CN103111677B - 铣削圆形刀盘主轴传动及滑枕进给驱动组合装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种铣削圆形刀盘主轴传动及滑枕进给驱动组合装置，包括：在数控曲柄车铣床主机中，刀盘主轴传动进给驱动组合装置工作部分与圆工作台工件装夹支承进给驱动组合装置工作部分采用串联组合形式安装；其工作部分包括：组合顶梁组合基座和设置在组合基座中的T形滑枕，T形滑枕上设置有圆形刀盘和用于驱动圆形刀盘回转运动的主传动箱及驱动电机，组合基座中设置有用于驱动刀盘沿组合基座导轨Z轴方向上下移动的传动箱及驱动电机。其适用于数控曲柄车铣床，数控曲柄车铣床的铣削加工效率为曲柄车削加工机床的5到8倍。

Description

铣削圆形刀盘主轴传动及滑枕进给驱动组合装置

技术领域

本发明涉及到一种应用于船舶重工行业，对重型曲轴曲臂曲柄槽进行内铣削加工的机床中的铣削圆形刀盘主轴传动及滑枕进给驱动组合装置。

背景技术

船舶重工行业船用低速柴油机曲轴是船用低速柴油机中最核心的功能部件，用于传递巨大扭矩，推动几万吨到几十万吨的船舶。曲轴材料为低碳合金钢，一般单根曲轴长度5至15米、重量为30至200吨，少数重量达300吨以上的曲轴是由两根曲轴串联而成。由于自身长度长重量大，不可能采用毛坯整体锻造成型的方式而采用组装结构。由若干单个零件单独加工，然后经红套组合成整根曲轴。单个零件称为曲臂重30吨到80吨以上，单个曲臂的结构如图1所示，它由两个结构相同且相互平行的曲柄1和一个连接两个曲柄1的圆柱状的曲柄销2三部分构成曲臂，曲柄销2部位在两个曲柄1的一端，在曲柄的另一端上加工有组装用的红套孔，两个曲柄1之间加工成曲柄槽3(内开裆)。现在的曲臂制作工艺是将两曲柄和曲柄销做成一个整体零件，曲臂毛坯为整体实心锻件，要在实体锻件毛坯上粗、精加工出曲柄间的内开裆槽3。目前用于曲柄槽加工的设备通常采用曲柄车削机床加工曲柄槽，曲臂毛坯在车削工作台上装卡加工时工件要旋转360度切削一刀，其加工速度慢而且效率低。数控内铣铣削工艺是目前国际上曲柄槽切削加工先进的加工方法，由其对大功率锻钢曲柄件的加工，更有利于断屑刚性特别好，内铣机床有多种加工型式，使用最多的是曲柄固定型数控曲柄内铣加工工艺。其主要特点是：生产效率高、加工精度好、适用范围广、柔性好。国外制造有数控曲柄车铣床，曲柄槽铣床的加工效率是曲柄槽车床加工效率的5到8倍。这种数控曲柄车铣床目前全世界只生产了五台，若进口这样一台曲柄槽铣加工机床，需要花费大约400～700万欧元，由于设备投资巨大，所以国内船舶重工行业目前仍采用其加工效率低的曲柄车床用于加工曲臂，而且还要花费大量的外汇购买进口的国外曲柄车床。国内目前开发了用于重型曲轴轴颈加工的旋风铣床，开发了曲柄车床但仍然没有解决曲臂毛坯锻件粗加工第一道工序的重切高效率加工的问题，目前在船舶重工行业船用低速柴油机曲轴曲臂加工技术装备族中，正是缺乏这种用于重切高效率内铣削加工曲臂曲柄槽的技术设备，设计开发曲臂数控曲柄车铣床是船舶重工行业船用低速柴油机曲轴曲臂加工工艺、技术装备方面亟待解决的技术难题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种重切高效率内铣削加工方式的数控曲柄车铣床。机床总体布局采用动力源驱动大刀盘旋转切削，圆工作台工件装夹支承进给驱动组合装置工作部分纵向直进给，完成对曲臂曲柄开档直槽的内铣切削加工，T形滑枕驱动垂直进给圆形刀盘主轴完成对曲臂曲柄开档直槽的高度方向的内铣切削加工。

