CN110076399A - 一种旋铣加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种旋铣加工方法，包括以下步骤：第一工件头架夹紧工件，并带动工件沿轴向作进给运动；第一工件头架和第二工件头架同时夹紧工件，并带动工件作进给运动；第一工件头架松开并退回；第一工件头架和第二工件头架同时夹紧工件，并带动工件作进给运动；第二工件头架松开并退回；重复上述步骤，直至完成所有的加工。此旋铣加工方法，刀具组件对工件进行螺纹旋铣加工，加工过程中第一工件头架和第二工件头架交替带动工件沿轴向作进给运动，使得工件在轴向方向上不停地移动，移动距离不局限于机床的长度，工件移动距离即螺纹加工的长度，因而理论上可加工无限长的螺纹件，对加工的螺纹件的长度不受限制，此发明用于机加工领域。

Description

一种旋铣加工方法
技术领域
本发明涉及机加工领域，特别是涉及一种旋铣加工方法。
背景技术
随着我国装备制造业的不断发展，重工业化趋势日益明显，航空航天，空港运输、冶金、核能发电、军工和重型机械等行业对大型精密丝杠的需求日益加大。然而大型丝杠的加工长期以来都是制造领域的一项技术难题，传统的滚轧工艺、车磨工艺等均无法满足大型丝杠的加工要求。
随着高速加工技术研究的不断深入及其在硬质难加工材料加工中的推广应用，旋铣加工技术正成为大型螺纹件加工的有力手段，它具有切削效率高、变形小、低成本、高精度、高表面质量和绿色环保的加工特点。
现有的用于加工丝杆、螺杆等螺纹件的外螺纹滚道旋铣加工设备，如旋风铣床，旋风铣床在加工过程中主要包括以下运动：刀具的高速旋转运动(主运动)、机床主轴带动工件慢速旋转(辅助运动)、工件根据加工螺纹的导程沿轴向的运动(进给运动)、刀具在机床带动下的径向运动(切削运动)。该类设备优点在于加工节拍短，效益高，但是，受限于其加工原理，对加工丝杆等螺纹件的长度有规格限制，大部分设备通过普通车床改造，使用一个夹持工件的卡盘、一个尾座和一个旋风铣头，采用一夹一顶的结构，旋风铣头左右移动加工，其最大的加工长度为卡盘到尾座的距离，加工丝杆的长度越长，刀头行程越长，设备占地面积越大，并且要加工的丝杆长度超出设备的最大加工距离时，必须更换更大的加工设备。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种旋铣加工方法，对加工的螺纹件的长度不受限制。
为解决上述技术问题所采用的技术方案是：
一种旋铣加工方法，包括用于夹持工件的第一工件头架和第二工件头架、加工工件的刀具组件，还包括以下步骤：
a、第一工件头架夹紧工件，并带动工件沿轴向作进给运动，工件经过刀具组件的加工区；
b、第一工件头架和第二工件头架同时夹紧工件，并带动工件作进给运动；
c、第一工件头架松开并退回；
d、第一工件头架和第二工件头架同时夹紧工件，并带动工件作进给运动；
e、第二工件头架松开并退回；
f、重复步骤b～e，直至完成所有的加工。
优选地，步骤b中，第二工件头架由随动逐渐转换成主动，第一工件头架由主动逐渐转换成随动；步骤d中，第一工件头架由随动逐渐转换成主动，第二工件头架由主动逐渐转换成随动。
优选地，第一工件头架和第二工件头架同轴设置，步骤a中，安装工件，工件穿过第一工件头架和第二工件头架安装。
优选地，还包括第一Z向移动装置和第二Z向移动装置，第一Z向移动装置带动第一工件头架沿Z轴移动，第二Z向移动装置带动第二工件头架沿Z轴移动。
优选地，第一工件头架和第二工件头架均包括固定座、安装于固定座上的夹具和带动夹具旋转的电机。
优选地，刀具组件包括内旋铣头和带动内旋铣头沿X轴进给的X向移动装置，内旋铣头包括两个支撑座、安装于两支撑座之间的旋铣刀盘、以及动力机构，旋铣刀盘与两支撑座转动连接，步骤a中根据加工的螺纹的螺旋角调节旋铣刀盘的摆角。
优选地，刀具组件包括外旋铣头和带动外旋铣头沿X轴进给的X向移动装置，外旋铣头包括底板、旋铣刀具、带动旋铣刀具转动的旋铣主轴、调节所述旋铣刀具的摆角的竖直旋转轴。
优选地，第一工件头架和第二工件头架之间安装辅助支撑工件的支撑架。
