CN110508832A - 多刀高效同步动平衡车削加工机床及加工方法 - Google Patents

多刀高效同步动平衡车削加工机床及加工方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种多刀高效同步动平衡车削加工机床及加工方法,属于机械制造技术领域。尾座固定于床身尾部,电主轴系统通过螺钉一固定于床身头部,导轨固定于床身中部两侧,数控标尺光栅固定于床身中部一侧,工作台驱动模组固定于床身中部中央,工作台模组固定于工作台驱动模组上。本发明优点是三把车刀各间隔120°安装固定,三把车刀同时加工时车刀对待加工工件的作用力相互抵消,可实现自支撑和动平衡,使待加工工件受力变形减小,使得加工精度变高,且降低了工作量,节省了时间,提高了效率,使机床具有较高的通用性。

Description

多刀高效同步动平衡车削加工机床及加工方法
技术领域
本发明属于机械制造技术领域,具体涉及一种多刀高效同步动平衡车削加工机床。
背景技术
在传统车削加工中,加工效率低,细长轴的加工一直是个难题,为保证加工精度会导致工作量增大,加工繁琐。对于多刀同步车削加工,国外主要针对多刀具寿命、加工成本、被加工工件质量和切削力等的研究,国内主要把多刀切削应用在细长轴的加工、油管加工和钻孔。目前,采用多刀同步车削对细长轴的加工主要用于加工光杆,缺乏灵活性和通用性,刀具同步性处理麻烦,加工比较繁琐,动平衡性能不高。
发明内容
本发明提供一种多刀高效同步动平衡车削加工机床及加工方法,以解决现有传统车削加工在加工机理上的缺陷所导致的加工效率不足、加工精度不够,并容易引起加工工件变形等问题。
本发明采取的技术方案是:包括床身、导轨、数控标尺光栅、尾座、电主轴系统、螺钉一、工作台驱动模组和工作台模组;所述尾座固定于床身尾部,电主轴系统通过螺钉一固定于床身头部,导轨固定于床身中部两侧,数控标尺光栅固定于床身中部一侧,工作台驱动模组固定于床身中部中央,工作台模组固定于工作台驱动模组上;
所述导轨包括滚动导轨、滑块、螺钉三和螺钉四,所述滚动导轨通过螺钉四固定在床身上,滑块与滚动导轨滑动连接;从而使得滑块能在滚动导轨上前后滑动,并采用的是气浮导轨;
所述工作台驱动模组包括闭口端盖、开口端盖、轴承座一、轴承座二、工作台丝杆、工作台连接件、工作台丝杆螺母、螺栓三、联轴器、法兰和伺服电机一,所述轴承座一、轴承座二和法兰固定于床身上,闭口端盖固定于轴承座一左侧,开口端盖固定于轴承座二右侧上,工作台丝杆两端与轴承座一和轴承座二相应的孔转动连接,从而使得工作台丝杆可以绕自身轴线转动,工作台丝杆螺母通过丝杆副安装在工作台丝杆上,工作台连接件固定于工作台丝杆螺母上,伺服电机一固定于法兰上,联轴器固定连接工作台丝杆右端和伺服电机一左端,从而使得在伺服电机一的带动下通过工作台丝杆的旋转使得工作台丝杆螺母可以精确的轴向进给,工作台连接件可以左右移动;
所述电主轴系统包括螺钉二、电主轴底座、电主轴轴承端盖一、电主轴轴承端盖二、主轴座、电主轴、螺栓二和三爪卡盘,所述电主轴底座通过螺钉一固定于床身上,电主轴轴承端盖一和电主轴轴承端盖二固定于主轴座两端,三爪卡盘通过螺栓二固定于电主轴末端,主轴座通过螺钉二固定于电主轴底座上,电主轴与主轴座转动连接,从而实现电主轴通过三爪卡盘带动被加工工件进行旋转运动且不会产生明显的颤动;
所述工作台模组包括工作台支架、刀架进给模块一、刀架进给模块二、刀架进给模块三、齿轮驱动模组、螺栓一、轴径测量仪和光栅读数头,所述三个完全相同的刀架进给模块一、刀架进给模块二和刀架进给模块三相互成120°固定于工作台支架上,且刀架进给模块一和刀架进给模块三左右对称,刀架进给模块二位于正中间;所述齿轮驱动模组固定于工作台支架中间后面,工作台支架通过螺栓一固定于工作台驱动模组,且导轨支撑工作台支架两侧,从而实现工作台模组可以在工作台驱动模组的带动下进行轴向进给运动;所述轴径测量仪固定于工作台支架上,光栅读数头固定于工作台支架底部一侧;
