CN102335821A - 激光自水平大圆盘精加工机床 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种激光自水平大圆盘精加工机床，采用数控台进行机、电、液控制，通过中心调节架设置在大圆盘工件的中心，并通过中心基准点调节机构确保机床与工件的同心与锁紧，回转中心架与中心调节架紧固联接；机架一端联接在回转中心架，在机架另一端设置有加工动力头与左右两组行走轮组件，通过激光检测机构的反馈值控制行走轮升降装置实现实时高度控制。本发明具有大的加工范围与良好的适用性，可以满足各种大小、多种规格的圆盘类或筒体等大圆盘工件的加工要求。本发明把激光检测、数字式交流伺服系统、及精密机械技术汇聚在一起，具有高可靠性、高精度、操作方便、工艺适应性强、生产效率高、性价比高的特点。

Description

激光自水平大圆盘精加工机床

技术领域

本发明涉及机床设备领域，尤其是一种为加工大圆盘转盘及筒体类零件的轨道安装面及销孔的专用机床。

背景技术

在海洋、石油、重型机械等工程领域，有一些大圆盘的转盘及筒体类零件外周或外缘的轨道安装面、轴孔、销孔等特征需要加工，并有平面度、同心度等精度要求需要保证，这些零件的直径可达30～60米，因而无法采用小转盘加工常用的转盘铣或立式摇臂车床完成，而且加工精度难以得到保证。

发明内容

本申请人针对上述现有机床设备无法高精度加工大圆盘转盘及筒体等缺点，提供一种具有高可靠性、高精度、操作方便、工艺适应性强、生产效率高、性价比高的激光自水平大圆盘精加工机床，从而可以克服现有设备的不足，提高工件的表面粗糙度，降低了工件的定位误差，满足装配精度要求。

本发明所采用的技术方案如下：

一种激光自水平大圆盘精加工机床，采用数控台进行机、电、液控制，通过中心调节架设置在大圆盘工件的中心，并通过中心基准点调节机构确保机床与工件的同心与锁紧，回转中心架与中心调节架紧固联接；机架一端联接在回转中心架，在机架另一端设置有加工动力头与左右两组行走轮组件，通过激光检测机构的反馈值控制行走轮升降装置实现实时高度控制。

其进一步特征在于：所述激光检测机构包括设置在回转中心的旋转激光源与设置在机架外侧端的两个激光靶，位于加工动力头的两侧，在激光源与激光靶之间设置有两支呈V字型排布的保护管，保护管的中心轴位于以激光源为圆心向外发射至激光靶的经线上。

所述中心调节架为由中心座向四周发散的支腿组成的十字刚性体结构；检测座设置于中心座底部中心，定位块安装在十字刚性体的外侧底部，长调整螺栓通过螺母固定在定位块上；在十字刚性体的外缘固定有调整座，短调整螺栓通过螺母固定在调整座上；在短调整螺栓与长调整螺栓的球头处设置有压脚板。

回转平台通过推力调心滚子轴承枢接在中心座上，回转平台通过连接件与横梁压紧板对机架横梁进行固定。

机架通过多段横梁对接而成，并成左右对称布置，左右横梁之间采用横梁固定板连接；机架横梁上下端面与左右端面均设置有多组螺栓孔，在机架上设置有工作支架。

所述行走轮组件设置有两组，布置安装在机架外侧端两侧，所述行走轮组件通过交流变频电机驱动行走轮，进而驱动整机回转；所述行走轮升降装置驱动的伺服电机与拉杆液压缸安装在机架上，伺服电机通过联轴器与丝杠连接，托板上固定的丝母与丝杠相配合；拉杆液压缸的拉杆与托板连接，在托板下部通过行走轮架固定有行走轮。

所述加工动力头包括第一铣削动力头、第二铣削动力头与镗削动力头。

铣削动力头安装在机架的工作支架上，由铣削动力头机架、拖板、主轴、刀盘锁紧机构与刀盘升降调节机构组成，铣削动力头机架安装有直线导轨与拖板上的滑块配合联接，主轴回转装置的驱动电机为液压马达。

