CN108655739A - 数控自动车床 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种数控自动车床，其技术方案要点包括床身、主轴座、主轴、攻牙座、攻牙轴、凸轮轴、驱动装置以及用于控制装置，所述主轴座面向攻牙座的一侧端面沿周向上设置有若干刀座，所述刀座包括转动连接有侧加工轴的侧加工座，所述侧加工轴面向主轴的一端安装有加工刀具，所述驱动装置包括驱动连接于主轴的第一伺服电机、驱动连接于凸轮轴的第二伺服电机、驱动连接于攻牙轴的第三伺服电机以及驱动连接于侧加工轴的第四伺服电机，所述控制装置分别控制连接于第一伺服电机、第二伺服电机、第三伺服电机以及第四伺服电机，本发明具有兼具加工效率以及复杂零件的加工能力的效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种自动加工设备，更具体地说它涉及一种数控自动车床。
背景技术
自动车床是一种高性能、高精度、低噪音的自动加工设备。在现有技术中，自动车床设置有多把刀具，通过凸轮控制刀具及工件，多把刀具可以同时进行加工，凸轮每转动一个回转即完成一个加工过程，具有复杂零件一次加工成型，加工效率非常高，远高于一般的数控车床。
目前，公告号为CN102756135B的中国专利公开一种数控自动车床，其包括床身、主轴箱，主轴箱设置有主轴孔、主轴，主轴孔相对的位置设置有轴座，轴座设置有用于钻孔或攻牙的工作轴，轴座侧面设置有凸轮轴，还包括控制芯片、存储器、驱动电机，驱动电机包括变频电机、第一伺服电机、第二伺服电机，变频电机驱动连接主轴，第一伺服电机驱动连接凸轮轴，第二伺服电机驱动连接工作轴。
现有技术中类似于上述的数控自动车床，其在加工一些径向结构较为复杂的异形件时，依然会出现卡刀撞刀的状况，因此依然无法加工复杂零件。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种数控自动车床，其优点在于兼具加工效率以及复杂零件的加工能力。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种数控自动车床，包括床身、设置于床身上的主轴座、穿设于主轴座内的主轴、相对主轴座设置于床身上的攻牙座、穿设于攻牙座内的攻牙轴、设置于床身一侧的凸轮轴、作为动力源的驱动装置以及用于控制驱动装置工作的控制装置，所述主轴座面向攻牙座的一侧端面沿周向上设置有若干刀座，所述刀座包括转动连接有侧加工轴的侧加工座，所述侧加工轴面向主轴的一端安装有加工刀具，所述驱动装置包括驱动连接于主轴的第一伺服电机、驱动连接于凸轮轴的第二伺服电机、驱动连接于攻牙轴的第三伺服电机以及驱动连接于侧加工轴的第四伺服电机，所述控制装置分别控制连接于第一伺服电机、第二伺服电机、第三伺服电机以及第四伺服电机。
通过采用上述技术方案，由于主轴、凸轮轴、攻牙轴和侧加工轴分别通过四个不同的伺服电机驱动。而四个伺服电机又受控制装置调节转速。因此通过控制主轴和凸轮轴之间的转速，在加工某一周向角度位置需要深度加工的棒状工件时，可以通过减慢主轴转速，使得凸轮轴具有更多的角度可以控制刀座对主轴上的棒状工件某一周向的角度进行精细的加工；通过控制攻牙轴和主轴之间的转速，使得攻牙轴和主轴之间能够产生合适的转速差，为棒状工件进行端面的钻孔或攻牙，甚至可以控制主轴停下来，使用攻牙轴进行偏心钻孔。通过控制主轴和侧加工轴之间的转速，在侧加工轴安装工具相比于直接使用刀具，能够更加轻易的实现对棒状工件径向加工，且不容易出现使用刀具加工复杂工件时可能出现的卡刀或者撞刀的情况。