所述工作台支架包括工作台底座、螺栓十二、螺栓十三、前体支架、支承盖、后体支架、大齿轮套筒、螺栓九、螺栓十和螺栓十一,所述工作台底座通过螺钉一固定于工作台驱动模组的工作台连接件上,从而实现工作台模组可以在工作台驱动模组的带动下轴向进给,前体支架通过螺栓十三和螺栓十二固定于工作台底座上,为方便刀架进给模块一、刀架进给模块二和刀架进给模块三的安装,先把刀架进给模块一、刀架进给模块二和刀架进给模块三安装到前体支架上,然后将支承盖通过螺栓十固定于前体支架上,从而实现刀架进给模块一、刀架进给模块二和刀架进给模块三的固定。后体支架通过螺栓九固定于前体支架上,且前体支架与后体支架前后相互平行,大齿轮套筒通过螺栓十一固定于后体支架上,从而实现大锥齿轮在后体支架上的转动连接,使得大锥齿轮可绕自身中轴线转动,并且实现齿轮驱动模组带动刀架进给系统进行径向进给运动;
齿轮驱动模组包括小锥齿轮、大锥齿轮、伺服电机二、小直齿轮、支撑座和螺钉十一,所述小锥齿轮与大锥齿轮啮合,大锥齿轮与工作台支架的后体支架转动连接,伺服电机固定于支撑座、小直齿轮与伺服电机固定连接,支撑板通过螺钉十一与工作台支架的工作台底座固定连接,从而实现在伺服电机二的驱动下使得大锥齿轮绕自身轴线转动来带动刀架进给系统进行轴向进给运动;
所述刀架进给模块一包括进给机构、切换机构和刀架,所述进给机构与工作台支架的前体支架固定连接,切换机构包括螺栓四、气缸和切换连接件一,气缸通过螺栓四与工作台支架的后体支架固定连接,切换连接件一固定于气缸上,从而实现在气缸的伸出收缩下切换连接件一做径向移动,并带动刀架进给模块三做径向移动,进行处于工作状态和不工作状态的切换;
所述刀架包括车刀底座、车刀、车刀座、螺钉九、螺钉五、电机、电机安装片、螺钉六、螺钉七、刀架连接件、螺钉八、固定块、车刀移动丝杆、螺栓五、车刀移动丝杆螺母、锥销一、锥销二和套筒,述车刀底座通过螺钉七与刀架连接件固定连接,刀架连接件固定于进给机构,从而在进给机构的带动下刀架可以实现径向进给运动,车刀通过螺钉九固定于车刀座,车刀座与车刀底座滑动连接,且车刀座通过螺栓五固定于车刀移动丝杆螺母,电机通过螺钉五固定于电机安装片上,电机安装片通过螺钉六固定于车刀底座,固定块通过螺钉八固定于车刀底座,车刀移动丝杆左端与固定块相应孔活动连接,右端与套筒通过锥销一固定连接,套筒通过锥销一固定连接于车刀移动丝杆右端,套筒通过锥销二固定连接于电机左端,从而实现电机带动车刀移动丝杆转动,车刀移动丝杆通过车刀移动丝杆螺母进一步带动车刀沿车刀底座滑槽左右移动;
所述进给机构包括小锥齿轮固定螺母、垫片一、切换连接件一、切换连接件二、开口轴承端盖、螺栓六、垫片二、闭口轴承端盖、螺栓八、垫片三、轴承、螺栓七、进给丝杆螺母、进给丝杆、螺钉十和抱闸制动器,所述小锥齿轮固定螺母固定于进给丝杆左端,小锥齿轮通过小锥齿轮固定螺母和垫片固定于进给丝杆螺母左端,从而实现通过带动小锥齿轮转动来进一步带动进给丝杆转动;切换连接件一通过花键键槽与进给丝杆固定连接,且与切换连接件二活动连接,从而实现切换连接件一通过气缸的伸缩带动进给机构进行径向移动,切换连接件二通过花键键槽与进给丝杆固定连接,保证小锥齿轮右端的顶紧,开口轴承端盖通过螺栓六和垫片二与工作台支架的前体支架固定连接,所述轴承与进给丝杆活动连接,所述闭口轴承端盖通过螺栓八和垫片三与工作台支架的前体支架固定连接,进给丝杆螺母通过螺栓七与刀架连接件固定连接,且进给丝杆螺母与进给丝杆通过丝杆副连接,所述进给丝杆与工作台支架的前体支架转动连接,从而实现进给丝杆转动不受工作台支架的前体支架的影响,并在进给丝杆的带动下进给丝杆螺母可以沿进给丝杆轴向左右移动,进一步带动进给机构实现径向移动;所述抱闸制动器通过螺钉十与工作台支架的前体支架固定连接,从而实现进给机构径向移动止动的精确性。
一种多刀高效同步动平衡车削加工机床的加工方法,包括下列步骤:
(1)开启机床,确定机床的加工方式,装夹毛坯后,使用精密测量仪器测量毛胚相关的待加工尺寸,确定加工余量,开始对待加工工件进行加工,并精加工循环,直到满足精度要求;
(2)当选择单刀加工方式时,单刀加工方式有三种,可以根据零件轮廓和加工精度要求,在三把车刀中开启最合适的那一把车刀,实现对待加工工件的加工,且在粗加工和精加工时可以根据需要选择不同的车刀来加工;
(3)当选择多刀加工方式时,多刀加工方式有四种,同样可以根据零件轮廓和加工精度要求选择三刀加工或者二刀加工,且二刀加工有三种不同方式进行选择,此外,在粗精加工时可以只用三刀或二刀加工,也可以在粗加工时选择三刀或二刀快速加工,在精加工时又可以采用单刀加工,以此来达到高效率高精度的加工要求。
在进行工件加工时,默认情况下,气缸是处于伸出状态,即小锥齿轮与大锥齿轮啮合,机床处于三刀同时加工的工作方式,由于三把车刀按照间隔120°进行安装,因此在加工待加工工件时三把车刀对待加工工件的作用力会相互抵消,从而减小待加工工件的受力变形,提高了加工精度;又由于伺服电机二驱动小直齿轮带动大锥齿轮,再由大锥齿轮进一步同时带动小锥齿轮转动,使得三把车刀可以同步做径向进给运动,实现对待加工工件进行同步切削加工。
开启机床进行加工时,首先要启动电机将车刀调整到合适的位置,再启动伺服电机一工作将工作台模组移动到特定的加工区域等待加工;启动电主轴使待加工工件以设定的转速进行旋转,启动伺服电机二使在工作状态下的车刀在待加工工件的轴向上运动的同时还能在径向上运动;自此,该机床可以实现刀架进给模块一、刀架进给模块二和刀架进给模块三沿待加工工件轴向的同步直线运转和沿待加工工件径向的直线进给运动,外加待加工工件自身的旋转运动,从而可实现复杂曲面的高效率和高精度加工;
此外,由于刀架进给系统的刀架进给模块一、刀架进给模块二和刀架进给模块三是相互独立的,可以通过气缸的伸缩来对车刀的工作状态进行切换,当气缸伸出时,车刀处于工作状态,当气缸收缩时,车刀处于不工作状态,因此根据参与加工的车刀的数量和车刀所处的位置可以有7种加工方式,其中单刀加工方式即为传统车床的加工方式,使得车削加工更具灵活性,提高了机床的通用性和实用性。
本发明的优点在于:
1.传统车削机床通常一次只能用一把车刀对一个曲面在主轴中心位置进行车削,加工效率低,本发明机床能够一次用三把或两把车刀同步对一个曲面在主轴中心位置进行车削,加工效率高。
2.本发明机床选择三刀加工方式时不仅可以同步加工细长轴,还可以同步加工阶梯轴等其他回转类零件和各类复杂曲面,同时也为加工细长轴提供了新的方法和思路。
3.本发明机床所设计的三把车刀由同一大锥齿轮带动,实现了三把车刀进给运动的高度同步,减小了位移误差,提高了加工精度。
4.本发明机床所设计的三把车刀各间隔120°安装固定,三把车刀同时加工时车刀对待加工工件的作用力相互抵消,可实现自支撑和动平衡,使待加工工件受力变形减小,使得加工精度变高,且降低了工作量,节省了时间,提高了效率,使机床具有较高的通用性。
5.本发明机床所设计的三把刀具相互独立,工作或不工作互不干扰,按照参与加工的车刀数量和车刀所处的位置可以实现7种不同的加工方式,能适应不同的加工要求。
6.本发明机床在单刀加工方式下相当于传统车削机床,可实现传统机床所有的加工方式,使机床具有较高的通用性和实用性。
附图说明
图1是本发明的结构示意图;
图2是本发明导轨的结构示意图;
图3是本发明工作台驱动模组的结构示意图;
图4是本发明电主轴系统的结构示意图;
图5是本发明工作台模组的结构示意图;
图6是本发明工作台支架的结构示意图;
图7是本发明齿轮驱动模组的机构示意图;
图8是本发明刀架进给模块一的结构示意图;
图9是本发明刀架进给模块一的结构示意图;
图10是本发明刀架进给模块一的结构示意图;
图11是本发明进给丝杆示意图;
