CN104043845B - 双主轴同步控制机床 - Google Patents

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Abstract

一种双主轴同步控制机床，机床上设置有两个主轴箱体,左侧的主轴箱体为固定式箱体，通过固定支座安装在机床上，右侧的主轴箱体为可移动式箱体，通过中间支座安装在机床上，两侧的主轴箱体内安装有电机；两个主轴箱体均装有内置分离式编码器，内置分离式编码器的测头安装在主轴箱体上，内置分离式编码器的齿环固定在连接盘上，连接盘通过键固定在主轴上，主轴箱体与主轴之间通过轴承连接和支承；动力卡盘通过螺钉固定在主轴上，回转油缸与连接盘固定在一起，动力卡盘、回转油缸、连接盘与主轴为刚性一体；制动器主体通过制动器连接支架连接在主轴箱体上，两侧的主轴旋转首先是速度同步，然后是旋转主轴角相位同步。

Description

双主轴同步控制机床
技术领域
本发明涉及一种双主轴单元的控制技术，尤其涉及一种卧式数控机床或车铣中心的双主轴同步控制技术。
背景技术
主轴单元是数控机床上必备关键核心部件之一，是各机床厂家研究的永恒的课题，目的提高零件的加工质量和效率，减轻操作者劳动强度，减少环境污染。目前使用的双主轴单元加工零件从主主轴到副主轴的传递，需要机床加工完零件正面后，停车从左主轴卡盘取下零件，再装夹到右主轴上实现加工反面加工，即左、右主轴单元停车进行零件手动交换，效率低，加工的零件尺寸不稳定，操作者劳动疲劳程度高。
然而对于双主轴同步控制机床来说，安装在主轴卡盘上的零件的正面加工完成后，机床不停车可以实现加工零件从主主轴到副主轴的自动传递，然后在副主轴卡盘上再进行零件背面的加工。因此，可以实现零件的一次装夹，自动完成零件正、反两面的车、铣复合加工。
发明内容
本发明的目的是提供一种双主轴单元同步控制技术，即主（左）主轴单元固定，副（右）主轴单元移动的结构和控制技术，主副主轴单元都为电主轴结构。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种双主轴同步控制机床，其特征在于：机床上设置有两个主轴箱体,左侧的主轴箱体为固定式箱体，通过固定支座安装在机床上，右侧的主轴箱体为可移动式箱体，通过中间支座安装在机床上，两侧的主轴箱体内安装有电机；
两个主轴箱体均装有内置分离式编码器，内置分离式编码器的测头安装在主轴箱体上，内置分离式编码器的齿环固定在连接盘上，连接盘通过键固定在主轴上，主轴箱体与主轴之间通过轴承连接和支承；
动力卡盘通过螺钉固定在主轴上，回转油缸与连接盘固定在一起，动力卡盘、回转油缸、连接盘与主轴为刚性一体；
制动器主体通过制动器连接支架连接在主轴箱体上，电机定子外套和主轴箱体间设计环形槽。
根据所述的双主轴同步控制机床，所述的电机包括电机定子和电机转子，电机定子固定安装在电机定子外套上，电机定子外套通过螺钉安装在主轴箱体上，电机转子固定安装在电机转子内套上，电机转子内套通过锁紧螺母被固定在主轴上。
根据所述的双主轴同步控制机床，所述的右侧主轴箱体连接在中间支座上，中间支座与丝母座装在一起，进给伺服电机通过联轴器与滚珠丝杠刚性连接。
本发明具有如下优势。
当主（左）主轴卡盘夹持工件以一定速度旋转，加工完零件后，副（右）主轴首先是速度与主（左）主轴同步，然后是角相位与主轴同步，在W轴的进给驱动下，向左侧主轴方向直线进给运动，进行智能定位。副主轴卡盘夹持工件与主主轴同步旋转后，主主轴卡盘松开工件，副主轴卡盘夹持工件退回到指定位置，对工件进行反面加工，完成一个循环。实现了多道工序的连续加工，减少了半成品周转时间，生产效率明显提高，操作者劳动强度和紧张程度均可大为减轻，劳动条件得到相应改善。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为同步循环流程图。
图3为智能定位示意图。
附图中：1.床身；2.固定支座；3.制动盘；4.回转油缸；5.连接盘；6.制动器；7.内置分离式编码器；8.制动器连接支架；9.锁紧螺母；10.电机转子；11.电机定子；12.主轴箱体；13.主轴；14.拉杆；15.动力卡盘；16.中间支架；17.轴承座；18.丝母座；19.滚珠丝杠；20.联轴器；21.伺服电机支架；22.进给伺服电机。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步描述。
本发明包括主轴箱体12、主轴13、编码器、电机、动力卡盘15、回转油缸4、内置分离式编码器7、副主轴进给滚珠丝杠副、伺服进给电机支架21、中间支座16等零件。
主轴箱体12内安装有电机，电机包括电机定子11和电机转子10，电机定子11固定安装在主轴箱体12上，电机转子10固定安装在主轴13上。
右侧的进给伺服电机22通过联轴器20与滚珠丝杠19刚性连接，进给伺服电机22的转动带动滚珠丝杠19旋转，即滚珠丝杠19随电机同步转动，滚珠丝杠19的旋转运动转变为螺母的直线运动，滚珠丝杠螺母通过丝母座18与副主轴单元相连，实现机床副主轴（W轴）的直线进给运动。
当左侧主轴（主主轴）卡盘夹持工件并加工完零件后，副主轴（右侧主轴）首先是保证速度与主主轴同步，然后是角相位与主轴同步，在W轴的进给驱动下，向主主轴方向直线进给运动，进行智能定位。副主轴卡盘夹持工件与主主轴同步旋转后，主主轴卡盘松开工件，副主轴卡盘夹持工件并且退回到指定位置对工件进行反面加工，完成一个循环。实现了多道工序的连续加工，减少了半成品周转时间，生产效率明显提高，操作者劳动强度和紧张程度均可大为减轻，劳动条件得到相应改善。
下面介绍其详细工作原理。
如图1所示，左、右主轴单元相同，包括主轴箱体12，主轴箱体12内安装有电机，电机包括电机定子11和电机转子10，电机定子11通过热装工艺被固定安装在电机定子外套上，电机定子外套通过螺钉被固定安装在主轴箱体12上；电机转子10通过热装工艺被固定安装在电机转子内套上，电机转子内套通过锁紧螺母9被固定在主轴13上；分离式编码器7的测头被间接固定安装在主轴箱体12上，分离式编码器7的齿环通过热装工艺被固定安装在连接盘5上，连接盘5通过键被固定在主轴6上。
主轴箱体12与主轴13之间通过轴承连接和支承，电机定子和转子间有一定的间隙。动力卡盘15通过螺钉固定在主轴13头部，回转油缸4与连接盘5固定在一起，动力卡盘15、回转油缸4、连接盘5与主轴13成刚性一体。回转油缸4内活塞左右移动通过拉杆14带动卡配爪的径向移动，实现对加工零件的夹紧和放松。
为实现对主轴的速度和位置控制，配套使用的编码器是可分离式编码器，即编码器的测头与齿环是分离的，齿环与连接盘热装定在一起，测头与主轴箱体12固定在一起，编码器测头与齿环之间有一定的间隙，所以编码器齿环也会与主轴同步旋转。内置分离式编码器7测头实时监测齿环的运动状况，并把信息回传给控制器，这样就实现了对主轴的旋转速度和位置角度检测。控制器通过内置编码器对位置角度定位后，制动器6对制动盘夹紧制动，制动器6通过制动器连接支架8连接固定在主轴箱体12上。为解决电机定子11上线圈工作时发热的问题，在电机定子11外套和主轴箱体12间设计了环形槽供冷却液通过。
左主轴单元连接在固定支座2上，其整体固定在机床床身1上；右主轴单元连接在中间支座16上，与丝母座18连一起，进给伺服电机22通过联轴器20与滚珠丝杠19刚性连接，滚珠丝杠19把伺服电机22的转动转变为丝杠螺母的直线移动，即右主轴单元的直线进给移动。
图2为双主轴控制技术的动作流程图。其原理是当左边的动力卡盘15夹持工件以一定速度旋转，对零件正面进行加工，右侧的动力卡盘15处在张开状态。右侧的动力卡盘15首先是速度与左主轴同步，然后是角相位与左主轴同步，其同步的精度为±2秒，内置分离式编码器7同步检测，同时进给伺服电机22带动右主轴单元向左移动（W轴）一定距离，进行耝定位；当右主轴上的动力卡盘15接触到左主轴上的工件时，就产生一个轴向的反力，该力大小在控制器上根据转速已预设定为定值，轴向的反力达到设定的数字时，反馈给控制装置，伺服W轴停止左移；两主轴在同步旋转状态下，两主轴动力卡盘15同时加紧工件同步旋转，然后右主轴动力卡盘15松开工件，左主轴卡盘夹紧工件退回到设定位置，对零件背面的进行加工，实现一个循环。
本发明是一种双主轴同步控制技术，打破了原传统结构控制的限制，把主轴上零件集约化为一个整体模块，有利于规模化制造，便于装配维护，是机床主轴结构控制的重大创新。本发明利用专用优化设计的控制主轴模块，涉及到的机械结构、连接固定方式、速度旋转和角度定位和相关电气控制技术。各单元可单独组装和更换，是主轴结构优化和整合的创新，故障率低、易维护，操作者劳动强度和紧张程度均可大为减轻，劳动条件得到相应改善，代表着机床发展方向。

