CN105252035A - 一种数显型摇臂钻床 - Google Patents

Abstract

一种数显型摇臂钻床，包括主轴变速及主轴进给变速系统、主轴进给机构、主轴及平衡机构、主轴正反转及变速操纵机构、摇臂及夹紧机构、立柱及摇臂升降机构、液压及冷却系统、测试系统、数显控制系统等，在机座上安装立柱及摇臂升降机构，摇臂及夹紧机构安装在立柱及摇臂升降机构上，数显控制系统安装在立柱及摇臂升降机构上，主轴变速及主轴进给变速系统安装在摇臂及夹紧机构上，主轴进给机构、主轴及平衡机构、主轴正反转及变速操纵机构、液压及冷却机构安装在主轴变速及主轴进给变速系统上。该发明主轴在不停车的情况下能实现无极变速，工作位置能实现图形和数字的显示，导轨的模壁夹紧装置和主轴限位结构灵敏可靠，应用于机械加工行业中。

Description

一种数显型摇臂钻床

技术领域

本发明涉及机械加工行业中的一种数显型摇臂钻床。

背景技术

目前，在机械加工行业中摇臂钻床是用于单件或批量生产带有多孔大型零件的孔加工的一种机床。一般主轴箱可在摇臂上移动，并随摇臂绕立柱回转的钻床。摇臂沿立柱上下移动，以适应加工不同高度的工件。较小的工件安装在工作台上，较大的工件直接放在机床底座或地面上。摇臂钻床广泛应用于单件和中小批生产中，加工体积和重量较大的工件的孔。摇臂钻床的主要变型有滑座式和万向式两种。滑座式摇臂钻床是将基型摇臂钻床的底座改成滑座而成，滑座沿床身导轨移动，以扩大加工范围，适用于锅炉、桥梁、机车车辆和造船等行业。万向摇臂钻床的摇臂除作垂直和回转运动外,并作水平移动,主轴箱在摇臂上作倾斜调整，以适应工件各部位的加工。此外，还有车式、壁式和数字控制摇臂钻床等。摇臂钻床是一种孔加工设备，用来钻孔、扩孔、铰孔、攻丝及修刮端面等多种形式的加工。按用途和结构分类，钻床分为立式钻床、台式钻床、多孔钻床、摇臂钻床及其他专用钻床等。在各类钻床中，摇臂钻床操作方便、灵活，适用范围广，具有典型性，特别适用于单件或批量生产带有多孔大型零件的孔加工，是一般机械加工车间常见的机床。

摇臂钻床主要由底座、内立柱、外立柱、摇臂、主轴箱及工作台等部分组成。内立柱固定在底座的一端，在他的外面套有外立柱，外立柱可绕内立柱回转360度。摇臂的一端为套筒，它套装在外立柱做上下移动。由于丝杆与外立柱连成一体，而升降螺母固定在摇臂上，因此摇臂不能绕外立柱转动，只能与外立柱一起绕内立柱回转。主轴箱是一个复合部件，由主传动电动机、主轴和主轴传动机构、进给和变速机构、机床的操作机构等部分组成。主轴箱安装在摇臂的水平导轨上，通过手轮操作，使其在水平导轨上沿摇臂移动。

为确保系统的灵敏性，摇臂钻床一般安装保护控制装置的结构，采用光电传感器及控制模块厂并配以继电器和保护开关组成一套独立、完整的安全保护装置。将此装置与原设备电气部分配套使用。当人体进入危险区域时，安全装置迅速切断电源，使设备停止工作。光电传感器盒上设有转换开关，设自动(投入保护工作)及手动(停止保护工作)两挡，为确保系统运行可靠，均采用德国施耐德公司元器件，并采用双路保护器，一个用于保护安全模块，一个用于保护控制回路。控制响应速度可达10-30μs，光电传感器有效作用距离根据需要而定(用光电传感器上的精密电位器进行调整)，以满足不同加工的需要。光电传感器有效作用宽度由红外探头数量决定，一般情况下，红外探头数量应不少于三个。

摇臂钻床工作原理及使用方法是，接通系统电源后，光电传感器发出红外信号，此时，如果在危险区域以内出现异物，则返回的红外信号通过光电传感器迅速向安全控制模块发出信号，安全控制模块则发出指令给执行元件继电器，快速切断电源，使钻床主轴停止旋转，保证人身安全。光电传感器一般安装在操作手柄下面，安全控制模块、继电器和保护开关安装在机床电控箱内。当进行加工时，由特殊的加紧装置将主轴箱紧固在摇臂导轨上，而外立柱紧固在内立柱上，摇臂紧固在外立柱上，然后进行钻削加工。钻削加工时，钻头一边进行旋转切削，一边进行纵向进给，其运动形式为：（1）摇臂钻床的主运动为主轴的旋转运动；（2）进给运动为主轴的纵向进给；（3）辅助运动有：摇臂沿外立柱垂直移动，主轴箱沿摇臂长度方向的移动，摇臂与外立柱一起绕内立柱的回转运动。

尽管摇臂钻床有一百多年的历史，但还存在很多不足，主轴在不停车的情况下还不能变速，且不能实现无极变速，工作位置不能实现图形和数字的显示，导轨结构还存在磨损后修复困难，导轨的导向精度差，主轴无限位功能，控制系统比较落后，有些操作难于实现，冷却水易喷入数显控制系统,结构复杂，成本高，功能差，强度刚度均低，传动精度低，使用寿命短，费时费力，零件多，故障率高。因此，研制开发一种数显型摇臂钻床是一个急待解决的新课题。

发明内容

本发明的目的是提供一种数显型摇臂钻床，该发明主轴在不停车的情况下能实现无极变速，工作位置能实现图形和数字的显示，导轨结构磨损后修复容易，导轨的导向精度高，主轴具有限位功能且灵敏可靠，控制系统先进，冷却水不易喷入数显控制系统，零件大幅度减少，结构简单合理，外观简洁美观，功能齐全可靠，操作方便快捷，使用安全宜人，工作效率高，成本低，故障率低，强度刚度高，寿命长。

本发明的目的是这样实现的：一种数显型摇臂钻床，包括主轴变速及主轴进给变速系统、主轴进给机构、主轴及平衡机构、主轴正反转及变速操纵机构、摇臂及夹紧机构、立柱及摇臂升降机构、液压及冷却系统、测量系统、数显控制系统、机座、工作台，机座通过地脚螺栓固定在水泥地基上，在机座上设置工作台，在机座上安装立柱及摇臂升降机构并固定，摇臂及夹紧机构安装在立柱及摇臂升降机构的矩形导轨方外柱上，数显控制系统安装在立柱及摇臂升降机构的矩形导轨方外柱上，主轴变速及主轴进给变速系统安装在摇臂及夹紧机构上，主轴进给机构、主轴及平衡机构、主轴正反转及变速操纵机构、液压及冷却机构安装在主轴变速及主轴进给变速系统上，测量系统安装在摇臂及夹紧机构上，数显控制系统上安装电源开关A和冷却水开关B，在摇臂及夹紧机构上安装三色霓红灯C；

所述的主轴变速系统及主轴进给变速系统由主轴变速系统和主轴进给变速系统组成，主轴变速系统包括无极调速电机、第一传动齿轮、第二传动齿轮、第一传动轴、传动滑动齿轮、第二传动轴、花键套、第三传动齿轮、第四传动齿轮、第五传动齿轮、拉杆、变速油缸、第六传动齿轮、第七传动齿轮、变速箱，在变速箱左上部设置无极调速电机，在无极调速电机的输出轴的轴承上设置第一传动齿轮，在变速箱中部设置第一传动轴，在第一传动轴上端的轴承上设置第二传动齿轮，第一传动齿轮与第二传动齿轮啮合，在第一传动轴下端设置第七传动齿轮，在变速箱中部设置第二传动轴，在第二传动轴中部通过花键设置传动滑动齿轮，在第二传动轴和传动滑动齿轮上设置第五传动齿轮，在第二传动轴中部设置第六传动齿轮，第七传动齿轮与第六传动齿轮啮合，在第二传动轴下端设置拉杆、变速油缸，在变速箱中部设置花键套，在花键套上设置第三传动齿轮、第四传动齿轮，当传动滑动齿轮下移时与第五传动齿轮的内齿啮合，第五传动齿轮的外齿与第四传动齿轮啮合，当传动滑动齿轮上移时与第五传动齿轮的内齿脱开，传动滑动齿轮与第三传动齿轮啮合；主轴进给变速系统包括进给伺服电机、第八传动齿轮、第九传动齿轮、第三传动轴，在变速箱右上部设置进给伺服电机，在进给伺服电机的输出轴上设置第八传动齿轮，在变速箱右中部设置第三传动轴，在第三传动轴上设置第九传动齿轮，第八传动齿轮与第九传动齿轮啮合；

所述的主轴进给机构，由水平轴及蜗杆轴组成，水平轴包括芯轴、第一齿轮、第二齿轮、第三齿轮、蜗轮、第一离合器、弹簧、第二离合器、手轮、把手，在芯轴的上部设置第一齿轮，第一齿轮与第二齿轮啮合，第二齿轮安装在变速箱上，在芯轴的中部设置第三齿轮，在芯轴的中部轴承上设置第蜗轮，芯轴的中部轴承孔内安装第二离合器，第一离合器安装在蜗轮的孔内，在第一离合器和第二离合器的内孔安装弹簧，在芯轴的下部设置手轮、把手；蜗杆轴包括蜗杆，第一花键套、花键轴、第二花键套，在花键轴两端分别设置第一花键套、第二花键套，第三传动轴通过第二花键套与花键轴连接，花键轴通过第一花键套与蜗杆连接；

