CN104827056B - 一种细长轴类零件加工机床及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种细长轴类零件加工机床及其方法。包括机架、左侧主轴箱、左侧尾部夹拉机构、左侧刀架、左侧跟刀机械手单元、左侧X轴传动单元、左侧Z1轴传动单元、左侧Z2轴传动单元、左侧排屑机构、右侧主轴箱、右侧尾部夹拉机构、右侧刀架、右侧跟刀机械手单元、右侧X轴传动单元、右侧Z1轴传动单元、右侧Z2轴传动单元、右侧排屑机构等。本发明通过两套尾座夹紧机构和主传动机构同时夹持工件两端，避免细长零件夹持甩尾现象；通过尾部夹、拉紧机构，利用跟刀机械手解决了细长零件的夹持刚度不足问题，保证零件加工精度；通过两套执行装置同时加工，利用主切削力对等抵消原理，降低了夹紧力的要求；达到了显著提高生产产能的目的。
Description
技术领域
本发明涉及一种细长轴类零件加工机床及其方法，属于机械加工制造及其自动化、数控组合机床领域。
背景技术
在当前国内、外汽车行业中，涉及大量应用的某一种零件成形加工以前，原材料为典型超细长型零件，该零件存在难以克服的加工工艺，存在加工精度低，产品加工的一致性差，生产效率低下的瓶颈。目前，在国内针对上述零件加工，通常采用普通车床设备进行数控化改造来完成，加工方法采用车削工件一端；拆卸工件，掉头再次装夹，车削另一端，需要两次装夹、两次切削，效率低。传统夹持方式为一夹一顶加跟刀架（或中心架）的形式，尾座顶尖顶持作用，会增大细长轴加工中的不稳定性和弯曲变形，难以起到刚度增强的作用，使得加工精度难以保证。在国外，通常根据零件工艺研发专用设备进行加工，但是价格非常昂贵。
针对上述问题，提出了一种细长轴类零件加工机床及其方法，有效解决了细长零件的夹持刚度不足、加工精度低，产品加工的一致性差，生产效率低下等问题，在机械加工制造及其自动化领域具有广泛前景。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种细长零件的夹持刚度好，加工精度高、自动化程度化高、生产效率高的加工机床及其方法。
用于细长轴类零件加工机床，包括左侧夹持机械手安装座、左侧尾部夹拉机构、左侧夹持机械手、左侧刀架、左侧跟刀机械手单元、左侧主轴箱、右侧主轴箱、右侧夹持机械手安装座、右侧夹持机械手、右侧跟刀机械手单元、右侧刀架、右侧尾部夹拉机构、左侧尾部夹拉机构滑台、左侧X轴滑台、左侧排屑机、左侧Z2轴传动单元、机架、右侧Z2轴传动单元、左侧排屑机、右侧X轴滑台、右侧尾部夹拉机构滑台、左侧Z1轴传动单元、左侧X轴传动单元、右侧Z1轴传动单元、右侧X轴传动单元、主电机；
在机架中间位置上，对称安装有左侧主轴箱和右侧主轴箱，通过设置在左侧主轴箱和右侧主轴箱上的夹紧卡盘的共同夹紧细长轴工件中间部位，工件夹紧位置通过左侧Z2轴传动单元和右侧Z2轴传动单元调整适应，并通过主电机同步驱动左侧主轴箱和右侧主轴箱卡盘带动工件旋转； 在机架两端位置上，对称安装有左侧尾部夹拉机构滑台和右侧尾部夹拉机构滑台，在左侧尾部夹拉机构滑台上设置有左侧尾部夹拉机构，在右侧尾部夹拉机构滑台上设置有右侧尾部夹拉机构，通过左侧尾部夹拉机构和右侧尾部夹拉机构共同夹持细长轴工件末端并通过气缸向外部拉紧工件；
