CN105196426B - 数控四工位金刚石钻床 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种数控四工位金刚石钻床,它解决了现有钻床不能满足耐火材料和单晶硅等特种材料钻孔的问题，其特征在于：它是由四柱机架、回转工作台、双圆柱形导轨、主轴箱、压紧机构、定位机构、三轴驱动机构、冷确系统和数控系统等组成，主轴箱（3）设置在工作台面（30）后方的四分之一区域内，工作台面上设置了四套组合夹具和定位板，整机动作由设置在机架上的数控系统根据操作人员输入的相关数据进行自动控制。具有多工位、精度高、效率高、操作方便等优点，适用于耐火材料和单晶硅材料的数控钻孔和取芯加工，市场前景非常广阔。

Description

数控四工位金刚石钻床

技术领域：

本发明属于非金属加工机床领域，尤其是涉及到一种用于耐火材料和单晶硅等特种材料的数控四工位金刚石钻床。

背景技术：

数控四工位金刚石钻床，是用于冶金高强度耐火材料和单晶硅等特种材料的钻孔和取芯加工的重要设备。炼铁炉、炼钢炉的铁水在冶炼和浇注时，需要使用各种规格的矩形、圆形、管状等高强度耐火材料制件。这些制件上需要钻孔；电子工业中，单晶硅材料需要从整块毛坯上取出各种规格圆形棒料，用于制作芯片时进行深加工。我国钢铁产量已跃居世界笫一，随着冶金、电子工业的高速发展，各种高温、高强度耐火材料制件和半导体单晶硅制件，消耗量迅猛增加，对其加工设备的需求十分迫切。国内市场上还没有此类高效数控加工设备。

发明内容：

本发明的目的就是为市场提供一种多工位、精度高、效率高、操作方便的用于加工耐火材料和单晶硅材料的数控钻孔和取芯的数控四工位金刚石钻床。

本发明的技术方案是：整机采用四柱框架结构、立式总体布局，机床主体部分由四柱机架、回转工作台、双圆柱形导轨、主轴箱升降机构、主轴进给机构、压紧机构、定位机构、冷却系统和数控系统等组成。

机床整体为立柱、底板、中梁和顶梁构成的四柱矩形框架结构，回转工作台总成通过机座、座轴、轴承安装在底板的中心位置，工作台面直径φ1500mm；在中梁上安装回转工作台驱动系统，驱动系统由伺服电机Ⅰ、精密蜗轮减速器Ⅰ、传动箱、驱动轴、连接套组成。驱动系统的驱动轴与工作台面垂直、通过连轴器将驱动轴和工作台面中心座轴联接在同一轴心线上。驱动系统带动工作台转动，安装在工作台上方，调试和维修方便。

主轴箱布置在工作台后方四分之一区域内，箱体两边设有导轨固定套座，两根圆柱形导轨插入套座内并保证两导轨相互平行，用螺钉固定联接，成为一个运动体；两根圆柱形导轨的上端分别插入固定在中梁和顶梁上的四个导轨导向套内，每根导轨的上下各一个导向套，两个导向套为一组，两组导向套的轴心线应保证平行；主轴箱背面装有升降丝杆螺母座和螺母，升降丝杆上端通过轴承座固定在柜形框架的顶上，丝杆顶端通过连轴器与精密蜗轮减速器Ⅱ的输出轴联接；主轴箱升降机构安装顶梁上，升降机构由伺服电机Ⅱ、精密蜗轮减速器Ⅱ、升降丝杆组成。丝杆转动时螺母带动主轴箱和两根圆柱形导轨联体，在两组导轨导向套内上下移动。上述机构安装时，两圆柱导轨和升降丝杆三者轴心线应保证相互平行并和工作台面垂直，达到箱体上下移动时与工作台上平面保持垂直。主轴箱内装有主轴和主传动同步轮、带组，主轴为6#莫氏锥度主轴，金刚石钻套安装于主轴下端锥孔内，主轴伺服电机Ⅲ通过同步轮、带与主轴联接传动。主轴箱内还装有主轴进给系统，进给系统由伺服电机Ⅳ、一组传动齿轮、一组精密蜗轮、一付齿轮、齿条与主轴联接传动，带动主轴上下移动，完成加工进给和刀具退回。

机床自动压紧机构为四柱形弹性压紧机构，安装在主轴箱下端，四柱位置可以移动，以保证大小不同和表面不平的零件可以有效压紧。主轴箱的上下移动由数控系统控制，主轴箱下降到指定位置时，四根压紧柱压紧工件。

