CN102632250B - 自动不停机装夹工件的深孔抬刀车床 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动不停机装夹工件的深孔抬刀车床，包括机架、刀具进给机构和主轴机构；刀具进给机构包括活动座、刀杆和第一驱动机构；主轴机构包括主轴转子、夹具、外套、主轴电机、第二驱动机构、驱动缸、抬刀轴、抬刀套，抬刀轴前伸至主轴转子的主轴孔中，抬刀轴的前端设有容刀孔，抬刀套套在抬刀轴的前端上，并设有与刀杆直径配合的抬刀孔，藉此，本发明的车床在工作时配合活动座和抬刀套对刀杆两端进行双重支撑，大大提高了刀杆的刚度，可大幅提高刀具每次的切削量，进而提高对工件的加工效率，且工件的送料、出料、夹紧、松开都是在主轴转子和夹具高速运转的同时进行的，没有主轴转子启动停止等过程，总效率极高。

Description

自动不停机装夹工件的深孔抬刀车床

技术领域

本发明涉及车床领域技术，尤其是指一种自动不停机装夹工件的深孔抬刀车床，其可自动进出料并自动夹紧和松开工件，刀具受到两端支撑，可加工有深孔的工件。

背景技术

对多种材料的回转体的高效深孔加工，一直是基础工业中的难题，其原因在于：通常所谓深孔是指长度与直径的比在2～3倍以上，导致刀具进入孔中直径受限，必须比被加工工件的孔更小，还要考虑刀具进给的高度以及安全退刀的高度，其刀具直径就更小。因为一般具有一定强度及韧性的可用于制造刀具的材料，其刚度的决定参数为它的有效直径的横截面积，而与它的组织结构以及热处理状态相关度不高。因此，当直径受限的时候，加上刀具深入孔中为悬臂梁结构，刀尖受力时不可避免地使刀杆弯曲，导致刀具震动，精度严重下降，以上因素都会导致刀具只能用极小的切削量对工件反复切削，从而使得对工件加工效率极低。

在镗床、铣床等加工机床上，都出现过刀具两端支撑的结构，取得良好效果，但是车床结构上从未过有效的刀具两端支撑的方案，其原因在于车床工件需要旋转，通常是刀具完成进给动作，当两端支撑时，同步进给是一个困难，加上旋转机构使车床主轴通常较长，支撑机构也难以安装，再者要实现自动装夹工件，车床主轴的夹具以及主轴的旋转驱动机构也需要占用主轴周边或后方的空间，因此车床的两端刀具支撑机构一直难以实现。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的旨在于提供一种自动不停机装夹工件的深孔抬刀车床，其能有效解决现有之车床刀具不能获得两端支撑导致对工件内孔加工效率低的问题。

为实现上述目的本发明采用如下技术方案：

一种自动不停机装夹工件的深孔抬刀车床，包括机架，设置于机架上彼此配合对工件进行加工的刀具进给机构、主轴机构，其中，

所述刀具进给机构包括活动座、设置于活动座上的刀杆、带动活动座沿刀杆轴向运动的第一驱动机构，该刀杆上设置有刀具，针对该刀具于活动座上设置有用于保护刀具及对工件后端进行轴向定位的活动板，该活动板位于刀杆外围并可沿刀杆轴向运动；

所述主轴机构包括主轴转子、设置于主轴转子上随其同步转动的夹具、套在主轴转子上的外套、用于驱动主轴转子转动的主轴电机、用于驱动外套带动主轴转子径向上下运动的第二驱动机构、用于驱动夹具径向夹紧或松开工件的驱动缸、抬刀轴、抬刀套，该主轴转子与夹具分别具有可供刀杆带着工件进出的主轴孔与中心空间，该抬刀轴前伸至主轴转子的主轴孔中，抬刀轴的前端设置有供刀杆前端插入的容刀孔，容刀孔沿抬刀轴的长度方向延伸，抬刀套套接在抬刀轴的前端上，该抬刀套具有与刀杆直径相配合的抬刀孔以及用于对工件前端进行轴向定位的前端面，该抬刀孔设置有可供刀具通过的缺口，抬刀孔向后与抬刀轴的容刀孔连通，抬刀孔向前与主轴孔、中心空间连通。