优选地，支撑架包括第一夹块和第二夹块、与第一夹块连接的第一升降板、与第二夹块连接的第二升降板、带动第一升降板和第二升降板升降的自定心机构。
优选地，自定心机构包括呈V字形布置的第一滑轨和第二滑轨，第一滑轨和第二滑轨上分别设有第一滑块和第二滑块，第一滑块与第一升降板之间设有第一连接板，第二滑块与第二升降板之间设有第二连接板，还包括带动第一滑轨和第二滑轨前后移动的驱动装置。
本发明的有益效果：此旋铣加工方法，刀具组件对工件进行螺纹旋铣加工，加工过程中第一工件头架和第二工件头架交替带动工件沿轴向作进给运动，使得工件在轴向方向上不停地移动，移动距离不局限于机床的长度，工件移动距离即螺纹加工的长度，因而理论上可加工无限长的螺纹件，对加工的螺纹件的长度不受限制。第一工件头架和第二工件头架交替带动工件运动之间，具有同时带动工件运动的过渡状态，以保证加工过程的连续性。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明：
图1是本发明实施例第一工件头架带动工件移动的结构简图；
图2是本发明实施例第一工件头架和第二工件头架同时带动工件移动的结构简图；
图3是本发明实施例的正视图；
图4是本发明实施例的三维结构示意图；
图5是本发明实施例内旋铣头的结构示意图；
图6是本发明实施例外旋铣头的结构示意图；
图7是本发明实施例支撑架的三维结构示意图；
图8是本发明实施例支撑架的正视图；
图9是本发明实施例支撑架的爆炸图。
具体实施方式
参照图1～图9，本发明提供一种旋铣加工方法，包括用于夹持工件的第一工件头架10和第二工件头架20、加工工件的刀具组件30，第一工件头架10和第二工件头架20同轴设置，还包括以下步骤：
a、第一工件头架10夹紧工件，并带动工件沿轴向作进给运动，工件经过刀具组件30的加工区，刀具组件30对工件进行旋铣加工，加工出外螺纹，如图1所示。
b、第一工件头架10和第二工件头架20同时夹紧工件，并带动工件作进给运动，如图2所示。
c、第一工件头架10松开并退回到起始位置，此时由第二工件头架20带动工件作进给运动。
d、第一工件头架10和第二工件头架20同时夹紧工件，并带动工件作进给运动。
e、第二工件头架20松开并退回到起始位置，此时由第一工件头架10带动工件作进给运动。
f、重复步骤b～e，直至完成所有的加工。
此旋铣加工方法，刀具组件30对工件进行螺纹旋铣加工，加工过程中第一工件头架10和第二工件头架20交替带动工件沿轴向作进给运动，使得工件在轴向方向上不停地移动，移动距离不局限于机床的长度，工件移动距离即螺纹加工的长度，因而理论上可加工无限长的螺纹件，对加工的螺纹件的长度不受限制。传统的旋铣加工中，采用一夹一顶的结构，并且为刀具组件30移动，沿轴向进给加工螺纹，其最大的加工长度为夹具12到尾座的距离。
第一工件头架10和第二工件头架20交替带动工件运动之间，具有同时带动工件运动的过渡状态(步骤b和步骤d)，以保证转换以及工件移动和加工过程的连续性。
本旋铣加工方法能够用于不同规格长度的螺纹件的加工，特别是大型精密丝杆43的加工，采用较小的行程距离即可实现较大长度的螺纹件的加工，可大大减小机床的占地面积。
整个加工过程可分为三个状态：(1)仅第一工件头架10带动工件运动；(2)第一工件头架10和第二工件头架20同时带动工件运动；(3)仅第二工件头架20带动工件运动，并且以(1)、(2)、(3)、(2)的状态顺序不断重复切换，以此实现工件的不停移动，其中状态(2)为状态(1)和状态(3)相互转换的过渡状态。
第一工件头架10和第二工件头架20同时带动工件移动时，需保证两者移动速度相同，为此，步骤b中，开始时第二工件头架20随第一工件头架10运动，并且第二工件头架20由随动逐渐转换成主动，第一工件头架10由主动逐渐转换成随动，然后过渡到步骤c；步骤d中，开始时第一工件头架10随第二工件头架20运动，并且第一工件头架10由随动逐渐转换成主动，第二工件头架20由主动逐渐转换成随动，然后过渡到步骤e。
作为优选，第一工件头架10和第二工件头架20同轴设置，步骤a中，安装工件，第一工件头架10和第二工件头架20上设有贯穿的通孔，工件穿过第一工件头架10和第二工件头架20安装，从而可夹持超过机床长度的工件。第一工件头架10和第二工件头架20的数量可设置为一个以上，采用多个第一工件头架10和第二工件头架20能够减小长度较长的工件的加工变形，但会增加制作成本。
