CN105328513A - 大口径厚壁管数控钻孔专机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大口径厚壁管数控钻孔专机，该数控钻孔专机包括床身、立柱、主轴装置、控制面板、电控箱、润滑系统以及冷却系统的，其中，通过在床身上安装X轴滑轨，在立柱上安装Y轴滑轨，在主轴箱上安装Z轴滑轨，并且通过控制面板的控制作用，使得主轴箱能够准确定位，对外径为50mm以上的大口径厚壁管的工件进行钻铣加工，此外，主轴驱动机构中的连接部件形成的中空通道，能够通入冷却水对主轴驱动机构进行以及刀具进行有效快速的降温，该数控钻孔专机结构简单，易于操作，使用寿命长，安全稳定性好，且能实现加工自动化过程，同时精准度高。

Description

大口径厚壁管数控钻孔专机

技术领域

本发明属于机械技术领域，具体涉及一种数控机床，特别地，涉及一种大口径厚壁管数控钻孔专机。

背景技术

数控机床集计算机技术、电子技术、自动控制、传感测量、机械制造、网络通讯技术于一体，是典型的机电一体化产品，它的发展和运用，开创了制造业的新时代，数控技术水平的高低已成为衡量一个国家制造业现代化程度的核心标志，它实现加工机床及生产过程数控化，已成为当今制造业的发展方向。

数控钻孔专机是在传统型的钻孔机床的基础上发展起来的，是钻孔的专用设备。数控钻孔专机与传统型的钻孔机床加工工艺基本相同，结构相似，但数控钻孔专机是靠程序控制的自动加工机床，其具有传统型的铣床所不可比拟的优点：

(1)具有高度柔性，从而缩短了生产准备周期，节省了大量工艺装备的费用；

(2)定位精度较高，较少加工误差；

(3)加工质量较稳定、可靠，保证了每一批次的加工件的一致性；

(4)节省劳动力，提高生产效率。

尽管数控钻孔专机具有上述优点，但是，其定位精准度、加工效率、结构稳定性以及安全性能还需进一步改进。

发明内容

为了克服上述问题，本发明人进行了锐意研究，结果发现：一种包括床身、立柱、主轴装置、控制面板、电控箱、润滑系统以及冷却系统的大口径厚壁管数控钻孔专机，其中，通过在床身上安装X轴滑轨，在立柱上安装Y轴滑轨，在主轴箱上安装Z轴滑轨，并且通过控制面板的控制作用，使得主轴箱能够准确定位，对工件进行钻铣加工，此外，通过向主轴驱动机构中的连接部件形成的中空通道中通入冷却水，对主轴驱动机构进行以及刀具进行有效快速的降温，从而完成本发明。

本发明的目的在于提供以下方面：

(1)一种大口径厚壁管数控钻孔专机，该大口径厚壁管数控钻孔专机包括床身、立柱、主轴装置、控制面板、电控箱、润滑系统以及冷却系统，其中，

—所述床身包括X轴滑轨、工作台以及X轴伺服电机，其中，床身固定在地基上，X轴滑轨固定在床身上，X轴伺服电机安装在X轴滑轨的凹槽处，工作台固定在床身上，位于X轴滑轨的一侧，在工作台上设置两个夹盘，工件固定在夹盘上，工件为外径为50mm以上的大口径厚壁管，控制面板固定安装在床身上，

—所述立柱包括立柱滑板、Y轴滑轨以及Y轴伺服电机，其中，在立柱的底部设置立柱滑板，立柱滑板与X轴滑轨相配合，在立柱的一个侧面的上部安装Y轴滑轨，在Y轴滑轨的凹槽处安装Y轴伺服电机，

—所述主轴装置包括主轴箱、主轴驱动机构、主电机、Z轴滑轨、Z轴滑板以及Z轴伺服电机，其中，

在主轴箱的一个侧面上固定安装Z轴滑轨，Z轴滑轨通过Y轴滑板与Y轴滑轨相连，其中，Z轴滑轨与Y轴滑板的一面相配合，Y轴滑轨与Y轴滑板的另一面相配合，在Y轴滑板的另一面的凹槽处安装Z轴伺服电机，

