CN103302553A - 一种高精度多功能智能机床 - Google Patents

Abstract

一种高精度多功能智能机床，涉及一种数控机床，床身上设有斜导轨，自动换刀装置和珩磨装置分别设在斜导轨上，床身右端设有可置换尾架，床身正面设有Z向滚珠丝杠I，床身侧面设有Z向滚珠丝杠II，Z向滚珠丝杠I上端设有传感器I和传感器II，Z向滚珠丝杠II上端设有传感器III和传感器IV，该机床采用光电检测技术、刀架自动转向装置、珩磨装置、可置换尾架设计，通过闭环控制系统设定加工程序进行加工质量的实时控制，实现车、磨、镗、研磨单机多功能一体化加工，是一种复合化、高精度、高效率、智能型机床，提高了加工工艺和生产水平，达到省时与节能的目的。

Description

一种高精度多功能智能机床

技术领域

本发明涉及一种数控机床，特别是一种高精度多功能智能机床，适用于机械、汽车、五金等行业批量生产零件之用，具有车、磨、镗、研磨单机多功能加工功能。

背景技术

改革开放以来，国民经济快速增长，“科技创新，自主创新”已成为目前国内工业发展的主流。我国工业正逐步向“集约型、节能减排、低碳”的方向发展。机床是制造业的主要生产设备，制造业中许许多多的零件都直接或间接地经过机床加工。数控机床是现代机械制造业的重要技术装备，逐渐成为机械工业技术改造的首选设备，是综合应用计算机、自动控制、自动检测及精密机械等高新技术的产物。对于大批量生产的产品，如汽车、纺织机械、机械加工等零件，为了提高生产率和加工精度，往往采用组合机床等专用机床，以及由这类机床组成的生产线进行加工。对于单件或小批量生产的零件，它们的零件一般采用通用机床进行加工。应用专用机床，生产准备周期长、费用高、产品不易更新。而应用通用机床，由于其生产效率和加工质量完全取决于操作者的技术水平，因此很难得到优质产品。另外，随着社会进步，人们对各类产品的要求越来越高，像汽车这样大批量生产的产品，也要求其个性化，因此就不能采用传统的刚性生产线，要考虑适当的柔性。一些小批量生产的产品，其复杂要求和精度要求也使通用机床难以胜任。科研单位与企业的技术人员在不断地探索、研究，希望研制出一种性能优越的数控机床，虽然取得了一定的进展，但在实际运用中仍然存在着尚未克服的技术难题。

发明内容

本发明的目的在于克服以上不足，提供一种高精度多功能智能机床，采用光电检测技术、刀架自动转向装置、珩磨装置、可置换尾架设计，通过闭环控制系统设定加工程序进行加工质量的实时控制，实现车、磨、镗、研磨单机多功能一体化加工，是一种复合化、高精度、高效率、智能型机床，提高了加工工艺和生产水平，达到省时与节能的目的。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：包括主轴箱、闭环控制系统、三爪卡盘、自动换刀装置、检测装置、内圆磨头、珩磨装置、变速箱、磨架托板、外圆磨头、Z向滚珠丝杠I、床身、可置换尾架、尾架手轮、小丝杠、传感器I、排屑装置、床身座、车刀架托板、自动装刀架、传感器II、电机I、皮带轮I、三角皮带、Z向伺服电机I、皮带轮II、Z向伺服电机II、传感器III、大拖板I、小拖板I、X向滚珠丝杠I、探头、斜导轨、电机II、X向滚珠丝杠II、小拖板II、大拖板II、Z向滚珠丝杠II、传感器IV、大拖板III，床身呈长方体形状，底下两端各设有床身座，左边床身座内设有电机I，电机I主轴上设有皮带轮I，皮带轮I通过三角皮带与皮带轮II相连接，皮带轮II设在主轴箱上，右边床身座的下端与排屑装置上的排屑输送槽相连接，床身左顶端上设有主轴箱，主轴箱上设有闭环控制系统，其上设有人机界面显示屏和触摸屏，主轴箱右端中心位置设有三爪卡盘，床身上设有斜导轨，自动换刀装置和珩磨装置分别设在斜导轨上，从主轴箱向可置换尾架方向看，自动换刀装置设在斜导轨的右侧，珩磨装置设在斜导轨的左侧，自动换刀装置上设有大拖板I，大拖板I上设有小拖板I、自动装刀架、车刀架托板、检测装置，检测装置上设有探头，小拖板I位于大拖板I之上，小拖板I上设有X向滚珠丝杠I，珩磨装置上设有大拖板II、小拖板II、变速箱，变速箱上设有电机II，变速箱左端设有内圆磨头，变速箱右端设有外圆磨头，变速箱下端设有磨架托板，小拖板II位于大拖板II之上，小拖板II上设有X向滚珠丝杠II，床身右端设有可置换尾架，可置换尾架上设有大拖板III，可置换尾架上设有尾架手轮，可置换尾架内设有小丝杠，床身正面设有Z向滚珠丝杠I，Z向滚珠丝杠I与Z向伺服电机I相连接，床身侧面设有Z向滚珠丝杠II，Z向滚珠丝杠II与Z向伺服电机II相连接，Z向滚珠丝杠I与自动换刀装置相连接，Z向滚珠丝杠II与珩磨装置、可置换尾架相连接，Z向滚珠丝杠I上端设有传感器I和传感器II，Z向滚珠丝杠II上端设有传感器III和传感器IV，闭环控制系统的线路与自动换刀装置、检测装置、珩磨装置、排屑装置、电机I、电机II、Z向伺服电机I、Z向伺服电机II、传感器I、传感器II、传感器III、传感器IV、探头相连接。

