CN101862838B - 深孔加工设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种加工设备,尤其是一种深孔加工设备。本发明提供了一种夹紧简便、定位可靠的深孔加工设备,包括床体、进给系统、中心架、刀具和主轴箱,进给系统、中心架安装在床体上,刀具设置在进给系统上,床体上设置有直线导轨,主轴箱安装在直线导轨上并通过直线导轨进行轴向位移,主轴箱上设置有锥形顶尖,中心架上设置有与中心架动配合的工件顶紧套,工件顶紧套内壁呈圆锥形,并且锥形顶尖与工件顶紧套同轴。工件通过主轴箱的位移夹持在锥形顶尖与中心架之间,其夹持操作简便,定位可靠,还能为后续的刀具定位提供方便,有利于提高加工精度和效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种加工设备,尤其是一种深孔加工设备。
背景技术
所谓的深孔,就是指长度远大于直径的孔,例如一些油通道通孔,通孔长度为400-500mm,孔的尺寸为φ8mm,长径比为50以上,加工难度极大,一股的加工方法几乎无法完成上述加工,常规的加工方法采用专用机床、用枪钻分段加工的方式,其设备本身成本较高,加工成本也较高,平均加工一件产品所需的时间为5-10分钟,其加工效率也不理想。
深孔加工主要有以下难点:1、工件本身长径比很大,安装定位比较困难;2、所加工的深孔较长,不易冷却和排屑;3、刀具在进给过程中容易损坏。
以前的安装定位用三爪卡盘夹紧,尾端采用中心架支撑,中心架由环形主体构成,环形主体上均匀设置有三个支撑结构,支撑结构通过螺纹与环形主体相连接,工件穿过环形主体并被夹持在三个支撑结构之间,通过旋转支撑结构即可定位工件,但是这种装夹方式时间长,中心架的压紧靠人工调整,受操作者的经验影响较大,熟练的操作者能比较快调整好,生疏的操作者则会花费较多的时间来调整。近年来,出现了一种顶尖定位装置,例如中国专利申请公开书CN 200942436Y就公开了这样一种顶尖定位装置,其主轴安装有夹头和顶尖,其中心架上滑动配合有一个与主轴上的顶尖相向的空心顶尖,钻头穿过空心顶尖且与空心顶尖间隙配合。而在中国专利申请公开书CN 201095040Y上也公开了类似的一种定位中心架,其中心架上设置有与机床主轴同轴的承料圈,承料圈与中心架转动连接,且其内腔呈锥台形。以上两种结构均是利用中心架的移动来夹紧工件,即工件夹持位置为固定,其加工端面与刀具的定位随着不同的工件而不同,每更换一次工件,刀具的起始加工位置都要重新确定,从而影响加工精度,对生产效率产生影响,而且它们都不具有密封效果,在进行冷却排屑时,中心架中旋转部位的旋转将造成粉尘和飞溅物不定向的飞溅,从而对厂区环境的污染和威胁操作者的安全与健康。
在传统的深孔加工设备进行刀具进给时,进给系统采用滚珠丝杆螺母副传动,通过伺服电机进行驱动,制造成本较高,在加工质量要求比较高的深孔加工中缺少平稳性,容易影响深孔的加工质量,且当加工中出现工件的材料硬度高、刀具磨损等问题时,机床无法自动反应以调节走刀量。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种夹紧简便、定位可靠的深孔加工设备。
本发明解决其技术问题所采用的深孔加工设备,包括床体、进给系统、中心架、刀具和主轴箱,进给系统、中心架安装在床体上,刀具设置在进给系统上,床体上设置有直线导轨,主轴箱安装在直线导轨上并通过直线导轨进行轴向位移,主轴箱上设置有锥形顶尖,中心架上设置有与中心架动配合的工件顶紧套,工件顶紧套内壁呈圆锥形,并且锥形顶尖与工件顶紧套同轴。
进一步的是,中心架包括夹具座、架体,架体安装在夹具座上,架体内侧装配有轴承,旋转体通过其外表面装配在轴承上,旋转体内壁与工件顶紧套外壁相适配,工件顶紧套通过旋转体与中心架动配合。
进一步的是,中心架的架体前端设置有前盖板,架体的尾端设置有后盖板,后盖板中心位置设置有进刀孔,架体与后盖板之间设置有空腔,架体在空腔部分的壁上设置有出渣口。