作为一种优选方案，所述主轴机构进一步包括安装于机架上的主轴箱体，该主轴箱体的前部设置有上下方向的轨道，轨道上安装有主轴体基座，所述外套固定在主轴体基座上并可在第二驱动机构的驱动下随主轴体基座沿轨道上下运动。

作为一种优选方案，所述主轴箱体的中部具有一安装孔，所述驱动缸安装于该安装孔中，驱动缸具有将驱动力传递给所述夹具的空心活塞，该空心活塞内设置有一个或多个直线轴承，所述抬刀轴穿过驱动缸的空心活塞前伸至主轴转子的主轴孔中，直线轴承套接在抬刀轴上。

作为一种优选方案，所述主轴箱体的后端固定连接有一固定套，所述抬刀轴固定在该固定套中，该固定套设置有一个或多个用于支撑抬刀轴的支撑套。

作为一种优选方案，所述主轴转子上套接有一齿形轮，该齿形轮通过相配合的齿形链条与主轴电机连接，主轴转子内设置有一止转轴承，该止转轴承的内圈连接有一前卡套，所述驱动缸的空心活塞头部设置有对应的后卡套，前卡套与后卡套相卡接。

作为一种优选方案，所述前卡套上进一步设置有用于防止其向后卡套传递转动力的止转套与止转套锁圈。

作为一种优选方案，所述夹具位于主轴转子的前端，该夹具具有多个自定心卡爪，该些卡爪围合形成所述的中心空间。

作为一种优选方案，所述抬刀轴上设置有供高压流体流经以将被切除材料吹出同时冷却刀具的吹料孔，对应的，所述机架于主轴机构外设置有用于承接所吹出的被切除材料的集料槽，该吹料孔由抬刀轴的后端延伸至前端与主轴转子的主轴孔、夹具的中心空间连通。

作为一种优选方案，所述活动座上设置有刀具基座、拉刀套、拉刀杆与拉刀缸，所述刀杆穿过刀具基座与拉刀套可拆卸地连接，拉刀杆的一端与拉刀套连接，另一端与拉刀缸连接，由拉刀缸通过拉刀杆向拉刀套施加拉紧刀杆的拉紧力和推出刀杆的拆卸力。

作为一种优选方案，所述活动座上设置有一用于驱动活动板沿刀杆轴向移动的定位缸，该定位缸通过一调节杆与活动板连接。

本发明所阐述的一种自动不停机装夹工件的深孔抬刀车床，其有益效果在于：

1、通过设置套在抬刀轴上的抬刀套，工作时利用抬刀套的抬刀孔对刀杆前端进行支撑，配合活动座对刀杆后端的支撑，刀杆在被双重支撑下大大提高了刚度，可极大地提高刀具每次的切削量，继而提高对工件的加工效率；并且，工件的送料、出料、夹紧、松开都是在主轴转子和夹具保持高速运行的同时进行的，没有主轴转子的启动、停止等过程，总效率非常高；另外，本发明成本低、能耗低、容易制造、工件加工质量稳定。

2、通过于抬刀轴上设置可供高压流体流经的吹料孔，该吹料孔连通主轴转子的主轴孔和夹具的中心空间，结构简单紧凑，一方面，便于利用高压流体将被切除材料吹出，防止被切除材料影响刀具对工件加工，保证加工质量，另一方面，高压流体可对刀具起到冷却作用，利于延长刀具的使用寿命。 

