CN108080656A - 一种轴承套圈专用双主轴数控车床 - Google Patents

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Abstract

一种轴承套圈专用双主轴数控车床，通过应用双主轴同轴对置及排刀架技术，突破了“从细长钢管坯料到轴承套圈的连续加工”的关键技术，实现了轴承套圈的全自动加工。该车床应用自动送料装置、床身的优化创新设计技术，显著提高了细长钢管坯料的利用率、加工效率及加工精度，降低了生产成本。

Description

一种轴承套圈专用双主轴数控车床
技术领域
本发明涉及一种轴承套圈专用双主轴数控车床，适用于机械领域。
背景技术
套圈车削工序，是后续工序—磨削工序的基础，该工序精度、效率直接影响着轴承质量的好坏及成本的高低。近年来，各类轴承套圈车削专机的研制取得了很大进展，使轴承的生产模式逐步实现由单机自动化→自动化生产线→自动化生产工段→自动化生产工厂的系列转变，但许多专机都是单轴专用车床，是生产流水线的终端机床。从加工方式来说，是一种机群分散工序加工方法，就整个生产线而言，涉及多次装夹，会导致套圈精度难以保证、生产成本高、加工效率低等一系列问题。甚至对于套圈车削自动线，需要针对内圈和外圈，设置两种不同的单线;当型号发生改变时，工艺工装需及时更换;若联线的单机台发生故障，可能导致整条自动线停机不能使用，这种装备上的缺陷已经严重影响了高品质轴承的生产。
发明内容
本发明提出了一种轴承套圈专用双主轴数控车床，通过应用双主轴同轴对置及排刀架技术，突破了“从细长钢管坯料到轴承套圈的连续加工”的关键技术，实现了轴承套圈的全自动加工。
本发明所采用的技术方案是：
所述专用车床总体结构由钢管抑振装置、送料夹紧装置、正、副主轴、X1轴伺服系统、Z1轴伺服系统、Z2轴伺服系统、整体斜床身、双排刀架、各安装平台及数控系统等组成。
所述自动送料装置主要由钢管抑振装置(包括柔性夹持架及安装平台等)、送料夹紧装置(包括自制夹紧油缸、安装平台等)等组成。其中，送料夹紧装置的结构设计借鉴了液压卡盘的工作原理，该装置通过改变自制夹紧油缸左、右腔的通油状态，使内部拉管带动专用夹具各自的驱动弹簧夹头夹紧或松开钢管，并通过行程开关发出相应信号，实现细长钢管的自动送料及套圈加工时的运动控制。
所述钢管抑振装置依靠柔性夹持架上安装的呈120°分布的由橡胶轮、支撑弹簧等组成的三对柔性夹持单元支撑和夹持细长钢管，利用该柔性夹持单元特有的非线性摩擦阻尼特性，使振动能量传递结构的不连续，抑制或反射掉部分弹性波，减少钢管高速回转产生的摩擦，有效地隔离振动。
所述专用机床的电气控制系统选配三菱公司M70V产品B系列（L系）系统作为专用车床的数控系统。定义X1轴控制排刀的进给加工，Z1轴控制细长钢管的送进，配置一个串行伺服主轴对正主轴进行控制，构成专用车床的主加工区；X2轴控制专用车床排刀的进给加工，Z2轴则控制背加工副主轴的进给，配置一个串行伺服主轴对副主轴进行控制，构成专用车床的背加工区;利用系统的M等待功能进行主加工区及背加工区的联系，协调两者之间的生产节拍；利用主轴同步功能来实现套圈在正、副主轴间的传递。两主轴间的速度和相位同步使不同型号的套圈都能在两主轴之间传递，从而有效地扩大了车床的加工范围。
本发明的有益效果是：该车床应用自动送料装置、床身的优化创新设计技术，显著提高了细长钢管坯料的利用率、加工效率及加工精度，降低了生产成本。
附图说明
图1是本发明的轴承套圈专用双主轴数控车床的总体结构简图。
图2是本发明的自动送料装置的三维结构简图。
图3是本发明的专用车床的电气控制系统方案图。
图中：1.钢管抑振装置；2.细长钢管；3.钢管送料夹紧装置；4.送料电机；5.正主轴箱；6. XI轴伺服系统；7.正主轴；8.双排刀架；9. Z1轴伺服系统；10.整体斜床身；11.副主轴电机；12.副主轴；13. Z2轴伺服系统；14.副主轴箱；15.主轴电机16.多楔带；17.钢管夹持送料装置安装平台；18.钢管抑振装置安装平台；19.钢管抑振装置；20.夹紧送料装置；21.专用车床主机；22.柔性夹持架；23.自制夹紧油缸；24.主轴专用夹具。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1，专用车床总体结构由钢管抑振装置、送料夹紧装置、正、副主轴、X1轴伺服系统、Z1轴伺服系统、Z2轴伺服系统、整体斜床身、双排刀架、各安装平台及数控系统等组成。