进一步的是,所述的中心架的旋转体与架体之间设置有密封圈。
进一步的是,中心架的旋转体位于空腔的部分设置有排渣孔。
进一步的是,中心架的架体在空腔部分的壁上设置有喷嘴。
进一步的是,进给系统包括后缸、前缸、气源和电气控制系统,气源连接在三位五通进气口上,前缸通过前缸管路与三位五通反动作出气口相连,后缸通过后缸管路与三位五通正动作出气口相连,并且前缸管路上设置有前缸电磁阀,后缸另外设置有工进管路与三位五通反动作出气口相连,工进管路上设置有工进电磁阀、减压阀和压力表。
进一步的是,进给系统还包括阻尼缸,阻尼缸前缸和后缸通过阻尼油管路相连,阻尼油管路上设置有节流阀,并且阻尼缸主轴与气缸主轴连接固定。
进一步的是,进给系统的阻尼油管路上还设置有与节流阀并联的阻尼缸电磁阀。
进一步的是,主轴箱轴向运动由气缸驱动。
本发明的有益效果是:工件通过主轴箱的位移夹持在锥形顶尖与中心架间,其夹持操作简便,定位可靠,还能为后续的刀具定位提供方便,有利于提高加工精度和效率。刀具在加工工件时,由于中心架呈密封状态,使得加工产生的粉尘、飞溅物可以从出渣口排出,有效的保护的操作者的健康和安全。采用压缩空气驱动气缸为驱动动力,通过各种气阀控制压缩空气的流量来控制进刀速度,进给平稳可靠,制造成本和使用成本较低,且当出现工件材料硬度高、刀具出现磨损时,受切削阻力的影响,刀具的进给速度会自动降低,大大降低工件由于刀具施加力过大而折断的风险,提高了生产效率。
附图说明
图1是本发明的结构示意图;
图2是中心架的结构示意图;
图3是进给系统的原理图;
图中零部件、部位及编号:气缸1、主轴箱2、锥形顶尖3、工件4、中心架5、刀具6、进给系统7、床体8、夹具座9、前盖板10、轴承11、定位螺钉12、定位孔13、喷嘴14、后盖板15、密封圈16、旋转体17、排渣孔18、进刀孔19、工件顶紧套20、架体21、空腔22、出渣口23、阻尼缸电磁阀24、节流阀25、阻尼缸26、前缸电磁阀27、前缸管路28、工进电磁阀29、工进管路30、减压阀31、后缸管路32、压力表33、后缸电磁阀34、后缸35、前缸36、进给气缸主轴37、阻尼油管路38。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1、图2所示,本发明包括床体8、进给系统7、中心架5、刀具6和主轴箱2,进给系统7、中心架5安装在床体8上,刀具6设置在进给系统7上,床体8上设置有直线导轨39,主轴箱2安装在直线导轨39上并通过直线导轨19进行轴向位移,主轴箱2上设置有锥形顶尖3,中心架5上设置有与中心架5动配合的工件顶紧套20,工件顶紧套20内壁呈圆锥形,并且锥形顶尖3与工件顶紧套20同轴。主轴箱2可以通过滑槽与直线导轨39滑动配合,也可以通过滚轮与直线导轨39进行滚动配合。在对工件4进行深孔加工时,首先在工件4一端中心设置一定位孔,将锥形顶尖3装入此孔,并将工件4的另一端插入工件顶紧套20内,工件顶紧套20可以通过滚动配合的方式安装在中心架5上,也可通过滑动配合的方式安装在中心架上,只要其能旋转即可。此时驱动主轴箱2往中心架5方向运动,工件4会被夹持在锥形顶尖3与中心架5之间,即工件4与锥形顶尖3同轴,工件4与工件顶紧套20的也同轴,因此在操作过程中只需驱动主轴箱2压紧工件4到中心架5上即可完成定位定心,而无需再调整中心架5。在上述的夹持过程中,中心架5保持固定不动,无论工件4的长短,均可通过主轴箱2的轴向移动来适应中心架5的位置,此时工件4的加工端面在床体8上的位置为固定不变的,即工件4的长短不会影响到刀具6的初始加工定位,当所加工的工件4直径不同时,可以通过设置工件顶紧套20的内径,以此使得其加工端面在床体8上的位置不变,整个夹持过程为后续的加工定位提供了方便,可以有效的提高加工精度和效率。主轴箱2的轴向运动可以采用电机、液压缸、气缸等动力源驱动,也可以手动驱动后再固定定位,只要更保持足够的夹持力即可。