综上，本方案中控制四个不同的伺服电机的方式，相比于现有的自动机床能够加工更多更加复杂的工件；而相比于现有的数控机床，又保持了自动机床的多把刀同步加工，保证了工件加工的效率。因此本方案兼具了加工效率以及加工能力。
本发明进一步设置为：所述床身包括工作平台以及设置于工作平台下方的驱动室，所述驱动室的底面上水平架设有用于传动连接主轴的主传动杆；所述第一伺服电机固定设置于驱动室内，且位于主传动杆上方，所述第一伺服电机和主传动杆之间通过带连接。
通过采用上述技术方案，首先主传动杆和第一伺服电机都设置在驱动室内，减少了主传动杆和第一伺服电机与外界的接触，提供了保护；另外通过将主传动杆和第一伺服电机在高度上错开，有效的利用了驱动室内的空间；最重要的是此结构类似于现有的自动车床主轴的传动结构，便于现有的自动车床改装。
本发明进一步设置为：所述主传动杆为空心杆，所述主传动杆内转动连接有内芯传动杆；所述内芯传动杆远离主轴座的一端从主传动杆中穿出并带连接攻牙轴，所述第三伺服电机设置于驱动室内并传动连接内芯传动杆。
通过采用上述技术方案，使用内芯传动杆插入主传动杆的方式，在保证内芯传动杆长度的同时节省了驱动室内的空间，另外由于主传动杆和内芯传动杆之间为转动连接，因此不会联动保证了内芯传动杆和主传动杆之间的独立性。最重要的是此结构类似于现有的自动车床攻牙轴的传动结构，便于现有的自动车床改装。
本发明进一步设置为：所述主传动杆为空心杆，所述主传动杆内转动连接有内芯传动杆；所述内芯传动杆面向主轴座的一端从主传动杆中穿出并传动连接凸轮轴，所述第二伺服电机设置于驱动室内并传动连接内芯传动杆。
通过采用上述技术方案，使用内芯传动杆插入主传动杆的方式，在保证内芯传动杆长度的同时节省了驱动室内的空间，保证了驱动室内有足够的空间供第二伺服电机安装，以提供足够的动力驱动凸轮轴转动。
本发明进一步设置为：所述主传动杆内沿轴向均匀排布有若干外圈连接于主传动杆内圈连接于内芯传动杆的连接轴承。
通过采用上述技术方案，通过轴承的设置进一步减小了主传动杆和内芯传动杆之间的转动摩擦。使得主传动杆和内芯传动杆之间的相互影响减至最小。
本发明进一步设置为：所述驱动室面向进料方向的一侧侧壁上设置有凸轮传动杆，所述凸轮传动杆的一端设置于驱动室内，另一端从驱动室内穿出；所述第二伺服电机设置于驱动室内，并和所述凸轮传动杆设置于驱动室的一端传动连接，所述凸轮传动杆从驱动室内穿出的一端带连接凸轮轴。
通过采用上述技术方案，将第二伺服电机设置于驱动室内，能够有效的第二伺服电机进行保护，同时此结构类似于现有的自动车床攻牙轴的传动结构，便于现有的自动车床改装。
本发明进一步设置为：所述第一伺服电机和主传动杆带连接方式包括设置于第一伺服电机输出轴上的第一输出轮、设置于主传动杆上的主传动输入轮以及分别张紧套接于第一输出轮和主传动输入轮上的同步带和橡胶带。
通过采用上述技术方案，第一伺服电机和主传动杆之间首先通过同步带进行同步的传动；同时通过了橡胶带分散了主动带受到的作用力，减少同步带传动时受到的作用力，提升同步带的寿命。
本发明进一步设置为：所述侧加工座水平设置于主轴座的一侧，且所述侧加工座远离主轴的一侧设置有供第四伺服电机安装固定的安装架。
通过采用上述技术方案，由于侧加工座水平放置，能够便于工作人员在侧加工轴上安装或者更换加工刀具；另外由于直接将第四伺服电机安装在安装架上，使得第四伺服电机和加工刀具在侧加工座的带动下同步移动。
本发明进一步设置为：所述加工刀具包括锯片、铣刀和钻头。
通过采用上述技术方案，通过锯片、铣刀能够直接对主轴上的工件进行侧加工或者侧铣，相比于刀具适用的范围更广；而通过钻头更是完成侧打孔。从而实现了自动车床对复杂零件的加工能力。