工作台面上装有四套组合夹具。夹具可以根据零件大小进行调整，保证对不同加工零件的正确装夹。工作台旋转分度由数控系统控制，在工作台驱动轴上装有激光仪跟踪定位。工作台侧下方装有工作台分度锁紧气缸组件，当工作台旋转到四分之一位置时，锥形气动锁紧销插入定位板锥孔内，锁住工作台。工作台下底面，针对主轴两侧，装有两组旋转支撑，用于保证主轴向下工进钻孔时，工作台不会偏摆和振动。校正压紧气缸组件安装在工作台外侧、主轴的正前方、组合夹具中心线的延长线上。当工作台旋转到四分之一位置时，校正压紧气缸轴从工件前端对工件校正压紧。

工作台下面装有接水盘、冷却水箱、水泵、过滤网组成的冷却系统，工作时冷却水自动循环，对工件和刀具进行加工冷却。

本发明的有益效果是：（1）数控四工位金刚石钻床填补了国内该类机床产品的空白。（2）由于耐火材料、单晶硅材料硬度高，一般硬质合金刀具无法加工，钻头是采用金刚石聚晶与硬质合金复合制成的超强、超硬钻头，钻头为簿壁中空式，壁厚4-5mm。对耐火材料制件钻孔时，钻头外径按图纸孔径尺寸制作。对单晶硅材料取芯加工时，钻头内径按图纸芯棒外径尺寸制作，钻头中心装有弹性退料装置，完成钻孔或取芯后，中心棒可以自动退料。（3）整机采用立式布局，结构紧揍，操作方便，可以不间断、自动连续作业。（4）主轴箱的主轴可以根据所加工零件的工艺要求进行调整设计。

下面结合附图对本发明作进一步描述。

附图说明：

图1为本发明主轴箱传动结构示意图；

图2为本发明工作台传动结构示意图；

图3为本发明工作台总成俯视结构示意图。

图中：1为立柱，2为回转工作台总成，3为主轴箱，4为主轴，5为导轨，6为主传动同步轮带，7为传动齿轮，8为精密蜗轮减速器Ⅱ，9为金刚石钻套，10为伺服电机Ⅱ，13为伺服电机Ⅳ，14为伺服电机Ⅲ，11为弹性压紧柱，12为升降丝杆，15为导轨导向套，16为底板，17为中梁，18为顶梁，19为套座，20为机座，21为座轴，22为轴承，23为连轴器，24为驱动轴，25为激光仪，26为传动箱，27为传动齿轮，28为精密蜗轮减速器Ⅰ，29为伺服电机Ⅰ，30为工作台面，31为组合夹具，32为前限位块，33为定位板，34为左右限位块，35为校正压紧气缸组件，36为定位锥孔。

具体实施方式：

如图1所示，四工位金刚石钻床是由四柱机架、回转工作台、主轴箱升降机构、主轴进给机构、压紧机构、定位机构、冷却系统和数控系统等组成，四柱机架是由四根立柱1、底板16、中梁17和顶梁18组成长方体，回转工作台总成2通过机座20、座轴21和轴承22安装在底板16的中心位置，并在中梁17的中心位置安装垂直回转工作台面30的驱动轴24，通过连轴器23与座轴21相连，由安装在中梁17上的伺服电机Ⅰ29、精密蜗轮减速器Ⅰ28、传动箱26和安装在传动箱内的传动齿轮27组成的传动机构驱动，并在驱动轴24上装有激光仪25，工作台面30的旋转分度由数控系统自动控制。所述回转工作台总成2是由工作台面30、组合夹具31和定位板33组成，组合夹具31是由底板和前限位块32、左右限位块34构成，定位板33上设有定位锥孔36，并在回转工作台总成2下方的45°角斜线上装有工作台分度锁紧气缸组件，当工作台旋转到四分之一位置时，锥形气动锁紧销插入定位板锥孔36内，锁住工作台；在工作台外侧、主轴的正前方、组合夹具中心线的延长线上设置了校正压紧气缸组件35。主轴箱升降机构是由安装在四柱机架顶梁18上的伺服电机Ⅱ10、精密蜗轮减速器Ⅱ8、圆柱形导轨5和升降丝杆12组成，所述主轴箱3设置在工作台面30后方的四分之一区域内，箱体两边各设一只导轨固定套座19，两根圆柱形导轨5插入套座19内并保证两根导轨5相互平行，用螺钉固定联接，成为一个运动体，两根圆柱形导轨5的上端分别插入固定在中梁17和顶梁18的四个导轨导向套15内，并在主轴箱3背面装有升降丝杆12的螺母座和螺母，升降丝杆12上端通过轴承座固定在顶梁18上，升降丝杆12顶端通过连轴器与精密蜗轮减速器8的输出轴联接；主轴箱3内装有主轴4和主传动同步轮带6，主轴4为6#莫氏锥度主轴，金刚石钻套9安装于主轴4下端锥孔内，伺服电机Ⅲ14通过同步轮带6与主轴联接传动；主轴箱内还装有由伺服电机Ⅳ13、传动齿轮7、精密蜗轮、齿轮和齿条构成的主轴进给机构，带动主轴4上下移动，完成加工进给和刀具退回；同时，在主轴箱3底部设置了机床自动压紧机构，该压紧机构是由四根弹性压紧柱11构成，四根弹性压紧柱位置可以移动；工作台面30下面装有接水盘、冷却水箱、水泵、过滤网组成的冷却系统，工作时冷却水自动循环，对工件和刀具进行加工冷却；整机动作由设置在机架上的数控系统根据操作人员输入的相关数据进行自动控制。在工作台面30的底面，针对主轴4两侧，装有两组旋转支撑，用于保证主轴4向下工进钻孔时，工作台不会偏摆和振动。

