CN104128797A - 一种立式车铣复合加工实验台 - Google Patents

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张俊
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Abstract

本发明公开了一种立式车铣复合加工实验台，包括底座、立柱、工件电主轴移动工作台、工件电主轴、工件旋转式工作台、Y向电机、Z向电机、Y向丝杠螺母移动机构、Z向丝杠螺母移动机构、刀具电主轴移动工作台、刀具电主轴及切削机构；工作时，刀具电主轴的转动方向与工件电主轴的转动方向相反。本发明可以实现高超速的铣削、车削及镗削。

Description

一种立式车铣复合加工实验台
技术领域
本发明属于金属切削机床技术领域，涉及一种车铣复合加工实验台，具体涉及一种立式车铣复合加工实验台。 
背景技术
高速加工技术由于具有切削力小、切削温度低、加工表面质量高、加工效率高等优点而被广泛应用于航空航天、汽车、发电等领域的零部件加工上。随着高速切削技术研究的不断深入，我们更加迫切的需求能够实现更高切削线速度的方式，这对于探索超高速加工的机理和进一步提高加工效率有着重要的意义。 
从现有的设备及加工方式来看，通过提高主轴转速、增大旋转类切削刀具或者旋转类工件的有效切削直径是达到这一目的的根本途径，但是这些方法的实现又受着高速电主轴系统、高速切削刀柄系统、高速切削刀具等一系列技术瓶颈的制约。 
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种立式车铣复合加工实验台，该实验台可以实现高超速的铣削、车削及镗削。 
为达到上述目的，本发明所述的立式车铣复合加工实验台包括底座、立柱、工件电主轴移动工作台、工件电主轴、工件旋转式工作台、Y向电机、Z向电机、Y向丝杠螺母移动机构、Z向丝杠螺母移动机构、刀具电主轴移动工作台、刀具电主轴及切削机构； 
所述立柱竖立固定于底座上，底座上设有第一导轨，工件电主轴移动工作台安装于所述第一导轨上，Y向电机通过Y向丝杠螺母移动机构与工件电主轴移动工作台相连接，工件电主轴设置于所述工件电主轴移动工作台上，工件旋转式工作台固定于工件电主轴上，待加工的工件固定于所述工件旋转式工作台上； 
所述立柱上设有第二导轨，刀具电主轴移动工作台安装于所述第二导轨上，Z向电机通过Z向丝杠螺母移动机构与刀具电主轴移动工作台相连接，刀具电主轴设置于所述刀具电主轴移动工作台上，切削机构固定于刀具电主轴上，工作时，刀具电主轴的转动方向与工件电主轴的转动方向相反。 
所述工件电主轴内设有工件电主轴锯齿卡盘锁死机构； 
所述刀具电主轴内设有刀具电主轴锯齿卡盘锁死机构。 
所述切削机构包括刀盘及刀片，刀盘固定于刀具电主轴上，刀片固定于刀盘上。 
所述切削机构包括镗杆及镗刀，镗刀通过镗杆固定于刀具电主轴上。 
所述工件旋转式工作台上设有用于固定待加工的工件的液压胀套夹具组。 
还包括安全防护罩，安全防护罩的侧面设有双层联锁防护门，底座、立柱、工件电主轴移动工作台、工件电主轴、工件旋转式工作台、Y向电机、Z向电机、Y向丝杠螺母移动机构、Z向丝杠螺母移动机构、刀具电主轴移动工作台、刀具电主轴及切削机构均设于所述安全防护罩内。 
所述安全防护罩的外侧设有用于判断所述立式车铣复合加工实验台 是否正常工作的报警指示灯。 
所述安全防护罩上开设有观察窗口，观察窗口上安装有防弹玻璃。 
本发明具有以下有益效果： 