所述的主轴及平衡机构包括主轴、接近开关、主轴套、非铁磁材料感应块，在变速箱上设置接近开关，在主轴的轴承上设置主轴套，非铁磁材料感应块安装在主轴套上，在主轴的上部安装花键套；

所述的主轴正反转及变速操纵机构包括手柄、阀板、电磁换向阀、油泵、分油器，在变速箱上设置手柄、阀板，在电磁换向阀上设置阀板，在变速箱上设置油泵、分油器，油泵与分油器通过油管连接；

所述的摇臂及夹紧机构包括摇臂、推轴、活塞、凸轮、支架、油缸、油缸盖、夹紧压板、拉杆、杠杆、铰接轴，在摇臂上设置拉杆并与夹紧压板连接，通过铰接轴将杠杆固定在摇臂上，在摇臂上设置推轴，在摇臂上设置支架，油缸安装在支架上，活塞、凸轮安装在油缸内，油缸盖安装在油缸上；

所述的立柱及摇臂升降包括内柱、滚子、矩形导轨方外柱、轴承、蜗轮、丝杠、丝母、升降电机、保险离合器、蜗杆、箱体壳，内柱安装在机座上，矩形导轨方外柱通过滚子、轴承安装在内柱上，蜗轮、丝杠通过轴承安装在箱体壳上，丝杠与丝母啮合，升降电机安装在箱体壳上，蜗杆与保险离合器内孔安装在一起，升降电机与保险离合器的外轮廓安装在一起，内柱通过轴承与矩形导轨方外柱连接，摇臂通过夹紧压板与矩形导轨方外柱固定；

所述的液压及冷却系统包括油箱、第一油管、第一夹紧油缸、油泵、第二夹紧油缸、第一电磁换向阀、第二油管、第二电磁换向阀、水泵、水管、喷水管、第二电磁换向阀、第三夹紧油缸、第二油管，第一电磁换向阀、第二电磁换向阀、第二电磁换向阀通过支架固定在油箱上，在油箱上设置油泵，负责变速箱与摇臂之间夹紧的第一夹紧油缸与第一油管连接，负责内柱与矩形导轨方外柱之间夹紧的第二夹紧油缸与第二油管连接，负责摇臂与矩形导轨方外柱之间夹紧的第三夹紧油缸与第二油管连接，水泵固定在机座上，喷水管固定在变速箱上；

所述的测量系统包括度数头、光栅尺、支架、角度编码器，光栅尺固定在摇臂的背面，支架固定在变速箱上，度数头固定在支架上，角度编码器与内柱固定在一起，角度编码器的外壳固定在箱体壳上。

所述的数显控制系统包括微控制单元、可编程逻辑器件、分线器，微控制单元进行综合分析计算，发出模拟量给主轴变频器及与可编程逻辑器件结合完成发送脉冲并记录脉冲个数，微控制单元需要与可编程逻辑器件进行总线通信，可编程逻辑器件作为微控制单元的存储器来进行读写；通过对可编程逻辑器件编写程序处理增量式信号的反馈包括进给伺服驱动器反馈回来的进给伺服电机和编码器的编码器信号、矩形导轨方外柱上的旋转编码器信号、主轴变频电机上的编码器信号、摇臂上的光栅尺信号，并且通过并行方式采集和发送分线器上的IO信号；分线器采用光耦将数显型摇臂钻床上输入输出信号转换为可编程逻辑器件直接读取和控制的信号量；

所述的一种数显型摇臂钻床的数显控制系统实现的功能包括主轴无极变速和不停车变速功能、自动将数显型摇臂钻床的极坐标转换为直角坐标并且通过图形显示功能、刀具移动到相关位置时能够自动锁紧矩形导轨方外柱和变速箱功能、钻孔深度定程和转进给功能、手动控制和操作安全功能；

（1）主轴无极变速和不停车变速功能，一是，主轴采用主轴变频器和主轴变频电机驱动方式，通过旋转主轴变速旋钮直接调整触摸屏上的主轴速度指令或通过触摸屏上的触摸键盘输入主轴速度指令，触摸屏通过RS485串口线把数据传送给微控制单元，微控制单元根据输入的数值计算出需要给主轴变频器的模拟量所对应的数值，通过给主轴变频器输出合适的模拟量来达到需要的任意主轴速度即实现主轴无极变速的功能，数显控制系统不需要停止主轴再变速用户直接输入所需的主轴转速，微控制单元自动计算出对应需要速度的模拟量给主轴变频器，主轴变频器再控制主轴电机旋转驱动主轴旋转来达到需要的速度；通过微控制单元输出相应的模拟量给主轴变频器来驱动主轴变频电机同时分线器控制主轴高档电磁阀和主轴低档电磁阀的状态来实现相应的转速，低速范围是0-200转/分，高速范围是125-1600转/分；二是，使用时通过旋转主轴变速旋钮或者利用触摸屏上触摸键盘设定需要的主轴速度，再按主轴正转按钮或者主轴反转按钮，分线器当前输入的信号发送给可编程逻辑器件，可编程逻辑器件再将发送给微控制单元，微控制单元根据输入需要主轴正转或者主轴反转信息进行处理，输出相应的模拟量给给主轴变频器，将需要分线器上输出的信息发送给可编程逻辑器件，可编程逻辑器件再将信息发送给分线器，分线器接到信息后会输出主轴正转或者主轴反转端子，主轴变频器接收到正转信号或者反转信号，主轴变频器开始按照接收到微控制单元发送过来的模拟量和分线器发出正转或者反转信号来控制主轴变频电机按照相应的转速正转或者反转；需要主轴停止时，按下主轴停止按钮，分线器输入的信号发送给可编程逻辑器件，可编程逻辑器件将发送给微控制单元，微控制单元根据输入需要主轴停止信息进行处理，给主轴变频器输出的模拟量为0V，将需要分线器上输出的信息发送给可编程逻辑器件，可编程逻辑器件再将信息发送给分线器，分线器接到信息后会关闭主轴正转或者主轴反转的输出，主轴变频器接收到微控制单元发送过来的0V模拟量和正转或者反转信息的消失控制主轴变频电机停止；

（2）自动将数显型摇臂钻床的极坐标转换为直角坐标并且通过图形显示功能，一是，刀具的移动位置是通过可编程逻辑器件接收矩形导轨方外柱上的旋转编码器和摇臂上的光栅尺的信号，得到刀具在以矩形导轨方外柱旋转中心为极点，再以摇臂上的导轨为极轴的极坐标系里的极坐标值，由于矩形导轨方外柱上的旋转编码器和摇臂上的光栅尺的反馈信号为差分信号通过芯片接收，到可编程逻辑器件进行计数，得到刀具在数显型摇臂钻床上的极坐标系里的坐标值；在使用的时候直接输入需要加工工件所在直角坐标系里的数值，通过对刀方式在触摸屏上输入相应的对刀点上的数值，微控制单元计算出数显型摇臂钻床的极坐标系和工件的直角坐标系的对应关系，显示出相应的工件上需要加工的孔的位置在数显型摇臂钻床坐标系里的数值，直接计算出矩形导轨方外柱需要旋转的角度和变速箱在摇臂上的位置；二是，微控制单元不仅能够分析和计算出直角坐标系的值还能将数据传给触摸屏并且在触摸屏上显示出要加工孔的位置和刀具的实时运动轨迹，方便在移动刀具的过程中观看，当刀具接近相关孔时能够自动放大刀具与要加工孔之间的距离，方便准确的移动刀具；

（3）刀具移动到相关位置时能够自动锁紧矩形导轨方外柱和变速箱功能，将所需要的尺寸输入到系统里后，先按下变速箱和矩形导轨方外柱松开按钮，分线器将变速箱和矩形导轨方外柱需要松开信息送给微控制单元，微控制单元经过分析后发送变速箱和矩形导轨方外柱松开信息给分线器，分线器置位变速箱松开电磁阀和矩形导轨方外柱松开电磁阀输出端子同时复位变速箱夹紧电磁阀和矩形导轨方外柱夹紧电磁阀输出端子，再通过手动移动矩形导轨方外柱旋转时，可编程逻辑器件通过对矩形导轨方外柱上的旋转编码器进行计数，得到实时的矩形导轨方外柱旋转角度，微控制单元通过FSMC总线读取到任意时刻的矩形导轨方外柱的角度，将矩形导轨方外柱的旋转角度与输入的孔位置对应的角度对比，当它们之间的差值小于允许误差角度时，微控制单元发送相应的命令给可编程逻辑器件，可编程逻辑器件根据接收到指令直接置位分线器上的相应的输出端矩形导轨方外柱夹紧电磁阀同时复位矩形导轨方外柱松开电磁阀，当矩形导轨方外柱被夹紧以后，再移动摇臂上的变速箱，可编程逻辑器件通过对摇臂上的光栅尺进行计数，得到实时的变速箱在摇臂上的位置，微控制单元通过总线读取到任意时刻可编程逻辑器件记录的变速箱在摇臂上的位置，将变速箱的位置与需要移动到的位置值进行比较，当它们的误差值小于允许误差值时微控制单元发送相应的命令给可编程逻辑器件，可编程逻辑器件根据接收到指令直接置位分线器上的相应的输出端变速箱夹紧电磁阀同时复位变速箱松开电磁阀，刀具当前的位置是所需要钻孔的位置，设定好主轴速度钻孔；

