CN110270879A - 一种高精度重型落地式数控镗铣床及工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高精度重型落地式数控镗铣床及工作方法，包括基础组件、主轴组件、动力组件和冷却润滑组件四个部分。其中，主轴组件中铣轴和第二轴承之间设有冷却套；冷却润滑组件包括安装在主轴箱内的滑油箱，连通滑油箱和冷却套的第一进油管，安装在第一进油管上的第一电磁阀，连接在所述滑油箱上的双头油泵，连接在双头油泵一端的第二进油管，安装在第二进油管上的第二电磁阀，以及安装在双头油泵两端的回油管。本发明在高速工况下通过在减少轴承向镋轴和铣轴传递热量，减少其热变形，从而增加机床的精度。

Description

一种高精度重型落地式数控镗铣床及工作方法

技术领域

本发明属于机械制造领域，具体涉及一种高精度重型落地式数控镗铣床及工作方法。

背景技术

随着近年来随着能源、冶金、工程机械等行业的飞速发展，这些领域内的许多关键零件都趋向于大型化、复杂化，且要求加工精度也大幅度提高了，因此金属切削机床发展主要集中在大扭矩，大行程，高精度的重型机床上。

重型落地式数控镗铣床是一种用于大型零部件机械加工的通用机械，主要用于大型零件的平面和孔的加工，是大型工程机械等支柱产业中的关键设备。重型落地式镗铣床作为常用的重型精密加工机床中的一种，结合了铣床和镗床两种功能于一体，它的一个重要发展趋势是高速化，这对提高机床的加工效率和加工精度有着重要的意义。其中，主轴组件作为重型落地数控镗铣床的核心部件，在高速工况下温度明显升高且会产生热变形，这直接影响了机床的精度，严重时还会损坏机床。

发明内容

发明目的：提供一种高精度重型落地式数控镗铣床及工作方法，解决了现有技术存在的上述问题。

技术方案：一种高精度重型落地式数控镗铣床，包括基础组件、主轴组件、动力组件和冷却润滑组件四个部分。

其中，基础组件，包括安装在地面上的导轨，安装在导轨上的滑座，固定在滑座上方一侧的立柱，以及安装在立柱一侧的主轴箱；

主轴组件，包括安装在主轴箱内并滑动连接在立柱一侧的滑枕，安装在滑枕内部的镋轴，安装在镋轴两侧的第一轴承，安装在第一轴承一端的第一锥齿轮，安装在第一锥齿轮一侧的第二轴承，连接在第二轴承一端的铣轴，安装在铣轴与第二轴承之间的冷却套，位于第一锥齿轮上方并与第一锥齿轮相啮合的第二锥齿轮，安装在第二锥齿轮上方的第一镋轴进给丝杆，以及安装在所述镋轴上方的第二镋轴进给丝杆；

动力组件，包括与第二进给丝杆齿轮传动的双速电机，安装在镋轴一侧的电机，安装在立柱上方的同步电机组，以及安装在导轨上的步进电机；

冷却润滑组件，包括安装在主轴箱内的滑油箱，连通滑油箱和冷却套的第一进油管，安装在第一进油管上的第一电磁阀，连接在所述滑油箱上的双头油泵，连接在双头油泵一端的第二进油管，安装在第二进油管上的第二电磁阀，以及安装在双头油泵两端的回油管。

在进一步的实施例中，所述冷却套安装在第二轴承与铣轴之间，第二轴承可分为第二前轴承和第二后轴承，第二前轴承与滑枕之间设有端盖，端盖内设有与所述端盖一体化的冷却套筒，由于第二前轴承产生的很大一部分热量要通过滑枕向外传递，在滑枕与第二前轴承之间设有冷却套筒一体化的端盖可以减少铣轴热量传向滑枕，降低滑枕 温度，防止其因热变形过大而出现卡死现象，另一方面，由于冷却套筒固定于滑枕的前端，所以滑枕的热变形会沿铣轴变形的负方向，带动第二轴承和铣轴移动，从而减少一部分铣轴的热变形量。

在进一步的实施例中，所述冷却套筒采用镍铬合金，由于滑枕是铸造而成，体积大，更改材料成本高，而通过冷却套筒选用镍铬合金，镍铬合金强度高，抗腐蚀性能好，能减少轴承的温度的升高，从而减少因温度升高轴承增大的游隙。