如图2所示,中心架5包括夹具座9、架体21,架体21安装在夹具座9上,架体21内侧装配有轴承11,旋转体17通过其外表面装配在轴承11上,旋转体17内壁与工件顶紧套20外壁相适配。与工件4安装到工件顶紧套20类似,工件顶紧套20也通过同样的方法安装到旋转体17上,旋转体17相对于架体21可以做旋转运动,即在主轴箱2的驱动下,工件4带动工件顶紧套20与旋转体17一起做旋转运动,由此可以方便的实现深孔加工,此种方式使得工件顶紧套20也便于安装定位,并且可以依据工件4的不同或者自身损坏而方便更换。
如图1、图2所示,中心架5的架体21前端设置有前盖板10,架体21的尾端设置有后盖板15,后盖板15中心位置设置有进刀孔19,架体21与后盖板15之间设置有空腔22,架体21在空腔22部分的壁上设置有出渣口23。前盖板10与后盖板15的设置加入使得中心架处于密封的状态,刀具6穿过进刀孔19对工件4进行加工,即工件4的加工过程在密封的空腔22中进行。在加工过程中,将产生大量的粉尘和飞溅物,会对操作者的健康和安全造成较大影响,通过设置前盖板10与后盖板15,将大部分粉尘和飞溅物阻挡在空腔22中,并在重力的作用下通过出渣口23排出。
如图2所示,旋转体17与架体21之间有一定的间隙,加工中产生的粉尘就会穿过这个间隙,进而影响轴承11,为解决以上问题,中心架5的旋转体17与架体21之间设置有密封圈16。
如图2所示,由于工件顶紧套20内壁呈圆锥形,工件4在安装定位后不会穿过工件顶紧套20,同理,工件顶紧套20也不会穿过旋转体17,因此加工中产生的粉尘和飞溅物会首先留着工件4未穿过的旋转体17部分,为更加方便排出粉尘与飞溅物,中心架5的旋转体17位于空腔22的部分设置有排渣孔18。此时产生的粉尘和飞溅物会随着旋转体17的旋转而从排渣孔18中排出。
如图1所示,在加工过程中,粉尘由于质量轻,容易悬浮在空腔22中,或者依附于壁上,为了解决以上问题,架体21在空腔22部分的壁上设置有喷嘴14。此时,通过喷嘴14向空腔22内喷水,从而不停的冲洗内部,使得粉尘和飞溅物快速通过排渣口23排出,并且还能产生一定的冷却效果。
如图3所示,进给系统7包括后缸35、前缸36、气源和电气控制系统,气源连接在三位五通34进气口上,前缸36通过前缸管路28与三位五通34反动作出气口相连,后缸35通过后缸管路32与三位五通34正动作出气口相连,并且前缸管路28上设置有前缸电磁阀27,后缸35另外设置有工进管路30与三位五通34反动作出气口相连,工进管路30上设置有工进电磁阀29、减压阀31和压力表33。在初始状体,三位五通34的正动作出气口、反动作出气口均保持连通状态,前缸电磁阀27也处于连通状体,此时后缸35和前缸36保持压力均衡,当需要进给时,前缸电磁阀27断开排气,此时的后缸35压力大于前缸36,从而实现进给。在需要低压低速进给时,三位五通34的正动作出气口断开,连通工进电磁阀29,此时后缸35连通三位五通34的反动作出气口,由于减压阀29作用,使得通过工进管路30进入后缸35的气体压力小,使得整个进给运动平稳,从而达到低压低速进给的要求,并且在工进管路30中安装有气压表33,可以随时控制气压,当需要切换高压高速进给时,则用相反的方法。在需要后退时,倘若处于高压高速进给时,则连通三位五通34的正动作排气孔,倘若处于低压低速进给时,则断开工进电磁阀29并连同三位五通34的正动作排气孔,打开前缸电磁阀27使得前缸36连通三位五通34的反动作出气口,此时前缸36压力大于后缸35,从而实现后退。在整个进给和后退的过程中,所有电磁阀均由电气控制系统控制,可以在任意位置实现上述动作。在工作状态时,倘若材料硬度大或者负荷增大,则气体会压缩,气压增大,从而减少进气量,进而减少进刀量,反之亦然。
在以上技术措施的基础上,如图3所示,所述的进给系统7还包括阻尼缸26,阻尼缸26前缸和后缸通过阻尼油管路38相连,阻尼油管路38上设置有节流阀25,并且阻尼缸26主轴与气缸主轴37连接固定。阻尼缸26包括缸体、阻尼油与连通前缸和后缸的管路,在阻尼缸26的主轴前进过程中,阻尼油通过阻尼油管路38从前缸流入后缸,由于节流阀25的存在,阻尼油会在节流阀25处受到阻碍,从而实现提供阻力的作用,同理,从后缸流入前缸也是如此。阻尼缸26主轴与进给气缸主轴37相互连接固定,即两主轴做相同运动,在上述实施方式中,阻尼缸26的加入将使得进给系统在传递运动时受到阻力,从而有效的对运动进行缓冲,使得运动更加平稳,而不会因为气体气压的波动造成运动的波动。
