CN101774044A - 数控张合式外廓拉床 - Google Patents

Abstract

数控张合式外廓拉床，属于机床技术领域。由安装在床身上的拉刀、中心架、牵引机构和数控系统等构成。拉削主运动为工件运动、刀具静止。拉刀由三部分组成：刀架固定在机床床身上，其上包含若干个垂直于工件运动方向的滑槽；每只刀体剖分为对称的两部分，装在刀架的滑槽内，可沿滑槽作张合运动；刀片通过定位和夹紧结构装夹在刀体上，并能随刀体一起作张合运动，完成拉削和对凸台的避让运动。工件运动由牵引机构拉动，牵引机构由液压油马达、滚筒、钢索组成，具有柔性。牵引机构设置在床身一端。本发明结构简单，能高效实现复杂外廓且带有凸台的细长轴类机械零件的拉削加工，排屑方便，延长了刀具使用寿命。

Description

数控张合式外廓拉床

技术领域

本发明涉及用拉刀加工一些机械零件内外成型表面的机床，尤其涉及一种以数控张合式拉刀为刀具的拉削细长轴类零件的外部廓形的拉床，属于机床技术领域。

背景技术

拉床是使用拉刀加工一些机械零件的内外成型表面的机床，主要由床身、刀夹、刀具、牵引部件和电器控制系统等机构组成，拉床一般采用液压传动。按工作性质的不同，拉床可分为内拉床和外拉床。制造业中有大量零件的内表面和外表面需要加工，一直以来拉削是利用一种带有许多刀齿的整体拉刀运动，通过固定的工件时，逐齿依次切下薄薄的金属层，工件的尺寸精度和表面粗糙度质量较高。拉削是一种高生产率的成形切削加工方法。与其它切削方法相比，通用拉削的特点有：只有主运动，没有进给运动，因此机床结构简单；拉刀是多刃刀具，一次行程即可完成粗、精加工，生产率很高，大批量生产时，成本低，用于加工大批特殊形状的内、外表面时，效果更显著；拉削过程平稳，每个刀齿切层很薄，加工表面精度高；对操作人员的要求较低。

现有的通用拉削工艺的局限主要在于：不能加工盲孔或有凸台的外廓；拉刀结构复杂。拉削工艺及拉刀有两个最显著的特点：1、拉削工艺的主运动由拉刀的运动来实现，导致拉床结构较大；2、多齿拉刀为固定的结构形式，使得在实际应用领域内，大量的轴类零件具有特殊形状但带有凸台，传统拉削方法无法应用，只能使用低效率的铣削等制造工艺加工此类零件。

发明内容

本发明的目的就是针对上述现有技术所存在的不足，提供一种数控张合式外廓拉床，拉削主运动由工件运动实现，通过安装在刀架内的成形刀具的附加运动，高效完成复杂外廓且带有凸台的细长轴类机械零件的拉削加工，替代这类零件加工中一直沿用的低效率的铣削工艺。

本发明的目的是通过对现有的拉床的改进实现的。数控张合式外廓拉床，包括安装在床身上的拉刀、牵引机构和数控系统，其特征是设有支承工件的中心架，中心架设置在床身上，所述的拉刀由刀架、刀体、刀片三部分组成，刀架固定在床身上，刀架上设有若干个垂直于工件运动方向的滑槽；刀体由剖分为对称的两部分组成，刀体装在刀架的滑槽内，可在传动机构的驱动下沿滑槽作张合运动；刀片通过定位和夹紧结构装夹在刀体上，并能随刀体一起作张合运动，完成拉削和对凸台的避让运动；所述的牵引机构是由液压油马达、滚筒、钢索组成的柔索牵引机构，柔索牵引机构设置在床身的一端，液压油马达驱动连接滚筒，钢索一端圈绕在滚筒，另一端设有牵引工件运动的螺旋连接接头。

所述的刀架内可安装由刀体和刀片组成的一组或数组活动刀具。

本发明为了解决上述技术问题，在卧式或立式拉床中，1、将工件静止、拉刀移动的拉削主运动改变为工件运动、拉刀静止的拉削主运动；2、将液压油缸牵引拉刀实现拉削运动改变为液压油马达通过钢索牵引机构牵引工件实现拉削运动；3、多齿固定式刀具改变为刀具安装在固定刀架滑槽内形成可张合的活动刀具。机床中所有运动控制由数控系统实现。