在进一步的实施例中，所述冷却套内设有螺纹形冷却槽，冷却套的两端沿周向均匀分布有3个入口和3个出口，铣轴的两端沿周向均匀分布有3个导流孔，铣轴内部设有与3个导流孔相通的直线腔道，螺纹形冷却槽增加了冷却液流经的长度，增加了冷却套的冷却效果，冷却套两端的入口出口与铣轴两端的导流孔相对应，确保冷却液能进入铣轴中，又能流入与第二后轴承连接的冷却套内。

在进一步的实施例中，第一轴承安装在镋轴的两端，第一轴承的上方设有压板，压板与第一轴承在相对应位置设有的导流孔，导流孔与回油管相通，压板能减少回油管与导流孔之间的间隙，起到密封的效果。

在进一步的实施例中，所述镋轴内部设有蛇形通道，蛇形通道的两端与第一轴承相连，蛇形通道增加了冷却液与镋轴的接触面积，从而增加了冷却效果。

在进一步的实施例中，所述镋轴下方通过平行三孔法兰安装有支撑轴，支撑轴下方均匀安装有三个支撑柱，支撑柱的底端固定在滑枕的底面，增加镋轴与滑枕之间的支撑面，从而减少镋轴的震动，增加镋轴工作时镗零件时的精度，减少偏心圆的出现。

在进一步的实施例中，所述第一轴承为半封闭式角接触轴承，第二轴承采用开放式角接触轴承，角接触轴承能确保镋轴和铣轴高速旋转，第一轴承采用半封闭式，而第二轴承采用开放式，能确保冷却液能够使轴承润滑又能防止杂质进入轴承内发生卡死。

一种高精度重型落地式数控镗铣床的工作方法，其特征在于包括以下步骤：

第一步、打开同步电机组和步进电机，立柱固定于滑座上并在齿轮齿条的作用下沿导轨做来回往复的直线运动，主轴箱安装在立柱一侧并依靠立柱上的丝杆沿立柱上下作直线运动；

第二步、打开双速电机和电机，双速电机驱动第二进给丝杆旋转，电机驱动镋轴旋转，从而驱动连接在镋轴一侧的第一锥齿轮和铣轴转动，第一锥齿轮转动带动与之啮合的第二锥齿轮同向旋转，第二锥齿轮通过齿轮传动带动第一进给丝杆旋转；

第三步、打开双头油泵和第一电磁阀，滑油箱内的冷却液通过第一进油管进入冷却套筒内，冷却套筒内的冷却液流至第二前轴承中，再通过冷却套端口的3个入口进入冷却套内的螺纹形冷却槽内，通过冷却套端口的3个出口与铣轴的导流孔，冷却液进入铣轴的直线腔道内，通过铣轴旋转产生的离心力，冷却液充满整个铣轴的直线腔道内，再流经与第二后轴承相连接的冷却套内，最后流至第二后轴承，通过回油管流入双头油泵中；

第四步、打开第二电磁阀，流入双头油泵中的冷却液通过第二进油管流入第一轴承中，通过镋轴旋转产生的离心力，冷却液进入蛇形通道内，并充满整个腔道，通过双头油泵飞吸力，冷却液通过回油管经双头油泵流入至滑油箱内；

第五步、重复第三步和第四步，直至镋轴和铣轴停止工作。

有益效果：本发明涉及一种高精度重型落地式数控镗铣床，通过在第二轴承与铣轴之间设置冷却套，在滑枕与第二轴承之间设置与端盖一体化的冷却套筒，减少第二轴承产生的热量传向滑枕，降低滑枕的温度，既能防止滑枕因热变形过大而发生卡死现象，又能减少铣轴的热变形量，减少对机床精度的影响；通过在主轴组件上增加冷却润滑循环系统，减少镋轴和铣轴因高速旋转而产生的热量，由此减少热变形，增加机床的精度。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图。

