CN105195781A - 智能化深孔镗孔机床 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种应用于现场加工的智能化深孔镗孔机床，可实现现场大尺寸、深孔甚至盲孔零件的加工以及其他各种现场操作检测维修过程。设计具有凹槽特征的主轴结构，使主轴旋转的同时刀架进给装置能够沿主轴产生轴向进给运动；设计具有综合轴向进给、径向进给以及主轴旋转运动功能的操作加工系统和扫描检测系统；设计能进行主轴位置检测和主轴位置调整的驱动控制技术。该技术在机床装备安装调试中主轴能自动或半自动检测、调节、定位，在操作过程中可实施检测反馈、驱动控制，可应用于水电站、核电站、舰艇、船舶，采矿等领域的大型机床装备和零部件的安装、使用、调试、维护、加工、修理、检测等作业，也可扩展应用于一般孔类零件加工和各种操作过程中的主轴自动定位、自动检测和智能控制。

Description

智能化深孔镗孔机床

技术领域

本发明专利涉及一种智能化深孔镗孔机床，可实现应用于现场加工的大尺寸、深孔甚至盲孔零件的加工以及其他各种现场操作检测维修过程。该技术，在机床装备安装调试中主轴能自动或半自动检测、调节、定位，在操作过程中可实施检测反馈、驱动控制，可应用于水电站、核电站、舰艇、船舶，采矿等领域的大型机床装备和零部件的安装、使用、调试、维护、加工、修理、检测等作业，也可扩展应用于一般孔类零件加工和各种操作过程中的主轴自动定位、自动检测和智能控制。

背景技术

大型水电站、核电站、舰艇、船舶，采矿等领域，零部件的安装、维护、修复、调试等操作，由于生产制造厂商远离使用地，或不便于拆卸、移动等原因，采用传统处理方法使用大型机床或者制作专机完成零部件的操作加工后运输到指定地点安装，经常产生难于克服的困难，如运输困难、加工周期长、成本昂贵、远离制造或维修基地的现场安装调试或检测修复不易实施，工程费时、费力、费财、协调困难等等。为了适应社会发展的需求，人们发展了现场加工技术，即直接在被加工大尺寸零部件上安装操作加工机床，完成加工任务。现场加工技术是一种适应各种复杂工作条件下零部件的加工、检测、维护、修复等作业的良好方法，但其中大型装备和零部件的安装、使用、调试、维护、加工、修理、检测等作业，经常遇到机床在指定位置的正确安装、定位，大尺寸深孔零部件的自动或半自动操作、加工、检测和控制。能自动完成机床装备安装调试过程中主轴的自动检测、调节、定位，操作加工过程的智能化检测和控制，成为现场加工技术关键核心问题。

发明内容

本发明要解决的问题是提供一种能够在现场加工条件下，集机床的自动定位、对被加工零件进行操作、加工、检测、维护时能够实现自动或半自动驱动控制的方法和技术。采用该方法，初步安装加工机床于被加工孔零件后，能够能够实现大尺寸深孔镗加工并能使机床自动或半自动安装、调试、定位、检测反馈、驱动控制。