本发明的实施，其运动传递路线为：

主轴4转动传递路线如图1所示，主轴伺服电机Ⅲ14为交流变频调速电机，安装于主轴箱上盖上端面，主轴电机起动后，通过安装在箱体内的主传动同步轮带6将转动传给主轴箱3的主轴4。主轴为自主设计的6#莫氏锥度主轴；金刚石钻套9安装于主轴下端锥孔内，钻孔或取芯加工时，根据加工零件的材料和硬度不同，主轴可以数控无级调速。

回转工作台总成2旋转传动路线如图2所示：工作台驱动系统安装在中梁梁17上，伺服电机Ⅰ29起动后，通过行精密蜗轮减速器Ⅰ28、齿轮传动箱26、驱动轴24和连轴器23带动工作台面30旋转。工作台面的四分之一区为一个工位，共四个工位，每个工位间隔90°；激光仪25安装在驱动轴24上，对工作台面30的旋转跟踪定位，旋转速度由数控无级调速，四套组合夹具31分别安装在工作台面30的四个工位上，每套夹具装夹一个工件，依次加工。

主轴箱3升降传动路线如图1所示：主轴箱升降机构安装在顶梁18上的伺服电机Ⅱ10起动后，通过精密蜗轮减速器Ⅱ8和升降丝杆12转动，丝杆螺母带动主轴箱3上升、下降；四柱弹性压紧柱11安装在主轴箱下端，主轴箱下降到指定位置，四柱压紧工件。

主轴工作进给传动路线如图1所示：主轴进给系统安装在主轴箱3内，进给伺服电机Ⅳ13安装在箱体上盖的上端面，伺服电机Ⅳ13起动后，通过一对齿轮7、一付蜗杆蜗轮、一付齿轮、齿条传动，带动主轴4上下移动，完成加工进给和刀具退回。

整机加工时联动路线：如图1、图2、图3所示，整机加工全过程是：当加工零件安装完成后，工作台驱动系统的伺服电机Ⅰ29起动，回转工作台总成2旋转，激光仪25跟踪定位，将工件旋转到主轴箱工作区；工作台面分度锁紧气缸的锥销上升，插入定位板33的锥孔36内，锁紧工作台；主轴前端校正压紧气缸35的轴伸出，校正压紧工件；主轴箱升降机构的伺服电机Ⅱ10起动，通过精密蜗轮减速器Ⅱ8和升降丝杆12转动，螺母带动主轴箱3下降到指定高度停止，（以四根弹性压紧柱为准）；主轴伺服电机Ⅲ14起动，通过箱体内的同步轮带6将转动传给主轴4，主轴4及钻套9旋转；冷却系统起动，喷水冷确，同时主轴进给系统的伺服电机Ⅳ13起动，通过传动齿轮、精密蜗轮、齿轮、齿条传动，带动主轴4向下移动，开始快速接近工件，然后慢速工作进给完成加工，加工完成后，主轴4停止转动并快速上升、退回原位。冷却系统停止喷水冷确，主轴箱升降机构的伺服电机Ⅱ10起动，通过精密蜗轮减速器Ⅱ8，升降丝杆12，螺母带动主轴箱3上升，回到原位，工作台分度锁紧气缸锥销退回原位、校正压紧气缸35轴退回原位。至此，一个加工程序完成，再重复笫二个加工程序，如此循环不断。