本发明进一步设置为：所述控制装置为PLC控制器。
通过采用上述技术方案，PLC控制器应用广泛，操作简单。
综上所述，本发明具有以下优点：
1、增加了侧加工轴，提升了自动车床对复杂零件的加工能力；
2、传动结构类似于现有的自动车床，便于现有的自动车床改装；
3、使用四个不同的伺服电机的方式，兼具了加工效率以及复杂零件的加工功能。
附图说明
图1是实施例1的结构示意图；
图2是图1中A的放大示意图；
图3是实施例1中凸显驱动室内结构的结构示意图；
图4是实施例1中凸显主传动杆和内芯传动杆连接结构的剖视示意图；
图5是实施例2中凸显驱动室内结构的结构示意图；
图6是实施例2中第三伺服电机传动结构的局部示意图；
附图标记说明：1、床身；11、工作平台；12、驱动室；13、定位挡板；2、主轴座；21、主轴；22、加工孔；23、工件夹具；3、攻牙座；31、攻牙轴；4、刀座；41、车加工座；411、车刀固定槽；42、侧加工座；421、安装架；422、侧加工轴；423、加工刀具；5、凸轮轴；6、凸轮摆臂机构；7、驱动装置；71、第一伺服电机；711、主传动杆；712、主传动带；713、第一输出轮；714、主传动输入轮；715、同步带；716、橡胶带；717、轴承座；72、第二伺服电机；721、凸轮传动杆；722、凸轮传动带；73、第三伺服电机；731、内芯传动杆；732、攻牙传动带；733、连接轴承；74、第四伺服电机；8、控制装置；81、PLC控制器。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
实施例，一种数控自动车床，如图1所示，包括床身1、设置于床身1上进料一侧的主轴座2、设置于床身1上并且和主轴座2相对设置的攻牙座3、水平穿设于主轴座2上的供棒状工件穿入夹持的主轴21、水平穿设于攻牙座3内用于对主轴21上工件进行轴向钻孔或攻牙的攻牙轴31、设置于主轴21面向攻牙座3的一侧端面并沿以主轴21的轴线的周向分布的五个刀座4、设置于床身1的侧面上且平行于主轴21的凸轮轴5、联动攻牙座3和刀座4两者与凸轮轴5的凸轮摆臂机构6、作为数控车床动力源的驱动装置7，以及用于控制驱动装置7工作的控制装置8。
其中凸轮摆臂机构6可以参照公开号为CN101417343A名称为全凸轮自动车床的专利；且由于凸轮摆臂机构6非本方案设计要点，且与现有技术中的结构类似，因此本实施例中不再赘述。
如图1、2所示，床身1包括工作平台11以及设置于工作平台11下方的驱动室12。主轴座2和攻牙座3设置于工作平台11上，且之间具有供工件放置和加工的空隙；主轴21的轴向上开设有供棒状工件穿入固定的加工孔22，主轴21远离攻牙座3的一端为入料端，临近攻牙座3的一侧为出料端；且在主轴21临近入料端的一侧设置有用于夹持棒状工件的工件夹具23；工件夹具23通过凸轮摆臂机构6控制对工件的夹和放。应该得知的，在自动车床的入料端上一般外接送料机，送料机能够持续为主轴21的入料端中送料。
如图1、2所示，工作平台11在主轴座2和攻牙座3之间设置有定位挡板13，定位挡板13通过凸轮摆臂机构6控制，通过阻挡在棒状工件移动的路径上，来控制棒状工件伸出主轴21的长度。
如图2所示，五个刀座4由凸轮摆臂机构6驱动控制，应得知的，五个刀座4在凸轮摆臂机构6驱动下，除了能够相对于主轴21进行径向移动，也能够相对于主轴21进行轴线的移动。进一步的，五个刀座4包括车加工座41和至少一个侧加工座42；本实施例中，侧加工座42的数量为一个，侧加工座42水平设置于主轴座2临近凸轮轴5的一侧。当然根据使用工况也使用者也可以将车加工座41改装为侧加工座42。