图中,床身1、尾座2、工作台模组3、电主轴系统4、导轨5、工作台驱动模组6、螺钉一7、数控标尺光栅8、刀架进给模块一301、工作台支架302、齿轮驱动模组303、螺栓一304、刀架进给模块二305、刀架进给模块三306、轴径测量仪307、光栅读数头308、电主轴底座401、电主轴402、电主轴轴承端盖一403、主轴座404、电主轴轴承端盖二405、螺栓二406、三爪卡盘407、螺钉二408、滚动导轨501、滑块502、螺钉三503、螺钉四504、闭口端盖601、轴承座一602、工作台丝杆603、工作台丝杆螺604、工作台连接件605、螺栓三606、轴承座二607、开口端盖608、联轴器609、法兰610、伺服电机一611、车刀底座30101、车刀30102、车刀座30103、螺钉五30104、电机30105、电机安装片30106、螺钉六30107、刀架连接件30108、螺钉七30109、气缸30110、螺栓四30111、切换连接件一30112、螺钉八30113、固定块30114、车刀移动丝杆30115、螺栓五30116、车刀移动丝杆螺母30117、锥销一30118、锥销二30119、套筒30120、螺钉九30121、切换连接件二30122、垫片一30123、小锥齿轮固定螺母30124、开口轴承端盖30125、螺栓六30126、垫片二30127、轴承30128、螺栓七30129、进给丝杆螺母30130、进给丝杆30131、螺钉十30132、抱闸制动器30133、闭口轴承端盖30134、螺栓八30135、垫片三30136、前体支架30201、螺栓九30202、支承盖30203、螺栓十30204、后体支架30205、螺栓十一30206、大齿轮套筒30207、工作台底座30208、螺栓十二30209、螺栓十三30210、大锥齿轮30301、小锥齿轮30302、伺服电机二30303、小直齿轮30304、支撑座30305、螺钉十一30306。
具体实施方式
如图1所示,其包括床身1、导轨5、数控标尺光栅8、尾座2、电主轴系统4、螺钉一7、工作台驱动模组6和工作台模组3;所述尾座2固定于床身1尾部,电主轴系统4通过螺钉一7固定于床身1头部,导轨5固定于床身1中部两侧,数控标尺光栅8固定于床身1中部一侧,工作台驱动模组6固定于床身1中部中央,工作台模组3固定于工作台驱动模组6上;
如图2所示,所述导轨5包括滚动导轨501、滑块502、螺钉三503和螺钉四504,所述滚动导轨501通过螺钉四504固定在床身1上,滑块502与滚动导轨501滑动连接;从而使得滑块502能在滚动导轨501上前后滑动,并采用的是气浮导轨,磨损少可长时间保持精度;
如图3所示,所述工作台驱动模组6包括闭口端盖601、开口端盖608、轴承座一602、轴承座二607、工作台丝杆603、工作台连接件605、工作台丝杆螺母604、螺栓三606、联轴器609、法兰610和伺服电机一611,所述轴承座一602、轴承座二607和法兰610固定于床身1上,闭口端盖601固定于轴承座一602左侧,开口端盖608固定于轴承座二607右侧上,工作台丝杆603两端与轴承座一602和轴承座二607相应的孔转动连接,从而使得工作台丝杆603可以绕自身轴线转动,工作台丝杆螺母604通过丝杆副安装在工作台丝杆603上,工作台连接件605固定于工作台丝杆螺母604上,伺服电机一611固定于法兰610上,联轴器609固定连接工作台丝杆603右端和伺服电机一611左端,从而使得在伺服电机一611的带动下,通过工作台丝杆603的旋转使得工作台丝杆螺母604可以精确的轴向进给,工作台连接件605可以左右移动;
如图4所示,所述电主轴系统4包括、螺钉二408、电主轴底座401、电主轴轴承端盖一403、电主轴轴承端盖二405、主轴座404、电主轴402、螺栓二406和三爪卡盘407,所述电主轴底座401通过螺钉一7固定于床身1上,电主轴轴承端盖一403和电主轴轴承端盖二405固定于主轴座404两端,三爪卡盘407通过螺栓二406固定于电主轴402末端,主轴座404通过螺钉二408固定于电主轴底座401上,电主轴402与主轴座404转动连接,从而实现电主轴402通过三爪卡盘407带动被加工工件进行旋转运动且不会产生明显的颤动;