在左侧主轴箱和左侧尾部夹拉机构滑台之间的后方位置，设置有左侧夹持机械手安装座、左侧夹持机械手、左侧刀架、左侧跟刀机械手单元和左侧X轴滑台，三套左侧夹持机械手通过左侧夹持机械手安装座安装在机架上，左侧刀架和左侧跟刀机械手单元安装在左侧X轴滑台上， X轴滑台通过左侧X轴传动单元和左侧Z1轴传动单元驱动，实现左侧刀架上车刀的XZ向进给运动；在右侧主轴箱和右侧尾部夹拉机构滑台之间的后方位置，设置有右侧夹持机械手安装座、右侧夹持机械手、右侧跟刀机械手单元、右侧刀架和右侧X轴滑台，三套右侧夹持机械手通过右侧夹持机械手安装座安装在机架上，右侧刀架和右侧跟刀机械手单元安装在右侧X轴滑台上，右侧X轴滑台通过右侧Z1轴传动单元和右侧X轴传动单元驱动，实现右侧刀架上车刀的X Z向进给运动；
在左侧主轴箱和左侧尾部夹拉机构滑台之间的正下方位置，安装有左侧排屑机，右侧主轴箱和右侧尾部夹拉机构滑台之间正的下方位置，安装有左侧排屑机，用于收集和排除切屑。
用于细长轴类零件加工机床的加工方法的步骤如下：
1）根据加工不同细长轴类工件夹持位置要求，通过左侧Z2轴传动单元和右侧Z2轴传动单元，调整左侧主轴箱和右侧主轴箱上的夹紧卡盘距离；
2）通过设置在左侧尾部夹拉机构滑台气缸动作使左侧尾部夹拉机构沿X向偏置；
3）待加工细长轴类工件毛坯从左侧进料，并穿过设置在左侧主轴箱和右侧主轴箱空心夹紧卡盘；夹紧卡盘卡爪动作的共同夹紧细长轴工件中间部位；
4)左侧尾部夹拉机构滑台气缸动作使左侧尾部夹拉机构沿X向复位；
5）左侧X轴滑台和右侧X轴滑台移动到工件最左和最右端适当位置，加工方向从工件两端向中间同步车削
6）通过左侧跟刀机械手单元和右侧跟刀机械手单元夹持工件，使工件处于防逃脱状态；
7）适当位置的左侧夹持机械手和右侧夹持机械手动作夹持工件待加工部位，实现工件的稳定夹持；
8）通过主电机同步驱动左侧主轴箱和右侧主轴箱卡盘带动工件旋转主运动；
9）通过左侧X轴传动单元和左侧Z1轴传动单元驱动，实现左侧刀架上车刀的XZ向进给切削，同时，通过右侧Z1轴传动单元和右侧X轴传动单元驱动，实现右侧刀架上车刀的XZ向插补进给切削；实现两端同步锥度车削；
10）左侧刀架和右侧刀架沿Z向进给切削适当距离，设置在左侧尾部夹拉机构滑台和右侧尾部夹拉机构滑台气缸动作，使左侧尾部夹拉机构和右侧尾部夹拉机构向已加工工件末端靠近并夹紧，同时向外拉紧工件，提高工件夹持刚度；
11）左侧刀架和右侧刀架沿Z向继续向前进给切削，适当位置的左侧夹持机械手和右侧夹持机械手动作夹持刀具后方工件已加工部位，实现工件的稳定夹持作用；
12）左侧刀架和右侧刀架沿Z向继续向前进给切削，靠近左侧主轴箱和右侧主轴箱卡盘位置，左侧跟刀机械手单元和右侧跟刀机械手单元动作释放退回安全位置，保证工件能加工到最终尺寸；；
13）工件加工结束，左侧夹持机械手和右侧夹持机械手全部释放退回安全位置；左侧X轴滑台和右侧X轴滑台移动了工件最左和最右端适当位置；左侧尾部夹拉机构滑台和右侧尾部夹拉机构滑台气缸全部释放退回安全位置，准备开始下一次加工；
14）右侧尾部夹拉机构滑台气缸动作使右侧尾部夹拉机构沿X向偏置；
15) 左侧主轴箱和右侧主轴箱夹紧卡盘卡爪动作释放，松开已完成加工的工件，并从右侧取出工件
16）右侧尾部夹拉机构滑台气缸动作使右侧尾部夹拉机构沿X向复位；
17）完成一次加工循环。
本发明与现有技术相比具有的有益效果：
1）通过一次装夹对细长轴工件两端同步加工方法替代传统两次装夹、两次加工方式，提高生产效率和产能；
2）通过尾座夹拉机构代替传统单一顶持方法，提高细长轴工件夹装刚度，保证加工精度；
3）通过零件两端加工同步特性，利用作用力对等抵消原理,降低零件卡盘和尾座夹紧力要求；