为满足和实现以上功能要求，本发明采用的技术方法措施、需要解决的设计技术是：

铣削圆形刀盘主轴传动及滑枕进给驱动组合装置，包括：在数控曲柄车铣床主机中，刀盘主轴传动进给驱动组合装置工作部分与圆工作台工件装夹支承进给驱动组合装置工作部分采用串联组合形式安装；其工作部分包括：组合顶梁组合基座和设置在组合基座中的T形滑枕，T形滑枕上设置有圆形刀盘和用于驱动圆形刀盘回转运动的主传动箱及驱动电机，组合基座中设置有用于驱动刀盘沿组合基座导轨Z轴方向上下移动的传动箱及驱动电机。

铣削圆形刀盘主轴传动箱及T形滑枕进给驱动组合装置的门式主机体，由组合顶梁、组合基座组装而成；组合基座为箱形结构，整体由左基座、右基座组成，在中间垂直平面内围成T形内腔延伸的Z轴线导轨，安装T形滑枕沿Z轴线作受控制的运动，圆形刀盘安装在T形滑枕顶部；组合顶梁为箱形整体，由左、右顶梁体组装而成。左右顶梁的横梁分别与左右立柱做成整体，组合后构成腹腔内凹中空形龙门式框架式结构；组合顶梁由刀盘上面横跨组合基座的顶部与基座顶面固定为一体的门式框架组合主机体；组合顶梁与组合基座将刀盘、T形滑枕部件包容在组合顶梁与组合基座顶部形成的腹腔内凹中空部位；圆形刀盘主轴中心根部靠前面部位的切削刀刃部分凸出于组合顶梁与组合基座的正前端面形成刀盘切削区；圆工作台工件装夹支承进给驱动组合装置的床身、滑座、圆工作台均为腹腔内布筋的箱形结构，床身为箱式矩形纵向安装在铣削圆形刀盘主轴传动及进给驱动组合装置的前端部位。

T形滑枕安装在组合主机体组合基座垂直平面内的T形空腔部位与T形导轨结合形成Z轴线；铣削圆形刀盘安装在T形滑枕主轴的顶部，T形滑枕装有刀盘主轴传动箱及驱动电机至少一组；组合基座上装有T形滑枕沿Z轴线移动的驱动装置至少一组；刀盘上端面的组合顶梁上和在刀盘下端面的T形滑枕上装有多于一个的刀盘位置限制器。

T形滑枕下部装有由若干相啮合的传动齿轮及传动轴组成的传动箱及电机垂直倒挂安装的形式，刀盘主轴传动箱及驱动电机至少一组；组合基座上装有T形滑枕沿Z轴线上下移动的驱动装置至少一组，包括设置在T型滑枕上的四根丝杆，组合基座上设置分别驱动丝杆副转动由若干齿轮及传动轴组成的传动箱及伺服电机，丝杆上设置的滑块及滑块与T型滑枕相固定；T形滑枕下部安装有液压平衡油缸。

1.铣削圆形刀盘主轴传动及滑枕进给驱动组合装置工作部分，与圆工作台工件装夹支承及滑座进给驱动组合装置工作部分采用串联安装组合布局形式。圆工作台工件装夹支承及滑座进给驱动组合装置工作部分，安装在铣削圆形刀盘主轴传动及进给驱动组合装置工作部分的前端部位。

2.铣削圆形刀盘主轴传动及滑枕进给驱动组合装置工作部分：主要解决驱动大刀盘旋转切削动力及刀盘垂向进给运动、主轴支承、刀盘主轴驱动动力传动结构匹配、刀盘T形滑枕垂直进给驱动动力传动结构匹配、基座受载支承刚度、承载受力强度设计技术等。

3.铣削圆形刀盘主轴传动及滑枕进给驱动组合装置工作部分在重力切削状况下基础大件截面的抗振刚度、强度和基础大件质量结构匹配设计。

4.通过按以上要求设计的机床体现了权利要求书中提出的铣削圆形刀盘主轴传动及进给驱动组合装置工作部分的各项技术特征。

本发明的有益效果是：数控曲柄车铣床实现对锻件毛坯曲臂曲柄槽大功率高效率重切内铣削加工，其铣削加工效率为曲柄车削加工机床的5到8倍。该数控曲柄车铣床是独立开发设计制造的新型机床，与国外同类机床结构不尽相同，具有独立的技术知识产权。该机床为解决锻件毛坯曲臂高效重切内铣削加工曲臂曲柄槽开档，提供了先进的内铣削加工工艺方法，为船舶重工行业提供了自主生产重型曲轴的重切高效率加工技术设备，为船舶重工行业尽快实现国产化高效制造重型船用曲轴提供了技术保障。填补了国家用于船舶重工行业重型曲轴曲臂曲柄槽加工机床的技术空白，解决了船舶重工行业船用重型曲轴曲臂加工的难点。