本发明所述的立式车铣复合加工实验台在对工件进行加工的过程中，通过Y向电机驱动工件在Y轴方向上移动，通过Z向电机驱动切削机构在Z轴方向上移动，切削时，刀具电主轴的转动方向与工件电主轴的转动方向相反，从而使切削机构与工件之间的相对切削速度得以成倍提高，实现高超速的线削、车削及镗削。同时立柱竖立固定于底座上，从而可以大幅度地消除水平结构中由于工件自重及倾覆力矩所引起的转角误差问题，使得在工件旋转过程中可以更好的保持工件的动平衡，从而有效的完成所要求的切削工作，操作方便，结构简单，易于实现。 
附图说明
图1为本发明的结构示意图； 
图2为本发明的端面超高速铣削功能的切削原理示意图； 
图3为本发明的内圆面超高速镗削功能的切削原理示意图； 
图4为本发明的外圆面超高速车削功能的切削原理示意图； 
图5为本发明的锯齿卡盘锁死机构示意图。 
其中，1为工件电主轴移动工作台、2为工件电主轴、3为工件旋转式工作台、4为液压胀套夹具组、5为工件、6为刀具电主轴移动工作台、7为刀具电主轴、8为刀盘、9为刀片、10为安全防护罩、11为报警指示灯、12为双层联锁防护门、13为Z向电机、14为Z向丝杠螺母移动机构、15为Y向电机、16为Y向丝杠螺母移动机构、17为底座、18为 立柱、19为镗杆、20为镗刀、21为工件电主轴锯齿卡盘锁死机构、22为刀具电主轴锯齿卡盘锁死机构。 
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述： 
参考图1、图2、图3、图4及图5，本发明所述的立式车铣复合加工实验台包括底座17、立柱18、工件电主轴移动工作台1、工件电主轴2、工件旋转式工作台3、Y向电机15、Z向电机13、Y向丝杠螺母移动机构16、Z向丝杠螺母移动机构14、刀具电主轴移动工作台6、刀具电主轴7及切削机构，立柱18竖立固定于底座17上，底座17上设有第一导轨，工件电主轴移动工作台1安装于所述第一导轨上，Y向电机15通过Y向丝杠螺母移动机构16与工件电主轴移动工作台1相连接，工件电主轴2设置于所述工件电主轴移动工作台1上，工件旋转式工作台3固定于工件电主轴2上，待加工的工件5固定于所述工件旋转式工作台3上，立柱18上设有第二导轨，刀具电主轴移动工作台6安装于所述第二导轨上，Z向电机13通过Z向丝杠螺母移动机构14与刀具电主轴移动工作台6相连接，刀具电主轴7设置于所述刀具电主轴移动工作台6上，切削机构固定于刀具电主轴7上，工作时，刀具电主轴7的转动方向与工件电主轴2的转动方向相反。 
需要说明的是，所述工件电主轴2内设有工件电主轴锯齿卡盘锁死机构21；刀具电主轴7内设有刀具电主轴锯齿卡盘锁死机构22。所述切削机构有两种形式，其中一种为：切削机构包括刀盘8及刀片9，刀盘8固定于刀具电主轴7上，刀片9固定于刀盘8上；另一种为：切削机构 包括镗杆19及镗刀20，镗刀20通过镗杆19固定于刀具电主轴7上。工件旋转式工作台3上设有用于固定待加工的工件5的液压胀套夹具组4。本发明还包括安全防护罩10，安全防护罩10的侧面设有双层联锁防护门12，底座17、立柱18、工件电主轴移动工作台1、工件电主轴2、工件旋转式工作台3、Y向电机15、Z向电机13、Y向丝杠螺母移动机构16、Z向丝杠螺母移动机构14、刀具电主轴移动工作台6、刀具电主轴7及切削机构均设于所述安全防护罩10内，安全防护罩10的外侧设有用于判断所述立式车铣复合加工实验台是否正常工作的报警指示灯11，所述安全防护罩10上开设有观察窗口，观察窗口上安装有防弹玻璃。 