（4）钻孔深度定程和转进给功能，一是，当需要的孔定位完成需要刀具向下移动开始钻孔，数显控制系统采用的主轴变频器控制主轴变频电机来带动的，主轴采用进给伺服驱动器和进给伺服电机和编码器来实现的，可编程逻辑器件通过不断的采集主轴变频电机上的编码器反馈回来的信号，微控制单元不断的读取可编程逻辑器件采集来的主轴变频电机上的编码器信号，根据设定的转进给值计算出进给伺服驱动器需要的脉冲频率和当前脉冲个数，实时的通过FSMC总线发送给可编程逻辑器件，可编程逻辑器件会根据微控制单元发送过来的数据输出相应频率的脉冲以及脉冲个数实现转进给功能；二是，当钻盲孔时还需要机器能够定程，将需要的定程值输入到触摸屏里再通过触摸键盘或者主轴变速旋钮和主轴进给旋钮设定好主轴转速和转进给值，先按下主轴正转按钮或者主轴反转按钮，再按下启动按钮，微控制单元接收到触摸屏发送过来的定程值和主轴转速值，也接收到分线器通过可编程逻辑器件发送过来的主轴正转或者主轴反转信号和启动信号，微控制器经过分析和计算，得出钻孔需要的定程位置所需的脉冲个数，将这个数据发送给可编程逻辑器件，可编程逻辑器件控制分线器置位主轴正转或者主轴反转，可编程逻辑器件接收到微控制单元发送过来的脉冲数据后开始控制进给伺服驱动器按照转进给的速度运行并且会不断记录当前发送出去的脉冲个数，再将当前发送出去的脉冲个数与微控制单元发送过来的所需发送的脉冲个数进行比较，如果相等或者发送的脉冲个数大于所需发送的脉冲个数就会立即停止脉冲输出；

（5）手动控制和操作安全功能，一是，当刀具高度明显不适合所需加工工件高度要求时通过移动摇臂上升或者下降来解决问题，当需要摇臂移动时，按住摇臂上升按钮或者摇臂下降按钮，分线器通过可编程逻辑器件将摇臂上升或者下降的信号发送给微控制单元，微控制单元再通过分线器置位摇臂松开电磁阀同时复位摇臂夹紧电磁阀，此时摇臂处于松开状态，延时3秒后微控制单元再通过可编程逻辑器件输出摇臂电机正转或者摇臂电机反转信息给分线器，分线器会根据当前接收到的摇臂升降电机正转或者反转信息置位摇臂电机正转或者摇臂电机反转输出端子，控制相应的接触器吸合，摇臂电机开始正转或者反转，当摇臂移动到相应的位置时，松开摇臂上升按钮或者摇臂下降按钮，分线器通过可编程逻辑器件将停止摇臂上升或者下降的信息发送给微控制单元，微控制单元分析后再通过可编程逻辑器件输出摇臂电机停止信息给分线器，分线器接收到该信息后会复位相应的摇臂电机正转或者摇臂电机反转输出端子，此时摇臂升降电机处于停止状态后，延时2秒后微控制单元再通过可编程逻辑器件输出摇臂夹紧信息给分线器，分线器根据当前接收到的摇臂夹紧信息置位摇臂夹紧电磁阀同时复位摇臂松开电磁阀，完成摇臂升降动作；二是，当需要手动加工时，先按下变速箱和矩形导轨方外柱松开按钮分线器通过可编程逻辑器件将变速箱和矩形导轨方外柱松开信息发送给微控制单元，微控制单元通过分线器置位变速箱松开电磁阀和矩形导轨方外柱松开电磁阀输出端子同时复位变速箱夹紧电磁阀和矩形导轨方外柱夹紧电磁阀输出端子，此时矩形导轨方外柱和变速箱均处于松开状态，通过手动旋转矩形导轨方外柱和移动变速箱使刀具移动到需要的位置上再按下变速箱和矩形导轨方外柱夹紧按钮，分线器通过可编程逻辑器件将变速箱和矩形导轨方外柱夹紧信息发送给微控制单元，微控制单元分析后通过可编程逻辑器件发送出变速箱和矩形导轨方外柱夹紧信息给分线器，分线器置位变速箱夹紧电磁阀和矩形导轨方外柱夹紧电磁阀输出端子同时复位变速箱松开电磁阀和矩形导轨方外柱松开电磁阀输出端子，此时变速箱和矩形导轨方外柱均处于夹紧状态，设定好主轴速度后钻孔；三是，从安全角度考虑，数显型摇臂钻床发生故障或者意外时，通过按下急停按钮，分线器将急停信息通过可编程逻辑器件发送给微控制单元，微控制单元会立即给主轴变频器输出模拟量0V和停止发送脉冲给进给伺服驱动器，主轴就停止旋转，刀具也停止移动，通过可编程逻辑器件给分线器发送摇臂电机复位和主轴停止信息，分线器接收到该信息后会立即复位主轴正转、主轴反转、摇臂电机正转和摇臂电机反转的输出端子；在定程或者手动控制刀具上下移动时，数显控制系统会根据数显型摇臂钻床上按装的进给上下行程限位反馈的信息来判断当前是否移动到最顶端或者最底端，如果移动到最顶端或者最底端，进给上下行程限位将会返回低电平，分线器收到该信息后会通过可编程逻辑器件发送进给限位信息给微控制单元，微控制单元给触摸屏发送报警信息提示用户，停止给进给伺服驱动器发送脉冲来保障数显型摇臂钻床的安全；

所述的一种数显型摇臂钻床的工作原理是，主轴变速系统及主轴进给变速系统通过操纵面板上的无极调速旋钮来实现主轴变速系统及主轴进给变速系统的变化，在工作状态下通过无极调速旋钮变化无极调速电机的转速，在不停车的工作状态下改变主轴速度及主轴进给速度；为增加主轴及平衡机构的主轴的输出扭矩，扩大主轴及平衡机构的主轴的转速范围，在主传动链中设有一个二联滑移齿轮机械变速挡；变档时，液压油推动活塞，使拉杆拉动传动滑动齿轮移动，上移为低速挡，下移为高速挡；主轴变速系统是为主轴及平衡机构的主轴提供一定范围内扭矩及转速的；主轴进给变速系统是为主轴及平衡机构的主轴提供一定范围内进给量的；主轴进给机构是将变速机构的各种转速转化为主轴的轴向自动进给运动，同时将手动进给运动传给主轴，两种运动还可互相转换；当进给力超载时，进给伺服电机报警，使该传动装置得到保护；在主轴及平衡机构的主轴套上的孔内装有非铁磁材料感应块，当主轴的接近开关移动到非铁磁材料感应块，发电器信号实现主轴及平衡上下极限的限位功能；在主轴变速时，直接旋转变速旋钮，数显屏上直接显示主轴的转数；主轴进给变速时，直接旋转变速旋钮，数显屏上直接显示主轴的进给量；摇臂及夹紧机构的摇臂安装在立柱及摇臂升降机构的矩形导轨方外柱上，摇臂及夹紧机构上的摇臂沿着立柱及摇臂升降机构的矩形导轨方外柱上下移动，摇臂及夹紧机构的摇臂与立柱及摇臂升降机构的矩形导轨方外柱安装在夹紧松开后导向间隙不变，保证摇臂及夹紧机构上的摇臂与立柱及摇臂升降机构的矩形导轨方外柱导向精度；数显控制系统安装在立柱及摇臂升降机构的矩形导轨方外柱上，增加设备整体平衡，数显控制系统上安装电源开关A和冷却水开关B，操作方便；加工时冷却水不会渗入电源开关A，机床工作安全符合CE标准；采用数字显示，变速时操作者易分辨机床的速度，不易使视觉产生疲劳，操作效率高；在摇臂上设有三色霓虹灯C，加工时为绿色，装卸工件时为红色，过渡时为黄色，操作时安全；数显控制系统实现的功能包括主轴无极变速和不停车变速功能、自动将数显型摇臂钻床的极坐标转换为直角坐标并且通过图形显示功能、刀具移动到相关位置时能够自动锁紧矩形导轨方外柱和变速箱功能、钻孔深度定程和转进给功能、手动控制和操作安全功能。

本发明的要点在于它的结构及工作原理。

一种数显型摇臂钻床与现有技术相比，具有主轴在不停车的情况下能实现无极变速，工作位置能实现图形和数字的显示，导轨结构磨损后修复容易，导轨的导向精度高，主轴具有限位功能且灵敏可靠，控制系统先进，有些易于操作，冷却水不易喷入数显控制系统，零件大幅度减少，结构简单合理，外观简洁美观，功能齐全可靠，操作方便快捷，使用安全宜人，工作效率高，成本低，故障率低，强度刚度高，寿命长等优点，将广泛地应用于机械加工行业中。

