均采用滑轨或滑道，以及液压缸、柱塞和液压供油系统实现，这是因为液压传动平稳，适合高速加工的需要。

为了达到数控自动加工的目的，本发明数控车床的各个执行部件通过数控程序控制完成动作，数控程序的流程如下：

S1、卡盘组件松开，送料单元夹持棒料，通过卡盘组件的中心孔送料；

S2、卡盘组件前方的检测元件感知送料到位后，送料单元松开棒料退回；同时卡盘组件抱紧所述棒料后，刀具组件完成棒料端面、柱面的加工；

S3、刀具组件开始切断棒料，接料单元的接料筒向棒料伸出；

S4、棒料切断，接料单元接料撤回。

此后，循环重复上述步骤S1-S4。

下面结合附图1-7，着重介绍本发明数控车床的接料单元，及本发明数控车床的加工过程。

首先，如图1所示，车床上各装置处于初始位置的状态，其中包括图中位于左侧的棒料夹具1、图中右侧用于夹持刀具的夹具2。夹具1的中部设置通孔，用于棒料从后侧A向送入，并送至夹具1右侧，实现夹具2上刀具5、6的加工、切断。此外，图中车床还包括位于夹具2相反夹具1一侧的接料单元。该接料单元包括在传动单元作用下往复移动的接料筒4；以及穿设接料筒4的定位套3。图1实施例中，接料单元16包括接料筒，以及接料筒下部由传动单元驱动往复移动的底座。

接料筒4为前后端开通的筒形结构。使用阶段，定位套3不动，接料筒4在套内做直线往复移动。优选方式下，实现接料筒4移动的单元选用液压传动单元。接料筒的后端出料口设置有坡型槽1(图1所示)，并延伸至储料区，从而办精加工的棒料被送到下一加工工序的位置。

本发明车床的加工方法，参照图2-图5所示步骤。其中，图2所示，刀具5移动到棒料主轴中心处，进料装置(图中未示出)在夹具1的左侧推料，由刀具挡住棒料9，从而确定棒料9待加工的长度。此后转入图3加工阶段，如图3所示实现棒料端面车削加工，以及棒料外圆的车削加工，由刀具5实现。

此后转入图4阶段，由刀具6实现棒料的切断操作。此时接料单元的接料筒4在传动单元作用下送至棒料前端处，且棒料前端伸入接料筒4的筒孔中。刀具6切断棒料后，切断部分自动落入接料筒4中。此时，如果接料筒为向后倾斜设置，则切断的棒料可自动滑向接料筒4的后端，并滑出接料筒，落入接料槽中。在此切断的同时，优选方式下，还可利用刀具6实现棒料的倒角操作。

最后，进入图5的阶段，图5与图2所示相同，不同点在于接料筒中有切断的棒料。此时，接料筒撤回，刀具移动到主轴中心处，进料装置推料，由刀具挡住棒料，确定棒料伸出长度，准备下一次加工。而后，重复上述图2-图4的步骤。如果接料筒非倾斜设置，则先前被切断的棒料在后续被切断的棒料作用下从接料筒4的后端筒孔顶出，落入成品区或接料槽中，完成最终的加工。

此外，接料单元在棒料加工阶段，为了防止加工干涉，接料筒需要退回到图6所示状态；而在切断阶段，接料单元中的接料筒处于伸出装态。图中定位套3处于固定状态，其作用旨在为接料筒提供移动导向作用，以及接料筒定位作用；因此定位套也可选用其他结构实现，例如固定的滑道装置等等。

本发明的数控车床能够自动完成六米长棒料的加工，达到实现车床高速加工的目的。

具体说，首先，持料单元设计主要采用“O”型圈方法来限制空间自由度(尤其适合毛坯料为六米长直径30-50毫米的圆棒料).下部用“V”型座来支撑，同时为了避免旋转是圆棒料对“V”型座的摩擦，设计时在“V”型座的斜边上增加了圆柱滚子，或弧面圆柱滚子，以滚动摩擦来代替滑动摩擦.而上部采用开合式结构并带有锁紧件.在上半开合架的中间部分装有浮动的滚子.浮动方式还可在滚子支架的滑动孔内装配弹簧，加工时上半部分的浮动滚子调整到表面距毛坯圆棒料表面1-2MM的距离，这是为了防止机械卡死，送料部分无法拖动，这样在加工时如果甩动太大，则浮动滚子会借弹簧力将其缓冲掉，从而使其可在高速下稳定的旋转切削(速度可达到每分钟2000转以上).