镗削动力头安装在机架的工作支架上，由镗削动力头机架、拖板、主轴与镗杆位置调节机架组成，镗削动力头机架上安装有直线导轨与拖板上的滑块配合联接，主轴回转装置的驱动电机为液压马达，主轴升降装置的驱动为直流减速电机。

本发明的有益效果如下：

  本发明系统控制的主要原理通过旋转激光源与激光靶形成一个基准平面，支撑行走轮与液压油缸组成支撑系统，油缸的控制由激光靶的高度差实现。本发明具有大的加工范围与良好的适用性，通过灵活调节机架的长度与高度，以及灵活更换各种加工动力头，可以满足各种大小、多种规格的圆盘类或筒体等大圆盘工件的加工要求。本发明把激光检测、数字式交流伺服系统、及精密机械技术汇聚在一起，组成具有高可靠性、高精度、操作方便、工艺适应性强、生产效率高、性价比高的特点。

附图说明

图1为本发明的主视图，图中点划线所示的工件不是本发明的部件。

图2为图1中俯视图，图中点划线所示的工件不是本发明的部件。

图3为本发明的俯视图。

图4为图1中A-A局部剖视图。

图5为本发明的中心调节架的主视图。

图6为图5的俯视图。

图7为图6中B部放大图。

图8为本发明的回转中心架的主视图。

图9为本发明的机架的主视图。

图10为本发明的激光检测装置的主视图。

图11为图10的俯视图。

图12为本发明的行走轮升降装置的主视图。

具体实施方式

下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。

如图1、图2所示，本发明由第一铣削动力头1、第二铣削动力头2、镗削动力头3、机架4、中心调节架5、激光检测装置6、回转中心架7、行走轮组件11、液压系统9、电气操作系统10等组成，并且通过电气操作系统与液压系统进行集中的电气和液压控制。

如图1至图4所示，本发明的激光自水平大圆盘精加工机床通过中心调节架5设置在大圆盘工件8的中心，并通过中心基准点调节机构确保机床与工件的同心度并实现锁紧，回转中心架7通过高强度螺栓与中心调节架5紧固联接。机架4一端通过长螺栓、高强度螺母联接在回转中心架5，在机架4另一端设置有加工动力头，加工动力头包括第一铣削动力头1、第二铣削动力头2与镗削动力头3。在机架4上还安装有激光检测机构6、行走轮组件11、液压系统9与电气操作系统10。

如图5至图7所示，本发明的中心调节架5通过中心基准点调节机构进行原点的定位，支腿501通过高强度螺栓与中心座511联接，连接架502通过高强度螺栓与支腿501联接，并起到加强支腿501之间刚性的作用，组成了由中心座511向四周发散的十字刚性体结构；检测座504通过轴承和隔圈503安装在法兰505内，设置于中心座511底部中心，在十字刚性体的外侧底部，通过高强度螺栓将定位块506安装在支腿501上，起到调节与大转盘中心重合的作用；长固定螺母508、短固定螺母510紧固在定位块506上，长调整螺栓512与长固定螺母508、短固定螺母510联接。在十字刚性体的外缘，通过高强度螺栓固定有调整座509，起到调节中心调节架位置与大转盘工件中心位置处于水平的作用。长固定螺母508与短固定螺母510紧固在调整座509上，短调整螺栓507与长固定螺母508、短固定螺母510联接。短调整螺栓507与长调整螺栓512球头处设置有压脚板514，压脚板514与压脚盖513通过螺钉压合在球头上，如图7所示，压脚板514表面设置有淬火过的网纹面，起到增大摩擦力的作用。

回转中心调节架采用十字刚性体来支承回转轴心，通过回转中心架十字架端头的调节机构来调整回转中心与大转盘工件中心的位置。先调节短调整螺栓507使回转中心架的中心位置与大转盘的中心处于平行，后调节长调整螺栓512使回转中心架的中心位置与大转盘工件的中心重合，最后锁紧短调整螺栓507与长调整螺栓512，使回转中心架能与大转盘工件表面产生锁紧力，使铣削动力头或镗削动力头在加工大转盘工件表面时，大转盘工件不易产生振动。