细长钢管被装夹在抑振装置及送料夹紧装置上，开动机床，在数控系统控制下，驱动Z1轴伺服系统，完成正主轴端的加工内容;然后，驱动Z2轴伺服系统，控制副主轴实现正、副主轴的同步对接，由切断刀将套圈割断；最后，在相关刀具的作用下完成副主轴端的加工内容。与此同时，钢管自动送料装置工作，完成下一次的送料动作，开始下一循环的加工动作，进而实现连续加工。
如图2，自动送料装置主要由钢管抑振装置(包括柔性夹持架及安装平台等)、送料夹紧装置(包括自制夹紧油缸、安装平台等)等组成。其中，送料夹紧装置的结构设计借鉴了液压卡盘的工作原理，该装置通过改变自制夹紧油缸左、右腔的通油状态，使内部拉管带动专用夹具各自的驱动弹簧夹头夹紧或松开钢管，并通过行程开关发出相应信号，实现细长钢管的自动送料及套圈加工时的运动控制。
钢管抑振装置依靠柔性夹持架上安装的呈120°分布的由橡胶轮、支撑弹簧等组成的三对柔性夹持单元支撑和夹持细长钢管，利用该柔性夹持单元特有的非线性摩擦阻尼特性，使振动能量传递结构的不连续，抑制或反射掉部分弹性波，减少钢管高速回转产生的摩擦，有效地隔离振动。
专用车床工作时产生的振动主要有两种：送料装置工作过程产生的振动、主轴回转过程中主轴与长钢管的偏心引起的振动。振动问题必须引起足够的重视，不加控制会严重影响设备的动态精度和工件的加工质量，而且还要降低加工效率和刀具的耐用度。另外，伴随振动所产生的噪声会刺激操作工人，引起疲倦，导致工作效率下降。本文从结构布局、运动精度控制及稳定陛等多方面入手，优化设备布局，实现多激励源状态下的振动控制。
床身作为主要的支承部件，支承着正、副主轴箱、进给运动系统和双排刀架等关键部件，承受包括切削力、重力、摩擦力等静态力和动态力的作用;保证各部件之间的相对位置精度和运动部件的运动精度。为了满足其功能，床身必须具备足够的静刚度、较高的刚度/质量比，同时床身的固有频率不降低，尽量降低质量以降低制造成本，在此基础上，本文将床身质量最小作为设计目标。
在正、副主轴端配置同步转速跟踪系统，以实现一次装夹完成轴承套圈的全部车削加工内容。当细长钢管坯料送入正主轴后，正主轴侧的刀架对钢管进行车削，完成该侧加工后，副主轴可在同步旋转状态下完成正、副主轴的对接割断加工，副主轴移位并在该侧刀架的配合加工下，完成该工件的剩下工序的加工内容。与此同时，正主轴侧的钢管坯料可完成送料及该侧的加工内容，以此循环往复，使套圈的加工效率大为提升。双主轴同轴对置及排刀架的联合使用使套圈的加工效率提高了80%~100%，而且节省人力、场地、水电等资源，极大地节约了能耗和资源。
专用机床的电气控制系统选配三菱公司M70V产品B系列（L系）系统作为专用车床的数控系统。定义X1轴控制排刀的进给加工，Z1轴控制细长钢管的送进，配置一个串行伺服主轴对正主轴进行控制，构成专用车床的主加工区；X2轴控制专用车床排刀的进给加工，Z2轴则控制背加工副主轴的进给，配置一个串行伺服主轴对副主轴进行控制，构成专用车床的背加工区;利用系统的M等待功能进行主加工区及背加工区的联系，协调两者之间的生产节拍；利用主轴同步功能来实现套圈在正、副主轴间的传递。两主轴间的速度和相位同步使不同型号的套圈都能在两主轴之间传递，从而有效地扩大了车床的加工范围。
如图3，专用机床的电气控制系统选配三菱公司M70V产品B系列（L系）系统作为专用车床的数控系统。定义X1轴控制排刀的进给加工，Z1轴控制细长钢管的送进，配置一个串行伺服主轴对正主轴进行控制，构成专用车床的主加工区；X2轴控制专用车床排刀的进给加工，Z2轴则控制背加工副主轴的进给，配置一个串行伺服主轴对副主轴进行控制，构成专用车床的背加工区;利用系统的M等待功能进行主加工区及背加工区的联系，协调两者之间的生产节拍；利用主轴同步功能来实现套圈在正、副主轴间的传递。两主轴间的速度和相位同步使不同型号的套圈都能在两主轴之间传递，从而有效地扩大了车床的加工范围。