作为优选，还包括第一Z向移动装置40和第二Z向移动装置50，第一Z向移动装置40带动第一工件头架10沿Z轴(机床的主轴方向为Z轴)移动，第一工件头架10夹紧工件从而带动工件移动，同理，第二Z向移动装置50带动第二工件头架20沿Z轴移动。本实施例中，第二Z向移动装置50与第一Z向移动装置40采用相同结构，第一Z向移动装置40包括Z向滑板41、安装于底座60上的Z向滑轨42，Z向滑板41与Z向滑轨42滑动连接，第一工件头架10安装于Z向滑板41上，可采用丝杆螺母传动机构或齿轮齿条传动机构等直线传动机构带动Z向滑板41的移动，本实施例中，采用控制精度较高的丝杆螺母传动机构，包括丝杆43、带动丝杆43转动的丝杆电机44和与丝杆43配合的安装于Z向滑板41底部的螺母。
作为优选，第一工件头架10和第二工件头架20均包括固定座11、安装于固定座11上的夹具12和带动夹具12旋转的电机，第一工件头架10和第二工件头架20具备分度功能。夹具12夹紧工件，电机带动夹具12旋转，电机可安装于固定座11内部或外部，本实施例中，采用内置电机，电机安装于固定座11内，电机上设有供工件穿过的通孔。
可根据需要选择合适的刀具组件30，刀具组件30可采用内旋铣头31或外旋铣头32等。
作为优选，如图5所示，刀具组件30包括内旋铣头31和带动内旋铣头31沿X轴进给的X向移动装置33，内旋铣头31包括两个支撑座311、安装于两支撑座311之间的旋铣刀盘312、以及动力机构，旋铣刀盘312与两支撑座311转动连接，步骤a中根据加工的螺纹的螺旋角调节旋铣刀盘312的摆角。工件穿过旋铣刀盘312，旋铣刀盘312对工件进行螺纹加工，X向移动装置33带动旋铣刀盘312沿X轴进给。动力机构包括带动旋铣刀盘312转动以加工螺纹的旋铣电机313和调节旋铣刀盘312摆角的摆角电机314，旋铣电机313通过皮带传动带动旋铣刀盘312转动，摆角电机314带动旋铣刀盘312绕与两支撑座311的转动连接轴转动，从而调节旋铣刀盘312的摆角。X向移动装置33包括安装于底座60上的滑轨座331、安装于滑轨座331上的X向滑轨332、与X向滑轨332滑动连接的X向滑板333，支撑座311安装于X向滑板333上。
作为优选，刀具组件30包括外旋铣头32和带动外旋铣头32沿X轴进给的X向移动装置33，如图6所示，外旋铣头32包括底板324、旋铣刀具321、带动旋铣刀具321转动的旋铣主轴322、安装旋铣主轴322的主轴箱323、以及调节旋铣刀具321的摆角的竖直旋转轴325。主轴箱323安装于底板324上，竖直旋转轴325安装于底板324的底部并垂直于底板324，可带动底板324、主轴箱323、旋铣主轴322和旋铣刀具321转动，从而调节旋铣刀具321的摆角，根据加工的螺纹的螺旋角调节摆角。
作为优选，第一工件头架10和第二工件头架20之间安装辅助支撑工件的支撑架70，螺纹旋铣加工中，切削力较大，工件容易产生弯曲变形，特别是长度较长的工件，通过支撑架70辅助支撑工件，减小变形。本实施例中，支撑架70有两个，并分别设于刀具组件30的两侧。
支撑架70可采用一般机加工用的中心架或跟刀架的结构，本实施例中，支撑架70采用以下结构，如图7～9所示，作为优选，支撑架70包括第一夹块71和设有V形夹紧面73的第二夹块72、与第一夹块71连接的第一升降板74、与第二夹块72连接的第二升降板75、安装架76，第一升降板74和第二升降板75与安装架76的前端升降滑动连接，还包括带动第一升降板74和第二升降板75升降以夹紧工件的自定心机构77。支撑架70的第一夹块71和第二夹块72夹紧工件，辅助支撑工件，第二夹块72上的V形夹紧面73起到定位作用，自定心机构77使得夹紧过程中实现自动定心，防止第一夹块71和第二夹块72偏移导致工件变形。