如图8所示，本发明所述的回转中心架7的回转平台703和回转底座707通过推力调心滚子轴承706连接在一起，在回转平台703的下端面和回转底座707的上端面设置有端盖和密封环705，起到防尘的作用。在回转平台703的上端面和横梁压紧板701上都设置有螺栓孔，通过长螺栓702完成对机架4的横梁的固定。本发明采用推力调心滚子轴承作为主要的回转部件，一来用此轴承可以承载较大的轴向力，可以满足使用中的需求，二来也可以承受一定的径向力，第三是其具有一定的调心作用，可以对机床的中心位置作一定的微调。

如图9所示，本发明所述的机架4的各段横梁401之间通过上下端面和左右端面的螺栓孔进行相互连接并固定，并通过辅助支撑403等加强连接的稳定性和强度，左右横梁401之间通过横梁固定板402连接固定。镗孔锁紧支架404和行走轮辅助机架405也通过螺栓孔和辅助支撑连接固定在左侧机架底部，其在机架上的位置可以根据工件的具体大小调整。在机架右侧竖直横梁的底部连接有工作平台406，供工人手工调整时使用。本发明所述的机架采用分段连接的结构，在连接部采用例如螺钉、辅助支撑等将每段横梁连接而成，这种结构不仅方便加工制造和运输，而且安装时可以根据实际加工的需要，灵活搭建成出各种长度和高度的机架。

如图10、图11所示，本发明的激光检测装置6包括安装在中心调节架5中心轴位置的旋转平面激光源601，激光源护罩设置在旋转平面激光源601外周，对其进行有效的防护，使旋转平面激光源601不受外部的污染和破坏。在机架4的外侧端通过支架底座、接收靶支架安装两个激光靶602，接收靶护罩把激光靶602罩住，有效的使激光靶602防尘防水；在激光源601与激光靶602之间设置有两支呈V字型排布的保护管603，保护管603由接套把一段一段的管材联接起来，并通过管夹与保护管支架安装在机架4上，工作时激光靶602通过保护管603接收旋转平面激光源601发射出的光源，保护管603使旋转平面激光源601发射的光源不受外界的干扰。

本发明采用外自水平结构原理，工作时将回转中心轴的平面激光源601调整到水平状态，启动后激光射线高速旋转，形成一水平的基准面，安装在机架4外侧端的激光靶602，实时接收信号、反馈数据，通过控制器控制伺服电机来保证铣刀面的水平。自水平检测机构使用两套激光检测装置，回转中心和机架两侧的两组行走轮，三点形成一个面，以这个水平面为基准加工大转盘工件。在行走中会有高度差形成波浪形，激光检测装置将检测的数据反馈到控制系统，控制行走轮升降装置的伺服电机升降，补偿高度误差，保证基准面在整个加工过程中始终保持水平。

如图12所示，本发明的行走轮组件11的升降装置的伺服电机801和拉杆液压缸806安装在机架4上，伺服电机801通过联轴器802带动的丝杠805-1运动，拉杆液压缸806的拉杆通过油缸耳环807连接固定在托板810上的连接架809，滚珠丝杆副的丝母805-2也固定在托板810上，在直线导轨副808的导向作用下，伺服电机801和拉杆液压缸806共同带动托板810作升降运动。行走轮812安装在行走轮架811上，轮架811通过一些调整机构及其连接架固定在托板810上，这样托板运动的同时也带动行走轮作升降运动。在实际工作时，主要由伺服电机801驱动滚珠丝杠副的丝杠805-1，驱动丝母805-2与托板810、轮架811、行走轮812作升降运动，利用伺服电机传动精密性的特点，使其得到准确的位移；而拉杆液压缸806做从动动作，利用液压传动动力大的特点，平衡行走轮812的受力，由于采用了拉杆液压缸可以承重很大的负荷，避免了直接受力在丝杠与丝母上产生的剪切破坏力，从而可以完成平稳精密的行走行走轮升降的调节目的。