附图说明

图1是重型曲轴上单个曲臂的结构示意图；

图2是本发明的主视结构示意图；

图3是图2的俯视结构示意图；

图4是图2的左视结构示意图；

图5是图2去掉顶梁后工作台的左视结构示意图；

图6是图2中去掉顶梁后T形滑枕刀盘上下移驱动装置的结构示意图；

图1中：1、曲柄，2、曲柄销，3、曲柄槽开档；

图2、图3、图4、图5、图6中：1、床身，2、床身防护罩，3、滑座进给驱动装置，4、滑座，5、圆工作台，6、工件装夹器，7、曲轴毛坯，8、滑座进给驱动电机，9、齿条组，10、主传动驱动，11、T形滑枕，12、主轴，13、刀盘，14、滑枕驱动装置，15、刀盘位置器，16、左基座，17、右基座，18、圆工作台驱动传动箱，19、圆工作台齿圈，20、工件平衡块，21、滑枕镶条，22、液压平衡油缸，23、减振箱，24、组合顶梁，25、丝杆，26、车削附件头。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明铣削圆形刀盘主轴传动及滑枕进给驱动组合装置作进一步的详细描述。

如图2、图3、图4、图5、图6所示，数控曲柄车铣床总体结构布局设计划分为两大工作部分：第一工作部分铣削圆形刀盘主轴传动及滑枕进给驱动组合装置；第二工作部分圆工作台工件装夹支承及滑座进给驱动组合装置。

铣削圆形刀盘主轴传动及滑枕进给驱动组合装置工作部分，与圆工作台工件装夹支承及滑座进给驱动组合装置工作部分采用串联安装组合布局形式。圆工作台工件装夹支承及滑座进给驱动组合装置工作部分，安装在铣削圆形刀盘主轴传动及滑枕进给驱动组合装置工作部分刀盘切削区的前端部位。

铣削圆形刀盘主轴传动及进给驱动组合装置工作部分主要完成刀盘主切削动力驱动和刀盘切削不同曲臂曲柄槽的高度变化时T形滑枕作Z方向的上下垂直进给传动的驱动运动。圆工作台工件装夹支承及滑座进给驱动组合装置工作部分主要完成工件曲臂的装夹、承重、输送装夹的工件曲臂进给到刀盘切削区进行铣切削加工。这两个工作部分的运动及动力驱动均由数控系统控制在程序指令下完成工作。

铣削圆形刀盘主轴传动及进给驱动组合装置工作部分包括：组合顶梁24组合基座和设置在组合基座中的T形滑枕11、滑枕镶条21，T形滑枕上设置有圆形刀盘13和用于驱动圆形刀盘回转运动的主传动箱10及驱动电机，组合基座中设置有用于驱动刀盘T形滑枕11沿组合基座导轨Z轴方向上下移动的T形滑枕驱动装置14传动箱及驱动电机。为保证铣削圆形刀盘主轴传动及进给驱动组合装置工作部分各部件可靠实现刀盘主切削动力驱动，T形滑枕进给传动的驱动运动，保证组合安装各部件的承载受力支撑强度及刚度，铣削圆形刀盘主轴传动及进给驱动组合装置工作部分的主机体设计成下面箱式矩形基座上面门式框架相结合的结构，由组合顶梁24、组合基座组装而成。组合基座为箱形结构，整体由左基座体16、右基座体17组成，在中间垂直平面内围成T形内腔延伸的Z轴线导轨，安装T形滑枕11沿Z轴线作受控制的运动，圆形刀盘13安装在T形滑枕11顶部。组合顶梁24为箱形整体，由左、右顶梁体组装而成。左右顶梁的横梁分别与左右立柱做成整体，组合后构成腹腔内凹中空形龙门式框架式结构。组合顶梁24由刀盘上面横跨组合基座的顶部与基座顶面固定成为一体的下基座上龙门式框架组合主机体。组合顶梁24与组合基座将刀盘13T形滑枕11部件包容在组合顶梁24与组合基座顶部形成的腹腔内凹中空部位。圆形刀盘13主轴中心根部靠前面部位的切削刀刃部分凸出于组合顶梁24与组合基座的正前端面形成刀盘切削区。T形滑枕11安装在组合主机体组合基座垂直平面内的T形空腔部位与T形导轨结合形成Z轴线。铣削圆形刀盘13安装在T形滑枕主轴12的顶部，T形滑枕11装有刀盘主轴传动箱10及驱动电机(至少一组)。组合基座上装有T形滑枕11沿Z轴线移动的驱动装置14(至少一组)，包括设置在T型滑枕11上的四根丝杆25，组合基座上设置有分别驱动丝杆副转动的由若干齿轮及传动轴组成的滑枕驱动装置的传动箱及伺服电机，丝杆25上设置的滑块及滑块与T型滑枕11相固定。刀盘上端面的组合顶梁24上和在刀盘下端面的T形滑枕11上装有多于一个的刀盘位置限制器15，T形滑枕11下部安装有液压平衡油缸22和减振箱23。

