CN103769677A - 差动无级调速多模式滚切机床 - Google Patents

Abstract

本发明属于机械加工技术领域，具体涉及一种无级调速滚切机床。差动无级调速多模式滚切机床，其技术方案是：控制驱动系统（26）通过数据区驱动线（40）与主轴调速电机（2）、调速电机（9）、电磁离合器（10）、横向进给工作台（14）、纵向进给工作台（15）、机床升降台（16）相连，根据输入指令控制和驱动主轴调速电机（2）与调速电机（9）的变速和变向，电磁离合器（10）的开合，横向进给工作台（14）的里外移动、纵向进给工作台（15）的左右移动、机床升降台（16）的上下移动；本发明能实现多种切削形式，能有效地降低切削力、减小切削热、提高刀具耐用度，排屑顺畅并能及时断屑。

Description

差动无级调速多模式滚切机床

技术领域

本发明属于机械加工技术领域，具体涉及一种无级调速滚切机床。

背景技术

随着机械加工行业的发展，对加工的效率要求和自动化程度的要求越来越高。然而在高效加工工件和自动化程度提高的同时,切削力的增大、切削热的增加、刀具耐用度的降低、排屑和断屑问题严重影响了高效加工的发展。专利“难加工材料专用铣刀”（专利申请号201310013775.8）巧妙地运用了行星轮系结构，有效地降低了刀具磨损、提高了刀具使用寿命，但该专利由于本身结构的限制只能实现逆滚切切削、欠滚切切削、纯自由滚切切削、过滚切切削等四种切削模式，而且切削模式的转变是通过手动更换齿轮来实现的。

发明内容

本发明的目的是：为克服现有技术中的不足，提供一种差动无级调速多模式滚切机床，多种切削模式；

本发明的技术方案是：差动无级调速多模式滚切机床，它包括：机床、主轴调速电机、调速电机、旋转刀盘、滚切装置以及控制驱动系统；

机床包括：床身以及机床底座；机床升降台与床身连接；纵向给进工作台位于机床升降台上；横向给进工作台位于纵向给进工作台上；

主轴调速电机固定安装于床身，其输出轴固定连接传动齿轮，传动齿轮与主轴齿轮啮合，主轴齿轮与主轴固定连接，主轴通过主轴上轴承安装于床身；

调速电机固定安装于床身，其输出通过电磁离合器传递至调速轴；调速轴通过一对调速轴轴承安装于床身；调速轴锥齿轮另一面与调速轴固定连接，另一方面与双联齿轮啮合；双联齿轮为套筒状，上端为锥齿轮，下端为圆柱齿轮；双联齿轮空套在主轴上，其套筒内部设有一对主轴轴承，套筒外部通过一对轴承安装与床身；

旋转刀盘与主轴固定连接，主轴构成旋转刀盘的回转中心，旋转刀盘的水平圆周面上布置有两个或两个以上的滚切装置；

滚切装置包括：差动轴、差动轴齿轮、圆形刀片轴锥齿轮以及圆形刀片；差动轴的上下两端通过一对差动轴轴承与旋转刀盘连接；上端的差动轴轴承由上轴承压盖压紧，上轴承压盖由压盖螺钉与旋转刀盘紧固，差动轴和上轴承压盖之间设有上油封；差动轴齿轮与差动轴固定连接，差动轴齿轮与双联齿轮啮合，差动轴锥齿轮一方面与差动轴固定连接，另一方面与圆形刀片轴锥齿轮相啮合；圆形刀片轴锥齿轮与圆形刀片轴固定连接，圆形刀片轴的左右两端通过一对圆形刀片轴轴承与旋转刀盘连接，左端的圆形刀片轴轴承由左轴承压盖压紧，左轴承压盖通过螺钉与旋转刀盘紧固；右端的圆形刀片轴轴承由右轴承压盖压紧，右轴承压盖通过螺钉与旋转刀盘紧固；圆形刀片轴和右轴承压盖之间设有油封，圆形刀片座通过锥孔与圆形刀片轴的外锥面配合，圆形刀片位于圆形刀片座上并通过圆形刀片压板压紧，圆螺母、圆螺母止动垫将圆形刀片、圆形刀片座、圆形刀片压板与圆形刀片轴紧固；

控制驱动系统通过数据区驱动线与主轴调速电机、调速电机、电磁离合器、横向进给工作台、纵向进给工作台、机床升降台相连，根据输入指令控制和驱动主轴调速电机与调速电机的变速和变向，电磁离合器的开合，横向进给工作台的里外移动、纵向进给工作台的左右移动、机床升降台的上下移动。