附图说明

图1是本发明实施例的组装立体示图；

图2是本发明实施例的俯视图；

图3是本发明实施例的正视图；

图4是本发明实施例中主轴机构的主要部件的结构示图；

图5是图4中A-A位置处的截面图。

其中：

10、机架；11、滑轨；101、工件；12、集料槽；

20、刀具进给机构；21、活动座；22、刀杆；23、第一驱动机构；231、传动丝杆；24、活动板；25、定位缸；26、调节杆；27、刀具基座；28、拉刀套；29、拉刀杆；210、拉刀缸； 

30、主轴机构；301、主轴轴承；31、主轴转子；311、齿形轮；312、止转轴承；313、前卡套；314、止转套；315、止转套锁圈；32、夹具；321、卡爪；33、外套；34、第二驱动机构；35、驱动缸；351、空心活塞；352、密封组件；353、直线轴承；354、后卡套；36、抬刀轴；361、容刀孔；362、吹料孔；37、抬刀套；371、抬刀孔；38、主轴箱体；381、主轴体基座；382、滑块；383、轨道；384、安装孔；39、固定套；391、支撑套；

40、控制面板。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施例来对本发明作进一步描述。

请参照图1至图5所示，其显示出了本发明较佳实施例的具体结构，一种自动不停机装夹工件的深孔抬刀车床，包括机架10，设置于机架10上彼此配合对工件101进行加工的刀具进给机构20、主轴机构30，其中：

所述机架10上横向设置有滑轨11。所述刀具进给机构20包括活动座21、设置于活动座21上可随活动座21同步移动的刀杆22、带动活动座21沿刀杆22轴向运动的第一驱动机构23，该活动座21设置于机架10的滑轨11上，刀杆22的轴向与滑轨11的长度方向平行，第一驱动机构23通过一传动丝杆231与活动座21连接，工作时活动座21可在传动丝杆231的传动下在滑轨11上沿刀杆22轴向来回运动；刀杆22上设置有可拆换的刀具（图中未示），需要时可对刀杆22上的刀具进行更换，针对该刀具于活动座21上设置有用于保护刀具及对工件101后端进行轴向定位的活动板24，该活动板24位于刀杆22外围并可沿刀杆22轴向运动，利用活动板24抵压工件101的后端面而对工件101的后端进行轴向定位，通过调节活动板24的运动终点可使刀杆22适应不同长度的工件101，当活动板24位于刀杆22上的刀具的前方时，刀具被活动板24保护，套在刀杆22上的工件101将由于活动板24的阻隔而不能伤害到刀具，为了实现对活动板24的运动控制，所述活动座21上设置有一用于驱动活动板24沿刀杆22轴向移动的定位缸25，该定位缸25通过一调节杆26与活动板24连接，由该定位缸25通过调节杆26带动活动板24前进或后退；以及，为了实现刀杆22的锁紧与更换，所述活动座21上还设置有刀具基座27、拉刀套28、拉刀杆29与拉刀缸210，所述刀杆22穿过刀具基座27与拉刀套28可拆卸地连接，拉刀杆29的一端与拉刀套28连接，另一端与拉刀缸210连接，由拉刀缸210通过拉刀杆29向拉刀套28施加拉紧刀杆22的拉紧力和推出刀杆22的拆卸力。