4）通过跟刀机械手和多个夹持机械手代替跟传统跟刀架的装夹方案，分段夹持提高细长轴工件加工过程的稳定性，每批次工件加工一致性好；
5）通过左侧Z2轴传动单元和右侧Z2轴传动单元，调整左侧主轴箱和右侧主轴箱上的夹紧卡盘距离，一台机床可以适应尺寸系列零件的加工需求。
附图说明
图1是细长轴类零件加工机床主视图；
图2是本发明机床俯视图；
图3是本发明机床侧视图；
图中：左侧夹持机械手安装座1、左侧尾部夹拉机构2、左侧夹持机械手3、左侧刀架4、左侧跟刀机械手单元5、左侧主轴箱6、右侧主轴箱7、右侧夹持机械手安装座8、右侧夹持机械手9、右侧跟刀机械手单元10、右侧刀架11、右侧尾部夹拉机构12、左侧尾部夹拉机构滑台13、左侧X轴滑台14、左侧排屑机15、左侧Z2轴传动单元16、机架17、右侧Z2轴传动单元18、右侧排屑机19、右侧X轴滑台20、右侧尾部夹拉机构滑台21、左侧Z1轴传动单元22、左侧X轴传动单元23、右侧Z1轴传动单元24、右侧X轴传动单元25、主电机26。
具体实施方式
如图1、2、3所示，用于细长轴类零件加工机床，包括左侧夹持机械手安装座1、左侧尾部夹拉机构2、左侧夹持机械手3、左侧刀架4、左侧跟刀机械手单元5、左侧主轴箱6、右侧主轴箱7、右侧夹持机械手安装座8、右侧夹持机械手9、右侧跟刀机械手单元10、右侧刀架11、右侧尾部夹拉机构12、左侧尾部夹拉机构滑台13、左侧X轴滑台14、左侧排屑机15、左侧Z2轴传动单元16、机架17、右侧Z2轴传动单元18、左侧排屑机19、右侧X轴滑台20、右侧尾部夹拉机构滑台21、左侧Z1轴传动单元22、左侧X轴传动单元23、右侧Z1轴传动单元24、右侧X轴传动单元25、主电机26；
在机架17中间位置上，对称安装有左侧主轴箱6和右侧主轴箱7，通过设置在左侧主轴箱6和右侧主轴箱7上的夹紧卡盘的共同夹紧细长轴工件中间部位，工件夹紧位置通过左侧Z2轴传动单元16和右侧Z2轴传动单元18调整适应，并通过主电机26同步驱动左侧主轴箱6和右侧主轴箱7卡盘带动工件旋转； 在机架17两端位置上，对称安装有左侧尾部夹拉机构滑台13和右侧尾部夹拉机构滑台21，在左侧尾部夹拉机构滑台13上设置有左侧尾部夹拉机构2，在右侧尾部夹拉机构滑台21上设置有右侧尾部夹拉机构12，通过左侧尾部夹拉机构2和右侧尾部夹拉机构12共同夹持细长轴工件末端并通过气缸向外部拉紧工件；
在左侧主轴箱6和左侧尾部夹拉机构滑台13之间的后方位置，设置有左侧夹持机械手安装座1、左侧夹持机械手3、左侧刀架4、左侧跟刀机械手单元5和左侧X轴滑台14，三套左侧夹持机械手3通过左侧夹持机械手安装座1安装在机架17上，左侧刀架4和左侧跟刀机械手单元5安装在左侧X轴滑台14上， X轴滑台14通过左侧X轴传动单元23和左侧Z1轴传动单元22驱动，实现左侧刀架4上车刀的XZ向进给运动；在右侧主轴箱7和右侧尾部夹拉机构滑台21之间的后方位置，设置有右侧夹持机械手安装座8、右侧夹持机械手9、右侧跟刀机械手单元10、右侧刀架1和右侧X轴滑台20，三套右侧夹持机械手9通过右侧夹持机械手安装座8安装在机架17上，右侧刀架11和右侧跟刀机械手单元10安装在右侧X轴滑台20上，右侧X轴滑台20通过右侧Z1轴传动单元24和右侧X轴传动单元25驱动，实现右侧刀架11上车刀的X Z向进给运动；
在左侧主轴箱6和左侧尾部夹拉机构滑台13之间的正下方位置，安装有左侧排屑机15，右侧主轴箱7和右侧尾部夹拉机构滑台21之间正的下方位置，安装有右侧排屑机19，用于收集和排除切屑。
用于细长轴类零件加工机床的加工方法，步骤如下：