本发明的有益效果是：（1）本发明通过控制驱动系统的调节能够实现“普通切削”、“自滚切切削”、“逆滚切切削”、“欠滚切切削”、“纯自由滚切切削”、“过滚切切削”和“变滚切速率比切削”多种切削形式；其中“普通切削”和“自滚切切削”为已有加工方法，其他五种加工方法即：“逆滚切切削”、“欠滚切切削”、“纯自由滚切切削”、“过滚切切削”和“变滚切速率比切削”为本发明能够实现的新的加工方法。

（2）本发明设置纵向给进工作台、机床升降台、横向给进工作台实现了三向移动功能；

（3）本发明能有效地降低切削力、减小切削热、提高刀具耐用度，排屑顺畅并能及时断屑。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1的B向视图；

图3是图1的A-A局部视图；

图4是本发明圆形刀片的运动示意图。

其中，1-传动齿轮、2-主轴调速电机，3-主轴、4-主轴上轴承、5-主轴齿轮、6-调速轴锥齿轮、7-调速轴轴承、8-调速轴、9-调速电机、10-电磁离合器、11-轴承、12-旋转刀盘、13-床身、14-横向进给工作台、15-纵向进给工作台、16-机床升降台、17-机床底座、18-圆形刀片、19-圆形刀片轴锥齿轮、20-差动轴锥齿轮、21-差动轴轴承、22-差动轴齿轮、23-差动轴、24-双联齿轮、25-主轴轴承、26-控制驱动系统、27-压盖螺钉、28-上轴承压盖、29-上油封、30-螺钉、31-左轴承压盖、32-圆形刀片轴、33-圆形刀片轴轴承、34-右轴承压盖、35-圆形刀片座、36-圆形刀片压板、37-圆螺母止动垫、38-圆螺母、39-油封、40-数据驱动线。

具体实施方式

参见附图1，差动无级调速多模式滚切机床，它包括：机床、主轴调速电机2、调速电机9、旋转刀盘12、滚切装置以及控制驱动系统26；

机床包括：床身13以及机床底座17；机床升降台16与床身13连接并沿其上下移动；纵向给进工作台15位于机床升降台16上，并沿其左右移动；横向给进工作台14位于纵向给进工作台15上，并沿其里外移动；

主轴调速电机2固定安装于床身13，其输出轴固定连接传动齿轮1，传动齿轮1与主轴齿轮5啮合，主轴齿轮5与主轴3固定连接，主轴3通过主轴上轴承4安装于床身13；

调速电机9固定安装于床身13，其输出通过电磁离合器10传递至调速轴8；调速轴8通过一对调速轴轴承7安装于床身13；调速轴锥齿轮6一面与调速轴8固定连接，另一方面与双联齿轮24啮合；双联齿轮24为套筒状，上端为锥齿轮，下端为圆柱齿轮；双联齿轮24空套在主轴3上，其套筒内部设有一对主轴轴承25，套筒外部通过一对轴承11安装与床身13；

参见附图2，旋转刀盘12与主轴3固定连接，主轴3构成旋转刀盘12的回转中心，旋转刀盘12的水平圆周面上布置有两个或两个以上的滚切装置；

参见附图3，滚切装置包括：差动轴23、差动轴齿轮22、圆形刀片轴锥齿轮19以及圆形刀片18；差动轴23的上下两端通过一对差动轴轴承21与旋转刀盘12连接；上端的差动轴轴承21由上轴承压盖28压紧，上轴承压盖28由压盖螺钉27与旋转刀盘12紧固，差动轴23和上轴承压盖28之间设有上油封29；差动轴齿轮22与差动轴23固定连接，差动轴齿轮22与双联齿轮24啮合，差动轴锥齿轮20一方面与差动轴23固定连接，另一方面与圆形刀片轴锥齿轮19相啮合；圆形刀片轴锥齿轮19与圆形刀片轴32固定连接，圆形刀片轴32的左右两端通过一对圆形刀片轴轴承33与旋转刀盘12连接，左端的圆形刀片轴轴承33由左轴承压盖31压紧，左轴承压盖31通过螺钉30与旋转刀盘12紧固；右端的圆形刀片轴轴承33由右轴承压盖34压紧，右轴承压盖34通过螺钉30与旋转刀盘12紧固；圆形刀片轴32和右轴承压盖34之间设有油封39，圆形刀片座35通过锥孔与圆形刀片轴32的外锥面配合，圆形刀片18位于圆形刀片座35上并通过圆形刀片压板36压紧，圆螺母38、圆螺母止动垫37将圆形刀片18、圆形刀片座35、圆形刀片压板36与圆形刀片轴32紧固；