本发明为四工位连续加工方案，每个工位占四分之一工作台面，在机床对笫一个工件进行加工的过程中，操作工应将笫二个工件安装完毕，当一个工作程序结束后，主轴箱、主轴、前端校正压紧气缸和分度锁紧气缸均松开退回，工作台转动四分之一（90°），开始笫二个工作程序。

以上实施例只是本发明的较佳实施例，并非对本发明作较多的限制，凡是依据对本发明的技术方案本质作简单修改或等同的变化和修饰，均仍属本发明保护的范围。

Claims (3)

1.一种数控四工位金刚石钻床，它包括四柱机架、回转工作台、双圆柱形导轨、主轴箱、压紧机构、定位机构、三轴驱动机构、冷确系统和数控系统，其特征在于：四柱机架是由四根立柱（1）、底板（16）、中梁（17）和顶梁（18）组成的长方体；回转工作台总成（2）通过机座（20）、座轴（21）和轴承（22）安装在底板（16）的中心位置，并在中梁（17）的中心位置安装垂直回转工作台面（30）的驱动轴（24），通过连轴器（23）与座轴（21）相连，由安装在中梁（17）上的伺服电机Ⅰ（29）、精密蜗轮减速器Ⅰ（28）、传动箱（26）和安装在传动箱内的传动齿轮（27）组成的传动机构驱动，并在驱动轴（24）上装有激光仪（25），工作台面（30）的旋转分度由数控系统自动控制；主轴箱（3）设置在工作台面（30）后方的四分之一区域内，主轴箱升降机构是由安装在四柱机架顶梁（18）上的伺服电机Ⅱ（10）、精密蜗轮减速器Ⅱ（8）、圆柱形导轨（5）和升降丝杆（12）组成，箱体两边各设两个导轨固定套座（19），两根圆柱形导轨（5）插入套座（19）内并保证两根导轨（5）相互平行，用螺钉固定联接，成为一个运动体，两根圆柱形导轨（5）的上端分别插入固定在中梁（17）和顶梁（18）的四个导轨导向套（15）内，并在主轴箱（3）背面装有升降丝杆（12）的螺母座和螺母，升降丝杆（12）上端通过轴承座固定在顶梁（18）上，升降丝杆（12）顶端通过连轴器与精密蜗轮减速器Ⅱ（8）的输出轴联接；主轴箱（3）内装有主轴（4）和主传动同步轮带（6），主轴（4）为6#莫氏锥度主轴，金刚石钻套（9）安装于主轴（4）下端锥孔内，伺服电机Ⅲ（14）通过同步轮带（6）与主轴（4）联接传动；主轴箱内还装有由伺服电机Ⅳ（13）、传动齿轮（7）、精密蜗轮、齿轮和齿条构成的主轴进给机构，带动主轴（4）上下移动，完成加工进给和刀具退回；同时，在主轴箱（3）底部设置了机床自动压紧机构，该压紧机构是由四根弹性压紧柱（11）构成，四根弹性压紧柱位置可以移动；工作台面（30）下面装有接水盘、冷却水箱、水泵、过滤网组成的冷却系统，工作时冷却水自动循环，对工件和刀具进行加工冷却；整机动作由设置在机架上的数控系统根据操作人员输入的相关数据进行自动控制。

2.根据权利要求1所述的数控四工位金刚石钻床，其特征在于：回转工作台总成（2）是由工作台面（30）、组合夹具（31）和定位板（33）组成，组合夹具（31）是由底板和前限位块（32）、左右限位块（34）构成，定位板（33）上设有定位锥孔（36），并在回转工作台总成（2）下方的45°角斜线上装有工作台分度锁紧气缸组件，当工作台旋转到四分之一位置时，锥形气动锁紧销插入定位板锥孔（36）内，锁住工作台；在工作台外侧、主轴的正前方、组合夹具中心线的延长线上设置了校正压紧气缸组件（35）。

3.根据权利要求1或2所述的数控四工位金刚石钻床，其特征在于：在工作台面（30）的底面，针对主轴（4）两侧，装有两组旋转支撑，用于保证主轴（4）向下工进钻孔时，工作台不会偏摆和振动。