由于本发明结构为立式，Z轴方向承受重量较大，因此这里通过气缸对其施加压力，从而保证Z轴方向受力和运动的平衡性。同时，由于本发明为车铣复合加工实验台，工件电主轴锯齿卡盘锁死机构21咬合时，工件电主轴2停止转动，脱开时可自由转动；刀具电主轴锯齿卡盘锁死机构22咬合时，刀具电主轴7停止转动，脱开时可自由转动，从而通过刀具电主轴锯齿卡盘锁死机构22及工件电主轴锯齿卡盘锁死机构21的咬合及脱开来实现车铣功能的转换以及最大线速度的达成；为了保证刀具电主轴锯齿卡盘锁死机构22及工件电主轴锯齿卡盘锁死机构21在咬合及脱开状态下的稳定性，本发明采用了液压的方式对其施加作用力，从而实现加压和保压的目标。实验台旁边设置有液压站，可以用来调整、监测卡盘的压力状态并设置保压压力。 
本发明的实验台具有切削线速度高(刀盘8直径200mm，两主轴转速均为12000r/min)的特点，但在超高的转速下，若平衡精度不高，会 造成较高的离心力，使加工过程不稳定甚至导致刀具的弯曲、断裂、解体，从而造成重大事故，因此在底座17及立柱18的外围设置了安全防护罩10，并配有双层联锁防护门12，并在观察窗口处安装有防弹玻璃，从而对整个加工过程进行封闭保护，防止带有高温的切屑或崩坏的刀具飞出，以保护操作人员和设备的安全。 
安全防护罩10的顶部设置有报警指示灯11，用于指示整个装置的运行状态，当本发明所述的立式车铣复合加工实验台正常运行时，绿灯亮；当本发明所述的立式车铣复合加工实验台运行异常时，红灯亮。 
本发明可以实现以下多种切削功能： 
1)在刀具电主轴7的刀盘8上安装单个刀片9，并按车削时的切削参数要求对其进行调整，然后启动刀具电主轴7内的刀具电主轴锯齿卡盘锁死机构22将其锁死，再通过移动工件电主轴移动工作台1使工件5移动至相应的位置，利用工件电主轴2带动工件5的转动、工件电主轴移动工作台11带动工件5的横向移动、以及刀具电主轴移动工作台6带动刀具的纵向移动实现对工件5的超高速外圆车削或端面车削加工； 
2)在刀具电主轴7上安装镗杆19及镗刀20，再通过移动工件电主轴移动工作台1使两轴移动至同轴位置，利用工件电主轴2带动工件5的转动、刀具电主轴移动工作台6纵向移动以及刀具电主轴7带动镗刀20的转动实现对工件5内孔超高速镗削加工； 
3)在刀具电主轴7的刀盘8上安装铣削刀片9，启动工件电主轴锯齿卡盘锁死机构21将其锁死，然后通过工件电主轴移动工作台1带动工件5横向移动、刀具电主轴移动工作台6带动刀具纵向移动以及刀具电 主轴7带动铣削刀具的转动实现对工件5的端面的铣削加工； 
4)在刀具电主轴7的刀盘8上安装铣削刀片9，利用工件电主轴2带动工件5的转动、工件电主轴移动工作台1带动工件5横向移动、刀具电主轴移动工作台6带动刀具纵向移动以及刀具电主轴7带动铣削刀具的转动实现对工件5的超高速端面铣削加工。 
切削线速度可参照附图通过以下方法算出： 
n1为工件5的旋转速度，单位为m/min；n2为刀具电主轴7的旋转速度，单位为m/min；D为工件5被切削部分外径尺寸，该尺寸与刀盘8直径相同，单位为mm；d为被切削部分内径尺寸，单位mm；n1与n2旋转方向相反，从而使得刀片与工件5间相对切削线速度大幅提高，则该相对切削线速度V(单位m/min)可表示为：                                                  
本发明中，工件电主轴2与刀具电主轴7均选用最高转速为12000r/min的电主轴，刀盘8有效切削直径与工件5被切削部分外径相同，均为200mm，则最高线速度为： 