发明内容一是能够实现大尺寸深孔镗加工并能使机床自动或半自动安装、调试、定位、检测反馈、驱动控制的方法，包括机床的构成；

发明内容二是机床在操作加工过程中，伴随机床主轴旋转的同时，能够产生轴向进给的主轴结构；

发明内容三是机床主轴的自动位置检测、定位技术；

发明内容四是机床主轴位置的自动调整和驱动控制机构；

发明内容五是能沿机床主轴产生轴向进给的驱动机构；

发明内容六是能够产生包括轴向进给、径向进给、绕主轴转动的刀架进给装置；

发明内容七是能够实施在线检测的检测装置；

发明内容八是能够实施机床控制、进给、检测，以及各种机床自动安装、定位、调整、在线检测、操作加工的综合控制系统。

所实施的一种智能化深孔镗孔机床，其方法如下，如图1所示。发明内容一，智能化深孔镗孔机床由主轴及主轴驱动装置Z100、主轴定心调整装置Z201和主轴定心调整装置Z202、主轴位置检测装置Z300、进给滑套(10)、刀架轴向进给装置Z400、刀架径向进给装置Z500、综合控制系统Z600等组成，通过综合控制系统Z600的智能化处理，实现大尺寸深孔镗加工并能使机床自动或半自动安装、调试、定位、检测反馈、驱动控制。发明内容二，伴随机床主轴旋转的同时，刀架进给装置能够产生轴向进给运动，首先设计具有凹槽特征的主轴结构：主轴是由包括主轴本体和传动丝杆组成的复合主轴本体一侧加工有凹槽，凹槽内安装传动丝杆，传动丝杆两端有丝杆座，丝杆座将传动丝杆固定在主轴侧面的凹槽内结构，主轴本体一侧加工有凹槽，凹槽内安装传动丝杆，传动丝杆两端有丝杆座，丝杆座将传动丝杆固定在主轴侧面的凹槽内构成主轴复合体；这种结构，在主轴的旋转的时候，可以通过驱动丝杆传动，获得轴向进给运动；其次，设计主轴驱动装置，其特征在于主轴驱动系统由包括驱动马达，减速器和传动箱组成，其中传动箱套在主轴上，传动箱通过其内套上的键与主轴上的凹槽配合传递扭矩，带动主轴旋转。其中一种轴向进给驱动装置结构简图如图2所示，包括一侧有凹槽的镗杆(22)主轴结构、凹槽内安装梯形丝杆(21)，传动丝杆两端的丝杆座(20)，伺服电机(18)、减速器(19)以及集电环(23)等。发明内容三，机床主轴的自动位置检测、主轴位置的自动调整定位机构，其特征在于主轴位置检测是通过扫描检测被加工零件孔表面，并分析和计算出机床主轴相对位置，根据所要求的被加工孔轴线位置通过轴两端安装的主轴定心机构，自动调整机床主轴轴线，调整完成后自动锁紧机床。采用激光或者其他位置传感器进行孔表面位置检测，扫描机构其特征在于利用刀架进给装置中的轴向进给机构、径向进给机构以及主轴及主轴驱动系统的旋转运动，实现对被检测表面扫面。发明内容四，机床主轴位置的自动调整和驱动控制，是设计主轴定心调整装置Z201和主轴定心调整装置Z202，，其特征在于定心调整装置由一对主轴定心机构(5)和主轴定心机构(14)组成，分别安装在主轴(7)两端，每一套主轴定心机构均配置轴承座，轴承座径向端配置有不少于3套可以伸缩的调节顶杆(4)、或调节顶杆(15)，当主轴位置检测装置Z300检测出机床主轴轴线与给定轴线位置产生偏差时，由综合控制系统Z600发出指令，分别驱动主轴两端的主轴定心机构(5)和主轴定心机构(14)，使其上相应的调节顶杆伸缩，从而使主轴沿所需方向在指定范围内偏移，实现机床轴线位置调节。调节顶杆(4)或调节顶杆(15)，可以是由油缸驱动的活塞杆，或者其他动力驱动的螺杆。发明内容五，沿机床主轴产生轴向进给的驱动机构，其特征在于刀架轴向进给装置Z400包括轴向进给机构和控制装置；轴向进给机构(1)安装于主轴一端，通过安装在主轴凹槽内的传动丝杆，带动安装在进给滑套(10)上的包括位置检测装置(9)、轴向进给机构(11)、径向进给机构(12)在内的刀架进给机构整体沿主轴(7)轴向移动，实现轴向进给。发明内容六，径向进给由刀架径向进给装置Z500执行，包括径向进给机构(12)和控制装置，其特征在于径向进给机构安装在所述进给滑套上；控制装置控制径向进给机构的动力源，驱动刀架径向进给机构沿径向移动，实现径向进给。由综合控制系统Z600发出指令控制轴向进给、径向进给、绕主轴转动的刀架运动。发明内容七，在线检测，可以通过配置尺寸检测系统，尺寸检测系统采用激光或者其他传感器，检测被加工零件尺寸，检测数据反馈到控制系统，构成闭环控制来实现。发明内容八，设计综合控制系统Z600，使之能够根据要求，实施机床控制、进给、检测，以及各种机床自动安装、定位、调整、在线检测、操作加工任务。

