CN106903513A - 一种数控外球面轴承复合加工机床 - Google Patents

一种数控外球面轴承复合加工机床 Download PDF

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丁磊
李德铭
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张存波
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Abstract

本发明公开了一种数控外球面轴承复合加工机床,复合加工磨床由床身、主轴箱、镗杆机构、镗刀伺服推拉旋转转换机构、钻攻单元、工件伺服进给机构和工件夹具等部件构成,所述主轴箱固定安装在床身上,主轴箱内的主轴采用锥柄接口与拉杆连接,主轴变频电机通过同步带驱动主轴旋转,主轴驱动镗杆机构旋转,所述镗刀伺服推拉旋转转换机构把合在床身主轴箱上,所述钻、攻单元固定于主轴箱上,所述工件夹具安装在工件上拖板上,工件伺服进给机构把合在床身上驱动上、下拖板进给。从原来1人操作2台,现在可实现1人操作5‑12台,极大的解放人力。

Description

一种数控外球面轴承复合加工机床
技术领域
本发明涉及一种复合加工机床,适用于外球面轴承座一次装夹、球面孔和油槽的镗削、注油孔钻孔和攻丝工序上使用。
背景技术
轴承座是外球面轴承的重要部件,轴承座内径与轴承外径为球面配合,两者之间具有自动调心功能,球面轴承外径随无心磨削技术的不断发展,已达到相当高的精度等级,但轴承座的内径球面加工一直维持现状,已与球面轴承座内径精度不相匹配。
具体体现是:1、球曲率不吻合,沟槽润滑脂的密封泄漏,恶劣环境下,无法阻止泥土、灰尘、水分的进入,从而影响轴承使用寿命和工作性能。2、尺寸散差大,使轴承内径与轴承座内径不具有良好的通用性和互换性。3、球径椭圆大,轴承外径装配时,轴承座产生形变,影响其自动调心功能。
现有的轴承座球面加工设备以数控车,两轴联动插补为主流,但其加工原理存在不足:1、滚珠丝杠间隙、两伺服轴惯量匹配影响球形、尺寸差,保持精度成本高。2、两轴插补、刀具的几何形状误差影响加工轮廓,呈复映误差累计。3、工件旋转,无法进行钻孔,攻丝复合加工,实现自动上下料困难,因而工序分散,物流成本高,占地面积大。4、轴承座的加工工序单一枯燥,环境恶劣,招工难,企业对轴承座加工设备自动化需求强烈。
现有的设备达到其精度难度大,精度保持难,同时招工难已成为每个企业发展面对的难题,轴承座加工已成为外球面轴承发展的瓶颈。
发明内容
本发明的任务是提出一种轴承座一次装夹,精度高的一种数控外球面轴承复合加工机床。
本发明的任务是这样完成的,其特征在于:复合加工磨床由床身、主轴箱、镗杆机构、镗刀伺服推拉旋转转换机构、钻攻单元、工件伺服进给机构和工件夹具等部件构成,所述主轴箱固定安装在床身上,主轴箱内的主轴采用锥柄接口与拉杆连接,主轴变频电机通过同步带驱动主轴旋转,主轴驱动镗杆机构旋转,所述镗刀伺服推拉旋转转换机构把合在床身主轴箱上,所述钻、攻单元固定于主轴箱上,所述工件夹具安装在工件上拖板上,工件伺服进给机构把合在床身上驱动上、下拖板进给。