所述主轴驱动机构从上到下依次连接：打刀缸、压紧装置、拉爪、刀柄，其中，压紧装置包括主轴、位于主轴内部的心轴、位于心轴内部的中空拉杆以及套装在心轴上的多组碟形弹簧，所述压紧装置、拉爪以及刀柄安装在主轴箱内部，其中，

打刀缸的缸座固定安装在主轴箱的箱体的上表面上，打刀缸的缸座侧壁设置接口，接口处安装旋转接头，通过水管与冷却系统中的高压冷却泵连接，

拉爪的一端与主轴固定，拉爪的另一端通过拉钉与刀柄连接，刀柄与刀具连接，

其中，所述打刀缸的活塞的轴线、主轴的轴线、心轴的轴线、中空拉杆的轴线、拉爪的轴线、拉钉的轴线以及刀柄的轴线相重合。

(2)一种大口径厚壁管数控钻孔专机，其中，床身通过16个直径为20毫米的地脚螺栓与地基固定连接。

(3)一种大口径厚壁管数控钻孔专机，其中，X轴滑轨浇筑在床身上，与床身为一体结构，或/和Y轴滑轨浇筑在立柱上，与立柱为一体结构，或/和Z轴滑轨浇筑在主轴箱上，与主轴箱为一体结构。

(4)一种大口径厚壁管数控钻孔专机，其中，X轴伺服电机与滚珠丝杠连接，滚珠丝杠通过轴承以及轴承座与床身连接，或/和Y轴伺服电机与滚珠丝杠连接，滚珠丝杠通过轴承以及轴承座与立柱连接，或/和Z轴伺服电机与滚珠丝杠连接，滚珠丝杠通过轴承以及轴承座与Y轴滑板连接。

(5)一种大口径厚壁管数控钻孔专机，其中，工作台浇筑在床身上，与床身为一体结构。

(6)一种大口径厚壁管数控钻孔专机，其中，润滑系统中的润滑泵安装在立柱上。

(7)一种大口径厚壁管数控钻孔专机，其中，冷却系统包括高压冷却泵、控制阀、喷头以及水管，其中，控制阀有三个接口，控制阀的一个接口通过水管与高压冷却泵连接，控制阀的另一个接口通过水管与打刀缸的缸座上的旋转接口连接，控制阀的又一个接口通过水管与喷头连接。

(8)一种大口径厚壁管数控钻孔专机，其中，高压冷却水通过旋转接口进入中空拉杆，然后依次通过压紧装置中的中空拉杆、拉钉的中空通孔、刀柄的中空通孔以及刀具的中空通孔，最后通过刀具的刀刃。

(9)一种大口径厚壁管数控钻孔专机，其中，启动电控箱，在数控面板的控制作用下，打刀缸的活塞伸出，作用在压紧装置的端面上，碟形弹簧被压缩，拉爪的爪瓣松开，刀柄的夹持打开进行换刀，然后又在在数控面板的控制作用下，打刀缸的活塞回退，碟形弹簧回复形变，拉爪的爪瓣闭合，刀具被加紧。

本发明提供的一种大口径厚壁管数控钻孔专机，该数控钻孔专机结构简单，易于制造，成本低，并且用途广泛，适用于长轴、长管类零件钻孔、攻丝以及各种孔类的加工，特别适用于外径为50mm以上的大口径厚壁管的钻孔；另外，该数控机床稳定以及安装性好，并可根据实际需求，编译程序，因此不仅使得整个加工过程实现自动化，而且提高了精准度。