所述主轴机构30包括主轴转子31、设置于主轴转子31上随其同步转动的夹具32、通过主轴轴承301套在主轴转子31上的外套33、用于驱动主轴转子31转动的主轴电机（未标出）、用于驱动外套33带动主轴转子31径向上下运动的第二驱动机构34、用于驱动夹具32径向夹紧或松开工件101的驱动缸35、抬刀轴36、抬刀套37；该主轴转子31与夹具32分别具有可供刀杆22带着工件101进出且相互连通的主轴孔（未标出）与中心空间（未标出），主轴转子31上套接有一齿形轮311，该齿形轮311通过相配合的齿形链条（未标出）与主轴电机连接，由于主轴转子31需径向上下运动，齿形链条与齿形轮311的配合可使主轴电机在保持不动的情况下，允许齿形轮311具有一定幅度的移动；该夹具32为斜楔式卡爪夹具，其位于主轴转子31的前端并具有多个自定心卡爪321，该些卡爪321围合形成所述的中心空间，工作时在驱动缸35的驱动下卡爪321向中心空间移动而牢牢地将工件101夹紧，其可对不同直径的圆形工件101定心装夹，从而带动工件101随主轴转子31转动；驱动缸35可为液压式驱动缸或气压式驱动缸，当需强力夹紧时，优先采用液压介质，当需要高速夹放轻型工件101时，则采用气动；该抬刀轴36前伸至主轴转子31的主轴孔中，抬刀轴36的的前端设置有供刀杆22前端插入而使刀杆22前端形成支撑的容刀孔361，容刀孔361沿抬刀轴36的长度方向延伸，抬刀轴36还设置有供高压流体流经以将被切除材料吹出同时冷却刀具的吹料孔362，对应的，所述机架10于主轴机构30外设置有用于承接所吹出的被切除材料的集料槽12，该吹料孔362由抬刀轴36的后端延伸至前端而与主轴转子31的主轴孔、夹具32的中心空间连通，工作时，可通过吹料孔362从抬刀轴36的后端向前端通入压缩流体，用以排屑和冷却刀具；该抬刀套37套接在抬刀轴36的前端上，抬刀套37中心具有与刀杆22直径相配合的抬刀孔371，抬刀孔371设置有供刀杆22上的刀具通过的缺口，气流或其他流体也可从此缺口流经以对刀具进行冷却和排屑，该抬刀孔371向后与抬刀轴36的容刀孔361连通，抬刀孔371向前与主轴孔、中心空间连通，容刀孔361、抬刀孔371、主轴孔、中心空间整段连通而形成供刀杆22进出的通道，该抬刀套37的前端面可阻挡工件101进入抬刀孔371，以此实现对工件101前端的轴向定位。 

以及，所述主轴机构30进一步包括安装于机架10上的主轴箱体38，该主轴箱体38的前部设置有上下方向的轨道383，轨道383亦作为主轴箱体38承力结构的一部分，轨道383上安装有主轴体基座381，所述外套33固定在主轴体基座381上并可在第二驱动机构34的驱动下随主轴体基座381沿轨道383上下运动，为减小主轴体基座381的运动摩擦力及为主轴体基座381的运动导引方向，轨道383上设置有连接主轴体基座381的滑块382；该主轴箱体38的中部具有一安装孔384，所述驱动缸35安装于该安装孔384中，驱动缸35具有将驱动力传递给所述夹具32的空心活塞351，为提高密封性，驱动缸35设置有两密封组件352，两密封组件352套装于空心活塞351的前后两端，该空心活塞351内设置有一个或多个圆筒形的直线轴承353，直线轴承353一方面能减小空心活塞351在驱动夹具32夹紧或松开时所做的直线运动的摩擦力，另一方面可借助驱动缸35的空心活塞351对抬刀轴36施以附加的支撑力，所述抬刀轴36穿过驱动缸35的空心活塞351前伸至主轴转子31的主轴孔中，直线轴承353套接在抬刀轴36上；该主轴箱体38的后端固定连接有一固定套39，所述抬刀轴36固定在该固定套39中，为支撑抬刀轴36，该固定套39设置有一个或多个支撑套391；主轴转子31内设置有一止转轴承312，该止转轴承312的内圈连接有一前卡套313，所述驱动缸35的空心活塞351头部设置有对应的后卡套354，前卡套313与后卡套354相卡接，且前卡套313上进一步设置有用于防止其向后卡套354传递转动力的止转套314与止转套锁圈315，以实现在主轴转子31转动和径向上下运动时保持驱动缸35不动，从而使在固定套39和直线轴承353双重支撑下的抬刀轴36也能固定不动的保持高刚性，同时不影响驱动缸35的空心活塞351向主轴转子31施加轴向力，以驱动主轴转子31上的夹具32工作。

