CN102632267A - 一种数控式钻床 - Google Patents

Abstract

本发明属于加工机械技术领域，公开了一种数控式钻床，包括主轴、主轴箱、主电机等，所述主轴箱通过立柱设置于一底座上，所述主轴设置在所述主轴箱前部，外套装有主轴套筒。一用于检测所述主轴轴向位置的与所述控制器相连的定位用感应开关设置在所述主轴箱内，其上感应头对应所述主轴套筒侧面开设的一段竖向定位槽，当所述定位槽随主轴上行至其下端棱台正对定位用感应开关感应头时，所述控制器停止步进电机完成复位。本发明将用于检测主轴轴向位置的感应开关设置在主轴箱内部，可以有效保护感应开关、避免因距离钻头近而受到钻屑的影响而产生误动作或损坏、同时有效避免环境中的灰尘粘附于感应开关感应头表面影响感应开关灵敏度，避免不必要的损耗。

Description

一种数控式钻床

技术领域

本发明属于机械加工技术领域，涉及一种机加工用钻孔设备，具体的说是一数控式钻床。

背景技术

钻床是一种主要在工件上加工孔的机床，可分为立式钻床、台式钻床、卧式钻床和摇臂钻床。钻床在结构上主要由主轴、主轴箱、主电动机等组成，所述钻头装配在所述主轴下端，所述主轴竖直设置在主轴箱内。主轴箱安装在一立柱上，立柱下端有底座，主轴上端设有皮带轮，主电动机设置在主轴箱后部，输出轴与主轴平行，主电动机输出轴端部亦设有皮带轮，与主轴上端皮带轮盘由传动皮带联动，构成钻头主运动的传动机构。一般小型台式钻床的工作台面直接在底座上加工形成。而立式钻床则一般相对台式钻床更高，会在底座上方另设专门的工作台面。摇臂式钻床主要为大型钻床，加工范围大，与普通台式或立式钻床相比，其主轴箱在摇臂上不仅可绕立柱旋转还可以相对移动。

早期钻床的主电机主要由手动开关控制，进给运动则由手动驱动进给传动机构来完成。随着伺服驱动技术的面世，数控技术在机床控制上得到了广泛应用。数控钻床在传统转床基础上，加入了用于驱动进给传动机构的伺服步进电机及用于控制伺服电机和各路电气开关的控制器。

在现有数控钻床中，主轴进给速度和进给量的控制，主要通过控制伺服电机的转速和转数(旋转角)来实现，归位动作则由伺服电机反转完成。但进给量是一个相对值，要保证精确的加工深度，需要尽可能提高主轴初始位(零进给位)的定位精度。对此，要提高初始位精度主要有两个改进方向，其一，改进进给传动机构，提高进给传动机构的传动精度，以缩减传动系统正向传动与反向传动的差异。其二，增加初始位定位机制。由于台钻的进给传动机构多采用齿轮传动，提高各联动部件精度，实现相啮合齿牙之间的间隙无限缩小，难度相对较大。现有数控台钻大都选择后者，即，在靠近主轴下端的位置设置一定位用感应开关，与控制器相连，该定位用感应开关的感应头正对主轴轴心。其原理是，当有铁块靠近感应头时，铁块干扰感应电感的磁场，引起电感内电流变化。所述定位用感应开关至少在主轴开始复位时，开始工作，当主轴套筒下端的凸台上升到感应开关的感应头正对的位置，感应开关被触发，立即传送信号至控制器，控制器响应并停止伺服电机，复位完成。

现有定位用感应开关的设置，主要有两点不足，一、感应开关设置在主轴箱下方，离钻头较近，在工件加工过程中，由钻头带起的铁屑偶尔从感应开关的感应头前飞过时，会导致感应开关误动作。二、由钻头带起的工件碎屑在钻头高速旋转的带动下呈鞭状高速旋转，具有很大的撞击力。一方面，因为感应开关设置在主轴箱下方，一旦被铁屑击中，很容易导致损坏；另一方面，由于现有感应开关一般设置在固定于主轴箱下方支撑板上，考滤到感应开关本身重量很轻，为了减少成本，该支撑板均采用较薄的片材，当感应开关或支撑板被铁屑击中后，支撑板容易发生变形，进而导致感应开关位置变化，或偏离主轴，最终失灵，或偏向主轴，与主轴套筒相撞损坏。三、由于感应开关暴露在外，当时间久后，环境中的灰尘在感应头上积聚过多时，会导致感应开关失灵，因此需要操作人员定期清洁感应开关，给操作人员带来很大麻烦。