通过工件运动形成拉削主运动：

现有拉床的拉削运动，都以工件固定，拉刀运动形成主切削运动。拉削工艺决定了拉刀一定是多齿形式，固定的多齿结构拉刀的体积较大，大质量的拉刀在高效拉削运动中，要求机床刚性好，因此机床体积大。同时，拉削产生的大量切屑，夹在刀齿间拥挤的切屑容易造成刀刃崩碎，排屑十分重要但较困难。本发明拉床的拉削主运动是由工件运动形成的，工件一般不像刀具的刀刃那样脆弱，运动中不易损伤。工件作主运动的拉削对机床的刚性要求降低，减小了机床的体积。拉削过程中，拉刀的质心静止，其张合是小距离的辅助运动，只在遇到工件凸台结构时作退让，且多个刀具分别运动。因此，拉刀体积可以加大，使容屑空间加大，排屑方便，拉刀设计与制造难度极大降低。机械夹固式可分离的刀具不仅降低了制造难度，且可实现刀具磨损后的局部更换，反复使用，刀具制造、使用费用极大降低。

拉削过程中，根据细长轴类工件长度情况，将其安装在数量不同的中心架的支承上，中心架的支承点通过数控方式移动，退让工件凸台。工件被牵引时，在支承的约束下，一旦切入刀齿，就只能沿轴线方向移动。当工件上的凸台接近支承点或拉刀刀刃时，传感器发出信号，数控系统控制支承机构或拉刀张开，其它支承和刀刃位置不变；凸台移过后，支承或刀具视需要合拢、重新支承或保持退让。

柔索牵引机构：

柔索牵引机构设置在拉床的一端，牵引的驱动力为液压油马达，油马达的特点为结构紧凑、体积小、牵引力大、运动平稳，速度调节范围广。拉削时，油马达带动与其同轴的滚筒旋转，滚筒卷绕其上的钢索，钢索一端配置螺纹结构连接在细长工件的端部，带动工件沿轴线平移。钢索卷绕时，拉直部分通过排线结构始终保持与工件同轴，保证输出拉力的有效分力最大。柔索牵引比液压缸牵引更具柔性，有利于保护拉刀的刀刃免受振动损坏；柔索牵引机构更适合长距离拉削，可使机床结构极大简化。工件越长，机床相对制造成本的降低越显著。

刀具张合运动的实现机构：

固定刀架的一组滑槽内可分别安装可张合的刀体，张合形式为闸式，运动方向垂直于工件运动方向。刀体运动时，其形状中心始终保持不变，即与工件的轴线同轴。刀片经过定位以机械夹固方式装夹在刀体上并跟随其一起运动，刀体和刀片一起组成活动刀具。一组活动刀具既可以设计为渐进式拉削方式，又可以设计为综合轮切式拉削方式，按照工件总切削深度的不同，可以使用一组活动刀具完成加工，又可以使用多组活动刀具完成加工，完全取决于经济性和效率原则。机械夹固式活动刀具结构使刀具的制造成本下降。活动刀具分组的一般方式为粗拉、精拉和校准拉削。由于活动刀具装夹部分结构与尺寸统一，若校准活动刀具的刀刃磨后尺寸超差，可以安装在精拉位置上作为精拉活动刀具使用；同理若精拉活动刀具的刀刃磨损后可经刃磨用作粗拉活动刀具。由于校准拉削前的切削实际上是属于去除余量的切削，因此，活动刀具制造中，只需严格控制校准活动刀具的刀齿精度，方便了刀具制造。

活动刀具制造时的刃磨在专用数控磨床上进行。专用数控磨床采用三轴联动结构，可用轴联动方式修整出成形砂轮，进行刀齿成形磨削。活动刀具磨损后只对前刀面进行修磨即可重新使用。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的中心架结构示意图；

