CN102036774A - 用于机加工大型曲轴的机械和方法 - Google Patents
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Abstract
用于机加工大型曲轴的机械和方法,所述机械允许所述曲轴(14)在所有点处的旋转简单且可靠的同步,其中所述机械具有机加工刀具(1),其配置成沿着至少一个引导器(2)在第一端部支承元件(3)与第二端部支承元件(4)之间运动,所述机械包括位于所述第一端部支承元件(3)的第一旋转轴(7)上的第一电子角度位置传感器(6),还包括位于所述第二端部支承元件(4)的第二旋转轴(9)上的第二电子角度位置传感器(8),使得在机加工曲轴(14)期间所述第一端部支承元件(3)的旋转运动与所述第二端部支承元件(4)的旋转运动在所有时刻都电子同步。
Description
技术领域
本发明可用于例如在造船领域中机加工大型曲轴的设备和机械装置领域。
背景技术
当前,用于机加工大型曲轴的机械包括在机加工时以曲轴的长度移位的机加工刀具。类似地,根据与车床相同的操作原理,机械包括通常称为头架和尾架的两个端部支承元件,其在端部处固定曲轴并且还施加根据曲轴的中心轴线定向的扭矩,从而向曲轴传输在其轴线上的旋转运动,该旋转运动允许机加工刀具借由平行于所述中心轴线或轴颈的运动来机加工曲轴的整个外表面。
在端部对应于曲轴被锚定到机械的端部支承元件的板上的区域时,用于机加工大型曲轴的该设备和机械允许将除了所述端部之外的整个曲轴进行机加工。通常而言,曲轴的所述端部在后续阶段使用该设备而不是曲轴机加工设备进行机加工,且基于该理由,曲轴在其机加工期间总是由端部支承元件来支撑。
采用这种类型的大型曲轴,在机加工曲轴销期间,由于曲轴销轴并未被包含在曲轴的中心轴线上而是被锚定到机械的端部支承元件上,因而在曲轴中产生大量的剪切应力,这是由于曲轴不是刚性片材,从而导致曲轴的过度扭曲,这在很多情形中阻止了实现合适的机加工公差,从而在曲轴中产生了阻碍例如用于实现低循环时间的最优条件下粗加工的机加工工艺的振动。
通过有助于解决前述的缺陷,用于机加工这类曲轴的机械包括中心或中间支承元件,通常称为带电机中心架,其允许曲轴类似于头架和尾架地支承在中心位置,并且施加根据曲轴的中心轴线定向的扭矩,从而向曲轴在其自身轴线上传递旋转运动。
为了机加工整个曲轴表面,所述中间支承元件必须能够改变位置,从而通过在各个支承元件之间移位来改变其锚定点并且允许机械来机加工中间支承元件所锚定的支承元件,从而机加工整个曲轴。
类似地,存在包括其它类型的中间支承元件的机械,该中间支承元件不将旋转传递给曲轴,藉此用于在曲轴的机加工期间避免由其自重或应力作用引起的对曲轴的过度扭曲,该应力在所述机加工操作期间产生。这些中心架允许以更大的精度来实施机加工,但是缺陷在于,中心架形成反作用,该反作用导致应用附加扭曲作用到曲轴上。记住该负面的副作用,尤其在过量扭曲的时刻,避免曲轴上的过量应力的确定因素在于,曲轴的旋转应当在其两端(即,头架和尾架)以及在中间中心架的区域内完好地同步。
通常,该机械包括:头架、尾架、在中间位置的带电机中心架,使得该三个支撑点固定曲轴并且将旋转运动传递给曲轴。根据该实施例,在这可以清楚地看出,由该三个元件中的每个传递的旋转运动可在曲轴中产生扭曲应力,当该三个元件未完好地同步时该扭曲应力可导致曲轴过度地扭曲。基于这个理由,为了在曲轴上实现正确的机加工,重要的是使得该三个元件的旋转同步。
当前,存在用于实现机加工曲轴的机械在其端部支承元件和带电机中心架处同步旋转运动的机构。所述同步机构包括位于头架和尾架之间的定位杆,其允许头架的旋转运动联接到尾架的旋转运动,为此目的,杆的长度等于机械的端部支承元件之间的距离。