此外，现有数控台式钻床的进给机构多采用齿轮轴配合齿条的结构，齿轮轴与减速变速器输出轴通过孔键配合结构或法兰等连接件同轴连接。由于现实中安装精度，加工精度有限，齿轮轴与减速变速器输出轴同轴度精确度不足，这使得在运行过程中，由两者不百分百同轴，连接部件或连接件之间会发生微小变形，一方面，容易导致连接部位或连接件容易损耗。另一方面，会产生一定的噪音。

为了适应不同材质的工件的加工，一般钻床都配置有主轴调速功能，最常见做法是将主轴皮带轮及主电机皮带轮均换为由直径不同的多个皮带轮组成的皮带轮盘。选择不同的皮带轮，来改变主电机输入轴与主轴之间的传动比，实现主轴转速的调整。对于传统的手工进给的转床来说，操作人员可以根据加工情况，控制进给速度。而对于自动控制进给的数控钻床来说，其进给速度则一般由控制器通过采样主轴转速来控制。现有技术中，在下罩壳上设置一测速感应开关，其感应头对应在所述主轴皮带轮盘下方，所述皮带轮盘下方设有旋转时经过测速感应开关感应区的感应块，所述皮带轮盘每转一圈，所述感应块从测速感应开关上方经过一次，所述测速感应开关被触发一次。其缺点是：一方面，所述下罩壳为不承重件，主要起美观和防尘等作用。为了减少成本，下罩壳一般采用很薄的铁片制成，在受到碰撞时，容易发生变形。而感应开关为精密器件，其感应距离一般设置在1-2mm左右，现有技术中将测速感应开关设置在薄铁片制成的下罩壳上，当下罩壳受碰撞发生变形，或者感应开关与感应块碰撞破损，或感应开关偏离感应块失灵。另一方面，设置于下罩壳的测速用感应开关下端从下罩壳伸出暴露在外面。在机床搬运或使用过程，感应开关容易受到碰撞而损坏。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有数控台钻存在的上述问题，提出了一种可以有效防止钻屑及其它杂物干扰或损坏感应开关，以达到减少误定位，获得更好的定位精度的效果，并且可以提高进给齿轮与减速变速器输出轴之间的同轴度的数控钻床。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种数控式钻床，包括立柱、主轴、主电机，所述立柱下端固定在一底座上，上部设主轴箱，所述主轴箱上设方设有钻床上罩壳和下罩壳，所述主电机设置在所述主轴箱后方，所述主电机输出轴与所述主轴平行，上端伸入所述上罩壳内，其上设有主动皮带轮盘，一从动皮带轮盘安装在一花键套上，所述花键套通过轴承竖直设置在所述主轴箱前部上方；一侧面设有齿条的主轴套筒竖直且可滑动地设置在所述主轴箱前部所述花键套正下方；所述主轴通过轴承装配在所述主轴套筒内，其上端与所述花键套内孔通过花键配合，下端从主轴箱下方伸出，可装配钻夹头，所述主动皮带轮盘与从动皮带轮盘通过皮带联动。

所述主轴箱一侧设电控箱，内设控制器，另一侧设电机箱，内设步进电机和与所述步进电机连接的减速变速器。

其特征在于，

所述减速变速器包括一蜗轮蜗杆机构，一进给轴一端装配在所述减速变速器的蜗轮轴孔内，另一端伸入所述主轴箱，其上对应所述主轴套筒侧面齿条的部位设有与所述具条配合的进给齿轮；

一用于检测所述主轴轴向位置的与所述控制器相连的定位用感应开关设置在所述主轴箱侧壁上，其上感应头对应所述主轴套筒侧面开设的一段竖向定位槽。所述主轴套筒外圆周面到所述定位感应开关的感应头的最小距离小于所述定位感应开关的感应距离，所述定位槽底面到所述定位感应开关的感应头的距离大于所述定位感应开关的感应距离。在所述主轴上行复位过程中，当所述定位槽随主轴上行至其下端棱台正对定位用感应开关的感应头时，所述控制器停止步进电机完成复位。

一测速用感应开关设置在所述主轴箱顶壁上，其上感应头对应所述从动轮盘下方，所述从动轮盘下表面设有感应块，所述感应块的旋转路径经过测速用感应开关正上方。所述从动轮盘下表面到所述测速用感应开关的感应头的距离大于所述测速用感应开关的感应距离，所述感应块到所述测速用感应开关的感应头的最小距离小于所述测速用感应开关的感应距离。所述感应块每一次从测速用感应开关上方经过，测速用感应开关被触发一次。