图3是本发明的工件装夹加工示意图；

图4是本发明的工件牵引连接结构示意图；

图5是本发明的柔索牵引机构示意图；

图6是图1的左视结构示意图；

图7是本发明的活动刀片示意图；

图8是本发明的刀架和活动刀具结构示意图；

图9是利用本发明加工的工件示例图。

图中：1床身、2数控系统、3柔索牵引机构、4拉刀、5中心架、6工件、7滚筒、8钢索、9刀片、10刀体、11刀架。

具体实施方式

下面结合附图，详细叙述本发明的实施。

数控张合式外廓拉床，在床身1上安装拉刀4、中心架5、柔索牵引机构3并配备数控系统2，工件6支承在中心架上。拉刀由三部分组成：刀架11——固定在机床床身上，其上包含若干个垂直于工件运动方向的滑槽；刀体10——每只剖分为对称的两部分，装在刀架的滑槽内，可以在传动机构的驱动下沿滑槽作张合运动；刀片9——通过定位和夹紧结构装夹在刀体上，并能随刀体一起作张合运动，完成拉削和对凸台的避让运动。刀体和刀片组成刀具，刀具安装在刀架内构成拉刀机构，刀具中心线与中心架上安装的工件轴线同轴。柔索牵引机构由液压油马达、滚筒7、钢索8组成，安装在床体的一端，液压油马达驱动连接滚筒，钢索一端圈绕在滚筒上，另一端设有螺旋接头与工件联接。刀体和刀片组成活动刀具，刀架上至少安装有一组活动刀具。当安装有二组或二组以上的活动刀具时，排列为粗拉活动刀具、精拉活动刀具和校准拉削活动刀具。图1、图3中的拉刀的刀架中可安装一组或多组活动刀具。所述的每组活动刀具既可以设计为渐进式拉削方式，又可以设计为综合轮切式拉削方式。

下面以使用广泛的长渐开线花键轴拉削加工为例，对本发明进一步叙述。

如图9所示的渐开线齿形花键轴，通常达数米之长，其毛坯是细长的带台肩的光轴，将光轴支承在若干个如图2所示的中心架上，各中心架的中心线重合并与牵引方向一致，工件在机床上安装和进入拉刀的示意如图3。工件端部有如图4所示的工艺螺孔，与柔索牵引机构中钢索端部的螺旋接头旋接，柔索牵引机构如图5所示，牵引时液压油马达驱动滚筒，滚筒旋转时收紧缠绕在其上的钢丝绳，带动工件逐步进入固定在床身上的数把拉刀，拉刀刀刃逐齿递升，分层切出轴上的渐开线花键廓形，最后一组活动刀具为齿形校正刀具，其精度决定了齿廓的精度。由图1可以看出整个拉床十分简洁。

当工件上的凸台接近中心架支承点时，由非接触式传感器发出信号，中心架上的三个活动支承均匀退缩避让工件的凸台，直至工件凸台部位完全通过，支承回复至定位约束位置。同样，活动刀具也是剖分式结构(图7)，安装在刀架滑槽内，当工件凸台接近刀刃时，如图8所示的剖分式活动刀具向两边张开，活动刀具张开时的位置始终处于切削至工件越程槽内或是越程圆弧半径内。工件的这一部位是非配合部位，这种加工方法完全能满足精度要求。中心架支承爪和活动刀具的张合都是由数控系统控制伺服电机与机械传动机构实现的。

由于钢索牵引具有柔性，并能以简单的结构实现长距离的力的传输，所以拉床结构十分简单，拉削时振动很小，可以延长刀具的使用寿命。柔索牵引机构固定在机床的一端，工作时，液压油马达驱动滚轮旋转，其上的钢索在拉动工件沿轴线平移时，受到排线机构的约束，钢索的伸直部分的中心线始终与工件的轴心线保持同轴，有效拉力最大。

张合式(剖分式)活动刀架的数量一般设计为8-10个，为可剖分的两半结构，张合运动由数控方式实现。活动刀具数量受极限拉削力限制，可按粗、精加工分为刀组。活动刀具安装在刀架滑槽内，组成拉刀。刀片刃磨后其实体逐渐减小，减小到一定程度，可将校准活动刀片用作精拉活动刀片、精拉活动刀片用作粗拉活动刀片，增加了拉刀的使用寿命。活动刀片制作的最终工艺采用数控成型磨削，即利用数控产生的轨迹，修整出所需的成形砂轮，磨削出活动刀片的齿形，活动刀片的后续磨削，即切削磨损后的磨削，则只需简单地修磨活动刀片的前刀面即可。工件拉削所需的活动刀具组数量完全取决于实际情况，可根据材料硬度，表面质量和精度要求十分灵活地配置。

Claims (2)

1.一种数控张合式外廓拉床，包括安装在床身上的拉刀、牵引机构和数控系统，其特征是设有支承工件的中心架，中心架设置在床身上，所述的拉刀由刀架、刀体、刀片三部分组成，刀架固定在床身上，刀架上设有若干个垂直于工件运动方向的滑槽；刀体由剖分为对称的两部分组成，刀体装在刀架的滑槽内，可在传动机构的驱动下沿滑槽作张合运动；刀片通过定位和夹紧结构装夹在刀体上，并能随刀体一起作张合运动，完成拉削和对凸台的避让运动；所述的牵引机构是由液压油马达、滚筒、钢索组成的柔索牵引机构，柔索牵引机构设置在床身的一端，液压油马达驱动连接滚筒，钢索一端圈绕在滚筒，另一端设有牵引工件运动的螺旋连接接头。

2.根据权利要求1所述的数控张合式外廓拉床，其特征是所述的刀架内可安装由刀体和刀片组成的一组或数组活动刀具。

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