本发明的铣削动力头采用液压马达驱动，铣削动力头的滑台在铣削头机架上有一段滑动行程，采用滚柱直线导轨导向支承，铣削动力头还设置铣刀盘调节高度结构与铣刀盘锁紧机构。镗削动力头上采用液压马达驱动，镗削动力头的滑台在座架上有一段滑动行程，采用滚柱直线导轨导向支承。铣削头机架为一刚性体，在机架上可以根据需要的位置手动调节到位。镗削动力头机架两侧有两套锁紧机构，在镗加工时处于锁紧状态，保证镗孔精度。本发明采用外围驱动，机床的机架两侧布置两组行走轮组件，每组行走轮都采用交流变频电机驱动，经行星齿轮减速箱减速后驱动行走轮，从而驱动整机回转；对于不同的回转半径，可以调整驱动电机的频率，保证铣削时相同的线速度。

本发明的工作原理及工作过程如下：

    当激光自水平大圆盘精加工机床安装完毕后，首先要调整第一铣削动力头1、第二铣削动力头2的水平，而铣削头机构安装在机架4上，激光检测机构6固定在机架4上，机架4由两个行走轮组件11支撑，行走轮组件11通过螺栓与机架4连接。通过手动方式调整第二铣削动力头2两边行走轮升降装置的高度，即可调整机架4的水平度，而机架4的水平决定了铣削动力头2的水平。

打开电源，启动液压泵；控制系统处于人工操作状态；将两个高精度数字水平仪分别沿切向和径向放置；分别用手动按钮调整两个行走轮升降装置的高度，反复调整，直到两个水平仪的读数为零(或在允许的误差范围以内)；将此时两个激光靶上的读数写入接口卡的EEPROM中，此数值就是高度值的基准值；只要机架4没有重新调整，激光靶没有移动，此基准值就可以一直使用，当机器开始加工工件时， 激光靶的实测数值与此基准作比较，从而进行实时控制；检查铣刀盘和镗杆位置，确保空行走时刀盘或镗杆不会碰到工件及其它物体；确定激光检测机构6在手动状态，启动行走轮组件11行走一圈，根据检测反馈数据，在工件上记录检测的数据，按照每个波浪的波峰和波谷，计算出极值，确定每次的吃刀深度；设备回到初始位置后，将激光检测机构6调整到自动状态。

启动第二铣削动力头2的液压马达，检查铣刀盘的旋转方向是否准确；根据检测的数据，将设备行走到最高点的位置，手动将铣刀盘慢慢往下调整，当铣刀盘碰到工件后，视这个点为零点；根据需要铣削的位置，将第二铣削动力头2移动拖板手动移动到需要的位置，并用螺杆锁紧机构将拖板与导轨锁紧；按照确定的进刀深度，手动进给（参照刻度标尺）铣刀盘到需要的位置，启动自动行走驱动开始铣削；铣削一圈完成后，行走轮组件11行走暂停，松开锁紧机构，将铣刀盘移过一定位置，锁紧移动拖板和导轨；启动行走行走轮组件11，继续铣削。待铣削到需要的宽度后，继续往下进给铣削，直至铣到需要的深度。

当正面铣削完成后，可以将激光检测机构6关闭，以上表面为基准，用第一铣削动力头1铣削反面，步骤与正面铣削相似，至铣削到需要的尺寸。

铣削完成后，在镗削动力头3上安装划线支架，确定好分度圆直径后，利用划线工具开始划线；根据所需孔的分度尺寸人工划线分度打样冲，确定镗孔的中心位置，并划出所须尺寸的圆形，并在外圆上打上四等分的样冲。划线、打样冲的工序完成后，必须由专人检查，保证其正确；通过火焰切割或钻孔加工，进行预加工孔工序，留单边10mm的加工余量；将镗削动力头3的主轴移动到需要镗孔的位置，锁紧移动拖板和导轨、镗削动力头3两侧的锁紧机构与工件锁紧；在镗削动力头3主轴的莫氏锥孔内安装镗杆，通过试切削来确定镗孔的中心位置，检测有偏移后，松开锁紧机构，并调整位置，调整后锁紧锁紧机构，继续镗削加工。镗孔中心确定后，镗削至所需的加工尺寸。考虑到镗杆悬伸比较大，在确定镗孔中心后，可在尾端加装辅助支撑，以保证加工精度。