本发明的优点在于：

1、所述进给齿轮装配或加工在进给轴上，进给轴直接装配在所述减速变速器的蜗轮轴孔内，省略了减速变速器输出轴的使用，与现有技术中通过孔键等配合结构或法兰等连接件连接齿轮轴与减速变速器输出轴的结构相比，可以避免在安装与加工精度不足时齿轮轴与减速变速器输出轴同轴度低，进而导致连接部位或连接件损耗高，运行噪音大等问题，可以有效保证进给齿轮与减速变速器的蜗轮同轴，具有设备运行平稳，损耗低和运行噪音小等优点。

2、本发明将用于检测主轴轴向位置的感应开关设置在主轴箱侧壁上，一方面，可以有效保护感应开关、避免因距离钻头近而受到钻屑的影响而产生误动作、同时有效避免受钻屑撞击损坏，还可以有效避免环境中的灰尘粘附于感应开关感应头表面影响感应开关灵敏度，避免不必要的损耗。另一方面，在主轴套筒上设与所述感应开关对应的专门用于定位的竖向定位槽。所述专门的定位槽可以根据感应开关特点设计最适当的形状或结构，为更进一步提高定位精度提供了有利条件。第三方面，主轴箱为承重件，一般由铸铁铸造而成，一般不会因搬运、使用等过程中碰撞而发生变形，定位用感应开关设置在主轴箱侧上，稳定性极好。第四方面，定位用感应开关设置在主轴箱侧上，省去了现有技术中的支撑板部件，不仅节省了成本，还简化了装配程序。

3、本发明将用于检测主轴转速的感应开关设于在主轴箱顶壁上，一方面，具有极好的移定性，可有效避免下罩壳容易因碰撞而发生变形对感应开关带来的影响；另一方面，设置于所述主轴箱顶壁的感应开关下端伸入所述主轴箱，可有效得到主轴箱的保护，不容易受到撞击等损坏。

在本发明所述的钻床中，所述进给齿轮可以是通过平键装配在进给轴上的带轴孔齿轮，也可以是在进给轴上直接加工而成的与进给轴一体成型的齿轮轴齿轮。所述感应块可以为一个，也可以为沿周向均匀布置的两个或多个。增加感应块的数量可以增加采样频率，提高测速的精度。

所述从动皮带轮盘与所述花键套可以一体成型，也可以采用分体设计，所述从动皮带轮盘中心设有与所述花键套外径配合的轴孔。本发明优选后者，一体成型的结构缺点在于，安装花键套与主轴箱之间的轴承时，不方便各轴承施力。分体设计可以先后装配花键套和从动皮带轮盘，能有效解决这种问题，比较便于安装。

为了更进一步方便安装和锁紧，作为上述分体设计一种改进，所述花键套外周面为锥面，所述从动皮带轮盘的轴孔为与所述锥面相配合的锥孔。

作为本发明的一种改进，所述皮带轮盘可以由多级带轮构成，所主动皮带轮盘的多级带轮直径尺寸由上至下逐级缩小，所从动皮带轮盘的多级带轮直径尺寸由上至下逐级增大。

作为本发明的进一步改进，所述皮带轮盘外轮廓呈塔形，内部设有塔形半闭空腔。如此设计的皮带轮盘有利于节省材料。

附图说明

图1为本发明的数控式钻床侧视整体结构示意图；

图2为本发明的数控式钻床前视整体结构示意图；

图3为图1中A-A向截面图；

图4为图2中B-B向截面图。

具体实施方式

下面结合一个具体实施例对本发明的设备做进一步说明。

参照图1，该图展示的是一种小型的数控式台钻，包括底座19，底座19上方大部分面积为工作台面18。底座靠近后边的位置固定一竖直的立柱16，所述立柱16中部设有用于支撑主轴箱的凸台27，所述立柱16的上部从主轴箱26后部穿过。所述主轴箱26前部竖直设置主轴套筒8和主轴9，所述主轴套筒8可滑动设置，后侧加工有齿条13，所述主轴9位于主轴套筒8内，两者间设上下两个轴承。所述主轴9下端装配有钻夹头(未示出)。所述主轴箱26前部上方设有花键套装配孔，所述花键套2下端通过轴承装置在花键套装配孔内。花键套2上端装配具有多级带轮的塔形从动皮带轮盘1。所述主轴上端伸入所述花键套2的内孔，与之通过花键滑动配合。

所述主轴箱26后侧固定有主电机安装座14，安装座上固定主电机15，所述主电机15输出轴7竖直朝上，上端装配具有多级带轮的倒立塔形主动皮带轮盘5。所述主动皮带轮盘与主电机输出轴通过平键6固定。