所述镗刀伺服推拉旋转转换机构,本机构由联轴器、滚珠丝杠、滑座、旋转轴承座、镗刀连杆、线规滑块、滚珠丝杠轴承座、伺服电机构成,所述伺服电机与滚珠丝杠通过联轴器连接,所述滚珠丝杠装配在滚珠丝杠轴承座里固定,所述滚珠丝杠的前端与滑座装配并带动滑座前后移动,所述滑座通过线规滑块导向,所述线规滑块把合在床身上,镗刀连杆通过旋转轴承座安装在滑座上。所述镗杆机构由精镗摆动轴承、半精镗摆动轴承、拉杆、镗头体、精镗齿轮、半精镗齿轮、拨块、镗槽刀具、精镗刀具、精镗单元和半精镗刀具构成,所述粗镗刀具固定在镗头体的端头,所述镗刀体里装有精镗齿轮和半精镗齿轮,所述精镗齿轮和半精镗齿轮分别由精镗摆动轴承和精镗摆动轴承支撑,设计安装摆动轴承目的是可适当预紧,使刀具具有高的摆动精度,拔块装配在与半精镗齿轮的凹槽中,镗槽刀具安装在与拨块相连的另件上,精镗刀具、半精镗刀具是分别安装在精镗齿轮和半精镗齿轮的预制孔内并用螺钉紧固。钻、攻单元由钻孔电机、钻孔同步带轮、链条、回转板、支撑座、钻头、链轮机构、横梁、滑座、钻孔机、回转中心、攻丝机、攻丝电机、攻丝电机同步带轮和丝锥构成,所述钻孔机、攻丝机安装在滑座上,所述滑座与横梁燕尾导轨配合可水平移动,所述横梁固定在回转板上,链条安装在回转板上,回转板是安装在支撑座上,回转板背面为凸块并与支撑座上面的圆形凹槽相配合,所述钻孔机由液压驱动上升下降,钻孔电机通过同步带轮与钻孔机轴连接,钻孔机上装有钻头,所述攻丝机采用导杆式,攻丝电机通过同步带轮与攻丝机上的导杆连接,导杆上装有丝锥。所述上拖板与下拖板相匹配,所述下拖板固定在床身上,上拖板通过工件伺服机构驱动进给,所述工件伺服进给机构由伺服电机、弹性联轴器和滚珠丝杠组成,支撑为十字交叉滚子导轨,具有刚性好、定位精度高,所述工件夹具安装在上拖板上,轴承座工件在工件夹具上装夹定位。
本发明具有以下效果,采取上述技术方案,对球面轴承座加工,加工效果表现为:球形与球径椭圆加工精度均在0.01mm内。刀片使用寿命成倍提高,连续加工100件,尺寸差可控制在0.01mm内,同时由于粗、精分开,刀具激振幅度较小,表面光洁度Ra可达1.0~1.6μm。同时自动化水平得到极大满足,从原来1人操作2台,现在可实现1人操作5-12台,极大的解放人力。
附图说明
图1是本技术方案复合磨床的主视图;图2是镗杆结构示意图;图3是图2A-A方向结构示意图;图4是图2B-B方向的结构示意图;图5是图3的粗镗刀具的右视图;图6是镗刀伺服旋转转换机构的示意图;图7是钻孔的结构示意图;图8是攻丝结构示意图;
图1图面说明:1、床身,2、主轴箱,3、轴承座工件,4、镗杆机构,5、主轴,6、镗刀推拉旋转转换机构,7、主轴变频电机,8、钻孔攻丝单元,9、桁架机械手,10、工件夹具,11、上拖板,12、工件伺服进给机构。
图2、图3和图4、图5的图面说明:13、精镗摆动轴承,14、半精镗摆动轴承,15、拉杆,16、镗头体,17、精镗齿轮,18、半精镗齿轮,19、拔块,20、镗槽刀具,21、粗镗刀具,22、精镗刀具,23、半精镗刀具;
图6的图面说明:24、联轴器,25、滚珠丝杠,26、滑座,27、旋转轴承座,28、镗刀连杆,29、线规滑块,30、滚珠丝杠轴承座,31、伺服电机;
图7、图8的图面说明:32、钻孔电机,33、钻孔同步带轮,34、链条,35、回转板,36、支撑座,37、钻头,38、链轮机构,39、横梁,40、滑座,41、钻孔机,42、回转中心,43、攻丝机,44、攻丝电机,45、同步带轮,46、丝锥。
具体实施例