本发明还包括有控制面板40，该控制面板40设置于机架10上，控制面板40用于控制前述刀具进给机构20和主轴机构30的工作。

详述本实施例的工作过程如下：

对工件101进行加工时，启动车床，主轴转子31在主轴电机的驱动下带动其上的夹具32不停地转动，首先，将待加工的管状工件101不定位地套装于刀杆22的头部，可使用人工，亦可附加机械手向该刀杆22挂装或取放工件101，以实现无人化操作；接着，由第一驱动机构23带动活动座21轴向向前移动，刀杆22随活动座21轴向移动而将工件101送入主轴转子31中，刀杆22的前端依次穿过主轴转子31上处于打开状态的夹具32的中心空间、抬刀套37的抬刀孔371而伸入抬刀轴36的容刀孔361中获得支撑，当工件101进入打开状态的夹具32的中心空间后，工件101的前端将被抬刀套37的前端面阻挡而对工件101的前端进行轴向定位，同时随着刀杆22的继续前进，活动板24将抵触于工件101的后端而对工件101的后端进行轴向定位，这样配合利用活动板24和抬刀套37实现了对工件101两端的轴向夹紧定位，此后夹具32的卡爪321在驱动缸35的驱动下夹紧工件101，实现对工件101的径向定位，工件101径向夹紧定位后与夹具32同步转动；接着，定位缸25通过调节杆26带动活动板24后退，以便使刀杆22能够继续轴向前移进行刀具进给，同时夹具32夹着工件101在第二驱动机构34的驱动下径向向上移动到加工位置，使刀杆22和工件101脱离接触；然后，第一驱动机构23再带动活动座21轴向移动，刀杆22随活动座21轴向移动而进行刀具的轴向进给，第二驱动机构34驱动夹具32带着工件101随主轴体基座381在轨道383上径向上下移动而进行刀具的径向进给，同时配合利用工件101的转动对工件101进行加工，工件101加工完毕后，刀杆22随活动座21在第一驱动机构23的驱动下向后轴向移动，直至刀具离开加工位置从工件101中退出，然后活动板24向前移动至刀具的前方，以保护刀具，此时夹具32在保持高速转动的同时松开卡爪321，工件101落回到刀杆22上；最后第一驱动机构23驱动活动座21带着刀杆22向后轴向移动，直至工件101与刀杆22一同退出，完成一个加工循环。需指出的是，所述的夹具32亦可为旋压模式夹具，当该夹具32为旋压模式夹具时，对应的，所述刀杆22上可装夹旋压内模（图中未示），利用抬刀轴36的抬刀力，可完成管件的旋压加工，由于抬刀刚度高，可使用更大的旋压力，成型效率极高。当然，本发明还可在抬刀套37上安装端面切削刀具，在活动板24上加装又一端面切削刀具，如此可同时加工工件101的内孔及两端面。

需指出的是，本实施例中的第一驱动机构23和第二驱动机构34均为采用数控系统控制的伺服电机，可任意调节其运动方式和速度，驱动缸35、定位缸25和拉刀缸210则采用液压或气压等流体驱动，可方便的节流调速和调节工作压力，当然这些机构也可以是数控伺服的或电控的。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (1)

1.一种自动不停机装夹工件的深孔抬刀车床，其特征在于：包括机架，设置于机架上彼此配合对工件进行加工的刀具进给机构、主轴机构，其中，

所述刀具进给机构包括活动座、设置于活动座上的刀杆、带动活动座沿刀杆轴向运动的第一驱动机构，该刀杆上设置有刀具，针对该刀具于活动座上设置有用于保护刀具及对工件后端进行轴向定位的活动板，该活动板位于刀杆外围并可沿刀杆轴向运动；