附图说明

图1示出根据本发明一种优选实施方式的数控钻孔专机的某一个角度的结构示意图；

图2示出根据本发明一种优选实施方式的数控钻孔专机的某一个角度的结构示意图；

图3示出根据本发明一种优选实施方式的数控钻孔专机的剖面结构示意图；

图4示出根据本发明一种优选实施方式的数控钻孔专机的主轴装置结构示意图；

图5示出根据本发明一种优选实施方式的数控钻孔专机的主轴驱动机构结构示意图；

图6示出根据本发明一种优选实施方式的数控钻孔专机的冷却系统结构示意图。

附图标号说明：

1-床身

11-X轴滑轨

12-工作台

13-X轴伺服电机

14-夹盘

2-立柱

21-立柱滑板

22-Y轴滑轨

23-Y轴伺服电机

3-主轴装置

31-主轴箱

32主轴驱动机构

321-打刀缸

322-拉爪

323-刀柄

33-主电机

34-Z轴滑板

35-Y轴滑板

36-Z轴伺服电机

37-压紧装置

371-主轴

372-心轴

373-中空拉杆

374-碟形弹簧

38-旋转接头

4-控制面板

5-电控箱

6-高压冷却泵

61-控制阀

62-喷头

7-刀具

8-润滑泵

9-工件

具体实施方式

以下结合附图，参照优选的示例性具体实施方式来进一步说明本发明。本发明的特点和优点将随着这些说明变得更为清楚。

在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。

在根据本发明的一个优选实施方式中，如图1，图2中所示，一种大口径厚壁管数控钻孔专机，该数控钻孔专机包括床身、立柱、主轴装置、控制面板、电控箱、润滑系统以及冷却系统。

在根据本发明的一个优选实施方式中，如图1，图2以及图3中所示，床身包括X轴滑轨，工作台以及X轴伺服电机。

在优选的实施方式中，床身固定在地基上。床身通过地脚螺栓与地基固定，特别地，通过直径为20毫米的地脚螺栓与地基固定，根据本发明，使用16个地脚螺栓使得机床牢固在地基上。其中，为了能够使得整个机床更加牢固稳定，地基的深度可根据机床的实际重量来确定，例如，当机床的重量为7000kg～7500kg时，地基的深度至少为600毫米。特别地，在床身上设有T型槽。

在上述床身中，X轴滑轨固定在床身上，特别地，X轴滑轨为硬轨，整体浇筑在床身上，与床身为一体结构。

在X轴滑轨的凹槽处安装有X轴伺服电机，X轴伺服电机与滚珠丝杠相连接，滚珠丝杠通过轴承以及轴承座与床身连接。特别地，轴承采用高精度的角接触轴承。

根据本发明，通过提前编译的程序，然后在控制面板的控制作用下，X轴伺服电机驱动主轴装置在X轴滑轨上滑动，从而提高主轴装置在X轴滑轨方向的定位准确度。

在上述床身中，工作台固定在床身上，特别地，床身与工作台为一体结构，且工作台上设置有两个夹盘，夹盘用于固定工件，使得加工过程更加稳定精确。此外，可根据实际工件的尺寸以及形状更换夹盘，从而能够对工件更牢固的夹持。其中，工件为外径为50mm以上的大口径厚壁管。

在优选的实施方式中，工作台的长度为5950mm。

在上述床身中，在床身上固定安装有控制面板，使得钻孔专机的整个加工过程成为一个自动化过程。此外，根据本发明，可根据实际所要加工的工件的尺寸、形状，编制相应的加工程序，通过控制面板进行有效的控制。

由于床身采用了一体化结构，因此，床身的整体性强、刚性好且稳定性好。

在根据本发明的一个优选实施方式中，如图1、图2和图4中所示，立柱包括立柱滑板、Y轴滑轨以及Y轴伺服电机。

在上述立柱中，在立柱的底部设置有立柱滑板，该立柱滑板与X轴滑轨相配合。

在上述立柱中，通过控制面板的控制作用，X轴伺服电机驱动立柱沿着X轴滑轨做往复运动。

根据本发明，立柱在X轴滑轨方向的最大行程为5000mm。

在上述立柱中，在立柱的一个侧面的上部安装Y轴滑轨，特别地，Y轴滑轨与立柱为整体结构，从而加强整体结构的稳定性、刚性以及安全性。

在Y轴滑轨的凹槽处安装有Y轴伺服电机，Y轴伺服电机与滚珠丝杠连接，滚珠丝杠通过轴承以及轴承座与立柱连接。其中，轴承采用高精度的角接触轴承。

在优选的实施方式中，润滑系统的润滑泵安装在立柱的内部，润滑主传动系统对机床进行强制润滑，此外，可通过视窗观察润滑的工作情况。机床的滑轨、滚珠丝杠及其支承轴承的润滑采用集中润滑装置实现定时定量强制润滑，润滑间隔时间可在0～999分钟内任意调整。