继而,为了将定位杆连接到带电机中心架,存在离合器机构,其允许杆接合中心架用于传输运动,从而所述机构的旋转以及因而中心架的旋转、以及头架和尾架两者的旋转都与杆的旋转同步。在另一方面,当带电机中心架的位置已经变化时,由于该架在机加工工艺期间相对于曲轴未处于固定位置,离合器机构允许定位杆断开,如上所述。
由此,通过将带电机中心架结合到杆,中心架的旋转电机被内置到头架的旋转电机中,且因而结果与具有串联连接到一起的两个电机来旋转曲轴相同。如果杆具有串联的两个电机,一个位于头架中而另一个位于尾架中,当杆接合带电机中心架时,其效果相当于第三个电机串联。
该同步系统的主要缺陷在于,给定曲轴的大长度,难以完好地同步端部支承元件的旋转,从而在曲轴上产生过量的扭曲应力,此外由于是机械同步系统,机械过度复杂的制造和操作是十分不可靠的且可观地增加了其复杂性。类似地,这些同步机构基于下述事实具有严重的操作性缺点:杆必须可接合带电机中心架并可从带电机中心架断开,以便允许所述架沿着在不同的支持元件中的整个曲轴移动。
发明内容
本发明的第一方面涉及一种用于机加工大型曲轴的机械,且第二方面涉及一种借由该机械来机加工所述曲轴的方法,从而允许被机加工的曲轴的电子曲轴旋转同步系统优选在所述曲轴上的不同点处免除使用复杂机械元件(例如,定位杆)或具有齿轮和离合器的复杂机械系统的需要,以实现曲轴的端部支承元件的运动以及带电机中心架(如果有的话)的运动的完好同步。
本发明所提出的用于机加工大型曲轴的机械包括机加工刀具,其配置成沿着至少一个引导器在称为头架的第一端部支承元件与称为尾架的第二端部支承元件之间移动,其中所述端部支承元件配置成锚定曲轴的每个端部并且将旋转扭矩传递给曲轴的每个端部。
根据本发明,机械包括电子角度位置传感器,其位于第一端部支承元件的第一旋转轴上、优选地位于所述第一旋转轴的自由端上。
此外,机械具有第二电子角度位置传感器,其位于第二端部支承元件的第二旋转轴上、优选地位于第二旋转轴的自由端处,使得第一端部支承元件的旋转运动与第二端部支承元件的旋转运动同步;为此目的,电子机构例如通过使用机械的数字控制器可用于将来自于电子角度位置传感器的信号以及独立地作用在每个端部支承元件的驱动机构上的致动同步,从而允许曲轴旋转的电子同步。根据本发明的优选实施例,这些电子角度位置传感器可包括旋转驱动传感器。
为了实现同步,旋转运动传感器被直接放置在第一端部支承元件的轴上,且另一个直接放置在第二端部支承元件的轴上,使得可获取头架和尾架的轴的角度位置的直接测量,从而在所有时间都可知晓施加到附连在元件之间的曲轴上的这些元件的旋转的扭曲大小。
类似地,认为机械包括报警机构,当超过曲轴的旋转在其端部支承元件每处的同步中的具体差异时,该报警机构允许将其停用或者至少停止曲轴支承元件的驱动机构,从而帮助避免在部件上的过量应力。
本发明还可能包括至少一个中间支承元件或中心部件,其配置成在所述第一端部支承元件和所述第二端部支承元件之间移动。根据优选的实施例,机械包括中间支承元件,其包括带电机中心架,该带电机中心架配置成接收被机加工的曲轴的中间跨度的支承件并且向其传递旋转运动。
类似地,计划的是,至少一个带电机中心架包括中间电子角度位置传感器,其配置成例如通过机械的控制模块而允许所述带电机中心架的旋转运动与端部支承元件的运动同步。
根据本发明的优选实施例,端部支承元件和至少一个中间支承元件的每个均包括配置成独立地旋转的电机,使得每个支承元件包括借由在机加工期间曲轴的旋转轴的切向啮合来传输旋转的机构,所述传输机构优选地包括每支承元件的用于切向旋转齿轮传动的两个蜗轮,所述蜗轮配置成旋转冠形齿轮,从而将其旋转运动直接传递给每个曲轴支承元件。蜗轮被限定为在其外表面上具有螺旋形螺纹的任何轴。
为了能够在第一和第二端部支承元件的相应旋转轴上具有位置传感器,传输旋转系统切向齿轮啮合到轴上,使得轴的端部与位置传感器自由对齐。传输系统例如可以是双蜗杆和冠形齿轮传输系统。
存在这样的可能性,至少一个中心电子角度位置传感器放置在切向啮合旋转蜗轮上。