所述主轴箱26上方设台钻上罩壳3、下罩壳，所述上罩将由主动皮带轮盘5、皮带4、从动皮带轮盘2组成的主传动机构罩于内部。

参照图2、3、4，所述主轴箱左侧设电控箱20，右侧设电机箱24。所述电控箱20内部设置控制器，前面设操控面板21。所述电机箱24内设步进电机和与所述步进电机连接的减速变速器25，所述减速变速器包括一组蜗轮蜗杆机构，进给轴12右端装配在所述减速变速器25的蜗轮轴孔内，左端由主轴箱26前部下部所述主轴套筒8后方伸入，所述进给轴12与主轴箱26之间通过两个轴承装配。所述减速变速器输出轴12正对所述主轴套筒后侧齿条13的部位加工有与所述齿条啮合的齿轮11。

所述主轴箱26右侧板对应所述主轴套筒8上部的位置固定设置一定位用感应开关23，所述主轴套筒8右侧上端加工有用于定位凹槽22，所述主轴套筒复位状态下，所述凹槽22下端棱台正对所述定位用感应开关23的感应头。

一测速用感应开关10固定在所述主轴箱26顶壁上，上端感应头对应所述从动皮带轮盘1下面边缘，所述从动皮带轮盘1下面设两个感应块17。所述感应块17在圆周上均匀分布，所述感应块17到测速用感应开关10的感应头的垂直距离小于感应开关的感应距离。

应该理解到的是，上述实施例仅是对本发明做出的进一步说明，而非对本发明保护范围的限定，基于本发明设计构思的各种其它具体可行方案，均应落入本发明保护范围内。

Claims (7)

1.一种数控式钻床，包括立柱、主轴、主电机，所述立柱下端固定在一底座上，上部设主轴箱，所述主轴箱上方设有钻床上罩壳和下罩壳，所述主电机设置在所述主轴箱后方，所述主电机输出轴与所述主轴平行，上端伸入所述上罩壳内，其上设有主动皮带轮盘，一从动皮带轮盘安装在一花键套上，所述花键套通过轴承竖直设置在所述主轴箱前部上方；一侧面设有齿条的主轴套筒竖直且可滑动地设置在所述主轴箱前部所述花键套正下方；所述主轴通过轴承装配在所述主轴套筒内，其上端与所述花键套内孔通过花键配合，下端从主轴箱下方伸出，可装配钻夹头；所述主动皮带轮盘与从动皮带轮盘通过皮带联动；所述主轴箱一侧设电控箱，内设控制器，另一侧设电机箱，内设步进电机和与所述步进电机连接的减速变速器；

其特征在于，所述减速变速器包括一蜗轮蜗杆机构，一进给轴一端装配在所述减速变速器的蜗轮轴孔内，另一端伸入所述主轴箱，其上对应所述主轴套筒侧面齿条的部位设有与所述具条配合的进给齿轮；一用于检测所述主轴轴向位置的与所述控制器相连的定位用感应开关设置在所述主轴箱侧壁上，其上感应头对应所述主轴套筒侧面开设的一段竖向定位槽，当所述定位槽随主轴上行至其下端棱台正对所述定位用感应开关感应头时，所述控制器停止步进电机完成复位；一测速用感应开关设置在所述主轴箱顶壁上，其上感应头对应所述从动轮盘下方，所述从动轮盘下表面设有感应块，所述感应块的旋转路径经过测速用感应开关正上方，所述感应块每一次从测速用感应开关上方经过，测速用感应开关被触发一次。

2.根据权利要求1所述的数控式钻床，其特征在于，所述进给齿轮是在所述进给轴上直接加工而成的与进给轴一体成型的齿轮轴齿轮。

3.根据权利要求1所述的数控式钻床，其特征在于，所述从动皮带轮盘与所述花键套分体设计，所述从动皮带轮盘中心设有与所述花键套外径配合的轴孔。

4.根据权利要求3所述的数控式钻床，其特征在于，所述花键套外周面为锥面，所述从动皮带轮盘的轴孔为与所述锥面相配合的锥孔。

5.根据权利要求1所述的数控式钻床，其特征在于，所述皮带轮盘由多级带轮构成，所主动皮带轮盘的多级带轮直径尺寸由上至下逐级缩小，所从动皮带轮盘的多级带轮直径尺寸由上至下逐级增大。

6.根据权利要求5所述的数控式钻床，其特征在于，所述皮带轮盘外轮廓呈塔形，内部设有塔形半闭空腔。

7.根据权利要求1所述的数控式钻床，其特征在于，所述感应块为沿周向均匀布置的两个或多个。

Images