图2为本发明中滑枕内部的结构示意图。

图3为本发明中主轴组件和冷却润滑组件的连接关系示意图。

图4为本发明中镋轴与第一轴承连接内部结构示意图。

图中各附图标记为：立柱1、主轴箱2、主轴组件3、端盖301、冷却套筒302、铣轴303、第一镋轴进给丝杆304、第二镋轴进给丝杆305、镋轴306、支撑轴307、支撑座308、第一轴承309、第二锥齿轮310、第一锥齿轮311、第二后轴承312、冷却套313、第二前轴承314、支撑杆315、导轨4、滑座5、同步电机组6、步进电机7、双速电机8、电机9、第二进油管10、第二电磁阀11、双头油泵12、回油管13、滑油箱14、第一进油管15、第一电磁阀16、压板17、导流孔18、蛇形通道19。

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

如图1至图4所示，一种高精度重型落地式数控镗铣床，以下简称“该装置”。该装置包括基础组件、主轴组件、动力组件和冷却润滑组件四个部分。其中，基础组件包括导轨4、滑座5、立柱1和主轴箱2，所述导轨4固定在地面上，所述滑座5安装在导轨4上，所述立柱1固定在滑座5上方，所述主轴箱2安装在立柱1的一侧；主轴组件包括滑枕、镋轴306、铣轴303、第一锥齿轮311、第二锥齿轮310、第一轴承309、第二轴承、冷却套313、第一镋轴进给丝杆304和第二镋轴进给丝杆305，所述滑枕安装在主轴箱2内并连接在立柱1的一侧，所述镋轴306安装在滑枕内部，所述第一轴承309安装在镋轴306两端，所述第一锥齿轮311安装在第一轴承309的一端，所述第二轴承分为第二前轴承314和第二后轴承312，第二后轴承312一端连接在第一锥齿轮311的一侧，另一端连接冷却套313，所述铣轴303两端安装有冷却套313，所述冷却套313的两端设有第二轴承，所述第二前轴承314与滑枕之间设有与冷却套313筒302一体化的端盖301，所述第二锥齿轮310安装在第一锥齿轮311上方并与之啮合，所述第一进给丝杆安装在第二锥齿轮310上方并与之齿动连接，第二镋轴进给丝杆305位于镋轴306上方；动力组件包括双速电机8、电机9、同步电机组6和步进电机7，所述双速电机8与第二镋轴进给丝杆305齿轮传动，所述电机9的输出轴与镋轴306的一端相连，所述同步电机组6安装在立柱1上方，所述步进电机7安装在导轨4上；冷却润滑组件包括滑油箱14、第一进油管15、第二进油管10、第一电磁阀16、第二电磁阀11、双头油泵12和回油管13，所述滑油箱14一端通过第一进油管15连接在端盖301上，另一端通过连接管与双头油泵12相连，第一进油管15上安装有第一电磁阀16，所述第二进油管10一端连接在第一轴承309上，另一端连接在双头油泵12上，第二进油管10上安装有第二电磁阀11，所述回油管13有两根，一根的一端连接在第二后轴承312上，另一端连接在双头油泵12上，另一根一端连接在双头油泵12上，另一端连接在与第一锥齿轮311相连接的第一轴承309上。

更为具体的，所述铣轴303两端沿周向均匀分布有3个导流孔18，并在铣轴303内部设有3个与导流孔18相通的直线腔道，直线腔道的直径为铣轴303直径的十二分之一，铣轴303两端安装有冷却套313，所述冷却套313内设有螺纹形的冷却槽，冷却套313的两端在与铣轴303导流孔18对应处设有分别设有3个出口和3个入口，所述与冷却套筒302一体化的端盖301的两侧均开设有通孔，并在内部形成通道，通孔与第二前轴承314相连通，所述镋轴306两端安装有第一轴承309，镋轴306内部设有蛇形通道19，蛇形通道19的两端与第一轴承309相连，第一轴承309的上方设有压板17，压板17和第一轴承309在相对应的位置均设有导流孔18，导流孔18可连通与回油管13或第二进油管10，所述滑枕内设有平行三孔法兰，镋轴306安装在平行三孔法兰中间的孔中，第二镋轴3进给丝杆305安装在平行三孔法兰的最上方的孔中，最下方的孔中安装有支撑轴307，且在支撑轴307下方均匀安装有三个固定在滑枕底部的支撑座308，滑枕内部上方安装有两根支撑杆315。