在进行超高速镗削时，有效切削直径与工件5被切削部分内径相同，均为190mm，工件电主轴2通过工件电主轴锯齿卡盘锁死机构21保持固定不动，刀具电主轴7带动镗刀20旋转，则此时线速度为： 
在进行超高速车削时，工件电主轴2带动工件5旋转，刀具电主轴7固定不动，切削直径为工件5外径200mm，则此时切削线速度为： 
为避免工件电主轴2及刀具电主轴7内部高速旋转部件升温过快，在实验台实际切削之前，应先对工件电主轴2及刀具电主轴7进行预热处理，且每次上电后工件电主轴2及刀具电主轴7都需要润滑10min，避免工件电主轴2及刀具电主轴7在无润滑油状态下旋转。 

Claims (8)

1.一种立式车铣复合加工实验台，其特征在于，包括底座(17)、立柱(18)、工件电主轴移动工作台(1)、工件电主轴(2)、工件旋转式工作台(3)、Y向电机(15)、Z向电机(13)、Y向丝杠螺母移动机构(16)、Z向丝杠螺母移动机构(14)、刀具电主轴移动工作台(6)、刀具电主轴(7)及切削机构；
所述立柱(18)竖立固定于底座(17)上，底座(17)上设有第一导轨，工件电主轴移动工作台(1)安装于所述第一导轨上，Y向电机(15)通过Y向丝杠螺母移动机构(16)与工件电主轴移动工作台(1)相连接，工件电主轴(2)设置于所述工件电主轴移动工作台(1)上，工件旋转式工作台(3)固定于工件电主轴(2)上，待加工的工件(5)固定于所述工件旋转式工作台(3)上；
所述立柱(18)上设有第二导轨，刀具电主轴移动工作台(6)安装于所述第二导轨上，Z向电机(13)通过Z向丝杠螺母移动机构(14)与刀具电主轴移动工作台(6)相连接，刀具电主轴(7)设置于所述刀具电主轴移动工作台(6)上，切削机构固定于刀具电主轴(7)上，工作时，刀具电主轴(7)的转动方向与工件电主轴(2)的转动方向相反。
2.根据权利要求1所述的立式车铣复合加工实验台，其特征在于，
所述工件电主轴(2)内设有工件电主轴锯齿卡盘锁死机构(21)；
所述刀具电主轴(7)内设有刀具电主轴锯齿卡盘锁死机构(22)。
3.根据权利要求1所述的立式车铣复合加工实验台，其特征在于，所述切削机构包括刀盘(8)及刀片(9)，刀盘(8)固定于刀具电主轴(7)上，刀片(9)固定于刀盘(8)上。
4.根据权利要求1所述的立式车铣复合加工实验台，其特征在于，所述切削机构包括镗杆(19)及镗刀(20)，镗刀(20)通过镗杆(19)固定于刀具电主轴(7)上。
5.根据权利要求1所述的立式车铣复合加工实验台，其特征在于，所述工件旋转式工作台(3)上设有用于固定待加工的工件(5)的液压胀套夹具组(4)。
6.根据权利要求1所述的立式车铣复合加工实验台，其特征在于，还包括安全防护罩(10)，安全防护罩(10)的侧面设有双层联锁防护门(12)，底座(17)、立柱(18)、工件电主轴移动工作台(1)、工件电主轴(2)、工件旋转式工作台(3)、Y向电机(15)、Z向电机(13)、Y向丝杠螺母移动机构(16)、Z向丝杠螺母移动机构(14)、刀具电主轴移动工作台(6)、刀具电主轴(7)及切削机构均设于所述安全防护罩(10)内。
7.根据权利要求1所述的立式车铣复合加工实验台，其特征在于，所述安全防护罩(10)的外侧设有用于判断所述立式车铣复合加工实验台是否正常工作的报警指示灯(11)。
8.根据权利要求6所述的立式车铣复合加工实验台，其特征在于，所述安全防护罩(10)上开设有观察窗口，观察窗口上安装有防弹玻璃。
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