如图2所示，具体的，车加工座41上固定有车刀固定槽411，车刀固定槽411的开口延伸方向穿过主轴21的轴心线，且车刀固定槽411上螺纹连接有用于抵紧固定车刀的固定螺栓。
如图2所示，侧加工座42上固定连接有安装架421，侧加工座42上转轴连接有侧加工轴422，侧加工轴422的轴线延伸方向穿过主轴21的轴心线；侧加工轴422的面向主轴21的一端安装有加工刀具423；加工刀具423可以是锯片、铣刀或钻头中的一种。
如图3所示，驱动装置7包括驱动连接于主轴21的第一伺服电机71、驱动连接于凸轮轴5的第二伺服电机72、驱动连接于攻牙轴31的第三伺服电机73以及驱动连接于侧加工轴422的第四伺服电机74。第一伺服电机71、第二伺服电机72和第三伺服电机73均设置于驱动室12。第四伺服电机74安装于安装架421上。
如图3所示，驱动室12的底面上水平架设有平行于主轴21的主传动杆711，主传动杆711和驱动室12之间为转动连接，而为了减小主传动杆711和驱动室12之间的摩擦，驱动室12在主传动杆711的两侧固定了供主传动杆711穿设的轴承座717。第一伺服电机71固定设置于驱动室12的顶壁上，且位于主传动杆711上方。第一伺服电机71和主传动杆711之间通过带连接。具体的，第一伺服电机71和主传动杆711带连接方式包括设置于第一伺服电机71输出轴上的第一输出轮713、设置于主传动杆711上的主传动输入轮714以及分别张紧套接于第一输出轮713和主传动输入轮714上的同步带715和橡胶带716。其中同步带715对第一伺服电机71和主传动杆711之间进行同步的传动；同时橡胶带716分散了主动带受到的作用力，减少同步带715传动时受到的作用力，提升同步带715的寿命。另外在主传动杆711于主轴21的下端的一侧设置有主传动带712，主传动带712穿过工作平台11实现主传动杆711与主轴21的带传动。
如图3、4所示，主传动杆711为空心杆，主传动杆711内穿设且转动连接有内芯传动杆731；内芯传动杆731面向攻牙座3的一端从主传动杆711中穿出；第三伺服电机73固定于驱动室12内，且第三伺服电机73的输出轴固定连接于内芯传动杆731穿出主传动杆711的一端。此外在内芯传动杆731于攻牙轴31的下端的一侧设置有攻牙传动带732，攻牙传动带732穿过工作平台11实现内芯传动杆731与攻牙轴31的带传动。
进一步的，如图3、4所示，为了减小了主传动杆711和内芯传动杆731之间的转动摩擦。主传动杆711内沿轴向均匀排布有若干外圈连接于主传动杆711内圈连接于内芯传动杆731的连接轴承733。
如图3所示，驱动室12面向进料方向的一侧侧壁上穿设有凸轮传动杆721，本实施例中，凸轮传动杆721与凸轮轴5的轴线处于同一竖直平面内。凸轮传动杆721的一端设置于驱动室12内，另一端从驱动室12内穿出；第二伺服电机72固定连接于驱动室12的顶壁上，且第二伺服电机72输出轴和凸轮传动杆721设置于驱动室12的一端固定连接；而凸轮传动杆721从驱动室12内穿出的一端和凸轮轴5穿出加工平台的一端之间通过凸轮传动带722连接。
因此，通过第一伺服电机71、第二伺服电机72和第三伺服电机73设置在驱动室12内，减少了主传动杆711和第一伺服电机71与外界的接触，提供了保护。同时此改装后的带传动结构类似于现有的自动车床的传动结构，无需过多的改装现有自动车床带传动位置，便于现有的自动车床改装。
返回图2，安装架421上开设有电机槽，第四伺服电机74安装放置于电机槽内，并通过螺栓固定连接于安装架421上。且第四伺服电机74的输出轴从电机槽中穿出和侧加工轴422固定连接。