圆工作台工件装夹支承及滑座进给驱动组合装置包括床身1，床身1上设置有床身防护罩2，床身1上设置有滑座4及用于驱动滑座4纵向移动的滑座进给驱动装置3，滑座4两侧面还设置有用于驱动圆工作台5转动的圆工作台驱动传动箱18，圆工作台5上设置有工件装夹器6。为保证圆工作台工件装夹支承及滑座进给驱动组合装置3工作部分各部实现工件曲臂的装夹、承重、输送装夹的工件曲臂进给到刀盘切削区进行铣切削加工，以及各部件的负载承重、在切削抗力下的受力支撑。圆工作台工件装夹支承进给驱动组合装置工作部分的床身1、滑座4、圆工作台5均设计为腹腔内布筋的箱形结构，床身1为内布筋的箱式矩形纵向安装在铣削圆形刀盘主轴传动及进给驱动组合装置的前端部位。床身1导轨在X轴线方向延伸，其上，布有多余一条以上的矩形导轨，在床身纵向导轨水平面与则导轨平行凹腹部位，设置有符合工作行程长度的数根齿条窜联形式安装的齿条组9至少一组。滑座4为腹腔内布筋的箱式矩形结构底部上的矩形导轨与床身1导轨相结合，顶部设有圆环形导轨与圆工作台5导轨相结合，滑座尾部设有滑座进给驱动装置3。圆工作台为腹腔内布筋的箱形结构，圆工作台5的下部水平环面上设置有环形导轨，垂直侧环面装有圆工作台的齿圈19，圆工作台5上安装有工件装夹器6，并配有随工件重量可增减的工件装夹偏重配重的平衡块20。滑座4尾部设有滑座进给驱动传动箱3(至少一组)，其装置上的小齿轮与床身齿条组9相啮合由滑座进给驱动电机8驱动，经驱动装置驱动滑座4沿床身1纵向延伸导轨作X轴线进给运动。在滑座4侧面设置有(至少一组)驱动圆工作台绕C轴线回转运动的驱动装置18，C轴线回转运动驱动装置18的小齿轮与圆工作台5的下部垂直侧环面设置的工作台齿圈19啮合，经驱动装置18驱动其上安装的圆工作台5作C轴轴线旋转运动。圆工作台5上设有工件夹紧装置6。

本发明的工作原理是：使用时，将曲轴毛坯7通过工件紧固器6固定在圆工作台5上，刀盘13主传动电机驱动刀盘13转动。圆工作台5装夹工件由滑座4支承，通过滑座驱动装置3驱动沿床身1导轨向刀盘13方向移动输送到刀盘切削区，从而使刀盘13对曲臂锻件毛坯件进行铣削。铣削到一定深度后圆工作台5逆向移动后退，然后主轴通过上下移驱动装置向上或向下移动，再次进行铣削，从而铣削出一定高度的曲柄槽。完成曲臂曲柄槽开档的铣削加工后，支承曲臂的圆工作台5通过圆工作台驱动传动箱18驱动，在滑座4上作C轴转动，从而使曲轴毛坯转动。这时刀盘13和圆工作台5同时转动将曲轴毛坯的曲柄销部位铣削成一个圆柱轴形状，则完成了曲臂曲柄槽和曲柄销轴的铣加工。然后刀盘上装夹曲柄销清根车削附件头26，刀盘13将曲柄销清根车削附件头26转动到两工作部分的轴向轴心线位置上固定不动。然后，支承曲臂的圆工作台5通过圆工作台驱动传动箱18驱动，在滑座4上作C轴转动使曲臂毛坯转动。这时刀盘13固定不动其上装夹的车削附件头上的刀具亦不动，曲臂毛坯随工作台转动，刀盘13上固定的刀具将曲柄销根的上下部位车削成半圆状的圆环空刀槽。上述动作完后，即完成了曲臂曲柄槽开档和曲柄销部位的全部内铣及车削加工。