通过上述技术方案，本发明能够实现如下工作过程：

首先，打开同步电机组6和步进电机7，使得立柱1固定于滑座5上并在齿轮齿条的作用下沿导轨4做来回往复的直线运动，主轴箱2安装在立柱1一侧并依靠立柱1上的丝杆沿立柱1上下作直线运动；

随后，打开双速电机8和电机9，双速电机8驱动第二镋轴进给丝杆305旋转，电机9驱动镋轴306旋转，从而驱动连接在镋轴306一侧的第一锥齿轮311和铣轴303转动，第一锥齿轮311转动带动与之啮合的第二锥齿轮310同向旋转，第二锥齿轮310通过齿轮传动带动第一镋轴进给丝杆304旋转；

然后，双头油泵12和第一电磁阀16工作，滑油箱14内的冷却液通过第一进油管15进入冷却套筒302内，冷却套筒302内的冷却液流至第二前轴承314中，再通过冷却套313端口的3个入口进入冷却套313内的螺纹形冷却槽内，通过冷却套313端口的3个出口与铣轴303的导流孔18，冷却液进入铣轴303的直线腔道内，通过铣轴303旋转产生的离心力，冷却液充满整个铣轴303的直线腔道内，再流经与第二后轴承312相连接的冷却套313内，最后流至第二后轴承312，通过回油管13流入双头油泵12中；

随后，第二电磁阀11打开，流入双头油泵12中的冷却液通过第二进油管10流入第一轴承309中，通过镋轴306旋转产生的离心力，冷却液进入蛇形通道19内，并充满整个通道，通过双头油泵12吸力，冷却液通过回油管13经双头油泵12流入至滑油箱14内；

冷却液在冷却润滑组件中循环运转，直至镋轴306和铣轴303停止工作。

立柱1固定在滑座5上，可在齿轮齿条机构的带动下沿导轨4实现镗铣机床X轴方向的进给，主轴箱2位于立柱1一侧，依靠固定在于立柱1上丝杆实现镗铣机床Y轴方向的进给，镋轴306进给丝杆在双速电机8的转动下沿其轴向运动实现镗铣机床Z轴方向的进给，滑枕位于主轴箱2内，通过主轴箱2可在丝杆带动下沿其长度方向往复运动实现镗铣机床的W轴方向的进给。

下面，为了便于对本发明上述的工作过程做清楚的理解，下文分别针对主轴组件和冷却润滑组件的工作原理做详细阐述。

铣轴303与第二轴承之间设置冷却套313，而非在每个轴承与轴之间设置冷却套313是由于轴的传热能力有限，其受热量影响的区域较小，因此由轴承传向轴的热量较少，其热变形也较少，而镋轴306与第一轴承309之间未设置冷却套313，通过在镋轴306内部设置蛇形通道19，通过镋轴306的高速旋转将冷却液充满整个腔道，又通过离心力将冷却液送至第一轴承309中，降低轴承的热量，同时也减少第一轴承309向镋轴306传递的热量，减少热变形的产生，从而增加被镗孔零件的精度；镋轴306通过冷却套313和连接在第二轴承上的冷却润滑组件，确保减少在高速工况下铣轴303温度升高直接影响机床精度的状况发生；设置第一镋轴进给丝杆304与第一锥齿轮311齿轮传动连接，且第一镋轴进给丝杆304安装在滑枕上方，增加了镋轴306和铣轴303与滑枕之间的支撑力，减少震动，减少加工孔时偏心圆的产生，提高加工精度。

通过上述方案，本发明有效解决了现有技术中重型落地式数控镗铣床在高速工况下因主轴组件3温度升高而产生热变形，影响机床精度的问题。本发明通过在铣轴303与第二轴承之间设置冷却套313以及滑枕内设置的冷却润滑循环系统，减少主轴组件的热量从而减少热变形的产生。

如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上做出各种变化。

Claims (9)