1）根据加工不同细长轴类工件夹持位置要求，通过左侧Z2轴传动单元和右侧Z2轴传动单元，调整左侧主轴箱和右侧主轴箱上的夹紧卡盘距离；
2）通过设置在左侧尾部夹拉机构滑台气缸动作使左侧尾部夹拉机构沿X向偏置；
3）待加工细长轴类工件毛坯从左侧进料，并穿过设置在左侧主轴箱和右侧主轴箱空心夹紧卡盘；夹紧卡盘卡爪动作的共同夹紧细长轴工件中间部位；
4)左侧尾部夹拉机构滑台气缸动作使左侧尾部夹拉机构沿X向复位；
5）左侧X轴滑台和右侧X轴滑台移动到工件最左和最右端适当位置，加工方向从工件两端向中间同步车削
6）通过左侧跟刀机械手单元和右侧跟刀机械手单元夹持工件，使工件处于防逃脱状态；
7）适当位置的左侧夹持机械手和右侧夹持机械手动作夹持工件待加工部位，实现工件的稳定夹持；
8）通过主电机同步驱动左侧主轴箱和右侧主轴箱卡盘带动工件旋转主运动；
9）通过左侧X轴传动单元和左侧Z1轴传动单元驱动，实现左侧刀架上车刀的XZ向进给切削，同时，通过右侧Z1轴传动单元和右侧X轴传动单元驱动，实现右侧刀架上车刀的XZ向插补进给切削；实现两端同步锥度车削；
10）左侧刀架和右侧刀架沿Z向进给切削适当距离，设置在左侧尾部夹拉机构滑台和右侧尾部夹拉机构滑台气缸动作，使左侧尾部夹拉机构和右侧尾部夹拉机构向已加工工件末端靠近并夹紧，同时向外拉紧工件，提高工件夹持刚度；
11）左侧刀架和右侧刀架沿Z向继续向前进给切削，适当位置的左侧夹持机械手和右侧夹持机械手动作夹持刀具后方工件已加工部位，实现工件的稳定夹持作用；
12）左侧刀架和右侧刀架沿Z向继续向前进给切削，靠近左侧主轴箱和右侧主轴箱卡盘位置，左侧跟刀机械手单元和右侧跟刀机械手单元动作释放退回安全位置，保证工件能加工到最终尺寸；；
13）工件加工结束，左侧夹持机械手和右侧夹持机械手全部释放退回安全位置；左侧X轴滑台和右侧X轴滑台移动了工件最左和最右端适当位置；左侧尾部夹拉机构滑台和右侧尾部夹拉机构滑台气缸全部释放退回安全位置，准备开始下一次加工；
14）右侧尾部夹拉机构滑台气缸动作使右侧尾部夹拉机构沿X向偏置；
15) 左侧主轴箱和右侧主轴箱夹紧卡盘卡爪动作释放，松开已完成加工的工件，并从右侧取出工件
16）右侧尾部夹拉机构滑台气缸动作使右侧尾部夹拉机构沿X向复位；
17）完成一次加工循环。
Claims (2)
1.一种细长轴类零件加工机床，其特征在于包括左侧夹持机械手安装座（1）、左侧尾部夹拉机构（2）、左侧夹持机械手（3）、左侧刀架（4）、左侧跟刀机械手单元（5）、左侧主轴箱（6）、右侧主轴箱（7）、右侧夹持机械手安装座（8）、右侧夹持机械手（9）、右侧跟刀机械手单元（10）、右侧刀架（11）、右侧尾部夹拉机构（12）、左侧尾部夹拉机构滑台（13）、左侧X轴滑台（14）、左侧排屑机（15）、左侧Z2轴传动单元（16）、机架（17）、右侧Z2轴传动单元（18）、右侧排屑机（19）、右侧X轴滑台（20）、右侧尾部夹拉机构滑台（21）、左侧Z1轴传动单元（22）、左侧X轴传动单元（23）、右侧Z1轴传动单元（24）、右侧X轴传动单元（25）、主电机（26）；
在机架（17）中间位置上，对称安装有左侧主轴箱（6）和右侧主轴箱（7），通过设置在左侧主轴箱（6）和右侧主轴箱（7）上的夹紧卡盘的共同夹紧细长轴工件中间部位，工件夹紧位置通过左侧Z2轴传动单元（16）和右侧Z2轴传动单元（18）调整适应，并通过主电机（26）同步驱动左侧主轴箱（6）和右侧主轴箱（7）卡盘带动工件旋转； 在机架（17）两端位置上，对称安装有左侧尾部夹拉机构滑台（13）和右侧尾部夹拉机构滑台（21），在左侧尾部夹拉机构滑台（13）上设置有左侧尾部夹拉机构（2），在右侧尾部夹拉机构滑台（21）上设置有右侧尾部夹拉机构（12），通过左侧尾部夹拉机构（2）和右侧尾部夹拉机构（12）共同夹持细长轴工件末端并通过气缸向外部拉紧工件；