Claims (5)

1.一种轴承套圈专用双主轴数控车床，其特征是：所述专用车床总体结构由钢管抑振装置、送料夹紧装置、正、副主轴、X1轴伺服系统、Z1轴伺服系统、Z2轴伺服系统、整体斜床身、双排刀架、各安装平台及数控系统等组成。
2.根据权利要求1所述的一种轴承套圈专用双主轴数控车床，其特征是：所述自动送料装置主要由钢管抑振装置(包括柔性夹持架及安装平台等)、送料夹紧装置(包括自制夹紧油缸、安装平台等)等组成。
3.根据权利要求1所述的一种轴承套圈专用双主轴数控车床，其特征是：所述钢管抑振装置依靠柔性夹持架上安装的呈120°分布的由橡胶轮、支撑弹簧等组成的三对柔性夹持单元支撑和夹持细长钢管，利用该柔性夹持单元特有的非线性摩擦阻尼特性，使振动能量传递结构的不连续，抑制或反射掉部分弹性波，减少钢管高速回转产生的摩擦，有效地隔离振动。
4.根据权利要求1所述的一种轴承套圈专用双主轴数控车床，其特征是：所述泵站控制系统的软件编程采用梯形图语言，形象、直观和实用，具有很强的逻辑性，每条指令的条件与结论表现的十分清楚，一目了然。
5.根据权利要求1所述的一种轴承套圈专用双主轴数控车床，其特征是：所述专用机床的电气控制系统选配三菱公司M70V产品B系列（L系）系统作为专用车床的数控系统，定义X1轴控制排刀的进给加工，Z1轴控制细长钢管的送进，配置一个串行伺服主轴对正主轴进行控制，构成专用车床的主加工区；X2轴控制专用车床排刀的进给加工，Z2轴则控制背加工副主轴的进给，配置一个串行伺服主轴对副主轴进行控制，构成专用车床的背加工区;利用系统的M等待功能进行主加工区及背加工区的联系，协调两者之间的生产节拍；利用主轴同步功能来实现套圈在正、副主轴间的传递。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN109834298A (zh) * 2019-03-26 2019-06-04 中信戴卡股份有限公司 一种车轮机加工设备
CN113458426A (zh) * 2021-07-22 2021-10-01 中国航发哈尔滨轴承有限公司 微型轴承一次车加工成型方法

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