下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明主轴变速系统及主轴进给变速系统部分的结构示意图。

图3是图4的A-A剖视图(本发明主轴进给机构部分的结构示意图)。

图4是图3的B-B剖视放大图(本发明主轴进给机构部分的结构示意图)。

图5是本发明主轴及平衡机构部分的结构示意图。

图6是本发明主轴正反转及变速操纵机构部分的结构示意图。

图7是本发明摇臂及夹紧机构部分的结构示意图。

图8是图7的附视图。

图9是本发明立柱及摇臂升降机构部分的结构示意图。

图10是图9的K向放大视图。

图11是本发明液压及冷却部分的结构示意图。

图12是本发明测量系统部分的结构示意图。

图13是本发明数显控制系统部分结构示意图。

具体实施方式

参照附图，一种数显型摇臂钻床，包括主轴变速及主轴进给变速系统1、主轴进给机构2、主轴及平衡机构3、主轴正反转及变速操纵机构4、摇臂及夹紧机构5、立柱及摇臂升降机构6、液压及冷却系统7、测量系统8、数显控制系统9、机座10、工作台11，机座10通过地脚螺栓固定在水泥地基上，在机座10上设置工作台11，在机座10上安装立柱及摇臂升降机构6并固定，摇臂及夹紧机构5安装在立柱及摇臂升降机构6的矩形导轨方外柱6-3上，数显控制系统9安装在立柱及摇臂升降机构6的矩形导轨方外柱6-3上，主轴变速及主轴进给变速系统1安装在摇臂及夹紧机构5上，主轴进给机构2、主轴及平衡机构3、主轴正反转及变速操纵机构4、液压及冷却机构7安装在主轴变速及主轴进给变速系统1上，测量系统8安装在摇臂及夹紧机构5上，数显控制系统9上安装电源开关A和冷却水开关B，在摇臂及夹紧机构5上安装三色霓红灯C。

所述的主轴变速系统及主轴进给变速系统1由主轴变速系统和主轴进给变速系统组成，主轴变速系统包括无极调速电机1-1、第一传动齿轮1-2、第二传动齿轮1-3、第一传动轴1-4、传动滑动齿轮1-5、第二传动轴1-6、花键套1-7、第三传动齿轮1-8、第四传动齿轮1-13、第五传动齿轮1-14、拉杆1-15、变速油缸1-16、第六传动齿轮1-17、第七传动齿轮1-18、变速箱1-19，在变速箱1-19左上部设置无极调速电机1-1，在无极调速电机1-1的输出轴的轴承上设置第一传动齿轮1-2，在变速箱1-19中部设置第一传动轴1-4，在第一传动轴1-4上端的轴承上设置第二传动齿轮1-3，第一传动齿轮1-2与第二传动齿轮1-3啮合，在第一传动轴1-4下端设置第七传动齿轮1-18，在变速箱1-19中部设置第二传动轴1-6，在第二传动轴1-6中部通过花键设置传动滑动齿轮1-5，在第二传动轴1-6和传动滑动齿轮1-5上设置第五传动齿轮1-14，在第二传动轴1-6中部设置第六传动齿轮1-17，第七传动齿轮1-18与第六传动齿轮1-17啮合，在第二传动轴1-6下端设置拉杆1-15、变速油缸1-16，在变速箱1-19中部设置花键套1-7，在花键套1-7上设置第三传动齿轮1-8、第四传动齿轮1-13，当传动滑动齿轮1-5下移时与第五传动齿轮1-14的内齿啮合，第五传动齿轮1-14的外齿与第四传动齿轮1-13啮合，当传动滑动齿轮1-5上移时与第五传动齿轮1-14的内齿脱开，传动滑动齿轮1-5与第三传动齿轮1-8啮合；主轴进给变速系统包括进给伺服电机1-9、第八传动齿轮1-10、第九传动齿轮1-11、第三传动轴1-12，在变速箱1-19右上部设置进给伺服电机1-9，在进给伺服电机1-9的输出轴上设置第八传动齿轮1-10，在变速箱1-19右中部设置第三传动轴1-12，在第三传动轴1-12上设置第九传动齿轮1-11，第八传动齿轮1-10与第九传动齿轮1-11啮合。

所述的主轴进给机构2，由水平轴及蜗杆轴组成，水平轴包括芯轴2-5、第一齿轮2-6、第二齿轮2-7、第三齿轮2-8、蜗轮2-9、第一离合器2-10、弹簧2-11、第二离合器2-12、手轮2-13、把手2-14，在芯轴2-5的上部设置第一齿轮2-6，第一齿轮2-6与第二齿轮2-7啮合，第二齿轮2-7安装在变速箱1-19上，在芯轴2-5的中部设置第三齿轮2-8，在芯轴2-5的中部轴承上设置第蜗轮2-9，芯轴2-5的中部轴承孔内安装第二离合器2-12，第一离合器2-10安装在蜗轮2-9的孔内，在第一离合器2-10和第二离合器2-12的内孔安装弹簧2-11，在芯轴2-5的下部设置手轮2-13、把手2-14；蜗杆轴包括蜗杆2-1，第一花键套2-2、花键轴2-3、第二花键套2-4，在花键轴2-3两端分别设置第一花键套2-2、第二花键套2-4，第三传动轴1-12通过第二花键套2-4与花键轴2-3连接，花键轴2-3通过第一花键套2-2与蜗杆2-1连接。

所述的主轴及平衡机构3包括主轴3-1、接近开关3-2、主轴套3-3、非铁磁材料感应块3-4，在变速箱1-19上设置接近开关3-2，在主轴3-1的轴承上设置主轴套3-3，非铁磁材料感应块3-4安装在主轴套3-3上，在主轴3-1的上部安装花键套1-7。

所述的主轴正反转及变速操纵机构4包括手柄4-1、阀板4-2、电磁换向阀4-3、油泵4-4、分油器4-5，在变速箱1-19上设置手柄4-1、阀板4-2，在电磁换向阀4-3上设置阀板4-2，在变速箱1-19上设置油泵4-4、分油器4-5，油泵4-4与分油器4-5通过油管连接。

所述的摇臂及夹紧机构5包括摇臂5-1、推轴5-2、活塞5-3、凸轮5-4、支架5-5、油缸5-6、油缸盖5-7、夹紧压板5-8、拉杆5-9、杠杆5-10、铰接轴5-11，在摇臂5-1上设置拉杆5-9并与夹紧压板5-8连接，通过铰接轴5-11将杠杆5-10固定在摇臂5-1上，在摇臂5-1上设置推轴5-2，在摇臂5-1上设置支架5-5，油缸5-6安装在支架5-5上，活塞5-3、凸轮5-4安装在油缸5-6内，油缸盖5-7安装在油缸5-6上。

所述的立柱及摇臂升降6包括内柱6-1、滚子6-2、矩形导轨方外柱6-3、轴承6-4、蜗轮6-5、丝杠6-6、丝母6-7、升降电机6-8、保险离合器6-9、蜗杆6-10、箱体壳6-11，内柱6-1安装在机座10上，矩形导轨方外柱6-3通过滚子6-2、轴承6-4安装在内柱6-1上，蜗轮6-5、丝杠6-6通过轴承安装在箱体壳6-11上，丝杠6-6与丝母6-7啮合，升降电机6-8安装在箱体壳6-11上，蜗杆6-10与保险离合器6-9内孔安装在一起，升降电机6-8与保险离合器6-9的外轮廓安装在一起，内柱6-1通过轴承6-4与矩形导轨方外柱6-3连接，摇臂5-1通过夹紧压板5-8与矩形导轨方外柱6-3固定。

所述的液压及冷却系统7包括油箱7-1、第一油管7-2、第一夹紧油缸7-3、油泵7-4、第二夹紧油缸7-5、第一电磁换向阀7-6、第二油管7-7、第二电磁换向阀7-8、水泵7-9、水管7-10、喷水管7-11、第二电磁换向阀7-12、第三夹紧油缸7-13、第二油管7-14，第一电磁换向阀7-6、第二电磁换向阀7-8、第二电磁换向阀7-12通过支架固定在油箱7-1上，在油箱7-1上设置油泵7-4，负责变速箱1-19与摇臂5-1之间夹紧的第一夹紧油缸7-3与第一油管7-2连接，负责内柱6-1与矩形导轨方外柱6-3之间夹紧的第二夹紧油缸7-5与第二油管7-7连接，负责摇臂5-1与矩形导轨方外柱6-3之间夹紧的第三夹紧油缸7-3与第二油管7-14连接，水泵7-9固定在机座10上，喷水管7-11固定在变速箱1-19上。

所述的测量系统8包括度数头8-1、光栅尺8-2、支架8-3、角度编码器8-4，光栅尺8-2固定在摇臂5-1的背面，支架8-3固定在变速箱1-19上，度数头8-1固定在支架8-3上，角度编码器8-4与内柱6-1固定在一起，角度编码器8-4的外壳固定在箱体壳6-11上。

所述的数显控制系统9包括微控制单元01、可编程逻辑器件02、分线器03，微控制单元01进行综合分析计算，发出模拟量给主轴变频器05及与可编程逻辑器件02结合完成发送脉冲并记录脉冲个数，微控制单元01需要与可编程逻辑器件02进行总线通信，可编程逻辑器件02作为微控制单元01的存储器来进行读写；通过对可编程逻辑器件02编写程序处理增量式信号的反馈包括进给伺服驱动器08反馈回来的进给伺服电机和编码器07的编码器信号、矩形导轨方外柱上的旋转编码器09信号、主轴变频电机上的编码器10信号、摇臂上的光栅尺11信号，并且通过并行方式采集和发送分线器03上的IO信号；分线器03采用光耦将数显型摇臂钻床上输入输出信号转换为可编程逻辑器件02直接读取和控制的信号量；