本技术方案配有上料输送带、机械手上下料、下料理料等自动化装置,能够实现一人多机的操作模式,为实现上述目的,1、球面孔的加工采用“三心合一”复合运动的原理;球曲率精度是由镗刀的摆动中心与镗杆回转中心线的同心度决定;球面孔球径椭圆精度由镗刀的摆动精度和镗杆的回转精度决定;
2、镗刀杆由摆动式镗头和镗刀推拉机构组成,镗刀杆集粗镗刀具、半精镗刀具、精镗刀具、镗油槽刀具一体,同时精镗刀具有微调功能,根据加工复映误差原理、刀具粗、精刀分开,其优点使零件充分释放应力形变,复映误差累计最小;粗、精刀具分开,刀具损耗降低,尺寸稳定性高,保证轴承座球面尺寸差精度;
3、在镗球面孔工位同时配有钻孔机、攻丝机、不同工步一次装夹,可完成注油螺纹孔的复合加工。
本技术方案是一种数控外球轴承座复合加工机床采用模块化设计,具体实施例如图1所示,复合加工磨床由床身1、主轴箱2、镗杆机构4、镗刀伺服推拉旋转转换机构6、钻攻单元8、工件伺服进给机构12和工件夹具10等部件构成,所述主轴箱2固定安装在床身1上,主轴箱内的主轴5采用锥柄接口与拉杆15连接,主轴变频电机7通过同步带驱动主轴旋转,主轴5驱动镗杆机构4旋转,所述镗刀伺服推拉旋转转换机构6把合在床身主轴箱2上,所述钻、攻单元8固定于主轴箱2上,所述工件夹具10安装在工件上拖板11上,工件伺服进给机构12把合在床身上,驱动上、下拖板进给。
所述主,5采用高精度套筒式主轴,使镗杆机构4具有高的旋转精度。
所述镗刀伺服推拉旋转转换机构6如图6所示,本机构由联轴器24、滚珠丝杠25、滑座26、旋转轴承座27、镗刀连杆28、线规滑块29、滚珠丝杠轴承座30、伺服电机31构成,所述伺服电机31与滚珠丝杠25通过联轴器24连接,所述滚珠丝杠装配在滚珠丝杠轴承座30里固定,所述滚珠丝杠的前端与滑座26装配并带动滑座前后移动,所述滑座通过线规滑块29导向,所述线规滑块29把合在床身上,镗刀连杆28通过旋转轴承座27安装在滑座26上,工作时,由伺服电机驱动滚珠丝杠并带动滑座前后移动,滑座由线规滑块导向,镗刀连杆可以完成前后移动,镗刀连杆旋转是由旋转轴承座带动完成。故镗刀连杆可以完成旋转和前后移动的复合运动。
所述镗杆机构4如图2、图3、图4和图5所示,所述镗杆机构由精镗摆动轴承13、半精镗摆动轴承14、拉杆15、镗头体16、精镗齿轮17、半精镗齿轮18、拨块19、镗槽刀具20、粗镗刀具21、精镗刀具22和半精镗刀具23构成,所述粗镗刀具21固定在镗头体16的端头,所述镗刀体16里装有精镗齿轮17和半精镗齿轮18,所述精镗齿轮和半精镗齿轮分别由精镗摆动轴承13和半精镗摆动轴承14支撑,设计安装摆动轴承目的是可适当预紧,使刀具具有高的摆动精度,拔块19装配在与半精镗齿轮18的凹槽中,镗槽刀具20安装在与拨块19相连的另件上,此件能在镗头体16左端的方孔中能上下移动,精镗刀具22、半精镗刀具23是分别安装在精镗齿轮17和半精镗齿轮18的预制孔内并用螺钉紧固,所述镗刀连杆 28通过拉杆15驱动镗头体16内精镗齿轮17顺、逆摆动固定角度,精镗齿轮17通过齿轮驱动半精镗齿轮18顺、逆摆动固定角度,半精镗齿轮18通过拔块19驱动镗槽刀具20 上下进给运动,由图2、图3、图4和图5所示,粗镗刀具21旋转,轴承座工件3进给,可完成轴承座工件3毛胚黑皮的粗加工。半精镗刀具23、精镗刀具22位于依次进给至轴承座工件3的球面中心,做旋转+摆动的复合运动,三心合一完成轴承座工件3球面孔的半精、精加工。同时精镗刀具22具有微调功能,可调至工件加工尺寸。镗槽刀具20位于轴承座工件3油槽位置,上下进给+旋转复合运动完成轴承座工件3的油槽加工。