在根据本发明的一个优选的实施方式中，如图1，图2，图4中所示，主轴装置包括主轴箱、主轴驱动机构、主电机、Z轴滑轨、Y轴滑板以及Z轴伺服电机。

在上述主轴装置中，在主轴箱的一个侧面上固定安装Z轴滑轨，Z轴滑轨通过Y轴滑板与立柱上的Y轴滑轨相连，其中，Z轴滑轨与Y轴滑板的一面相配合，Y轴滑板的另一面与Y轴滑轨相配合。

在优选的实施方式中，固定安装在主轴箱上的Z轴滑轨为硬轨，Z轴滑轨整体浇筑在主轴箱上，与主轴箱为一体结构，提高了稳定性和安全性。

在上述主轴装置中，在Y轴滑板上安装有Z轴伺服电机，Z轴伺服电机与滚珠丝杠相连接，滚珠丝杠通过轴承以及轴承座与Y轴滑板相连接。其中，轴承采用高精度的角接触轴承。

在上述主轴装置中，通过控制面板的控制作用，使得主轴装置在Y轴伺服电机的驱动作用下，能够沿着Y轴滑轨做往复运动。

根据本发明，主轴装置在Y轴滑轨的方向上的最大行程为550mm。

另外，通过控制面板的控制作用，Z轴伺服电机驱动主轴装置沿着Z轴滑轨方向做往复运动。

根据本发明，主轴装置在Z轴滑轨的方向上的最大行程为370mm。

在根据本发明的一个优选的实施方式中，如图1、图2、图4以及图5中所示，主轴驱动机构从上到下依次连接：打刀缸、压紧装置、拉爪、刀柄，其中，压紧装置、拉爪以及刀柄安装在主轴箱内部。

在上述主轴驱动机构中，压紧装置包括主轴、位于主轴内部的心轴、位于心轴内部的中空拉杆以及套装在心轴上的多组弹簧，弹簧的外径与主轴的内径相配合，其中，所述主轴的轴线、心轴的轴线以及中空拉杆的轴线重合。

其中，主轴通过轴承以及轴承座与主轴箱体活动连接。特别地，轴承为高精度的角接触轴承。

在优选的实施方式中，弹簧选用碟形弹簧，套装在心轴上的碟形弹簧一正一反依次套装在心轴上。在压紧装置的心轴上套装满碟形弹簧。

在上述主轴驱动机构中，打刀缸的缸座固定安装在主轴箱的箱体的上表面上，其中，打刀缸的活塞的轴线与主轴箱的箱体上表面垂直，且与压紧装置中的主轴的轴线重合。

另外，在打刀缸的缸座的侧壁设置接口，安装旋转接头，通过旋转接头与冷却系统中的水管相连接，其中，水管与位于主轴内部的中空拉杆相连接，从而使得冷却系统中的水通过中空拉杆对主轴驱动机构以及与刀柄相连接的刀具进行冷却，从而延长主轴驱动机构的使用寿命，降低企业成本。

在优选的实施方式中，如图6中所示，冷却系统包括高压冷却泵、控制阀、喷头以及水管，其中，控制阀有三个接口，控制阀的一个接口通过水管与高压冷却泵连接，控制阀的另一个接口通过水管与在打刀缸的缸座上的旋转接口连接，控制阀的又一个接口通过水管与喷头连接。

在上述主轴驱动机构中，拉爪的一端与主轴固定连接，其中，拉爪的轴线与主轴的中轴线重合。拉爪与主轴的固定连接的方式并不受到具体的限制，特别地，选用螺栓固定。

在上述主轴驱动机构中，拉爪通过拉钉与刀柄连接，拉钉与位于主轴内部的中空拉杆相连接，其中，拉钉的轴线，刀柄的轴线，拉爪的轴线以及主轴的轴线相重合。

可以根据实际需求，在刀柄上安装不同刀具，对工件进行钻铣。

在根据本发明的一个优选的实施方式中，高压冷却水通过旋转接头，然后依次通过压紧装置中的中空拉杆、拉钉的中空通孔、刀柄的中空通孔以及刀具的中空通孔，最后对刀具的刀刃进行冲洗。