所述的一种数显型摇臂钻床的数显控制系统实现的功能包括主轴无极变速和不停车变速功能、自动将数显型摇臂钻床的极坐标转换为直角坐标并且通过图形显示功能、刀具移动到相关位置时能够自动锁紧矩形导轨方外柱和变速箱功能、钻孔深度定程和转进给功能、手动控制和操作安全功能；

（1）主轴无极变速和不停车变速功能，一是，主轴采用主轴变频器05和主轴变频电机06驱动方式，通过旋转主轴变速旋钮35直接调整触摸屏04上的主轴速度指令或通过触摸屏04上的触摸键盘输入主轴速度指令，触摸屏04通过RS485串口线把数据传送给微控制单元01，微控制单元01根据输入的数值计算出需要给主轴变频器05的模拟量所对应的数值，通过给主轴变频器05输出合适的模拟量来达到需要的任意主轴速度即实现主轴无极变速的功能，数显控制系统不需要停止主轴再变速用户直接输入所需的主轴转速，微控制单元01自动计算出对应需要速度的模拟量给主轴变频器05，主轴变频器05再控制主轴电机旋转驱动主轴旋转来达到需要的速度；通过微控制单元01输出相应的模拟量给主轴变频器05来驱动主轴变频电机06同时分线器03控制主轴高档电磁阀21和主轴低档电磁阀32的状态来实现相应的转速，低速范围是0-200转/分，高速范围是125-1600转/分；二是，使用时通过旋转主轴变速旋钮35或者利用触摸屏04上触摸键盘设定需要的主轴速度，再按主轴正转按钮13或者主轴反转按钮14，分线器03当前输入的信号发送给可编程逻辑器件02，可编程逻辑器件02再将发送给微控制单元01，微控制单元01根据输入需要主轴正转或者主轴反转信息进行处理，输出相应的模拟量给给主轴变频器05，将需要分线器03上输出的信息发送给可编程逻辑器件02，可编程逻辑器件02再将信息发送给分线器03，分线器03接到信息后会输出主轴正转28或者主轴反转27端子，主轴变频器05接收到正转信号或者反转信号，主轴变频器05开始按照接收到微控制单元01发送过来的模拟量和分线器03发出正转或者反转信号来控制主轴变频电机06按照相应的转速正转或者反转；需要主轴停止时，按下主轴停止按钮15，分线器03输入的信号发送给可编程逻辑器件02，可编程逻辑器件02将发送给微控制单元01，微控制单元01根据输入需要主轴停止信息进行处理，给主轴变频器05输出的模拟量为0V，将需要分线器03上输出的信息发送给可编程逻辑器件02，可编程逻辑器件02再将信息发送给分线器03，分线器03接到信息后会关闭主轴正转28或者主轴反转27的输出，主轴变频器05接收到微控制单元01发送过来的0V模拟量和正转或者反转信息的消失控制主轴变频电机06停止；

（2）自动将数显型摇臂钻床的极坐标转换为直角坐标并且通过图形显示功能，一是，刀具的移动位置是通过可编程逻辑器件02接收矩形导轨方外柱上的旋转编码器09和摇臂上的光栅尺11的信号，得到刀具在以矩形导轨方外柱旋转中心为极点，再以摇臂5-1上的导轨为极轴的极坐标系里的极坐标值，由于矩形导轨方外柱上的旋转编码器09和摇臂上的光栅尺11的反馈信号为差分信号通过芯片接收，到可编程逻辑器件02进行计数，得到刀具在数显型摇臂钻床上的极坐标系里的坐标值；在使用的时候直接输入需要加工工件所在直角坐标系里的数值，通过对刀方式在触摸屏04上输入相应的对刀点上的数值，微控制单元01计算出数显型摇臂钻床的极坐标系和工件的直角坐标系的对应关系，显示出相应的工件上需要加工的孔的位置在数显型摇臂钻床坐标系里的数值，直接计算出矩形导轨方外柱6-3需要旋转的角度和变速箱1-19在摇臂5-1上的位置；二是，微控制单元01不仅能够分析和计算出直角坐标系的值还能将数据传给触摸屏04并且在触摸屏04上显示出要加工孔的位置和刀具的实时运动轨迹，方便在移动刀具的过程中观看，当刀具接近相关孔时能够自动放大刀具与要加工孔之间的距离，方便准确的移动刀具；

（3）刀具移动到相关位置时能够自动锁紧矩形导轨方外柱和变速箱功能，将所需要的尺寸输入到系统里后，先按下变速箱和矩形导轨方外柱松开按钮29，分线器03将变速箱1-19和矩形导轨方外柱6-3需要松开信息送给微控制单元01，微控制单元01经过分析后发送变速箱1-19和矩形导轨方外柱6-3松开信息给分线器03，分线器03置位变速箱松开电磁阀34和矩形导轨方外柱松开电磁阀33输出端子同时复位变速箱夹紧电磁阀24和矩形导轨方外柱夹紧电磁阀23输出端子，再通过手动移动矩形导轨方外柱6-3旋转时，可编程逻辑器件02通过对矩形导轨方外柱上的旋转编码器09进行计数，得到实时的矩形导轨方外柱6-3旋转角度，微控制单元01通过FSMC总线读取到任意时刻的矩形导轨方外柱6-3的角度，将矩形导轨方外柱6-3的旋转角度与输入的孔位置对应的角度对比，当它们之间的差值小于允许误差角度时，微控制单元01发送相应的命令给可编程逻辑器件02，可编程逻辑器件根据接收到指令直接置位分线器上的相应的输出端矩形导轨方外柱夹紧电磁阀23同时复位矩形导轨方外柱松开电磁阀33，当矩形导轨方外柱6-3被夹紧以后，再移动摇臂5-1上的变速箱1-19，可编程逻辑器件02通过对摇臂上的光栅尺11进行计数，得到实时的变速箱1-19在摇臂5-1上的位置，微控制单元01通过总线读取到任意时刻可编程逻辑器件02记录的变速箱1-19在摇臂5-1上的位置，将变速箱1-19的位置与需要移动到的位置值进行比较，当它们的误差值小于允许误差值时微控制单元01发送相应的命令给可编程逻辑器件02，可编程逻辑器件根据接收到指令直接置位分线器上的相应的输出端变速箱夹紧电磁阀24同时复位变速箱松开电磁阀34，刀具当前的位置是所需要钻孔的位置，设定好主轴速度钻孔；

（4）钻孔深度定程和转进给功能，一是，当需要的孔定位完成需要刀具向下移动开始钻孔，数显控制系统采用的主轴变频器05控制主轴变频电机06来带动的，主轴3-1采用进给伺服驱动器08和进给伺服电机和编码器07来实现的，可编程逻辑器件02通过不断的采集主轴变频电机上的编码器10反馈回来的信号，微控制单元01不断的读取可编程逻辑器件采集来的主轴变频电机上的编码器10信号，根据设定的转进给值计算出进给伺服驱动器08需要的脉冲频率和当前脉冲个数，实时的通过FSMC总线发送给可编程逻辑器件02，可编程逻辑器件02会根据微控制单元01发送过来的数据输出相应频率的脉冲以及脉冲个数实现转进给功能；二是，当钻盲孔时还需要机器能够定程，将需要的定程值输入到触摸屏04里再通过触摸键盘或者主轴变速旋钮35和主轴进给旋钮12设定好主轴转速和转进给值，先按下主轴正转按钮13或者主轴反转按钮14，再按下启动按钮20，微控制单元01接收到触摸屏04发送过来的定程值和主轴转速值，也接收到分线器03通过可编程逻辑器件02发送过来的主轴正转28或者主轴反转27信号和启动信号，微控制器经过分析和计算，得出钻孔需要的定程位置所需的脉冲个数，将这个数据发送给可编程逻辑器件02，可编程逻辑器件02控制分线器03置位主轴正转28或者主轴反转27，可编程逻辑器件02接收到微控制单元01发送过来的脉冲数据后开始控制进给伺服驱动器08按照转进给的速度运行并且会不断记录当前发送出去的脉冲个数，再将当前发送出去的脉冲个数与微控制单元01发送过来的所需发送的脉冲个数进行比较，如果相等或者发送的脉冲个数大于所需发送的脉冲个数就会立即停止脉冲输出；