本发明所采用的技术原理是：本发明的加工对象为轴类及圆孔类零件，将车削与镗削、磨削、研磨复合到一台机床，实现车、磨、镗、研磨单机多功能加工，即能够在同一机床上实现轴类零件外圆表面的粗车、精车、粗磨、精磨、研磨，内孔表面的钻削、扩孔、镗削、研磨等多功能加工，整个工件的加工只需一次定位夹紧，缩短了零件的生产周期，提高了加工精度。机床的主运动为三爪卡盘的旋转运动，动力传输由电机I通过联轴器和皮带轮I传递给主轴箱，通过三爪卡盘实现主轴的转动。Z向伺服电机I通过Z向滚珠丝杠I带动车刀架托板实现Z向的进给运动和快速移动，车刀架托板通过自动装刀架实现车刀的自动转向。Z向伺服电机II通过Z向滚珠丝杠II带动磨架托板进行Z向的往复运动。电机II通过变速箱实现外圆磨头的速度自动调节，进行粗磨和精磨。内圆磨头通过电机II实现内孔的精磨加工，并可通过连杆实现切深方向的长度控制。机床结构采用仿真设计，对自动换刀装置和珩磨装置上的托板采用对称布置形式和斜导轨布置形式，缩小了机床尺寸，节省了钢材和加工时间，又便于自动排屑和冷却。可置换尾架通过Z向滚珠丝杠I带动小丝杠进行轴向自动进刀，实现内孔的打孔和专用刀具镗加工，尾架手轮调节可置换尾架的手动微量进给，可置换尾架可以实现顶尖、麻花钻、镗刀的换刀加工。本机床在加工过程中实现加工质量的快速检测，通过闭环控制系统设定加工程序，进行加工质量的实时控制，提高了尺寸精度。快速检测装置安装在车刀架托板上，随着Z向滚珠丝杠I进行Z向不同方位快速检测，探头可实现轴的表面粗糙度和圆度的检测。机床通过闭环控制系统与自动换刀装置、检测装置、珩磨装置、排屑装置、电机I、电机II、Z向伺服电机I、Z向伺服电机II、传感器I、传感器II、传感器III、传感器IV、探头相连接，通过闭环控制器和检测装置(包括光栅检测探头、光电传感器、运算放大器、A/D转换器及数码管)实现软公差报警从而保证加工质量，全方位实现数控机床系统的闭环控制。

本发明有益效果是：该机床一次装夹成型加工，实现零件多工位，实现车、磨、镗、研磨单机多功能加工，加工精度高；机床结构采用双拖板对称布置形式和斜导轨布置形式，缩小机床尺寸，便于自动排屑和冷却；采用光电检测技术，在加工过程中实现加工质量的快速检测，通过闭环控制系统进行加工质量的实时控制，提高了尺寸精度；采用自动换刀装置和自动装刀架，实现多功能车削的自动换刀；采用可置换尾架设计，实现内孔的钻、镗、研磨一体化加工；机床的加工减少多次加工及人为因素造成的误差，节省刀具更换时间，能够完成轴类和圆孔类零件加工精度的要求，达到柔性化，提高工作效率。

附图说明

下面是结合附图和实施例对本发明进一步描述：

图1是一种高精度多功能智能机床结构主视图；

图2是一种高精度多功能智能机床结构俯视图。

在图中，1主轴箱、2闭环控制系统、3三爪卡盘、4自动换刀装置、5检测装置、6内圆磨头、7珩磨装置、8变速箱、9磨架托板、10外圆磨头、11Z向滚珠丝杠I、12床身、13可置换尾架、14尾架手轮、15小丝杠、16传感器I、17排屑装置、18床身座、19车刀架托板、20自动装刀架、21传感器II、22电机I、23皮带轮I、24三角皮带、25Z向伺服电机I、26皮带轮II、27Z向伺服电机II、28传感器III、29大拖板I、30小拖板I、31X向滚珠丝杠I、32探头、33斜导轨、34电机II、35X向滚珠丝杠II、36小拖板II、37大拖板II、38Z向滚珠丝杠II、39传感器IV、40大拖板III。