在带电机中心架或中心部件的情形中,其中由于曲轴所插入的部位是中空部件而不需要具有直接产生旋转的轴,在一个蜗轮中获得旋转位置的间接测量,该蜗轮装配到将旋转传输给曲轴的冠形齿轮中。
在另一方面,本发明的第二方面涉及一种通过使用用于机加工曲轴的机械来机加工大型曲轴的方法,该机械类似上述的机械。
因此,根据所公开的本发明,本发明所提出的用于机加工大型曲轴的机械和方法在目前所使用的机械和机加工方法中是先进的,且以令人满意的方式完全解决了上述说明的问题,这是通过允许在经历机加工的曲轴沿着所述曲轴在不同点处的旋转运动同步、免除需要使用复杂机械元件(例如,定位杆、齿轮和离合器)、实现支承元件端部的运动和带电机中心架的运动的完好同步来实现的。
机械允许将旋转测量系统集成到每个支承元件中,具有必要的精度来使得在不需要扭转曲轴的前提下同步相应于所述支承元件的头架的旋转。该集成可通过将两个旋转传感器放置在头架和尾架的轴上以及将旋转位置传感器放置在装配到带电机中心架中的蜗轮中来直接实现,从而允许机械的数字控制器以高精度(在每个头架中,大于2000个位置/转)知晓三个支承元件中每个的角度位置。所有这些都集成到当前数字控制器的位置同步环中,该控制器以曲轴将不扭转的总体保证允许电子同步。
与现有技术相比,本发明的技术优势在于以下方面:
免除了条形杆的整个机械系统及其接合到中心部件的系统,从而简化机械的结构并因此增加了其可靠性。
本发明允许带电机中心架在任何时间从曲轴释放以及在相同或不同的角度位置附连在不同点处,这是因为架的角度位置在所有时间都已知,与中心架是否电子同步或独立旋转无关。
另一个优势在于,取决于剪切应力的分布,根据每个电机的扭矩可独立地同步端部的位置,使得在靠近头架出现应力的情形中,更多的扭矩通过其电机传输,且继而中心架比尾架传输更少的扭矩,因为仅传输维持三个支撑元件在相同角度位置所需的扭矩。由此,在机加工靠近头架的情形中,接收大多数阻力的支承元件是头架的旋转电机。相反,在现有技术中,其中同步借由杆来执行,取决于所述杆的扭曲和位置以及应力,由于在应力所出现的每个位置中扭曲和刚度的不同而出现位置的错位。
本发明的一个优势在于,本发明允许直接获知三个支撑元件中的每个的角度位置,且因此允许包括可操作地联接到报警机构的位置检测系统,该报警机构配置成在位置错位超过在机械的控制模块中参数计量的特定水平时停用该机械,且甚至可取决于每个具体曲轴的公差而调节该特定水平。
附图说明
为了补充所作出的该说明以及得到对本发明特性的更充分理解,根据本发明的优选实践性实施例,一组附图结合作为所述说明书的整体部分,其中下述内容作为描述性而非限制性的方式示出:
图1示出了用于机加工大型曲轴的机械的优选实施例的示意性透视图,其中可观测到带电机的中心架以及几个操作员位于头架和尾架之间,从而给出了机械的尺寸的构想。
图2示出了机械的头架的透视细节,其中可观测到用于将旋转传输给所述头架的旋转轴的冠形齿轮的两个蜗轮。头架的外部元件示出为透明的,以便使得旋转传输机构更清楚可见。
图3以与图2相同的方式示出了机械尾架的透视细节。
图4与图2和3类似地示出了带电机中心架的透视细节,所述带电机中心架包括机械的所述优选实施例,其中一个传输旋转的机构中的一个蜗轮的端部附加有电子角度位置传感器,所述一个传输旋转的机构包括可被观测到的所述带电机中心架。
具体实施方式
参考附图,可以看出,在本发明的一个可能实施例中,由本发明提出的用于机加工大型曲轴的机械包括机加工刀具(1),其配置成沿着引导器(2)在称为头架的一个端部支承元件(3)与称为尾架的第二端部支承元件(4)之间移动,其中所述端部支承元件(3,4)配置成附连曲轴(14)的每一端并且将旋转扭矩传递给曲轴(14)的每一端。
机械包括位于第一端部支承元件(3)的第一旋转轴(7)上的第一电子角度位置传感器(6)以及位于第二端部支承元件(4)的第二旋转轴(9)上的第二电子角度位置传感器(8),使得所述第一端部支承元件(3)的旋转与第二端部支承元件(4)的旋转同步,藉此电子机构用于借由使用机械的控制模块将源自于电子角度位置传感器的信号以及独立地作用于每个端部支承元件(3,4)的驱动机构的作用同步。所述电子角度位置传感器包括旋转驱动传感器。