在左侧主轴箱（6）和左侧尾部夹拉机构滑台（13）之间的后方位置，设置有左侧夹持机械手安装座（1）、左侧夹持机械手（3）、左侧刀架（4）、左侧跟刀机械手单元（5）和左侧X轴滑台（14），三套左侧夹持机械手（3）通过左侧夹持机械手安装座（1）安装在机架（17）上，左侧刀架（4）和左侧跟刀机械手单元（5）安装在左侧X轴滑台（14）上，左侧 X轴滑台（14）通过左侧X轴传动单元（23）和左侧Z1轴传动单元（22）驱动，实现左侧刀架（4）上车刀的XZ向进给运动；在右侧主轴箱（7）和右侧尾部夹拉机构滑台（21）之间的后方位置，设置有右侧夹持机械手安装座（8）、右侧夹持机械手（9）、右侧跟刀机械手单元（10）、右侧刀架（11）和右侧X轴滑台（20），三套右侧夹持机械手（9）通过右侧夹持机械手安装座（8）安装在机架（17）上，右侧刀架（11）和右侧跟刀机械手单元（10）安装在右侧X轴滑台（20）上，右侧X轴滑台（20）通过右侧Z1轴传动单元（24）和右侧X轴传动单元（25）驱动，实现右侧刀架（11）上车刀的X Z向进给运动；
在左侧主轴箱（6）和左侧尾部夹拉机构滑台（13）之间的正下方位置，安装有左侧排屑机（15），右侧主轴箱（7）和右侧尾部夹拉机构滑台（21）之间正的下方位置，安装有右侧排屑机（19），用于收集和排除切屑。
2.一种使用如权利要求1所述细长轴类零件加工机床的加工方法，其特征在于它的步骤如下：
1）根据加工不同细长轴类工件夹持位置要求，通过左侧Z2轴传动单元（16）和右侧Z2轴传动单元（18），调整左侧主轴箱（6）和右侧主轴箱（7）上的夹紧卡盘距离；
2）通过设置在左侧尾部夹拉机构滑台（13）气缸动作使左侧尾部夹拉机构（2）沿X向偏置；
3）待加工细长轴类工件毛坯从左侧进料，并穿过设置在左侧主轴箱（6）和右侧主轴箱（7）空心夹紧卡盘；夹紧卡盘卡爪动作的共同夹紧细长轴工件中间部位；
4)左侧尾部夹拉机构滑台（13）气缸动作使左侧尾部夹拉机构（2）沿X向复位；
5）左侧X轴滑台（14）和右侧X轴滑台（20）移动到工件最左和最右端适当位置，加工方向从工件两端向中间同步车削;
6）通过左侧跟刀机械手单元（5）和右侧跟刀机械手单元（10）夹持工件，使工件处于防逃脱状态；
7）适当位置的左侧夹持机械手（3）和右侧夹持机械手（9）动作夹持工件待加工部位，实现工件的稳定夹持；
8）通过主电机（26）同步驱动左侧主轴箱（6）和右侧主轴箱（7）卡盘带动工件旋转主运动；
9）通过左侧X轴传动单元（23）和左侧Z1轴传动单元（22）驱动，实现左侧刀架（4）上车刀的XZ向进给切削，同时，通过右侧Z1轴传动单元（24）和右侧X轴传动单元（25）驱动，实现右侧刀架（11）上车刀的X Z向插补进给切削；实现两端同步锥度车削；
10）左侧刀架（4）和右侧刀架（11）沿Z向进给切削适当距离，设置在左侧尾部夹拉机构滑台（13）和右侧尾部夹拉机构滑台（21)气缸动作，使左侧尾部夹拉机构（2）和右侧尾部夹拉机构（12）向已加工工件末端靠近并夹紧，同时向外拉紧工件，提高工件夹持刚度；
11）左侧刀架（4）和右侧刀架（11）沿Z向继续向前进给切削，适当位置的左侧夹持机械手（3）和右侧夹持机械手（9）动作夹持刀具后方工件已加工部位，实现工件的稳定夹持作用；
