CN106736841B - 五轴加工中心主轴箱的液位控制系统 - Google Patents

五轴加工中心主轴箱的液位控制系统 Download PDF

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Abstract

五轴加工中心主轴箱的液位控制系统，包括油液输送装置、主轴箱、油液回收装置及液位电气控制程序单元，其特征在于油液输送装置设置液位报警及流量监测电气部件并与液位电气控制单元连通；主轴箱下部为连通的四腔结构，两处出油口分别位于主轴箱前端对角位置；油液回收装置采用双联齿轮泵，泵抽油口与主轴箱对角位置的出油口通过油管连接，油箱容积的控制量是主轴箱内腔最大动态油液容积与管路容积之和，输入液位电气控制程序单元，由液位开关执行自动控制，保持摆动中主轴箱内油液高度低于主轴连接处高度，防止油液进入主轴。油液回收好，机械主轴，转速提高至4000转/分，显著提高了机床效率。

Description

五轴加工中心主轴箱的液位控制系统
技术领域
本发明属于机械制造领域，涉及龙门式/立式五轴加工中心的主轴箱的液位控制系统。
背景技术
五轴加工中心可实现五轴联动，完成各种复杂平面、曲面零件的加工。加工过程中，AB轴不断变化，摆动范围大，主轴箱内液位随AB轴摆动不断变化。所述液位是指润滑冷却油进入主轴箱内，在动态下因回油口角度不能完全流出而积累出液位高度。理想状态是主轴箱内的润滑油贴壁流动，不存在积存。如果不能有效控制主轴箱内的液位高度，造成主轴箱内油液积蓄过多，会影响主轴箱内冷却效果，提高主轴箱内温度，影响机床转速；如果回油不畅引起主轴箱内液位高度高于主轴连接处，导致油液进入主轴内部，破坏主轴轴承润滑，会影响主轴轴承性能及寿命，最终导致机床无法正常工作。为防止主轴连接处进油，此处设置吹气结构形成气密封，见图5，当主轴高速旋转时，气流和飞溅的油液会在主轴箱内呈现气雾状态，不能用开观察窗、液位感应计等监视方式。
目前五轴加工中心主轴箱内液位控制主要存在两种形式：增设溢流孔结构和采用不带油箱油冷机形式。尽管采用不带油箱油冷机形式的液位控制系统可以控制主轴箱内油液高度，但是影响主轴箱内冷却效果、限制主轴转速。
因为机床加工过程中主轴箱随AB轴大范围摆动，机床AB轴摆角的行程限制了溢流口高度。另外，机床主轴高速旋转时，箱内油液混合雾由溢流孔溢出造成环境污染及对加工零件的破坏。因此，主轴箱开溢流孔不可取。
发明内容
本发明的目的是提供一种五轴加工中心主轴箱的液位控制系统，解决五轴加工中心由于AB轴摆动导致液位不稳定导致主轴被淹的问题。
五轴加工中心主轴箱的液位控制系统，包括油液输送装置、主轴箱、油液回收装置及液位电气控制程序单元，其特征在于油液输送装置设置液位报警及流量监测电气部件并与液位电气控制单元连通；主轴箱下部内腔为连通的四腔结构，两处出油口分别位于主轴箱下端对角位置；油液回收装置采用双联齿轮泵，泵抽油口与主轴箱对角位置的出油口通过油管连接；设定内腔最大动态油液容积为主轴箱摆动过程中主轴箱内腔油液面距离主轴连接处安全高度时，为主轴箱内腔的最大动态油液容积，油箱容积的控制量是主轴箱内腔最大动态油液容积与管路容积之和，输入液位电气控制程序单元，由液位开关执行自动控制，保持AB轴摆动中主轴箱内油液高度低于主轴连接处高度，防止油液进入主轴。
发明的有益效果是：
1、采用带有液位报警和流量监测的油冷机作为油液输送装置，控制主轴箱内液压油量，监测油冷机与回收泵的工作状态。
2、主轴箱前端内腔采用各腔室相通的结构，油液回收孔分别位于主轴箱对角位置，主轴箱随AB轴摆动过程中，箱内油液多点回收。
3、主轴轴承采用油脂润滑的机械主轴，转速提高至4000转/分，显著提高了机床效率。
附图说明
图1是五轴加工中心主轴箱液位控制系统结构示意图；
图2是主轴箱前、后腔通道结构局剖图；
图3是图2主轴箱A-A剖视图；
图4是图2主轴箱B-B剖视图；
图5是主轴箱液位电气控制程序流程示意图。
具体实施方式
结合附图和具体实例对本发明五轴加工中心主轴箱的液位控制系统加以说明。
本发明的液位控制系统采用带有液位报警和流量监测的油冷机作为油液输送装置，还包括主轴箱、油液回收装置及液位电气控制程序单元，其特征在于在油冷机1上增加液位开关18和流量开关3，液位开关18安装在油冷机1箱壁上，根据油冷机出油管上的流量开关3反馈给液位电气控制程序单元而执行油箱容积控制的启停指令。油箱容积的控制量是由主轴箱8内腔最大动态油液容积和管路容积相加求得。因为主轴箱8随摆头不断摆动，一定容积的油液在不同时刻、不同角度时距离主轴连接处的相对高度不断变化，所以设定内腔最大动态油液容积为动态中油液面距离主轴连接处安全高度时，为主轴箱8摆动过程中的最大动态油液容积。将这油箱容积控制量数值输入液位电气控制程序单元，由液位开关18执行自动控制，保持摆动中主轴箱内油液高度低于主轴连接处高度，防止油液进入主轴。
主轴箱8下端采用均布的四腔连通结构，见图2、3、4，图2在通孔24轴向剖开，与图4互为印证，主轴箱8下端有纵隔分出左、右两腔，从图3可见，右前腔19、左前腔20底部打孔成前腔通道23使前两腔连通；转90度B-B向，再由拱形左支撑筋26和右支撑筋27分隔出前、后腔：左后腔21、右后腔22，还在纵隔底部打孔成后腔通道25将左、右后腔相连通，见图2，前腔通道23与后腔通道25之间底部有通孔24相连通，A-A向；主轴箱下部两处出油口，后腔出油口4、前腔出油口9分别位于主轴箱下部对角位置，见图1；主轴箱8各腔内油液在任意时刻处于流通状态，保证主轴箱随AB摆头摆动过程中箱内液位处于最低点，油液能及时回收。
油冷机出油口2与主轴套进油口5通过管路连接，主轴箱8与主轴套10外侧形成封闭通道对主轴套10进行冷却。主轴套出油口6与主轴箱顶端分油器7通过管路连接，油液经分油器7对主轴箱8上端各齿轮和轴承进行润滑及冷却。双联齿轮回收泵13固定在主轴箱8前端，双联齿轮泵后腔抽油口11、前腔抽油口12分别与主轴箱后腔出油口4、前腔出油口9双管路连接，双联齿轮泵前腔回油口14、后腔回油口15分别与油冷机后腔回油口16、前腔回油口17双管路连接。
液位电气控制程序单元，包括对双联齿轮泵13、液位开关18和流量开关3以及所有油管路上的流量计、传感器实施作业编程，并入五轴加工中心控制系统，实现液位控制系统中各设备状态信号的反馈并执行加工中心控制指令，控制主轴箱内的液位在机床运行过程中处于安全高度。五轴加工中心启动时，见图5，双联齿轮泵13工作，通过双联齿轮泵后腔回油口15与前腔回油口14、油冷机后腔回油口16与前腔回油口17双管路形成的双通道回收主轴箱8内积存的油液，油冷机1启动时间调整在10～20秒后工作；通过液位开关18和流量开关3判断双联齿轮泵13和油冷机1的工作状态，若流量开关3反馈正常，液位开关18报警可判断双联齿轮泵13故障，若流量开关3报警，则油冷机1故障。若液位开关18报警，液位控制系统通过自控设计实现机床的自动停车，防止主轴被淹。气密封关闭和手动急停是用于防止油雾进入主轴的，手动急停是机床停机。