所述钻、攻单元如图7和图8所示,钻、攻单元由钻孔电机32、钻孔同步带轮33、链条34、回转板35、支撑座36、钻头37、链轮机构38、横梁39、滑座40、钻孔机41、回转中心42、攻丝机43、攻丝电机44、攻丝电机同步带轮45和丝锥46构成,所述钻孔机41、攻丝机43安装在滑座40上,所述滑座与横梁39燕尾导轨配合可水平移动,所述横梁39固定在回转板35上,链条34安装在回转板35上,通过链轮机构38驱动链条34,,链条34是固定在回转板35上的,回转板是安装在支撑座36上,回转板35背面为凸块并与支撑座36上面的圆形凹槽相配合,钻孔机41可旋转45°,其运动是以回转中心42为支点的,以回转中心孔为中心整个钻孔机可整体旋转45°,所述钻孔机41由液压驱动上升下降,钻孔电机32通过同步带轮33与钻孔机轴连接,钻孔机41上装有钻头37,钻孔电机工作时通过同步带轮带动钻孔机旋转并带动钻头37旋转和下降,完成对轴承座工件3的注油孔的通孔加工,加工结束后钻头37上升。所述攻丝机43采用导杆式,进一步说,导杆的导程和丝锥的导程一致,攻丝电机44通过同步带轮45与攻丝机上的导杆连接,导杆上装有丝锥46,攻丝电机正转带动导杆上连接的丝锥下降攻丝、攻丝电机反转带动丝锥上升,完成轴承座工件3注油孔丝孔的加工。所述的钻孔机41、攻丝机43是现有技术,在这里结构不再详述。
如图1所示,所述上拖板11与下拖板相匹配,所述下拖板固定在床身1上,上拖板11通过工件伺服机构12驱动进给,所述工件伺服进给机构由伺服电机、弹性联轴器和滚珠丝杠组成,支撑为十字交叉滚子导轨,具有刚性好、定位精度高,所述工件夹具10安装在上拖板11上,轴承座工件3在工件夹具10上装夹定位,上拖板11在工件伺服进给机构12驱动下、轴承座工件3依次通过以下工位:工件上下料位→注油孔钻孔位→粗镗球孔位→半精镗球孔位→镗油槽位→精镗球孔位(注油孔攻丝同精镗同步进行)本结构完成的粗镗球面孔,圆柱底孔的工序加工是通过镗刀连杆28的旋转及镗刀体16的前后移动所构成。
本结构完成的球面半精,精加工工序是通过精镗机构17和半精镗机构18的摆动运动再加上镗刀连杆28通过拉杆15驱动镗头体16内精镗机构17的顺、逆摆动来完成精镗。半精镗工序是由机构18的顺、逆摆动来完成的。
本结构完成的镗槽工序是由半精镗机构18通过拔块19的上下运动来实现。
本结构完成的注油孔的钻孔工序是由钻孔机41通过钻孔电机32,同步带动33驱动钻孔机41旋转,带动钻头旋转并利用液压驱动使钻头上下运动来完成的。攻丝工序是由攻丝机43即由攻丝电机44通过同步带动45,带动丝锥作正反旋转来完成注油孔的攻丝工序。
加工流程为:镗杆机构4通过主轴5和镗刀伺服推拉+旋转转换机构6驱动下,实现镗刀旋转+摆动复合运动。轴承座工件3进给至注油孔钻孔工位,钻孔机41完成钻孔,粗镗刀具21旋转+轴承座工件3进给完成球面孔粗镗圆柱黑皮,上拖板11此次进给至镗槽位、半精镗位、精镗位。半精镗刀具23、镗槽刀20、精镗刀具22(攻丝机43与精镗同步)依次对轴承座工件3加工,从而实现依次完成注油孔钻孔→球面孔粗镗圆柱→半精镗球面→镗油槽→精镗球面(注油孔攻丝)的复合加工。同时设备配有桁架机械手9,配合自动输送装置,使得机床可以实现单机自动化、自动化连线等多种生产组织模式。