在实际的生产过程中,进给系统7通常要求缓进快退,为此,在以上技术措施的基础上,如图3所示,所述进给系统7的阻尼油管路38上还设置有与节流阀25并联的阻尼缸电磁阀24。在需要快速进给和快速后退时,连通阻尼缸电磁阀24,阻尼油就可以通过阻尼油管路38快速在阻尼缸26的前缸和后缸中传递,此时阻尼缸26只提供较小的阻力,从而实现快进或快退。当需要工作进给时,此时断开阻尼缸电磁阀24,阻尼油必须通过节流阀25从前缸进入后缸,从而产生较大的阻力,使得整个进给过程平稳、低压。
如图1所示,主轴箱2轴向位移由气缸1驱动,以此达到夹持工件4的目的。气缸1结构简单,经济适用,利于使用和安装,气缸1在过载时能自动保护,从而使得夹持更安全可靠。
Claims (9)
1.深孔加工设备,包括床体(8)、进给系统(7)、中心架(5)、刀具(6)和主轴箱(2),进给系统(7)、中心架(5)安装在床体(8)上,刀具(6)设置在进给系统(7)上,床体(8)上设置有直线导轨(39),主轴箱(2)安装在直线导轨(39)上并通过直线导轨(19)进行轴向位移,主轴箱(2)上设置有锥形顶尖(3),中心架(5)上设置有与中心架(5)动配合的工件顶紧套(20),工件顶紧套(20)内壁呈圆锥形,并且锥形顶尖(3)与工件顶紧套(20)同轴,其特征在于:所述中心架(5)的架体(21)前端设置有前盖板(10),架体(21)的尾端设置有后盖板(15),后盖板(15)中心位置设置有进刀孔(19),架体(21)与后盖板(15)之间设置有空腔(22),架体(21)在空腔(22)部分的壁上设置有出渣口(23)。
2.如权利要求1所述的深孔加工设备,其特征在于:所述中心架(5)包括夹具座(9)、架体(21),架体(21)安装在夹具座(9)上,架体(21)内侧装配有轴承(11),旋转体(17)通过其外表面装配在轴承(11)上,旋转体(17)内壁与工件顶紧套(20)外壁相适配,工件顶紧套(20)通过旋转体(17)与中心架(5)动配合。
3.如权利要求2所述的深孔加工设备,其特征在于:所述中心架(5)的旋转体(17)与架体(21)之间设置有密封圈(16)。
4.如权利要求2所述的深孔加工设备,其特征在于:所述中心架(5)的旋转体(17)位于空腔(22)的部分设置有排渣孔(18)。
5.如权利要求1所述的深孔加工设备,其特征在于:所述中心架(5)的架体(21)在空腔(22)部分的壁上设置有喷嘴(14)。
6.如权利要求1至5中任一权利要求所述的深孔加工设备,其特征在于:所述进给系统(7)包括后缸(35)、前缸(36)、气源和电气控制系统,气源连接在三位五通(34)进气口上,前缸(36)通过前缸管路(28)与三位五通(34)反动作出气口相连,后缸(35)通过后缸管路(32)与三位五通(34)正动作出气口相连,并且前缸管路(28)上设置有前缸电磁阀(27),后缸(35)另外设置有工进管路(30)与三位五通(34)反动作出气口相连,工进管路(30)上设置有工进电磁阀(29)、减压阀(31)和压力表(33)。
7.如权利要求6所述的深孔加工设备,其特征在于:所述进给系统(7)还包括阻尼缸(26),阻尼缸(26)前缸和后缸通过阻尼油管路(38)相连,阻尼油管路(38)上设置有节流阀(25),并且阻尼缸(26)主轴与气缸主轴(37)连接固定。
8.如权利要求7所述的深孔加工设备,其特征在于:所述进给系统(7)的阻尼油管路(38)上还设置有与节流阀(25)并联的阻尼缸电磁阀(24)。
9.如权利要求1至5中任一权利要求所述的深孔加工设备,其特征在于:所述主轴箱(2)轴向运动由气缸(1)驱动。
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