如图3所示，进一步的，控制装置8为PLC控制器81，PLC控制器81固定于床身1的一侧端面上方。PLC控制器81分别控制连接于第一伺服电机71、第二伺服电机72、第三伺服电机73以及第四伺服电机74的伺服驱动器。使得通过在PLC控制器81中输入相应的程序，就可控制第一伺服电机71、第二伺服电机72、第三伺服电机73以及第四伺服电机74的转速。另外由于第一伺服电机71、第二伺服电机72、第三伺服电机73以及第四伺服均具有零点记忆的功能，每次在生产新工件的时候，可由PLC控制器81自动调零，无需工作人员手动调零。
进一步的，为了展示本发明的优势，以下对一些特殊加工的介绍。
1、棒状工件的侧钻孔（攻牙）。此过程中需要在侧加工轴422上安装钻孔钻头（攻牙钻头）。此过程中PLC控制器81控制第一伺服电机71停止转动，第二伺服电机72带动凸轮轴5转动，使侧加工座42在凸轮摆臂机构6的带动下移动至侧钻孔位置进行钻孔（攻牙）。
2、棒状工件的侧壁的平面加工。此过程中需要在侧加工轴422上安装锯片。此过程中PLC控制器81控制第一伺服电机71慢速转动，第二伺服电机72带动凸轮轴5转动，使侧加工座42在凸轮摆臂机构6的带动下进行相对于主轴21径向位置的控制，使锯片加工工件侧壁形成平面。
本方案中，由于主轴21和凸轮轴5分别由转速可控的第一伺服电机71和第二伺服电机72控制；因此在加工某一周向角度位置需要深度加工的棒状工件时，可以通过减慢主轴21转速，使得凸轮轴5具有更多的角度可以控制刀座4对主轴21上的棒状工件某一周向的角度进行精细的加工；同时在凸轮角度分配不够时，可以降低凸轮在特定周向位置的转速，而无需增加凸轮角度。而通过控制攻牙轴31和主轴21之间的转速，使得攻牙轴31和主轴21之间能够产生合适的转速差，为棒状工件进行端面的钻孔或攻牙，甚至可以控制主轴21停下来，使用攻牙轴31进行偏心钻孔。控制主轴21和侧加工轴422之间的转速，在侧加工轴422安装工具相比于直接使用刀具，能够更加轻易的实现对棒状工件径向加工，且不容易出现使用刀具加工复杂工件时可能出现的卡刀或者撞刀的情况。
综上，本方案中控制四个不同的伺服电机的方式，相比于现有的自动机床能够加工更多更加复杂的工件；而相比于现有的数控机床，又保持了自动机床的多把刀同步加工，保证了工件加工的效率。因此本方案兼具了加工效率以及加工功能。
实施例2，一种数控自动车床，与实施例1不同之处在于第二伺服电机与第三伺服电机的传动结构。如图5、6所示，第二伺服电机72设置于驱动室12内远离主轴座2的一端。且第二伺服电机72的输出轴固定连接于内芯传动杆731穿出主传动杆711的一端。此外在内芯传动杆731远离第二伺服电机72的一端也从主传动杆711内穿出，并且通过皮带连接和凸轮传动杆721联动，再通过凸轮传动杆721和凸轮轴5的皮带连接，实现第二伺服电机72和凸轮轴5之间的传动。第三伺服电机73设置于攻牙座3下方在工作平台11的腔室内，第三伺服电机73直接通过皮带连接与攻牙轴31传动连接，为攻牙轴31提供动力。此结构节省了驱动室12内的空间，保证了驱动室12内有足够的空间供第二伺服电机72安装，以提供足够的动力驱动凸轮轴5转动。