具体实施方式

该机床床身12呈长方体形状，底下两端各设有床身座18，左边床身座18内设有电机I22，电机I22主轴上设有皮带轮I23，皮带轮I23通过三角皮带24与皮带轮II26相连接，皮带轮II26设在主轴箱1上，右边床身座18的下端与排屑装置17上的排屑输送槽相连接，床身12左顶端上设有主轴箱1，主轴箱1上设有闭环控制系统2，其上设有人机界面显示屏和触摸屏，主轴箱1右端中心位置设有三爪卡盘3，床身12上设有斜导轨33，自动换刀装置4和珩磨装置7分别设在斜导轨33上，从主轴箱1向可置换尾架13方向看，自动换刀装置4设在斜导轨33的右侧，珩磨装置7设在斜导轨33的左侧，自动换刀装置4上设有大拖板I29，大拖板I29上设有小拖板I30、自动装刀架20、车刀架托板19、检测装置5，检测装置5上设有探头32，小拖板I30位于大拖板I29之上，小拖板I30上设有X向滚珠丝杠I31，珩磨装置7上设有大拖板II37、小拖板II36、变速箱8，变速箱8上设有电机II34，变速箱8左端设有内圆磨头6，变速箱8右端设有外圆磨头10，变速箱8下端设有磨架托板9，小拖板II36位于大拖板II37之上，小拖板II36上设有X向滚珠丝杠II35，床身右端设有可置换尾架13，可置换尾架13上设有大拖板III40，可置换尾架13上设有尾架手轮14，可置换尾架13内设有小丝杠15，床身12正面设有Z向滚珠丝杠I11，Z向滚珠丝杠I11与Z向伺服电机I25相连接，床身12侧面设有Z向滚珠丝杠II38，Z向滚珠丝杠II38与Z向伺服电机II27相连接，Z向滚珠丝杠I11与自动换刀装置4相连接，Z向滚珠丝杠II38与珩磨装置7、可置换尾架13相连接，Z向滚珠丝杠I11上端设有传感器I16和传感器II21，Z向滚珠丝杠II38上端设有传感器III28和传感器IV39，闭环控制系统2的线路与自动换刀装置4、检测装置5、珩磨装置7、排屑装置17、电机I22、电机II34、Z向伺服电机I25、Z向伺服电机II27、传感器I16、传感器II21、传感器III28、传感器IV39、探头32相连接。

本发明的加工对象为轴类及圆孔类零件，将车削与镗削、磨削、研磨复合到一台机床，实现车、磨、镗、研磨单机多功能加工，即能够在同一机床上实现轴类零件外圆表面的粗车、精车、粗磨、精磨、研磨，内孔表面的钻削、扩孔、镗削、研磨等多功能加工，整个工件的加工只需一次定位夹紧，缩短了零件的生产周期，提高了加工精度。机床的主运动为三爪卡盘3的旋转运动，动力传输由电机I22通过联轴器和皮带轮I23传递给主轴箱1，通过三爪卡盘3实现主轴的转动。Z向伺服电机I25通过Z向滚珠丝杠I11带动车刀架托板19实现Z向的进给运动和快速移动，车刀架托板19通过自动装刀架20实现车刀的自动转向。Z向伺服电机II27通过Z向滚珠丝杠II38带动磨架托板9进行Z向的往复运动。电机II34通过变速箱8实现外圆磨头10的速度自动调节，进行粗磨和精磨。内圆磨头6通过电机II34实现内孔的精磨加工，并可通过连杆实现切深方向的长度控制。机床结构采用仿真设计，对自动换刀装置4和珩磨装置7上的托板采用对称布置形式和斜导轨33布置形式，缩小了机床尺寸，节省了钢材和加工时间，又便于自动排屑和冷却。可置换尾架13通过Z向滚珠丝杠I11带动小丝杠15进行轴向自动进刀，实现内孔的打孔和专用刀具镗加工，尾架手轮14调节可置换尾架13的手动微量进给，可置换尾架13可以实现顶尖、麻花钻、镗刀的换刀加工。本机床在加工过程中实现加工质量的快速检测，通过闭环控制系统2设定加工程序，进行加工质量的实时控制，提高了尺寸精度。检测装置5安装在车刀架托板19上，随着Z向滚珠丝杠I11进行Z向不同方位快速检测，探头32可实现轴的表面粗糙度和圆度的检测。机床通过闭环控制系统2与自动换刀装置4、检测装置5、珩磨装置7、排屑装置17、电机I22、电机II34、Z向伺服电机I25、Z向伺服电机II27、传感器I16、传感器II21、传感器III28、传感器IV39、探头32相连接，通过闭环控制系统2和检测装置5(包括光栅检测探头、光电传感器、运算放大器、A/D转换器及数码管)实现软公差报警从而保证加工质量，全方位实现数控机床系统的闭环控制。