（5）手动控制和操作安全功能，一是，当刀具高度明显不适合所需加工工件高度要求时通过移动摇臂5-1上升或者下降来解决问题，当需要摇臂5-1移动时，按住摇臂上升按钮17或者摇臂下降按钮18，分线器03通过可编程逻辑器件02将摇臂5-1上升或者下降的信号发送给微控制单元01，微控制单元01再通过分线器03置位摇臂松开电磁阀30同时复位摇臂夹紧电磁阀31，此时摇臂5-1处于松开状态，延时3秒后微控制单元01再通过可编程逻辑器件02输出摇臂电机正转26或者摇臂电机反转25信息给分线器03，分线器03会根据当前接收到的摇臂升降电机正转或者反转信息置位摇臂电机正转26或者摇臂电机反转25输出端子，控制相应的接触器吸合，摇臂电机开始正转或者反转，当摇臂5-1移动到相应的位置时，松开摇臂上升按钮17或者摇臂下降按钮18，分线器03通过可编程逻辑器件02将停止摇臂5-1上升或者下降的信息发送给微控制单元01，微控制单元01分析后再通过可编程逻辑器件02输出摇臂电机停止信息给分线器03，分线器03接收到该信息后会复位相应的摇臂电机正转26或者摇臂电机反转25输出端子，此时摇臂升降电机处于停止状态后，延时2秒后微控制单元01再通过可编程逻辑器件02输出摇臂夹紧信息给分线器03，分线器03根据当前接收到的摇臂夹紧信息置位摇臂夹紧电磁阀31同时复位摇臂松开电磁阀30，完成摇臂5-1升降动作；二是，当需要手动加工时，先按下变速箱和矩形导轨方外柱松开按钮29分线器03通过可编程逻辑器件02将变速箱和矩形导轨方外柱松开信息发送给微控制单元01，微控制单元01通过分线器03置位变速箱松开电磁阀34和矩形导轨方外柱松开电磁阀33输出端子同时复位变速箱夹紧电磁阀24和矩形导轨方外柱夹紧电磁阀23输出端子，此时矩形导轨方外柱6-3和变速箱1-19均处于松开状态，通过手动旋转矩形导轨方外柱6-3和移动变速箱1-19使刀具移动到需要的位置上再按下变速箱和矩形导轨方外柱夹紧按钮19，分线器03通过可编程逻辑器件02将变速箱和矩形导轨方外柱夹紧信息发送给微控制单元01，微控制单元01分析后通过可编程逻辑器件02发送出变速箱和矩形导轨方外柱夹紧信息给分线器03，分线器03置位变速箱夹紧电磁阀24和矩形导轨方外柱夹紧电磁阀23输出端子同时复位变速箱松开电磁阀34和矩形导轨方外柱松开电磁阀33输出端子，此时变速箱1-19和矩形导轨方外柱6-3均处于夹紧状态，设定好主轴速度后钻孔；三是，从安全角度考虑，数显型摇臂钻床发生故障或者意外时，通过按下急停按钮16，分线器将急停信息通过可编程逻辑器件02发送给微控制单元01，微控制单元01会立即给主轴变频器05输出模拟量0V和停止发送脉冲给进给伺服驱动器08，主轴3-1就停止旋转，刀具也停止移动，通过可编程逻辑器件02给分线器03发送摇臂电机复位和主轴3-1停止信息，分线器03接收到该信息后会立即复位主轴正转28、主轴反转27、摇臂电机正转26和摇臂电机反转25的输出端子；在定程或者手动控制刀具上下移动时，数显控制系统会根据数显型摇臂钻床上按装的进给上下行程限位22反馈的信息来判断当前是否移动到最顶端或者最底端，如果移动到最顶端或者最底端，进给上下行程限位22将会返回低电平，分线器03收到该信息后会通过可编程逻辑器件02发送进给限位信息给微控制单元01，微控制单元01给触摸屏04发送报警信息提示用户，停止给进给伺服驱动器08发送脉冲来保障数显型摇臂钻床的安全。

所述的一种数显型摇臂钻床的工作原理是，主轴变速系统及主轴进给变速系统1通过操纵面板上的无极调速旋钮来实现主轴变速系统及主轴进给变速系统1的变化，在工作状态下通过无极调速旋钮变化无极调速电机的转速，在不停车的工作状态下改变主轴速度及主轴进给速度；为增加主轴及平衡机构3的主轴的输出扭矩，扩大主轴及平衡机构的主轴的转速范围，在主传动链中设有一个二联滑移齿轮机械变速挡；变档时，液压油推动活塞，使拉杆15拉动传动滑动齿轮5移动，上移为低速挡，下移为高速挡；主轴变速系统是为主轴及平衡机构的主轴提供一定范围内扭矩及转速的；主轴进给变速系统是为主轴及平衡机构的主轴提供一定范围内进给量的；主轴进给机构2是将变速机构的各种转速转化为主轴的轴向自动进给运动，同时将手动进给运动传给主轴，两种运动还可互相转换；当进给力超载时，进给伺服电机报警，使该传动装置得到保护；在主轴及平衡机构3的主轴套3-3上的孔内装有非铁磁材料感应块3-4，当主轴3-1的接近开关3-2移动到非铁磁材料感应块3-4，发电器信号实现主轴及平衡3上下极限的限位功能；在主轴3-1变速时，直接旋转变速旋钮，数显屏上直接显示主轴的转数；主轴3-1进给变速时，直接旋转变速旋钮，数显屏上直接显示主轴3-1的进给量；摇臂及夹紧机构5的摇臂5-1安装在立柱及摇臂升降机构6的矩形导轨方外柱6-3上，摇臂及夹紧机构5上的摇臂5-1沿着立柱及摇臂升降机构6的矩形导轨方外柱6-3上下移动，摇臂及夹紧机构5的摇臂5-1与立柱及摇臂升降机构6的矩形导轨方外柱6-3安装在夹紧松开后导向间隙不变，保证摇臂及夹紧机构5上的摇臂5-1与立柱及摇臂升降机构6的矩形导轨方外柱6-3导向精度；数显控制系统9安装在立柱及摇臂升降机构6的矩形导轨方外柱6-3上，增加设备整体平衡，数显控制系统9上安装电源开关A和冷却水开关B，操作方便；加工时冷却水不会渗入电源开关A，机床工作安全符合CE标准；采用数字显示，变速时操作者易分辨机床的速度，不易使视觉产生疲劳，操作效率高；在摇臂上设有三色霓虹灯C，加工时为绿色，装卸工件时为红色，过渡时为黄色，操作时安全；数显控制系统9实现的功能包括主轴无极变速和不停车变速功能、自动将数显型摇臂钻床的极坐标转换为直角坐标并且通过图形显示功能、刀具移动到相关位置时能够自动锁紧矩形导轨方外柱和变速箱功能、钻孔深度定程和转进给功能、手动控制和操作安全功能。

Claims (12)

1.一种数显型摇臂钻床，包括主轴变速及主轴进给变速系统、主轴进给机构、主轴及平衡机构、主轴正反转及变速操纵机构、摇臂及夹紧机构、立柱及摇臂升降机构、液压及冷却系统、测量系统、数显控制系统、机座、工作台，其特征在于：机座通过地脚螺栓固定在水泥地基上，在机座上设置工作台，在机座上安装立柱及摇臂升降机构并固定，摇臂及夹紧机构安装在立柱及摇臂升降机构的矩形导轨方外柱上，数显控制系统安装在立柱及摇臂升降机构的矩形导轨方外柱上，主轴变速及主轴进给变速系统安装在摇臂及夹紧机构上，主轴进给机构、主轴及平衡机构、主轴正反转及变速操纵机构、液压及冷却机构安装在主轴变速及主轴进给变速系统上，测量系统安装在摇臂及夹紧机构上，数显控制系统上安装电源开关A和冷却水开关B，在摇臂及夹紧机构上安装三色霓红灯C。

2.根据权利要求1所述的一种数显型摇臂钻床，其特征在于：所述的主轴变速系统及主轴进给变速系统由主轴变速系统和主轴进给变速系统组成，主轴变速系统包括无极调速电机、第一传动齿轮、第二传动齿轮、第一传动轴、传动滑动齿轮、第二传动轴、花键套、第三传动齿轮、第四传动齿轮、第五传动齿轮、拉杆、变速油缸、第六传动齿轮、第七传动齿轮、变速箱，在变速箱左上部设置无极调速电机，在无极调速电机的输出轴的轴承上设置第一传动齿轮，在变速箱中部设置第一传动轴，在第一传动轴上端的轴承上设置第二传动齿轮，第一传动齿轮与第二传动齿轮啮合，在第一传动轴下端设置第七传动齿轮，在变速箱中部设置第二传动轴，在第二传动轴中部通过花键设置传动滑动齿轮，在第二传动轴和传动滑动齿轮上设置第五传动齿轮，在第二传动轴中部设置第六传动齿轮，第七传动齿轮与第六传动齿轮啮合，在第二传动轴下端设置拉杆、变速油缸，在变速箱中部设置花键套，在花键套上设置第三传动齿轮、第四传动齿轮，当传动滑动齿轮下移时与第五传动齿轮的内齿啮合，第五传动齿轮的外齿与第四传动齿轮啮合，当传动滑动齿轮上移时与第五传动齿轮的内齿脱开，传动滑动齿轮与第三传动齿轮啮合；主轴进给变速系统包括进给伺服电机、第八传动齿轮、第九传动齿轮、第三传动轴，在变速箱右上部设置进给伺服电机，在进给伺服电机的输出轴上设置第八传动齿轮，在变速箱右中部设置第三传动轴，在第三传动轴上设置第九传动齿轮，第八传动齿轮与第九传动齿轮啮合。

3.根据权利要求1所述的一种数显型摇臂钻床，其特征在于：所述的主轴进给机构，由水平轴及蜗杆轴组成，水平轴包括芯轴、第一齿轮、第二齿轮、第三齿轮、蜗轮、第一离合器、弹簧、第二离合器、手轮、把手，在芯轴的上部设置第一齿轮，第一齿轮与第二齿轮啮合，第二齿轮安装在变速箱上，在芯轴的中部设置第三齿轮，在芯轴的中部轴承上设置第蜗轮，芯轴的中部轴承孔内安装第二离合器，第一离合器安装在蜗轮的孔内，在第一离合器和第二离合器的内孔安装弹簧，在芯轴的下部设置手轮、把手；蜗杆轴包括蜗杆，第一花键套、花键轴、第二花键套，在花键轴两端分别设置第一花键套、第二花键套，第三传动轴通过第二花键套与花键轴连接，花键轴通过第一花键套与蜗杆连接。