12）左侧刀架（4）和右侧刀架（11）沿Z向继续向前进给切削，靠近左侧主轴箱（6）和右侧主轴箱（7）卡盘位置，左侧跟刀机械手单元（5）和右侧跟刀机械手单元（10）动作释放退回安全位置，保证工件能加工到最终尺寸；
13）工件加工结束，左侧夹持机械手（3）和右侧夹持机械手（9）全部释放退回安全位置；左侧X轴滑台（14）和右侧X轴滑台（20）移动了工件最左和最右端适当位置；左侧尾部夹拉机构滑台（13）和右侧尾部夹拉机构滑台（21)气缸全部释放退回安全位置，准备开始下一次加工；
14）右侧尾部夹拉机构滑台（21）气缸动作使右侧尾部夹拉机构（12）沿X向偏置；
15)左侧主轴箱（6）和右侧主轴箱（7）夹紧卡盘卡爪动作释放，松开已完成加工的工件，并从右侧取出工件；
16）右侧尾部夹拉机构滑台（21）气缸动作使右侧尾部夹拉机构（12）沿X向复位；
17）完成一次加工循环。
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
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Effective date of registration: 20170418 Address after: 201612 Shanghai Caohejing hi tech park in Songjiang Xinzhuan Highway No. 258, building 32, room 1203 Patentee after: Shang Ao Automation Engineering (Shanghai) Co., Ltd. Address before: Hangzhou City, Zhejiang province 310018, Xiasha Economic Development Zone International City Qi Feng Yuan room 4-1002 Patentee before: Huang Xiaodong |
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| TR01 | Transfer of patent right | ||
| CP03 | Change of name, title or address |
Address after: Building 635 Zhenjiang River Road, Sijing, Songjiang District, Shanghai, 20101 Patentee after: Shanghai Qihaote Automation Engineering Co., Ltd. Address before: 201612 Shanghai Caohejing hi tech park in Songjiang Xinzhuan Highway No. 258, building 32, room 1203 Patentee before: Shang Ao Automation Engineering (Shanghai) Co., Ltd. |
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| CP03 | Change of name, title or address |