类似地,机械包括报警机构,当曲轴(14)旋转的同步性的具体差异在其端部支承元件的每个上被超出时,该报警机构允许停用该机械,从而帮助避免作用到所述曲轴上的过量应力。
此外,机械还具有中间支承元件(5),包括配置成接收被机加工的曲轴(14)的中间跨度的支承件以及将旋转运动传递给所述曲轴(14)的带电机中心架,其中所述中间支承元件(5)配置成在所述第一端部支承元件(3)和所述第二端部支承元件(4)之间移动。
带电机中心架具有中间电子角度位置传感器(10),其配置成允许所述带电机中心架的旋转运动经由机械的控制模块而与端部支承元件(3,4)的运动同步。
端部支承元件(3,4)和中间支承元件(5)的每个均包括配置成独立旋转的电机(11),从而每个支承元件(3,4,5)包括借由与被机加工的曲轴(14)的旋转轴切向啮合的传输旋转的机构,所述传输旋转的机构包括每支承元件(3,4,5)的两个切向啮合旋转蜗轮(12),其配置成旋转冠形齿轮(13),从而将其旋转直接传递给曲轴(14)的每个支承元件(3,4,5)。中间电子角度位置传感器(10)位于切向啮合旋转蜗轮(12)上。
根据该说明以及所附一组附图,本领域技术人员将能够理解的是,所公开的本发明实施例可以多种方式结合且被包括在本发明的目标内。本发明已经参考其一些优选的实施例进行描述,但是对于本领域技术人员来说将清楚的是,在不脱离本发明所要求保护的目标的前提下可引入在所述优选实施例内的多种型式。
Claims (8)
1.一种用于机加工大型曲轴的机械,所述机械允许所述曲轴(14)的旋转运动同步,所述机械包括机加工刀具(1),所述机加工刀具配置成沿着至少一个引导器(2)在第一端部支承元件(3)与第二端部支承元件(4)之间移动,其中所述端部支承元件(3,4)配置成锚定曲轴(14)的每个端部并且将旋转扭矩传递给曲轴(14)的每个端部,其特征在于,所述机械包括位于所述第一端部支承元件(3)的第一旋转轴(7)上的第一电子角度位置传感器(6),还包括位于所述第二端部支承元件(4)的第二旋转轴(9)上的第二电子角度位置传感器(8),使得所述第一端部支承元件(3)的旋转与所述第二端部支承元件(4)的旋转同步。
2.根据权利要求1所述的用于机加工大型曲轴的机械,其特征在于,所述机械包括至少一个中间支承元件(5),其配置成在所述第一端部支承元件(3)和所述第二端部支承元件(4)之间移动。
3.根据权利要求2所述的用于机加工大型曲轴的机械,其特征在于,所述至少一个中间支承元件(5)包括带电机中心架,其配置成在机加工时接收曲轴(14)的支承件以及将旋转运动传递给所述曲轴(14)。
4.根据权利要求3所述的用于机加工大型曲轴的机械,其特征在于,所述至少一个带电机中心架包括中间电子角度位置传感器(10),其配置成允许所述带电机中心架的旋转运动与端部支承元件(3,4)的运动同步。
5.根据权利要求3或4所述的用于机加工大型曲轴的机械,其特征在于,端部支承元件(3,4)和所述至少一个中间支承元件(5)分别包括配置成独立地旋转的电机(11),还包括通过与被机加工的曲轴(14)的旋转轴切向啮合而传输旋转的机构。
6.根据权利要求5所述的用于机加工大型曲轴的机械,其特征在于,传输旋转的机构包括用于每个支承元件(3,4,5)的两个切向啮合旋转蜗轮(12),所述蜗轮配置成旋转冠形齿轮(13)。
7.根据权利要求6所述的用于机加工大型曲轴的机械,其特征在于,至少一个中间电子角度位置传感器(10)位于切向啮合旋转蜗轮(12)上。
8.一种机加工大型曲轴的方法,其特征在于,所述方法包括使用根据前述权利要求中任一项所述的用于机加工曲轴的机械。
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