如图5所示,工作台模组3包括工作台支架302、刀架进给模块一301、刀架进给模块二305、刀架进给模块三306、齿轮驱动模组303、螺栓一304、轴径测量仪307和光栅读数头308,所述三个完全相同的刀架进给模块一301、刀架进给模块二305和刀架进给模块三306相互成120°固定于工作台支架302上,且刀架进给模块一301和刀架进给模块三306左右对称,刀架进给模块二305位于正中间;从而实现车刀30102车削加工时对被加工工件产生的切削力可以相互抵消,减小被加工工件在加工过程中的变形,提高加工精度;所述齿轮驱动模组303固定于工作台支架302中间后面,工作台支架302通过螺栓一304固定于工作台驱动模组6,且导轨5支撑工作台支架302两侧,从而实现工作台模组3可以在工作台驱动模组6的带动下进行轴向进给运动;所述轴径测量仪307固定于工作台支架302上,用于精确记录车削加工中工件轴径的数值,光栅读数头308固定于工作台支架302底部一侧,可对数控标尺光栅8读数进行记录并反馈从而控制工作台模组3的轴向进给运动;
如图6所示,所述工作台支架302包括工作台底座30208、螺栓十二30209、螺栓十三30210、前体支架30201、支承盖30203、后体支架30205、大齿轮套筒30207、螺栓九30202、螺栓十30204和螺栓十一30206,所述工作台底座30208通过螺钉一304固定于工作台驱动模组6的工作台连接件605上,从而实现工作台模组3可以在工作台驱动模组6的带动下轴向进给,前体支架30201通过螺栓十三30210和螺栓十二30209固定于工作台底座30208上,为方便刀架进给模块一301、刀架进给模块二305和刀架进给模块三306的安装,先把刀架进给模块一301、刀架进给模块二305和刀架进给模块三306安装到前体支架30201上,然后将支承盖30203通过螺栓十30204固定于前体支架30201上,从而实现刀架进给模块一301、刀架进给模块二305和刀架进给模块三306的固定,后体支架30205通过螺栓九30202固定于前体支架30201上,且前体支架30201与后体支架30205前后相互平行,大齿轮套筒30207通过螺栓十一30206固定于后体支架30205上,从而实现大锥齿轮30301在后体支架30205上的转动连接,使得大锥齿轮30301可绕自身中轴线转动,并且实现齿轮驱动模组303带动刀架进给系统进行径向进给运动;
如图7所示,所述齿轮驱动模组303包括小锥齿轮30302、大锥齿轮30301、伺服电机二30303、小直齿轮30304、支撑座30305和螺钉十一30306,所述小锥齿轮30302分别与大锥齿轮30301啮合,大锥齿轮30301与工作台支架302的后体支架30205转动连接,伺服电机30303固定于支撑座30305、小直齿轮30304与伺服电机30303固定连接,支撑板30305通过螺钉十一30306与工作台支架302的工作台底座30208固定连接,从而实现在伺服电机二30303的驱动下使得大锥齿轮30301绕自身轴线转动来带动刀架进给系统进行轴向进给运动;
如图8和图9所示,所述刀架进给模块一301包括进给机构、切换机构和刀架,所述进给机构与工作台支架302的前体支架30201固定连接,切换机构包括螺栓四30111、气缸30110和切换连接件一30112,气缸30110通过螺栓四30111与工作台支架302的后体支架30205固定连接,切换连接件一30112固定于气缸30110上,从而实现在气缸30110的伸出收缩下切换连接件一30112做径向移动,并带动刀架进给模块一301做径向移动,进行处于工作状态和不工作状态的切换;