控制驱动系统26通过数据区驱动线40与主轴调速电机2、调速电机9、电磁离合器10、横向进给工作台14、纵向进给工作台15、机床升降台16相连，根据输入指令控制和驱动主轴调速电机2与调速电机9的变速和变向，电磁离合器10的开合，横向进给工作台14的里外移动、纵向进给工作台15的左右移动、机床升降台16的上下移动。

主轴可调速电机2的转动通过传动齿轮1、主轴齿轮5传递到主轴3，主轴3带动与其固连的旋转刀盘12旋转。主轴可调速电机2在控制驱动系统26的控制驱动下可实现无级调速，因此旋转刀盘12旋转可实现无级调速。旋转刀盘12带动其上的圆形刀片18切削工件。

在电磁离合器10闭合的状态下，调速电机9的转动通过电磁离合器10、调速轴8、调速轴锥齿轮6传动到双联齿轮24，这样调速电机9的转动就传递到了由双联齿轮24下端的圆柱齿轮（太阳轮）、旋转刀盘12（行星架）和差动轴齿轮22（行星轮）组成差动轮系中。根据差动轮系的性质，当旋转刀盘12（行星架）转速一定时可通过改变调速电机9的转速使差动轴23得到不同的转速，也可以在旋转刀盘12（行星架）转速、转向一定时通过控制调速电机9使差动轴23得到不同的转向，差动轴23通过差动轴锥齿轮20、圆形刀片轴锥齿轮19将转动传递到圆形刀片轴32，圆形刀片轴32带动与其固连的圆形刀片18旋转。

这样圆形刀片18除随旋转刀盘12一起做走刀运动外还绕自身轴线主动旋转，而且当旋转刀盘12转速一定时可通过控制调速电机9使圆形刀片18绕自身轴线主动旋转得到不同的转速和转向。圆形刀片18一边随旋转刀盘12一起做走刀运动一边绕自身轴线主动旋转并配合横向进给工作台14、纵向进给工作台15、机床升降台16的里外、左右、上下移动完成对工件的滚切加工如图4。

参见附图4，将旋转刀盘12的转速记为n，圆形刀片18绕自身轴线主动旋转的转速记为n_t，圆形刀片18的旋转线速度Vt与削速度V的比值为滚切速率比k，即其中，r为圆形刀片18半径，R为旋转刀盘12回转半径；

当断开电磁离合器10时，调速电机9不给圆形刀片18提供动力，圆形刀片18随旋转刀盘12一起做走刀运动时，圆形刀片18在工件、切屑摩擦力的推动下沿自身轴线被动旋转，此时的切削状态为“自滚切切削”；

自滚切切削处于理想状态，即只考虑工件、切屑摩擦力对圆形刀片18的推动，不考虑摩擦阻力及各转动件的转动惯量的影响时的k值记为k_y，此时n_t的转向定义为正向，n_t的转向为正向时k为正值反之为负值；

k＜0时的切削状态为“逆滚切切削”；

k＝0时的切削状态为“普通切削”；

0＜k＜k_y时的切削状态为“欠滚切切削”；

k趋近k_y时的切削状态为“自滚切切削”；

k＝k_y时的切削状态为“纯自由滚切切削”；

k＞k_y时的切削状态为“过滚切切削”；

滚切加工时，k不断变化的切削状态为“变滚切速率比切削”。

每一种切削状态都有自身的规律和特点，例如“过滚切切削”时，圆形刀片18旋转线速度大小Vt大于切屑的排屑速度，因此圆形刀片18会从切屑的底部沿排屑方向给切屑一个摩擦力，从而及时断屑，同时圆形刀片18是一边随旋转刀盘12一起做走刀运动一边绕自身轴线主动旋转完成对工件的滚切加工的，所以圆形刀片18切削刃上的每一点在走刀方向的运动轨迹为螺旋线，因此可有效地降低切削力且有利散热，刀具的磨损量被均化到整个圆周上提高刀具耐用度。即差动无级调速多模式滚切机床能实现多种切削形式，能有效地降低切削力、减小切削热、提高刀具耐用度，及时排屑和断屑。

Claims (2)

1.差动无级调速多模式滚切机床，它包括：机床、主轴调速电机（2）、调速电机（9）、旋转刀盘（12）、滚切装置以及控制驱动系统（26），其特征是：

所述机床包括：床身（13）以及机床底座（17）；机床升降台（16）与床身（13）连接；纵向给进工作台（15）位于机床升降台（16）上；横向给进工作台（14）位于纵向给进工作台（15）上；