其次，对送料单元进行改进。为了提高工作的效率，在送料的时候，卡盘虽已松开，但是卡盘仍在处于低速旋转的状态。为解决该问题，夹持部分安装了带有两组“V”型块的滚子，两组“V”型块是为了增加拖动圆棒料的摩擦力，而增加滚子则是为了避免毛坯料旋转时对两组“V”型块的摩擦。上料过程的动作顺序如下：1夹料部分夹紧、2卡盘松开、3送料部分送料、4卡盘再次夹紧、5夹料部分松开、6送料部分退回(以上的动作都是由液压部分来提供动力)。因夹持部分在夹紧时的瞬间，卡盘还没有松开，该瞬间会与两组“V”型块产生很大的摩擦，“V”型块中增加的滚子正是为了消除这种摩擦。

再次，设置位置检测单元。因圆棒料送进主轴以后不能无限的往下送，故需增加圆棒料的定位部分。设计时在床鞍上增加定位装置，因在送料时圆棒料与卡盘脱离但由于惯性，还会保持低速的旋转，所以定位装置的前端增加了旋转部分(在旋转头的里面增加了一组推力轴承)，以保证在定位时旋转的圆棒料不会摩擦定位装置的表面。当圆棒料接触定位装置达到额定压力的时候，压力继电器会发出信号，信号反馈给系统开始执行下步动作。

最后，增设自动接料单元(动力由液压提供)。根据机床及轴承滚子的特点，在拖板后面(靠近尾座的一侧)增加了自动接料单元。待刀具执行到切断动作前的时候，系统会给出信号，接料筒向前动作，套住工件，此时，即将加工好的零件大部分已经被套住，与此同时切断刀开始切断，切断后系统给出信号，套筒退回到原位置，此时加工好的零件留在了套筒里面。几次往复动作，套筒满后，则新零件会将最初加工好的零件顶进排料斜槽内，直至滑入料箱。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种自动加工轴承用圆柱滚子的数控车床，其车床主体单元包括用于夹持棒料的卡盘组件(14)、带动所述卡盘组件转动的电机单元，以及工作台上实现加工的刀具组件；其特征在于：

位于所述卡盘组件(14)后侧设置有在一条直线上间隔的1-10个持料单元(11)和一个送料单元(12)；位于所述刀具组件前侧设置有接料单元(16)；其中，

每一所述持料单元(11)包括三排轴向均平行于所述卡盘组件中心轴的持料滚子(23)；其中两排所述持料滚子水平设置于下方由固定支腿(24)支撑的V型固定座(21)上；另一排所述持料滚子处于中部上方位置，以浮动方式固定于上部结构体(19)；

所述送料单元包括下部的支撑腿(40)以及平行所述卡盘组件中心轴方向排列的四排送料滚子(36)；其中每两排所述送料滚子为一组，纵向间隔固定于一侧的座板架(37)上；而且两组送料滚子正对设置；此外，所述送料单元还包括驱动两侧所述座板架合拢或展开，以及沿所述卡盘组件中心轴方向驱动两侧所述座板架同步往复移动的驱动机构；

所述接料单元包括正对所述卡盘组件中心轴由传动单元驱动往复移动的接料筒(4)，以及支撑所述接料筒(4)的座体或套筒；所述接料筒(4)两端分别设置进料口和出料口。

2.根据权利要求1所述自动加工轴承用圆柱滚子的数控车床，其特征在于，所述持料单元下部V型固定座(21)的一端以铰接方式连接上部活动扣抓部件的一端；所述V型固定座(21)和活动扣抓部件的另一端配套设置锁紧件；

位于上方的所述持料滚子的滚子座(20)上端通过弹簧(26)以及弹簧座杆浮动方式连接于所述活动扣抓部件的结构体(19)上。

3.根据权利要求2所述自动加工轴承用圆柱滚子的数控车床，其特征在于，所述送料单元的驱动机构以及所述接料单元的传动单元均包括用于执行部件移动的滑轨或滑道，以及液压缸、柱塞和液压供油系统。

4.根据权利要求3所述自动加工轴承用圆柱滚子的数控车床，其特征在于，所述卡盘组件前方设置有用于检测送料状态的检测元件(9)。

5.根据权利要求1-4任一所述自动加工轴承用圆柱滚子的数控车床，其特征在于，所述接料筒(4)后端出料口设置有坡型槽(1)，并延伸至储料区。

6.根据权利要求5所述自动加工轴承用圆柱滚子的数控车床，其特征在于，所述持料单元的支腿(24)和送料单元(40)的支撑腿均以升降结构设置。

7.根据权利要求5所述自动加工轴承用圆柱滚子的数控车床，其特征在于，各个执行部件通过数控程序控制完成动作，所述数控程序包括如下流程：

S1、所述卡盘组件松开，所述送料单元夹持棒料，通过所述卡盘组件的中心孔送料；

S2、所述卡盘组件前方的检测元件感知送料到位后，所述送料单元松开棒料退回；同时所述卡盘组件抱紧所述棒料后，所述刀具组件完成棒料端面、柱面的加工；

S3、所述刀具组件开始切断棒料，所述接料单元的接料筒向棒料伸出；

S4、棒料切断，所述接料单元接料撤回；

此后，循环往复S1-S4的步骤。

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