本发明采用交流变频电机驱动、伺服电机与液压的现有技术对传动部件进行控制，可以灵活准确的实现定位与加工，自动化程度高，操作方便、工艺适应性强、具有广泛的适用范围。

本发明根据实际加工要求设置了铣削动力头与镗削动力头，当然，对于大圆盘或圆筒件的实际加工要求，也可以设置其他动力头进行其他加工。

以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在不违背本发明的精神的情况下，本发明可以作任何形式的修改。 

Claims (9)

1.一种激光自水平大圆盘精加工机床，采用数控台进行机、电、液控制，其特征在于：通过中心调节架设置在大圆盘工件的中心，并通过中心基准点调节机构确保机床与工件的同心与锁紧，回转中心架与中心调节架紧固联接；机架一端联接在回转中心架，在机架另一端设置有加工动力头与左右两组行走轮组件，通过激光检测机构的反馈值控制行走轮升降装置实现实时高度控制。

2.按照权利要求1所述的激光自水平大圆盘精加工机床，其特征在于：所述激光检测机构包括设置在回转中心的旋转激光源与设置在机架外侧端的两个激光靶，位于加工动力头的两侧，在激光源与激光靶之间设置有两支呈V字型排布的保护管，保护管的中心轴位于以激光源为圆心向外发射至激光靶的经线上。

3.按照权利要求1所述的激光自水平大圆盘精加工机床，其特征在于：所述中心调节架为由中心座向四周发散的支腿组成的十字刚性体结构；检测座设置于中心座底部中心，定位块安装在十字刚性体的外侧底部，长调整螺栓通过螺母固定在定位块上；在十字刚性体的外缘固定有调整座，短调整螺栓通过螺母固定在调整座上；在短调整螺栓与长调整螺栓的球头处设置有压脚板。

4.按照权利要求1所述的激光自水平大圆盘精加工机床，其特征在于：回转平台通过推力调心滚子轴承枢接在中心座上，回转平台通过连接件与横梁压紧板对机架横梁进行固定。

5.按照权利要求1所述的激光自水平大圆盘精加工机床，其特征在于：机架通过多段横梁对接而成，并成左右对称布置，左右横梁之间采用横梁固定板连接；机架横梁上下端面与左右端面均设置有多组螺栓孔，在机架上设置有工作支架。

6.按照权利要求1所述的激光自水平大圆盘精加工机床，其特征在于：所述行走轮组件设置有两组，布置安装在机架外侧端两侧，所述行走轮组件通过交流变频电机驱动行走轮，进而驱动整机回转；所述行走轮升降装置驱动的伺服电机与拉杆液压缸安装在机架上，伺服电机通过联轴器与丝杠连接，托板上固定的丝母与丝杠相配合；拉杆液压缸的拉杆与托板连接，在托板下部通过行走轮架固定有行走轮。

7.按照权利要求1所述的激光自水平大圆盘精加工机床，其特征在于：所述加工动力头包括第一铣削动力头、第二铣削动力头与镗削动力头。

8.按照权利要求7所述的激光自水平大圆盘精加工机床，其特征在于：铣削动力头安装在机架的工作支架上，由铣削动力头机架、拖板、主轴、刀盘锁紧机构与刀盘升降调节机构组成，铣削动力头机架安装有直线导轨与拖板上的滑块配合联接，主轴回转装置的驱动电机为液压马达。

9.按照权利要求7所述的激光自水平大圆盘精加工机床，其特征在于：镗削动力头安装在机架的工作支架上，由镗削动力头机架、拖板、主轴与镗杆位置调节机架组成，镗削动力头机架上安装有直线导轨与拖板上的滑块配合联接，主轴回转装置的驱动电机为液压马达，主轴升降装置的驱动为直流减速电机。

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