1.一种高精度重型落地式数控镗铣床，其特征是包括：

基础组件，包括安装在地面上的导轨，安装在导轨上的滑座，固定在滑座上方一侧的立柱，以及安装在立柱一侧的主轴箱；

主轴组件，包括安装在主轴箱内并滑动连接在立柱一侧的滑枕，安装在滑枕内部的镋轴，安装在镋轴两侧的第一轴承，安装在第一轴承一端的第一锥齿轮，安装在第一锥齿轮一侧的第二轴承，连接在第二轴承一端的铣轴，安装在铣轴与第二轴承之间的冷却套，位于第一锥齿轮上方并与第一锥齿轮相啮合的第二锥齿轮，安装在第二锥齿轮上方的第一镋轴进给丝杆，以及安装在所述镋轴上方的第二镋轴进给丝杆；

动力组件，包括与第二进给丝杆齿轮传动的双速电机，安装在镋轴一侧的电机，安装在立柱上方的同步电机组，以及安装在导轨上的步进电机；

冷却润滑组件，包括安装在主轴箱内的滑油箱，连通滑油箱和冷却套的第一进油管，安装在第一进油管上的第一电磁阀，连接在所述滑油箱上的双头油泵，连接在双头油泵一端的第二进油管，安装在第二进油管上的第二电磁阀，以及安装在双头油泵两端的回油管。

2.根据权利要求1所述的一种高精度重型落地式数控镗铣床，其特征在于：所述冷却套安装在第二轴承与铣轴之间，第二轴承可分为第二前轴承和第二后轴承，第二前轴承与滑枕之间设有端盖，端盖内设有与所述端盖一体化的冷却套筒。

3.根据权利要求2所述的一种高精度重型落地式数控镗铣床，其特征在于：所述冷却套筒采用镍铬合金。

4.根据权利要求1所述的一种高精度重型落地式数控镗铣床，其特征在于：所述冷却套内设有螺纹形冷却槽，冷却套的两端沿周向均匀分布有3个入口和3个出口，铣轴的两端沿周向均匀分布有3个导流孔，铣轴内部设有与3个导流孔相通的直线腔道。

5.根据权利要求1所述的一种高精度重型落地式数控镗铣床，其特征在于：第一轴承安装在镋轴的两端，第一轴承的上方设有压板，压板与第一轴承在相对应位置设有的导流孔，导流孔与回油管相通。

6.根据权利要求5所述的一种高精度重型落地式数控镗铣床，其特征在于：所述镋轴内部设有蛇形通道，蛇形通道的两端与第一轴承相连。

7.根据权利要求1所述的一种高精度重型落地式数控镗铣床，其特征在于：所述镋轴下方通过平行三孔法兰安装有支撑轴，支撑轴下方均匀安装有三个支撑柱，支撑柱的底端固定在滑枕的底面。

8.根据权利要求2所述的一种高精度重型落地式数控镗铣床，其特征在于：所述第一轴承为半封闭式角接触轴承，第二轴承采用开放式角接触轴承。

9.一种高精度重型落地式数控镗铣床的工作方法，其特征在于：

S1、打开同步电机组和步进电机，立柱固定于滑座上并在齿轮齿条的作用下沿导轨做来回往复的直线运动，主轴箱安装在立柱一侧并依靠立柱上的丝杆沿立柱上下作直线运动；

S2、打开双速电机和电机，双速电机驱动第二进给丝杆旋转，电机驱动镋轴旋转，从而驱动连接在镋轴一侧的第一锥齿轮和铣轴转动，第一锥齿轮转动带动与之啮合的第二锥齿轮同向旋转，第二锥齿轮通过齿轮传动带动第一进给丝杆旋转；

S3、打开双头油泵和第一电磁阀，滑油箱内的冷却液通过第一进油管进入冷却套筒内，冷却套筒内的冷却液流至第二前轴承中，再通过冷却套端口的3个入口进入冷却套内的螺纹形冷却槽内，通过冷却套端口的3个出口与铣轴的导流孔，冷却液进入铣轴的直线腔道内，通过铣轴旋转产生的离心力，冷却液充满整个铣轴的直线腔道内，再流经与第二后轴承相连接的冷却套内，最后流至第二后轴承，通过回油管流入双头油泵中；

S4、打开第二电磁阀，流入双头油泵中的冷却液通过第二进油管流入第一轴承中，通过镋轴旋转产生的离心力，冷却液进入蛇形通道内，并充满整个腔道，通过双头油泵飞吸力，冷却液通过回油管经双头油泵流入至滑油箱内；

S5、重复S3~S4，直至镋轴和铣轴停止工作。