采取上述技术方案,对球面轴承座加工,加工效果表现为:球形与球径椭圆加工精度均在0.01mm内。刀片使用寿命成倍提高,连续加工100件,尺寸差可控制在0.01mm内,同时由于粗、精分开,刀具激振幅度较小,表面光洁度Ra可达1.0~1.6μm。同时自动化水平得到极大满足,从原来1人操作2台,现在可实现1人操作5-12台,极大的解放人力。

Claims (5)

1.一种数控外球面轴承复合加工机床,其特征在于:复合加工磨床由床身、主轴箱、镗杆机构、镗刀伺服推拉旋转转换机构、钻攻单元、工件伺服进给机构和工件夹具等部件构成,所述主轴箱固定安装在床身上,主轴箱内的主轴采用锥柄接口与拉杆连接,主轴变频电机通过同步带驱动主轴旋转,主轴驱动镗杆机构旋转,所述镗刀伺服推拉旋转转换机构把合在床身主轴箱上,所述钻、攻单元固定于主轴箱上,所述工件夹具安装在工件上拖板上,工件伺服进给机构把合在床身上驱动上、下拖板进给。
2.如权利要求1所述的一种数控外球面轴承复合加工机床,其特征在于:所述镗刀伺服推拉旋转转换机构,本机构由联轴器、滚珠丝杠、滑座、旋转轴承座、镗刀连杆、线规滑块、滚珠丝杠轴承座、伺服电机构成,所述伺服电机与滚珠丝杠通过联轴器连接,所述滚珠丝杠装配在滚珠丝杠轴承座里固定,所述滚珠丝杠的前端与滑座装配并带动滑座前后移动,所述滑座通过线规滑块导向,所述线规滑块把合在床身上,镗刀连杆通过旋转轴承座安装在滑座上 。
3.如权利要求1所述的一种数控外球面轴承复合加工机床,其特征在于:所述镗杆机构由精镗摆动轴承、半精镗摆动轴承、拉杆、镗头体、精镗齿轮、半精镗齿轮、拨块、镗槽刀具、精镗刀具、精镗单元和半精镗刀具构成,所述粗镗刀具固定在镗头体的端头,所述镗刀体里装有精镗齿轮和半精镗齿轮,所述精镗齿轮和半精镗齿轮分别由精镗摆动轴承和精镗摆动轴承支撑,设计安装摆动轴承目的是可适当预紧,使刀具具有高的摆动精度,拔块装配在与半精镗齿轮的凹槽中,镗槽刀具安装在与拨块相连的另件上,精镗刀具、半精镗刀具是分别安装在精镗齿轮和半精镗齿轮的预制孔内并用螺钉紧固。
4.如权利要求1所述的一种数控外球面轴承复合加工机床,其特征在于:钻、攻单元由钻孔电机、钻孔同步带轮、链条、回转板、支撑座、钻头、链轮机构、横梁、滑座、钻孔机、回转中心、攻丝机、攻丝电机、攻丝电机同步带轮和丝锥构成,所述钻孔机、攻丝机安装在滑座上,所述滑座与横梁燕尾导轨配合可水平移动,所述横梁固定在回转板上,链条安装在回转板上,回转板是安装在支撑座上,回转板背面为凸块并与支撑座上面的圆形凹槽相配合,所述钻孔机由液压驱动上升下降,钻孔电机通过同步带轮与钻孔机轴连接,钻孔机上装有钻头,所述攻丝机采用导杆式,攻丝电机通过同步带轮与攻丝机上的导杆连接,导杆上装有丝锥。
5.如权利要求1所述的一种数控外球面轴承复合加工机床,其特征在于:所述上拖板与下拖板相匹配,所述下拖板固定在床身上,上拖板通过工件伺服机构驱动进给,所述工件伺服进给机构由伺服电机、弹性联轴器和滚珠丝杠组成,支撑为十字交叉滚子导轨,具有刚性好、定位精度高,所述工件夹具安装在上拖板上,轴承座工件在工件夹具上装夹定位。
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