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的设计构思之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种数控自动车床，包括床身(1)、设置于床身(1)上的主轴座(2)、穿设于主轴座(2)内的主轴(21)、相对主轴座(2)设置于床身(1)上的攻牙座(3)、穿设于攻牙座(3)内的攻牙轴(31)、设置于床身(1)一侧的凸轮轴(5)、作为动力源的驱动装置(7)以及用于控制驱动装置(7)工作的控制装置(8)，所述主轴座(2)面向攻牙座(3)的一侧端面沿周向上设置有若干刀座(4)，其特征在于：所述刀座(4)包括转动连接有侧加工轴(422)的侧加工座(42)，所述侧加工轴(422)面向主轴(21)的一端安装有加工刀具(423)，所述驱动装置(7)包括驱动连接于主轴(21)的第一伺服电机(71)、驱动连接于凸轮轴(5)的第二伺服电机(72)、驱动连接于攻牙轴(31)的第三伺服电机(73)以及驱动连接于侧加工轴(422)的第四伺服电机(74)，所述控制装置(8)分别控制连接于第一伺服电机(71)、第二伺服电机(72)、第三伺服电机(73)以及第四伺服电机(74)。
2.根据权利要求1所述的数控自动车床，其特征在于：所述床身(1)包括工作平台(11)以及设置于工作平台(11)下方的驱动室(12)，所述驱动室(12)的底面上水平架设有用于传动连接主轴(21)的主传动杆(711)；所述第一伺服电机(71)固定设置于驱动室(12)内，且位于主传动杆(711)上方，所述第一伺服电机(71)和主传动杆(711)之间通过带连接。
3.根据权利要求2所述的数控自动车床，其特征在于：所述主传动杆(711)为空心杆，所述主传动杆(711)内转动连接有内芯传动杆(731)；所述内芯传动杆(731)远离主轴座(2)的一端从主传动杆(711)中穿出并带连接攻牙轴(31)，所述第三伺服电机(73)设置于驱动室(12)内并传动连接内芯传动杆(731)。
4.根据权利要求2所述的数控自动车床，其特征在于：所述主传动杆(711)为空心杆，所述主传动杆(711)内转动连接有内芯传动杆(731)；所述内芯传动杆(731)面向主轴座(2)的一端从主传动杆(711)中穿出并传动连接凸轮轴(5)，所述第二伺服电机(72)设置于驱动室(12)内并传动连接内芯传动杆(731)。
5.根据权利要求3或4所述的数控自动车床，其特征在于：所述主传动杆(711)内沿轴向均匀排布有若干外圈连接于主传动杆(711)内圈连接于内芯传动杆(731)的连接轴承(733)。
6.根据权利要求2所述的数控自动车床，其特征在于：所述驱动室(12)面向进料方向的一侧侧壁上设置有凸轮传动杆(721)，所述凸轮传动杆(721)的一端设置于驱动室(12)内，另一端从驱动室(12)内穿出；所述第二伺服电机(72)设置于驱动室(12)内，并和所述凸轮传动杆(721)设置于驱动室(12)的一端传动连接，所述凸轮传动杆(721)从驱动室(12)内穿出的一端带连接凸轮轴(5)。
7.根据权利要求2或3所述的数控自动车床，其特征在于：所述第一伺服电机(71)和主传动杆(711)带连接方式包括设置于第一伺服电机(71)输出轴上的第一输出轮(713)、设置于主传动杆(711)上的主传动输入轮(714)以及分别张紧套接于第一输出轮(713)和主传动输入轮(714)上的同步带(715)和橡胶带(716)。
8.根据权利要求1所述的数控自动车床，其特征在于：所述侧加工座(42)水平设置于主轴座(2)的一侧，且所述侧加工座(42)远离主轴(21)的一侧设置有供第四伺服电机(74)安装固定的安装架(421)。
9.根据权利要求1所述的数控自动车床，其特征在于：所述加工刀具(423)包括锯片、铣刀和钻头。
10.根据权利要求1所述的数控自动车床，其特征在于：所述控制装置(8)为PLC控制器(81)。
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