附图说明

图1智能化深孔镗孔机床示意图

Z100：主轴及主轴驱动装置

Z201：主轴定心调整装置

Z202：主轴定心调整装置

Z300：主轴位置检测装置

Z400：刀架轴向进给装置

Z500：刀架径向进给装置

Z600：综合控制系统

(1)轴向进给机构(2)主轴驱动机构(3)底座(4)调节顶杆

(5)主轴定心机构(6)固定支架(7)主轴(8)轴向驱动丝杆

(9)位置检测装置(10)进给滑套(11)轴向进给机构(12)径向进给机构

(13)零件(14)主轴定心机构(15)调节顶杆(16)可调节支撑脚

(17)固定支架

图2轴向进给驱动装置简图

(18)伺服电机(19)减速器(20)丝杠座(21)梯形丝杠

(22)镗杆(23)集电环

具体实施方式

如图1所示，首先将机床主体结构初步吊装入被加工的深孔零件孔内，若被加工零件属于深孔盲孔类零件，吊装前需要根据被加工深孔盲孔零件孔的尺寸和深度，适当调节智能化深孔镗孔机床主轴下端的调节顶杆(15)、可调节支撑脚(16)，以便于安装完成后的自动机床主轴调整和控制。其次，安装包括主轴及主轴驱动装置Z100、主轴定心调整装置Z201和主轴定心调整装置Z202、主轴位置检测装置Z300、刀架轴向进给装置Z400、刀架径向进给装置Z500以及综合控制系统Z600等。

完成机床结构和各功能系统安装和固定于被加工零件后，由综合控制系统Z600驱动控制智能化深孔镗孔机床主轴下端的调节顶杆(15)、可调节支撑脚(16)，以及机床主轴上端的调节顶杆(4)，初步调整机床位置。

然后进行机床主轴轴线的自动检测。机床主轴轴线位置是通过扫描检测被加工零件孔表面，并分析和计算出机床主轴轴线与被加工孔轴线相对位置而确定的，因此，由综合控制系统Z600驱动控制主轴位置检测装置Z300工作、驱动刀架径向进给装置Z500以调节位置检测装置(9)的适当位置，驱动主轴及主轴驱动装置Z100、刀架轴向进给装置Z400进行被加工零件孔表面的扫描与检测，采集数据并进行数据的分析处理，从而计算机床主轴位置。

获得机床主轴轴线位置后，根据与被加工孔轴线相对位置的偏差大小和方向，对机床主轴位置调整和控制。机床主轴位置的自动调整和定位是通过主轴定心调整装置Z201和主轴定心调整装置Z202完成：根据检测获得的主轴轴线位置偏差的大小和方向，由综合控制系统Z600驱动主轴定心调整装置Z201和主轴定心调整Z202中的主轴定心机构(5)和主轴定心机构(14)，并使相应的调节顶杆(4)或(15)产生伸缩，由于每个主轴定心机构的轴承座上有不少于3套的调节顶杆，因此可以驱动主轴轴承座产生指定方向的位移，或使主轴产生所需方向的偏转，从而使机床主轴在一定空间范围内移动或者偏转，实现机床主轴定位修正、轴线位置调整。

自动调整和确立机床主轴轴线位置后，可对被加工内孔表面进行检测、加工、修复等操作或评估。根据任务要求，综合控制系统Z600给出控制指令，使之根据要求实施机床控制、进给、检测，以及各种机床自动安装、定位、调整、在线检测、操作加工任务等。