所述主轴机构包括主轴转子、设置于主轴转子上随其同步转动的夹具、套在主轴转子上的外套、用于驱动主轴转子转动的主轴电机、用于驱动外套带动主轴转子径向上下运动的第二驱动机构、用于驱动夹具径向夹紧或松开工件的驱动缸、抬刀轴、抬刀套，该主轴转子与夹具分别具有可供刀杆带着工件进出的主轴孔与中心空间，该抬刀轴前伸至主轴转子的主轴孔中，抬刀轴的前端设置有供刀杆前端插入的容刀孔，容刀孔沿抬刀轴的长度方向延伸，抬刀套套接在抬刀轴的前端上，该抬刀套具有与刀杆直径相配合的抬刀孔以及用于对工件前端进行轴向定位的前端面，该抬刀孔设置有可供刀具通过的缺口，抬刀孔向后与抬刀轴的容刀孔连通，抬刀孔向前与主轴孔、中心空间连通；

所述活动座上设置有一用于驱动活动板沿刀杆轴向移动的定位缸，该定位缸通过一调节杆与活动板连接。

2.  根据权利要求1所述的自动不停机装夹工件的深孔抬刀车床，其特征在于：所述主轴机构进一步包括安装于机架上的主轴箱体，该主轴箱体的前部设置有上下方向的轨道，轨道上安装有主轴体基座，所述外套固定在主轴体基座上并可在第二驱动机构的驱动下随主轴体基座沿轨道上下运动。

3.  根据权利要求2所述的自动不停机装夹工件的深孔抬刀车床，其特征在于：所述主轴箱体的中部具有一安装孔，所述驱动缸安装于该安装孔中，驱动缸具有将驱动力传递给所述夹具的空心活塞，该空心活塞内设置有一个或多个直线轴承，所述抬刀轴穿过驱动缸的空心活塞前伸至主轴转子的主轴孔中，直线轴承套接在抬刀轴上。

4.  根据权利要求2或3所述的自动不停机装夹工件的深孔抬刀车床，其特征在于：所述主轴箱体的后端固定连接有一固定套，所述抬刀轴固定在该固定套中，该固定套设置有一个或多个用于支撑抬刀轴的支撑套。

5.  根据权利要求3所述的自动不停机装夹工件的深孔抬刀车床，其特征在于：所述主轴转子上套接有一齿形轮，该齿形轮通过相配合的齿形链条与主轴电机连接，主轴转子内设置有一止转轴承，该止转轴承的内圈连接有一前卡套，所述驱动缸的空心活塞头部设置有对应的后卡套，前卡套与后卡套相卡接。

6.  根据权利要求5所述的自动不停机装夹工件的深孔抬刀车床，其特征在于：所述前卡套上进一步设置有用于防止其向后卡套传递转动力的止转套与止转套锁圈。

7.  根据权利要求2所述的自动不停机装夹工件的深孔抬刀车床，其特征在于：所述夹具位于主轴转子的前端，该夹具具有多个自定心卡爪，该些卡爪围合形成所述的中心空间。

8.  根据权利要求1所述的自动不停机装夹工件的深孔抬刀车床，其特征在于：所述抬刀轴上设置有供高压流体流经以将被切除材料吹出同时冷却刀具的吹料孔，对应的，所述机架于主轴机构外设置有用于承接所吹出的被切除材料的集料槽，该吹料孔由抬刀轴的后端延伸至前端与主轴转子的主轴孔、夹具的中心空间连通。

9.  根据权利要求1所述的自动不停机装夹工件的深孔抬刀车床，其特征在于：所述活动座上设置有刀具基座、拉刀套、拉刀杆与拉刀缸，所述刀杆穿过刀具基座与拉刀套可拆卸地连接，拉刀杆的一端与拉刀套连接，另一端与拉刀缸连接，由拉刀缸通过拉刀杆向拉刀套施加拉紧刀杆的拉紧力和推出刀杆的拆卸力。

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