本发明的有益效果是：数控曲柄车铣床实现对锻件毛坯曲臂曲柄槽大功率高效率重切内铣削加工，其铣削加工效率为曲柄车削加工机床的5到8倍。该数控曲柄车铣床是独立开发设计制造的新型机床，与国外同类机床结构不尽相同，具有独立的技术知识产权。该机床为解决锻件毛坯曲臂高效重切内铣削加工曲臂曲柄槽开档，提供了先进的内铣削加工工艺方法，为船舶重工行业提供了自主生产重型曲轴的重切高效率加工技术设备，为船舶重工行业尽快实现国产化高效制造重型船用曲轴提供了技术保障。填补了国家用于船舶重工行业重型曲轴中曲柄槽加工机床的技术空白；解决了船舶重工行业船用重型曲轴加工的难点。

上述的实施例仅例示性说明本发明创造的原理及其功效，以及部分运用的实施例，而非用于限制本发明；应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.铣削圆形刀盘主轴传动及滑枕进给驱动组合装置，其特征在于：包括：在数控曲柄车铣床主机中，刀盘主轴传动进给驱动组合装置工作部分与圆工作台工件装夹支承进给驱动组合装置工作部分采用串联组合形式安装；其工作部分包括：组合顶梁组合基座和设置在组合基座中的T形滑枕，T形滑枕上设置有圆形刀盘和用于驱动圆形刀盘回转运动的主传动箱及驱动电机，组合基座中设置有用于驱动刀盘沿组合基座导轨Z轴方向上下移动的传动箱及驱动电机。

2.根据权利要求1所述的铣削圆形刀盘主轴传动及滑枕进给驱动组合装置，其特征在于：铣削圆形刀盘主轴传动箱及T形滑枕进给驱动组合装置的门式主机体，由组合顶梁、组合基座组装而成；组合基座为箱形结构，整体由左基座、右基座组成，在中间垂直平面内围成T形内腔延伸的Z轴线导轨，安装T形滑枕沿Z轴线作受控制的运动，圆形刀盘安装在T形滑枕顶部；组合顶梁为箱形整体，由左、右顶梁体组装而成；左右顶梁的横梁分别与左右立柱做成整体，组合后构成腹腔内凹中空形龙门式框架式结构；组合顶梁由刀盘上面横跨组合基座的顶部与基座顶面固定为一体的门式框架组合主机体；组合顶梁与组合基座将刀盘、T形滑枕部件包容在组合顶梁与组合基座顶部形成的腹腔内凹中空部位；圆形刀盘主轴中心根部靠前面部位的切削刀刃部分凸出于组合顶梁与组合基座的正前端面形成刀盘切削区；圆工作台工件装夹支承进给驱动组合装置的床身、滑座、圆工作台均为腹腔内布筋的箱形结构，床身为箱式矩形纵向安装在铣削圆形刀盘主轴传动及进给驱动组合装置的前端部位。

3.根据权利要求1或2所述的铣削圆形刀盘主轴传动及滑枕进给驱动组合装置，其特征在于：T形滑枕安装在组合主机体组合基座垂直平面内的T形空腔部位与T形导轨结合形成Z轴线；铣削圆形刀盘安装在T形滑枕主轴的顶部，T形滑枕装有刀盘主轴传动箱及驱动电机至少一组；组合基座上装有T形滑枕沿Z轴线移动的驱动装置至少一组；刀盘上端面的组合顶梁上和在刀盘下端面的T形滑枕上装有多于一个的刀盘位置限制器。

4. 根据权利要求1或2所述的铣削圆形刀盘主轴传动及滑枕进给驱动组合装置，其特征在于：T形滑枕下部装有由若干相啮合的传动齿轮及传动轴组成的传动箱及电机垂直倒挂安装的形式，刀盘主轴传动箱及驱动电机至少一组；组合基座上装有T形滑枕沿Z轴线上下移动的驱动装置至少一组，包括设置在T型滑枕上的四根丝杆，组合基座上设置分别驱动丝杆副转动由若干齿轮及传动轴组成的传动箱及伺服电机，丝杆上设置的滑块及滑块与T型滑枕相固定；T形滑枕下部安装有液压平衡油缸。