为适应复杂的工况或根据特种需要，可以实施各种操作加工的在线检测或监控。由综合控制系统Z600驱动控制由激光或者其他传感器构成的位置检测装置，在各种操作或加工的同时，检测被加工零件表面位置，检测数据反馈到控制系统，构成闭环控制实现在线检测。

Claims (11)

1.一种智能化深孔镗孔机床，其特征在于机床由主轴、主轴驱动装置、主轴定心调整装置、主轴位置检测装置、进给滑套、刀架径向进给装置、刀架轴向进给装置、综合控制系统等组成，能够实现大尺寸深孔镗加工并能使机床自动或半自动安装、调试、定位、检测反馈、驱动控制。

2.根据权利要求1智能化深孔镗孔机床所述主轴，其特征在于主轴是由包括主轴本体和传动丝杆组成的一种结构，主轴本体一侧加工有凹槽，凹槽内安装传动丝杆，传动丝杆两端有丝杆座，丝杆座将传动丝杆固定在主轴侧面的凹槽内，采用这种结构，伴随主轴的旋转可以通过丝杆传动，获得轴向进给驱动。

3.根据权利要求1智能化深孔镗孔机床所述主轴驱动装置，其特征在于主轴驱动系统由包括驱动马达，减速器和传动箱组成，其中传动箱套在主轴上，传动箱通过其内套上的键与主轴上的凹槽配合传递扭矩，带动主轴旋转。

4.根据权利要求1所述主轴定心调整装置，其特征在于定心调整装置由一对主轴定心机构组成，分别安装在主轴两端，每一套主轴定心机构均配置轴承座，轴承座径向端配置有不少于3套可以伸缩的调节顶杆，当主轴位置检测装置检测出机床主轴轴线与给定轴线位置产生偏差时，由综合控制系统发出指令，分别驱动主轴两端的主轴定心机构，使其上相应的调节顶杆伸缩，从而使主轴沿所需方向在指定范围内偏移，实现机床轴线位置调节。

5.根据权利要求4所述调节顶杆，可以是由油缸驱动的活塞杆，或者其他动力驱动的螺杆。

6.根据权利要求1智能化深孔镗孔机床所述进给滑套，安装于主轴上，并可由主轴凹槽内的传动丝杆驱动沿主轴滑移。

7.根据权利要求1智能化深孔镗孔机床所述刀架轴向进给装置，其特征在于刀架轴向进给装置包括轴向进给机构和控制装置；轴向进给机构安装于主轴一端，通过安装在主轴凹槽内的传动丝杆，带动安装在进给滑套上的径向进给机构整体沿主轴轴向移动，实现轴向进给。

8.根据权利要求1智能化深孔镗孔机床所述刀架径向进给装置，包括径向进给机构和控制装置，其特征在于径向进给机构安装在所述进给滑套上；控制装置控制径向进给机构的动力源，驱动刀架径向进给机构沿径向移动，实现径向进给。

9.根据权利要求1智能化深孔镗孔机床所述主轴位置检测装置，其特征在于主轴位置检测装置通过检测被加工零件孔表面，能够检测出机床主轴相对位置，根据所要求的被加工孔轴线位置能够通过轴两端安装的主轴定心机构，自动调整机床主轴轴线，使机床主轴轴线与被加工孔轴线一致，并在调整完成后，自动锁紧机床。

10.根据权利要求1智能化深孔镗孔机床可以配置尺寸检测系统，尺寸检测系统采用激光或者其他传感器，检测被加工零件尺寸，检测数据反馈到控制系统，构成闭环控制。

11.根据权利要求1智能化深孔镗孔机床所述综合控制系统，用于控制机床旋转、径向进给和轴向进给；并结合主轴位置检测装置，实现机床自动安装、机床加工主轴自动调整；结合尺寸检测系统，实现机床在线检测加工。