Claims (3)

1.一种双主轴同步控制机床，其特征在于：机床上设置有两个主轴箱体（12）,左侧的主轴箱体（12）为固定式箱体，通过固定支座（2）安装在机床上，右侧的主轴箱体（12）为可移动式箱体，通过中间支座（16）安装在机床上，两侧的主轴箱体（12）内安装有电机；
两个主轴箱体（12）均装有内置分离式编码器（7），内置分离式编码器（7）的测头安装在主轴箱体（12）上，内置分离式编码器（7）的齿环固定在连接盘（5）上，连接盘（5）通过键固定在主轴（13）上，主轴箱体（12）与主轴（13）之间通过轴承连接和支承；
动力卡盘（15）通过螺钉固定在主轴（13）上，回转油缸（4）与连接盘（5）固定在一起，动力卡盘（15）、回转油缸（4）、连接盘（5）与主轴（13）为刚性一体；
制动器（6）主体通过制动器连接支架（8）连接在主轴箱体（12）上，电机定子（11）外套和主轴箱体（12）间设计环形槽。
2.根据权利要求1所述的双主轴同步控制机床，其特征在于：所述的电机包括电机定子（11）和电机转子（10），电机定子（11）固定安装在电机定子外套上，电机定子外套通过螺钉安装在主轴箱体（12）上，电机转子（10）固定安装在电机转子内套上，电机转子内套通过锁紧螺母（9）被固定在主轴（13）上。
3.根据权利要求1所述的双主轴同步控制机床，其特征在于：所述的右侧主轴箱体（12）连接在中间支座（16）上，中间支座（16）与丝母座（18）装在一起，进给伺服电机（22）通过联轴器（20）与滚珠丝杠（19）刚性连接。
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