自动换刀装置4和珩磨装置7在加工轴类和磨削过程中，就考虑到Z向和X向进刀与退刀的问题，经过仿真模拟设计，再经过样机的形式试验，达到最佳设计效果。在轴类车削过程中，将珩磨装置7的大拖板II37旋转到可置换尾架13下面进行限定位置，可置换尾架13的顶尖可伸缩，伸出长度可超出珩磨装置7，下面设计一定的空间位置，先将珩磨装置7的变速箱8旋转到一边，正好将珩磨装置7的大拖板II37靠在里面，不影响自动换刀装置4正常切削。通过Z向滚珠丝杠I11带动自动换刀装置4进行运动。自动换刀装置4上的车刀正好对准可置换尾架13轴的顶尖位置，进行自动往复，全部由光栅传感器控制的。在珩磨轴类及圆类的外圆及内圆过程中，先将自动换刀装置4上的大拖板I29旋转到一边，再旋转到三爪卡盘3上主轴的下方(在设计过程中，三爪卡盘上的主轴臂普通的车床长出2/3)，让出磨削位置，珩磨装置7上的磨头对轴类、圆类零件外圆及内圆进行自动磨削，磨削精度尺寸全部由光栅传感器来控制。在自动换刀装置4工作时，珩磨装置7旋转到可置换尾架13一边，珩磨装置7工作时，自动换刀装置4旋转到另一边，呈相反方向定位。

Claims (1)

1.一种高精度多功能智能机床，包括主轴箱、闭环控制系统、三爪卡盘、自动换刀装置、检测装置、内圆磨头、珩磨装置、变速箱、磨架托板、外圆磨头、Z向滚珠丝杠I、床身、可置换尾架、尾架手轮、小丝杠、传感器I、排屑装置、床身座、车刀架托板、自动装刀架、传感器II、电机I、皮带轮I、三角皮带、Z向伺服电机I、皮带轮II、Z向伺服电机II、传感器III、大拖板I、小拖板I、X向滚珠丝杠I、探头、斜导轨、电机II、X向滚珠丝杠II、小拖板II、大拖板II、Z向滚珠丝杠II、传感器IV、大拖板III，其特征是：床身呈长方体形状，底下两端各设有床身座，左边床身座内设有电机I，电机I主轴上设有皮带轮I，皮带轮I通过三角皮带与皮带轮II相连接，皮带轮II设在主轴箱上，右边床身座的下端与排屑装置上的排屑输送槽相连接，床身左顶端上设有主轴箱，主轴箱上设有闭环控制系统，其上设有人机界面显示屏和触摸屏，主轴箱右端中心位置设有三爪卡盘，床身上设有斜导轨，自动换刀装置和珩磨装置分别设在斜导轨上，从主轴箱向可置换尾架方向看，自动换刀装置设在斜导轨的右侧，珩磨装置设在斜导轨的左侧，自动换刀装置上设有大拖板I，大拖板I上设有小拖板I、自动装刀架、车刀架托板、检测装置，检测装置上设有探头，小拖板I位于大拖板I之上，小拖板I上设有X向滚珠丝杠I，珩磨装置上设有大托板II、小拖板II、变速箱，变速箱上设有电机II，变速箱左端设有内圆磨头，变速箱右端设有外圆磨头，变速箱下端设有磨架托板，小拖板II位于大拖板II之上，小拖板II上设有X向滚珠丝杠II，床身右端设有可置换尾架，可置换尾架上设有大托板III，可置换尾架上设有尾架手轮，可置换尾架内设有小丝杠，床身正面设有Z向滚珠丝杠I，Z向滚珠丝杠I与Z向伺服电机I相连接，床身侧面设有Z向滚珠丝杠II，Z向滚珠丝杠II与Z向伺服电机II相连接，Z向滚珠丝杠I与自动换刀装置相连接，Z向滚珠丝杠II与珩磨装置、可置换尾架相连接，Z向滚珠丝杠I上端设有传感器I和传感器II，Z向滚珠丝杠II上端设有传感器III和传感器IV，闭环控制系统的线路与自动换刀装置、检测装置、珩磨装置、排屑装置、电机I、电机II、Z向伺服电机I、Z向伺服电机II、传感器I、传感器II、传感器III、传感器IV、探头相连接。

Images