Claims (3)

1.五轴加工中心主轴箱的液位控制系统，包括油液输送装置、主轴箱、油液回收装置及液位电气控制单元，其特征在于油液输送装置设置液位报警及流量监测电气部件并与液位电气控制单元连通；主轴箱下端内腔为连通的四腔结构，两处出油口分别位于主轴箱下部对角位置；油液回收装置采用双联齿轮泵，泵抽油口与主轴箱对角位置的出油口通过油管连接；设定内腔最大动态油液容积为主轴箱摆动过程中主轴箱内腔油液面距离主轴连接处安全高度时，为主轴箱内腔的最大动态油液容积，油箱容积的控制量数值是主轴箱内腔最大动态油液容积与管路容积之和，输入液位电气控制单元，由液位开关执行自动控制，保持AB轴摆动中主轴箱内油液高度低于主轴连接处高度，防止油液进入主轴。
2.根据权利要求1所述的五轴加工中心主轴箱的液位控制系统，其特征在于主轴箱(8)下端均布的四腔连通结构：主轴箱(8)下端有纵隔分出左、右两腔，右前腔(19)、左前腔(20)底部打孔成前腔通道(23)使前两腔连通；转90度，再由拱形的左支撑筋(26)和右支撑筋(27)分隔出前、后腔：左后腔(21)、右后腔(22)，还在纵隔底部打孔成后腔通道(25)将左、右后腔相连通，前腔通道(23)与后腔通道(25)之间底部有通孔(24)相连通，主轴箱(8)各腔内油液在任意时刻处于流通状态，主轴箱随摆头摆动过程中箱内液位处于最低点。
3.根据权利要求1所述的主轴箱液位控制系统，其特征在于双联齿轮回收泵(13)固定在主轴箱(8)前端，双联齿轮泵后腔抽油口(11)、前腔抽油口(12)分别与主轴箱后腔出油口(4)、前腔出油口(9)连接，双管路连接，双联齿轮泵前腔回油口(14)与油冷机前腔回油口(17)管路连接、后腔回油口(15)与油冷机后腔回油口(16)管路连接；主轴箱后腔出油口(4)和前腔出油口(9)分别位于主轴箱(8)对角位置，保证主轴箱随AB轴摆动过程中油液的及时回收。
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