4.根据权利要求1所述的一种数显型摇臂钻床，其特征在于：所述的主轴及平衡机构包括主轴、接近开关、主轴套、非铁磁材料感应块，在变速箱上设置接近开关，在主轴的轴承上设置主轴套，非铁磁材料感应块安装在主轴套上，在主轴的上部安装花键套。

5.根据权利要求1所述的一种数显型摇臂钻床，其特征在于：所述的主轴正反转及变速操纵机构包括手柄、阀板、电磁换向阀、油泵、分油器，在变速箱上设置手柄、阀板，在电磁换向阀上设置阀板，在变速箱上设置油泵、分油器，油泵与分油器通过油管连接。

6.根据权利要求1所述的一种数显型摇臂钻床，其特征在于：所述的摇臂及夹紧机构包括摇臂、推轴、活塞、凸轮、支架、油缸、油缸盖、夹紧压板、拉杆、杠杆、铰接轴，在摇臂上设置拉杆并与夹紧压板连接，通过铰接轴将杠杆固定在摇臂上，在摇臂上设置推轴，在摇臂上设置支架，油缸安装在支架上，活塞、凸轮安装在油缸内，油缸盖安装在油缸上。

7.根据权利要求1所述的一种数显型摇臂钻床，其特征在于：所述的立柱及摇臂升降包括内柱、滚子、矩形导轨方外柱、轴承、蜗轮、丝杠、丝母、升降电机、保险离合器、蜗杆、箱体壳，内柱安装在机座上，矩形导轨方外柱通过滚子、轴承安装在内柱上，蜗轮、丝杠通过轴承安装在箱体壳上，丝杠与丝母啮合，升降电机安装在箱体壳上，蜗杆与保险离合器内孔安装在一起，升降电机与保险离合器的外轮廓安装在一起，内柱通过轴承与矩形导轨方外柱连接，摇臂通过夹紧压板与矩形导轨方外柱固定。

8.根据权利要求1所述的一种数显型摇臂钻床，其特征在于：所述的液压及冷却系统包括油箱、第一油管、第一夹紧油缸、油泵、第二夹紧油缸、第一电磁换向阀、第二油管、第二电磁换向阀、水泵、水管、喷水管、第二电磁换向阀、第三夹紧油缸、第二油管，第一电磁换向阀、第二电磁换向阀、第二电磁换向阀通过支架固定在油箱上，在油箱上设置油泵，负责变速箱与摇臂之间夹紧的第一夹紧油缸与第一油管连接，负责内柱与矩形导轨方外柱之间夹紧的第二夹紧油缸与第二油管连接，负责摇臂与矩形导轨方外柱之间夹紧的第三夹紧油缸与第二油管连接，水泵固定在机座上，喷水管固定在变速箱上。

9.根据权利要求1所述的一种数显型摇臂钻床，其特征在于：所述的测量系统包括度数头、光栅尺、支架、角度编码器，光栅尺固定在摇臂的背面，支架固定在变速箱上，度数头固定在支架上，角度编码器与内柱固定在一起，角度编码器的外壳固定在箱体壳上。

10.根据权利要求1所述的一种数显型摇臂钻床，其特征在于：所述的数显控制系统包括微控制单元、可编程逻辑器件、分线器，微控制单元进行综合分析计算，发出模拟量给主轴变频器及与可编程逻辑器件结合完成发送脉冲并记录脉冲个数，微控制单元需要与可编程逻辑器件进行总线通信，可编程逻辑器件作为微控制单元的存储器来进行读写；通过对可编程逻辑器件编写程序处理增量式信号的反馈包括进给伺服驱动器反馈回来的进给伺服电机和编码器的编码器信号、矩形导轨方外柱上的旋转编码器信号、主轴变频电机上的编码器信号、摇臂上的光栅尺信号，并且通过并行方式采集和发送分线器上的IO信号；分线器采用光耦将数显型摇臂钻床上输入输出信号转换为可编程逻辑器件直接读取和控制的信号量。

11.根据权利要求1或10所述的一种数显型摇臂钻床，其特征在于：所述的一种数显型摇臂钻床的数显控制系统实现的功能包括主轴无极变速和不停车变速功能、自动将数显型摇臂钻床的极坐标转换为直角坐标并且通过图形显示功能、刀具移动到相关位置时能够自动锁紧矩形导轨方外柱和变速箱功能、钻孔深度定程和转进给功能、手动控制和操作安全功能；

（1）主轴无极变速和不停车变速功能，一是，主轴采用主轴变频器和主轴变频电机驱动方式，通过旋转主轴变速旋钮直接调整触摸屏上的主轴速度指令或通过触摸屏上的触摸键盘输入主轴速度指令，触摸屏通过RS485串口线把数据传送给微控制单元，微控制单元根据输入的数值计算出需要给主轴变频器的模拟量所对应的数值，通过给主轴变频器输出合适的模拟量来达到需要的任意主轴速度即实现主轴无极变速的功能，数显控制系统不需要停止主轴再变速用户直接输入所需的主轴转速，微控制单元自动计算出对应需要速度的模拟量给主轴变频器，主轴变频器再控制主轴电机旋转驱动主轴旋转来达到需要的速度；通过微控制单元输出相应的模拟量给主轴变频器来驱动主轴变频电机同时分线器控制主轴高档电磁阀和主轴低档电磁阀的状态来实现相应的转速，低速范围是0-200转/分，高速范围是125-1600转/分；二是，使用时通过旋转主轴变速旋钮或者利用触摸屏上触摸键盘设定需要的主轴速度，再按主轴正转按钮或者主轴反转按钮，分线器当前输入的信号发送给可编程逻辑器件，可编程逻辑器件再将发送给微控制单元，微控制单元根据输入需要主轴正转或者主轴反转信息进行处理，输出相应的模拟量给给主轴变频器，将需要分线器上输出的信息发送给可编程逻辑器件，可编程逻辑器件再将信息发送给分线器，分线器接到信息后会输出主轴正转或者主轴反转端子，主轴变频器接收到正转信号或者反转信号，主轴变频器开始按照接收到微控制单元发送过来的模拟量和分线器发出正转或者反转信号来控制主轴变频电机按照相应的转速正转或者反转；需要主轴停止时，按下主轴停止按钮，分线器输入的信号发送给可编程逻辑器件，可编程逻辑器件将发送给微控制单元，微控制单元根据输入需要主轴停止信息进行处理，给主轴变频器输出的模拟量为0V，将需要分线器上输出的信息发送给可编程逻辑器件，可编程逻辑器件再将信息发送给分线器，分线器接到信息后会关闭主轴正转或者主轴反转的输出，主轴变频器接收到微控制单元发送过来的0V模拟量和正转或者反转信息的消失控制主轴变频电机停止；

（2）自动将数显型摇臂钻床的极坐标转换为直角坐标并且通过图形显示功能，一是，刀具的移动位置是通过可编程逻辑器件接收矩形导轨方外柱上的旋转编码器和摇臂上的光栅尺的信号，得到刀具在以矩形导轨方外柱旋转中心为极点，再以摇臂上的导轨为极轴的极坐标系里的极坐标值，由于矩形导轨方外柱上的旋转编码器和摇臂上的光栅尺的反馈信号为差分信号通过芯片接收，到可编程逻辑器件进行计数，得到刀具在数显型摇臂钻床上的极坐标系里的坐标值；在使用的时候直接输入需要加工工件所在直角坐标系里的数值，通过对刀方式在触摸屏上输入相应的对刀点上的数值，微控制单元计算出数显型摇臂钻床的极坐标系和工件的直角坐标系的对应关系，显示出相应的工件上需要加工的孔的位置在数显型摇臂钻床坐标系里的数值，直接计算出矩形导轨方外柱需要旋转的角度和变速箱在摇臂上的位置；二是，微控制单元不仅能够分析和计算出直角坐标系的值还能将数据传给触摸屏并且在触摸屏上显示出要加工孔的位置和刀具的实时运动轨迹，方便在移动刀具的过程中观看，当刀具接近相关孔时能够自动放大刀具与要加工孔之间的距离，方便准确的移动刀具；