在根据本发明的一个优选的实施方式中，主电机固定安装在主轴箱上，主电机通过变速箱与主轴相连，在主电机的驱动下，刀具在主轴驱动机构的带动下可以做旋转运动。特别地，主电机的中轴线与主轴的轴线相互平行。

根据本发明的一个优选的实施方式，在数控面板的控制作用下，打刀缸的活塞伸出，作用在压紧装置的端面上，压缩压紧装置中碟形弹簧，然后在碟形弹簧的压缩作用下，拉爪的爪瓣松开，刀柄的夹持打开，然后利用刀库进行换刀，又在数控面板的控制作用下，打刀缸的活塞回退，碟形弹簧回复形变，拉爪的爪瓣闭合，刀具被加紧，实现换刀，换刀过程方便迅速，易于操作。

此外，根据本发明，还能实现手动换刀。

根据本发明，根据实际需求所要加工的大口径厚壁管，编译相应的程序，通过控制面板的控制作用，即可进行自动化钻铣。

根据本发明，对大口径厚壁管钻孔之后，在控制面板的控制作用下，将主轴驱动机构上的钻孔的刀具换为铣刀，对工件进行进一步加工。

本发明提供的一种大口径厚壁数控钻孔专机,具体的有益效果在于：

(1)本发明提供的数控钻孔专机，结构简单，易于制造，能够减低生产成本；

(2)本发明提供的数控钻孔专机，用途广泛，可实现长轴、长管类零件钻孔、攻丝还可以完成各种孔类的加工，此外，还适用于各种盘、套类零件的单件及批量生产，同时还可以实现零件的铣削，如键槽、长孔及其他三维零件的铣削；

(3)本发明提供的数控钻孔专机，由于床身采用一体化结构，使得整个机床的稳定性和安全性更好；

(4)本发明提供的数控钻孔专机，由于主轴装置能够沿着X轴滑轨、Y轴滑轨以及Z轴滑轨做往复运动，因此使得机床在加工工件的过程中更加灵活，操作方便；

(5)本发明提供的数控钻孔专机，主轴驱动机构的结构简单，制造成本低，且通过高压冷却水能够迅速降温，使得主轴驱动机构实用寿命长，此外，主轴驱动机构的稳定性、安全性以及精准度高；

(6)本发明提供的数控钻孔专机，通过提前编译的程序，整个加工过程实现自动化，改变主轴装置在X轴滑轨方向、Y轴滑轨方面以及Z轴滑轨方向的坐标值，实现了平面、键槽、各种孔以及各种三维物体的铣削，此外，通过自动化控制，加工精准度高。

以上通过优选的具体实施方式对本发明进行了范例性说明。不过需要声明的是，这些具体实施方式仅是对本发明的阐述性解释，并不对本发明的保护范围构成任何限制，在不超出本发明精神和保护范围的情况下，本领域技术人员可以对本发明技术内容及其实施方式进行各种改进、等价替换或修饰，这些均落入本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种大口径厚壁管数控钻孔专机，该数控钻孔专机包括床身(1)、立柱(2)、主轴装置(3)、控制面板(4)、电控箱(5)、润滑系统以及冷却系统，其中，

—所述床身(1)包括X轴滑轨(11)、工作台(12)以及X轴伺服电机(13)，其中，床身(1)固定在地基上，X轴滑轨(11)固定在床身(1)上，X轴伺服电机(13)安装在X轴滑轨(11)的凹槽处，工作台(12)固定在床身(1)上，位于X轴滑轨(11)的一侧，在工作台(12)上设置两个夹盘(14)，工件(9)固定在夹盘(14)上，工件(9)为外径为50mm以上的大口径厚壁管，控制面板(4)固定安装在床身(1)上，

—所述立柱(2)包括立柱滑板(21)、Y轴滑轨(22)以及Y轴伺服电机(23)，其中，在立柱(2)的底部设置立柱滑板(21)，立柱滑板(21)与X轴滑轨(11)相配合，在立柱(2)的一个侧面的上部安装Y轴滑轨(22)，在Y轴滑轨(22)的凹槽处安装Y轴伺服电机(23)，