所述主轴调速电机（2）固定安装于床身（13），其输出轴固定连接传动齿轮（1），传动齿轮（1）与主轴齿轮（5）啮合，主轴齿轮（5）与主轴（3）固定连接，主轴（3）通过主轴上轴承（4）安装于床身（13）；

所述调速电机（9）固定安装于床身（13），其输出通过电磁离合器（10）传递至调速轴（8）；调速轴（8）通过一对调速轴轴承（7）安装于床身（13）；调速轴锥齿轮（6）另一面与调速轴（8）固定连接，另一方面与双联齿轮（24）啮合；双联齿轮（24）为套筒状，上端为锥齿轮，下端为圆柱齿轮；双联齿轮（24）空套在主轴（3）上，其套筒内部设有一对主轴轴承（25），套筒外部通过一对轴承（11）安装与床身（13）；

所述旋转刀盘（12）与主轴（3）固定连接，主轴（3）构成旋转刀盘（12）的回转中心，旋转刀盘（12）的水平圆周面上布置有两个或两个以上的滚切装置；

所述滚切装置包括：差动轴（23）、差动轴齿轮（22）、圆形刀片轴锥齿轮（19）以及圆形刀片（18）；差动轴（23）的上下两端通过一对差动轴轴承（21）与旋转刀盘（12）连接；上端的差动轴轴承（21）由上轴承压盖（28）压紧，上轴承压盖（28）由压盖螺钉（27）与旋转刀盘（12）紧固，差动轴（23）和上轴承压盖（28）之间设有上油封（29）；差动轴齿轮（22）与差动轴（23）固定连接，差动轴齿轮（22）与双联齿轮（24）啮合，差动轴锥齿轮（20）一方面与差动轴（23）固定连接，另一方面与圆形刀片轴锥齿轮（19）相啮合；圆形刀片轴锥齿轮（19）与圆形刀片轴（32）固定连接，圆形刀片轴（32）的左右两端通过一对圆形刀片轴轴承（33）与旋转刀盘（12）连接，左端的圆形刀片轴轴承（33）由左轴承压盖（31）压紧，左轴承压盖（31）通过螺钉（30）与旋转刀盘（12）紧固；右端的圆形刀片轴轴承（33）由右轴承压盖（34）压紧，右轴承压盖（34）通过螺钉（30）与旋转刀盘（12）紧固；圆形刀片轴（32）和右轴承压盖（34）之间设有油封（39），圆形刀片座（35）通过锥孔与圆形刀片轴（32）的外锥面配合，圆形刀片（18）位于圆形刀片座（35）上并通过圆形刀片压板（36）压紧，圆螺母（38）、圆螺母止动垫（37）将圆形刀片（18）、圆形刀片座（35）、圆形刀片压板（36）与圆形刀片轴（32）紧固；

所述控制驱动系统（26）通过数据区驱动线（40）与主轴调速电机（2）、调速电机（9）、电磁离合器（10）、横向进给工作台（14）、纵向进给工作台（15）、机床升降台（16）相连，根据输入指令控制和驱动主轴调速电机（2）与调速电机（9）的变速和变向，电磁离合器（10）的开合，横向进给工作台（14）的里外移动、纵向进给工作台（15）的左右移动、机床升降台（16）的上下移动。

2.如权利要求1所述的差动无级调速多模式滚切机床，其特征是：将旋转刀盘（12）的转速记为n，圆形刀片（18）绕自身轴线主动旋转的转速记为n_t，圆形刀片（18）的旋转线速度Vt与削速度V的比值为滚切速率比k，即其中，r为圆形刀片（18）半径，R为旋转刀盘（12）回转半径；

当断开电磁离合器（10）时，调速电机（9）不给圆形刀片（18）提供动力，圆形刀片（18）随旋转刀盘（12）一起做走刀运动时，圆形刀片（18）在工件、切屑摩擦力的推动下沿自身轴线被动旋转，此时的切削状态为“自滚切切削”；

自滚切切削处于理想状态，即只考虑工件、切屑摩擦力对圆形刀片（18）的推动，不考虑摩擦阻力及各转动件的转动惯量的影响时的k值记为k_y，此时n_t的转向定义为正向，n_t的转向为正向时k为正值反之为负值；

k＜0时的切削状态为“逆滚切切削”；

k＝0时的切削状态为“普通切削”；

0＜l＜k_y时的切削状态为“欠滚切切削”；

k趋近k_y时的切削状态为“自滚切切削”；

k＝k_y时的切削状态为“纯自由滚切切削”；

k＞k_y时的切削状态为“过滚切切削”；

滚切加工时，k不断变化的切削状态为“变滚切速率比切削”。

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