（3）刀具移动到相关位置时能够自动锁紧矩形导轨方外柱和变速箱功能，将所需要的尺寸输入到系统里后，先按下变速箱和矩形导轨方外柱松开按钮，分线器将变速箱和矩形导轨方外柱需要松开信息送给微控制单元，微控制单元经过分析后发送变速箱和矩形导轨方外柱松开信息给分线器，分线器置位变速箱松开电磁阀和矩形导轨方外柱松开电磁阀输出端子同时复位变速箱夹紧电磁阀和矩形导轨方外柱夹紧电磁阀输出端子，再通过手动移动矩形导轨方外柱旋转时，可编程逻辑器件通过对矩形导轨方外柱上的旋转编码器进行计数，得到实时的矩形导轨方外柱旋转角度，微控制单元通过FSMC总线读取到任意时刻的矩形导轨方外柱的角度，将矩形导轨方外柱的旋转角度与输入的孔位置对应的角度对比，当它们之间的差值小于允许误差角度时，微控制单元发送相应的命令给可编程逻辑器件，可编程逻辑器件根据接收到指令直接置位分线器上的相应的输出端矩形导轨方外柱夹紧电磁阀同时复位矩形导轨方外柱松开电磁阀，当矩形导轨方外柱被夹紧以后，再移动摇臂上的变速箱，可编程逻辑器件通过对摇臂上的光栅尺进行计数，得到实时的变速箱在摇臂上的位置，微控制单元通过总线读取到任意时刻可编程逻辑器件记录的变速箱在摇臂上的位置，将变速箱的位置与需要移动到的位置值进行比较，当它们的误差值小于允许误差值时微控制单元发送相应的命令给可编程逻辑器件，可编程逻辑器件根据接收到指令直接置位分线器上的相应的输出端变速箱夹紧电磁阀同时复位变速箱松开电磁阀，刀具当前的位置是所需要钻孔的位置，设定好主轴速度钻孔；

（4）钻孔深度定程和转进给功能，一是，当需要的孔定位完成需要刀具向下移动开始钻孔，数显控制系统采用的主轴变频器控制主轴变频电机来带动的，主轴采用进给伺服驱动器和进给伺服电机和编码器来实现的，可编程逻辑器件通过不断的采集主轴变频电机上的编码器反馈回来的信号，微控制单元不断的读取可编程逻辑器件采集来的主轴变频电机上的编码器信号，根据设定的转进给值计算出进给伺服驱动器需要的脉冲频率和当前脉冲个数，实时的通过FSMC总线发送给可编程逻辑器件，可编程逻辑器件会根据微控制单元发送过来的数据输出相应频率的脉冲以及脉冲个数实现转进给功能；二是，当钻盲孔时还需要机器能够定程，将需要的定程值输入到触摸屏里再通过触摸键盘或者主轴变速旋钮和主轴进给旋钮设定好主轴转速和转进给值，先按下主轴正转按钮或者主轴反转按钮，再按下启动按钮，微控制单元接收到触摸屏发送过来的定程值和主轴转速值，也接收到分线器通过可编程逻辑器件发送过来的主轴正转或者主轴反转信号和启动信号，微控制器经过分析和计算，得出钻孔需要的定程位置所需的脉冲个数，将这个数据发送给可编程逻辑器件，可编程逻辑器件控制分线器置位主轴正转或者主轴反转，可编程逻辑器件接收到微控制单元发送过来的脉冲数据后开始控制进给伺服驱动器按照转进给的速度运行并且会不断记录当前发送出去的脉冲个数，再将当前发送出去的脉冲个数与微控制单元发送过来的所需发送的脉冲个数进行比较，如果相等或者发送的脉冲个数大于所需发送的脉冲个数就会立即停止脉冲输出；

（5）手动控制和操作安全功能，一是，当刀具高度明显不适合所需加工工件高度要求时通过移动摇臂上升或者下降来解决问题，当需要摇臂移动时，按住摇臂上升按钮或者摇臂下降按钮，分线器通过可编程逻辑器件将摇臂上升或者下降的信号发送给微控制单元，微控制单元再通过分线器置位摇臂松开电磁阀同时复位摇臂夹紧电磁阀，此时摇臂处于松开状态，延时3秒后微控制单元再通过可编程逻辑器件输出摇臂电机正转或者摇臂电机反转信息给分线器，分线器会根据当前接收到的摇臂升降电机正转或者反转信息置位摇臂电机正转或者摇臂电机反转输出端子，控制相应的接触器吸合，摇臂电机开始正转或者反转，当摇臂移动到相应的位置时，松开摇臂上升按钮或者摇臂下降按钮，分线器通过可编程逻辑器件将停止摇臂上升或者下降的信息发送给微控制单元，微控制单元分析后再通过可编程逻辑器件输出摇臂电机停止信息给分线器，分线器接收到该信息后会复位相应的摇臂电机正转或者摇臂电机反转输出端子，此时摇臂升降电机处于停止状态后，延时2秒后微控制单元再通过可编程逻辑器件输出摇臂夹紧信息给分线器，分线器根据当前接收到的摇臂夹紧信息置位摇臂夹紧电磁阀同时复位摇臂松开电磁阀，完成摇臂升降动作；二是，当需要手动加工时，先按下变速箱和矩形导轨方外柱松开按钮分线器通过可编程逻辑器件将变速箱和矩形导轨方外柱松开信息发送给微控制单元，微控制单元通过分线器置位变速箱松开电磁阀和矩形导轨方外柱松开电磁阀输出端子同时复位变速箱夹紧电磁阀和矩形导轨方外柱夹紧电磁阀输出端子，此时矩形导轨方外柱和变速箱均处于松开状态，通过手动旋转矩形导轨方外柱和移动变速箱使刀具移动到需要的位置上再按下变速箱和矩形导轨方外柱夹紧按钮，分线器通过可编程逻辑器件将变速箱和矩形导轨方外柱夹紧信息发送给微控制单元，微控制单元分析后通过可编程逻辑器件发送出变速箱和矩形导轨方外柱夹紧信息给分线器，分线器置位变速箱夹紧电磁阀和矩形导轨方外柱夹紧电磁阀输出端子同时复位变速箱松开电磁阀和矩形导轨方外柱松开电磁阀输出端子，此时变速箱和矩形导轨方外柱均处于夹紧状态，设定好主轴速度后钻孔；三是，从安全角度考虑，数显型摇臂钻床发生故障或者意外时，通过按下急停按钮，分线器将急停信息通过可编程逻辑器件发送给微控制单元，微控制单元会立即给主轴变频器输出模拟量0V和停止发送脉冲给进给伺服驱动器，主轴就停止旋转，刀具也停止移动，通过可编程逻辑器件给分线器发送摇臂电机复位和主轴停止信息，分线器接收到该信息后会立即复位主轴正转、主轴反转、摇臂电机正转和摇臂电机反转的输出端子；在定程或者手动控制刀具上下移动时，数显控制系统会根据数显型摇臂钻床上按装的进给上下行程限位反馈的信息来判断当前是否移动到最顶端或者最底端，如果移动到最顶端或者最底端，进给上下行程限位将会返回低电平，分线器收到该信息后会通过可编程逻辑器件发送进给限位信息给微控制单元，微控制单元给触摸屏发送报警信息提示用户，停止给进给伺服驱动器发送脉冲来保障数显型摇臂钻床的安全。

12.根据权利要求1所述的一种数显型摇臂钻床，其特征在于：所述的一种数显型摇臂钻床的工作原理是，主轴变速系统及主轴进给变速系统通过操纵面板上的无极调速旋钮来实现主轴变速系统及主轴进给变速系统的变化，在工作状态下通过无极调速旋钮变化无极调速电机的转速，在不停车的工作状态下改变主轴速度及主轴进给速度；为增加主轴及平衡机构的主轴的输出扭矩，扩大主轴及平衡机构的主轴的转速范围，在主传动链中设有一个二联滑移齿轮机械变速挡；变档时，液压油推动活塞，使拉杆拉动传动滑动齿轮移动，上移为低速挡，下移为高速挡；主轴变速系统是为主轴及平衡机构的主轴提供一定范围内扭矩及转速的；主轴进给变速系统是为主轴及平衡机构的主轴提供一定范围内进给量的；主轴进给机构是将变速机构的各种转速转化为主轴的轴向自动进给运动，同时将手动进给运动传给主轴，两种运动还可互相转换；当进给力超载时，进给伺服电机报警，使该传动装置得到保护；在主轴及平衡机构的主轴套上的孔内装有非铁磁材料感应块，当主轴的接近开关移动到非铁磁材料感应块，发电器信号实现主轴及平衡上下极限的限位功能；在主轴变速时，直接旋转变速旋钮，数显屏上直接显示主轴的转数；主轴进给变速时，直接旋转变速旋钮，数显屏上直接显示主轴的进给量；摇臂及夹紧机构的摇臂安装在立柱及摇臂升降机构的矩形导轨方外柱上，摇臂及夹紧机构上的摇臂沿着立柱及摇臂升降机构的矩形导轨方外柱上下移动，摇臂及夹紧机构的摇臂与立柱及摇臂升降机构的矩形导轨方外柱安装在夹紧松开后导向间隙不变，保证摇臂及夹紧机构上的摇臂与立柱及摇臂升降机构的矩形导轨方外柱导向精度；数显控制系统安装在立柱及摇臂升降机构的矩形导轨方外柱上，增加设备整体平衡，数显控制系统上安装电源开关A和冷却水开关B，操作方便；加工时冷却水不会渗入电源开关A，机床工作安全符合CE标准；采用数字显示，变速时操作者易分辨机床的速度，不易使视觉产生疲劳，操作效率高；在摇臂上设有三色霓虹灯C，加工时为绿色，装卸工件时为红色，过渡时为黄色，操作时安全；数显控制系统实现的功能包括主轴无极变速和不停车变速功能、自动将数显型摇臂钻床的极坐标转换为直角坐标并且通过图形显示功能、刀具移动到相关位置时能够自动锁紧矩形导轨方外柱和变速箱功能、钻孔深度定程和转进给功能、手动控制和操作安全功能。