进一步地，自定心机构77包括呈V字形布置的第一滑轨771和第二滑轨772，第一滑轨771和第二滑轨772上分别设有第一滑块773和第二滑块774，第一滑块773与第一升降板74之间设有第一连接板775，第二滑块774与第二升降板75之间设有第二连接板776，还包括带动第一滑轨771和第二滑轨772前后移动的驱动装置777。第一滑轨771和第二滑轨772安装于安装板778上，安装板778与安装架76的侧面滑动连接，驱动装置777带动安装板778前后移动，从而带动第一滑轨771和第二滑轨772前后移动，本实施例中，驱动装置777采用气缸。第一滑块773通过第一连接板775与第一升降板74固定连接，第二滑块774通过第二连接板776与第二升降板75固定连接，驱动装置777带动第一滑轨771和第二滑轨772前后移动，使第一滑块773和第二滑块774升降，带动第一夹块71和第二夹块72夹紧或松开。第一滑轨771和第二滑轨772呈V字形布置，当驱动装置777带动第一滑轨771和第二滑轨772向前移动，第一滑块773和第二滑块774向V字形中间靠拢，从而实现自动定心，带动第一夹块71和第二夹块72夹紧工件。
在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。
在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。
当然，本发明创造并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (10)

1.一种旋铣加工方法，其特征在于，包括用于夹持工件的第一工件头架和第二工件头架、加工工件的刀具组件，还包括以下步骤：
a、第一工件头架夹紧工件，并带动工件沿轴向作进给运动，工件经过刀具组件的加工区；
b、第一工件头架和第二工件头架同时夹紧工件，并带动工件作进给运动；
c、第一工件头架松开并退回；
d、第一工件头架和第二工件头架同时夹紧工件，并带动工件作进给运动；
e、第二工件头架松开并退回；
f、重复步骤b～e，直至完成所有的加工。
2.根据权利要求1所述的旋铣加工方法，其特征在于：所述步骤b中，第二工件头架由随动逐渐转换成主动，第一工件头架由主动逐渐转换成随动；所述步骤d中，第一工件头架由随动逐渐转换成主动，第二工件头架由主动逐渐转换成随动。
3.根据权利要求1所述的旋铣加工方法，其特征在于：所述第一工件头架和第二工件头架同轴设置，所述步骤a中，安装工件，工件穿过第一工件头架和第二工件头架安装。
4.根据权利要求1所述的旋铣加工方法，其特征在于：还包括第一Z向移动装置和第二Z向移动装置，第一Z向移动装置带动第一工件头架沿Z轴移动，第二Z向移动装置带动第二工件头架沿Z轴移动。
5.根据权利要求1所述的旋铣加工方法，其特征在于：所述第一工件头架和第二工件头架均包括固定座、安装于固定座上的夹具和带动夹具旋转的电机。
6.根据权利要求1所述的旋铣加工方法，其特征在于：所述刀具组件包括内旋铣头和带动内旋铣头沿X轴进给的X向移动装置，所述内旋铣头包括两个支撑座、安装于两所述支撑座之间的旋铣刀盘、以及动力机构，所述旋铣刀盘与两所述支撑座转动连接，所述步骤a中根据加工的螺纹的螺旋角调节旋铣刀盘的摆角。
7.根据权利要求1所述的旋铣加工方法，其特征在于：所述刀具组件包括外旋铣头和带动外旋铣头沿X轴进给的X向移动装置，所述外旋铣头包括底板、旋铣刀具、带动所述旋铣刀具转动的旋铣主轴、调节所述旋铣刀具的摆角的竖直旋转轴。
8.根据权利要求1～7中任意一项所述的旋铣加工方法，其特征在于：所述第一工件头架和第二工件头架之间安装辅助支撑工件的支撑架。
9.根据权利要求8所述的旋铣加工方法，其特征在于：所述支撑架包括第一夹块和第二夹块、与第一夹块连接的第一升降板、与第二夹块连接的第二升降板、带动第一升降板和第二升降板升降的自定心机构。
10.根据权利要求9所述的旋铣加工方法，其特征在于：所述自定心机构包括呈V字形布置的第一滑轨和第二滑轨，所述第一滑轨和第二滑轨上分别设有第一滑块和第二滑块，所述第一滑块与第一升降板之间设有第一连接板，所述第二滑块与第二升降板之间设有第二连接板，还包括带动所述第一滑轨和第二滑轨前后移动的驱动装置。
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