—所述主轴装置(3)包括主轴箱(31)、主轴驱动机构(32)、主电机(33)、Z轴滑轨(34)、Y轴滑板(35)以及Z轴伺服电机(36)，其中，

在主轴箱(31)的一个侧面上固定安装Z轴滑轨(34)，Z轴滑轨(34)通过Y轴滑板(35)与Y轴滑轨(22)相连，其中，Z轴滑轨(34)与Y轴滑板(35)的一面相配合，Y轴滑轨(22)与Y轴滑板(35)的另一面相配合，在Y轴滑板(35)的另一面的凹槽处安装Z轴伺服电机(36)，

所述主轴驱动机构(32)从上到下依次连接：打刀缸(321)、压紧装置(37)、拉爪(322)、刀柄(323)，其中，压紧装置(37)包括主轴(371)、位于主轴(371)内部的心轴(372)、位于心轴内部的中空拉杆(373)以及套装在心轴(382)上的多组碟形弹簧(374)，所述压紧装置(37)、拉爪(322)以及刀柄(323)安装在主轴箱(31)内部，其中，

打刀缸的缸座固定安装在主轴箱的箱体的上表面上，打刀缸的缸座侧壁设置接口，接口处安装旋转接头(38)，通过水管与冷却系统中的高压冷却泵(6)连接，

拉爪(322)的一端与主轴(371)固定，拉爪的另一端通过拉钉与刀柄(323)连接，刀柄(323)与刀具(7)连接，

其中，所述打刀缸的活塞的轴线、主轴(371)的轴线、心轴(372)的轴线、中空拉杆(373)的轴线、拉爪(322)的轴线、拉钉的轴线以及刀柄(323)的轴线相重合。

2.根据权利要求1所述的大口径厚壁管数控钻孔专机，其中，床身通过16个直径为20毫米的地脚螺栓与地基固定连接。

3.根据权利要求1所述的大口径厚壁管数控钻孔专机，其中，X轴滑轨(11)浇筑在床身(1)上，与床身(1)为一体结构，或/和Y轴滑轨(22)浇筑在立柱(2)上，与立柱(2)为一体结构，或/和Z轴滑轨(34)浇筑在主轴箱(31)上，与主轴箱(31)为一体结构。

4.根据权利要求1所述的大口径厚壁管数控钻孔专机，其中，X轴伺服电机(13)与滚珠丝杠连接，滚珠丝杠通过轴承以及轴承座与床身连接，或/和Y轴伺服电机(23)与滚珠丝杠连接，滚珠丝杠通过轴承以及轴承座与立柱连接，或/和Z轴伺服电机(36)与滚珠丝杠连接，滚珠丝杠通过轴承以及轴承座与Y轴滑板连接。

5.根据权利要求1所述的大口径厚壁管数控钻孔专机，其中，工作台(12)浇筑在床身(1)上，与床身(1)为一体结构。

6.根据权利要求1所述的大口径厚壁管数控钻孔专机，其中，润滑系统中的润滑泵(8)安装在立柱(2)上。

7.根据权利要求1所述的大口径厚壁管数控钻孔专机，其中，冷却系统包括高压冷却泵(6)、控制阀(61)、喷头(62)以及水管，其中，控制阀(61)有三个接口，控制阀(61)的一个接口通过水管与高压冷却泵(6)连接，控制阀(61)的另一个接口通过水管与打刀缸的缸座上的旋转接口(38)连接，控制阀(61)的又一个接口通过水管与喷头(62)连接。

8.根据权利要求1所述的大口径厚壁管数控钻孔专机，其中，高压冷却水通过旋转接口(38)进入中空拉杆(373)，然后依次通过拉钉的中空通孔、刀柄(323)的中空通孔以及刀具(7)的中空通孔，最后通过刀具(7)的刀刃。

9.根据权利要求1所述的大口径厚壁管数控钻孔专机，其中，启动电控箱(5)，在数控面板(4)的控制作用下，打刀缸的活塞伸出，作用在压紧装置(37)的端面上，碟形弹簧(374)被压缩，拉爪(322)的爪瓣松开，刀柄(323)的夹持打开进行换刀，然后又在在数控面板(4)的控制作用下，打刀缸的活塞回退，碟形弹簧(374)回复形变，拉爪(322)的爪瓣闭合，刀具(7)被加紧。