如图8和图9所示,所述刀架包括车刀底座30101、车刀30102、车刀座30103、螺钉九30121、螺钉五30104、电机30105、电机安装片30106、螺钉六30107、螺钉七30109、刀架连接件30108、螺钉八30113、固定块30114、车刀移动丝杆30115、螺栓五30116、车刀移动丝杆螺母30117、锥销一30118、锥销二30119和套筒30120,所述车刀底座30101通过螺钉七30109与刀架连接件30108固定连接,刀架连接件30108固定于进给机构,从而在进给机构的带动下刀架可以实现径向进给运动,车刀30102通过螺钉九30121固定于车刀座30103,车刀座30103与车刀底座30101滑动连接,且车刀座30103通过螺栓五30116固定于车刀移动丝杆螺母30117,电机30105通过螺钉五30104固定于电机安装片30106上,电机安装片30106通过螺钉六30107固定于车刀底座30101,固定块30114通过螺钉八30113固定于车刀底座30101,车刀移动丝杆30115左端与固定块30114相应孔活动连接,右端与套筒30120通过锥销一30118固定连接,套筒30120通过锥销一30118固定连接于车刀移动丝杆30115右端,套筒30120通过锥销二30119固定连接于电机30105左端,从而实现电机30105带动车刀移动丝杆30115转动,车刀移动丝杆30115通过车刀移动丝杆螺母30117进一步带动车刀30102沿车刀底座30101滑槽左右移动;
如图10和图11所示,所述进给机构包括小锥齿轮固定螺母30124、垫片一30123、切换连接件一30112、切换连接件二30122、开口轴承端盖30125、螺栓六30126、垫片二30127、闭口轴承端盖30134、螺栓八30135、垫片三30136、轴承30128、螺栓七30129、进给丝杆螺母30130、进给丝杆30131、螺钉十30132和抱闸制动器30133,所述小锥齿轮固定螺母30124固定于进给丝杆30131左端,小锥齿轮30302通过小锥齿轮固定螺母30124和垫片30123固定于进给丝杆螺母30130左端,从而实现通过带动小锥齿轮30302转动来进一步带动进给丝杆30131转动;切换连接件一30112通过花键键槽与进给丝杆30131固定连接,且与切换连接件二30122活动连接,从而实现切换连接件一30112通过气缸30110的伸缩带动进给机构进行径向移动,切换连接件二30122通过花键键槽与进给丝杆30131固定连接,保证小锥齿轮右端的顶紧,开口轴承端盖30125通过螺栓六30126和垫片二30127与工作台支架302的前体支架30201固定连接,所述轴承30128与进给丝杆30131活动连接,所述闭口轴承端盖30134通过螺栓八30135和垫片三30136与工作台支架302的前体支架30201固定连接,进给丝杆螺母30130通过螺栓七30129与刀架连接件30108固定连接,且进给丝杆螺母30130与进给丝杆30131通过丝杆副连接,所述进给丝杆30131与工作台支架302的前体支架30201转动连接,从而实现进给丝杆30131转动不受工作台支架302的前体支架30201的影响,并在进给丝杆30131的带动下进给丝杆螺母30130可以沿进给丝杆30131轴向左右移动,进一步带动进给机构实现径向移动;所述抱闸制动器30133通过螺钉十30132与工作台支架302的前体支架30201固定连接,从而实现进给机构径向移动止动的精确性。
一种多刀高效同步动平衡车削加工机床的加工方法,包括下列步骤:
(1)开启机床,确定机床的加工方式,装夹毛坯后,使用精密测量仪器测量毛胚相关的待加工尺寸,确定加工余量,开始对待加工工件进行加工,并精加工循环,直到满足精度要求;
(2)当选择单刀加工方式时,单刀加工方式有三种,可以根据零件轮廓和加工精度要求,在三把车刀中开启最合适的那一把车刀,实现对待加工工件的加工,且在粗加工和精加工时可以根据需要选择不同的车刀来加工;
(3)当选择多刀加工方式时,多刀加工方式有四种,同样可以根据零件轮廓和加工精度要求选择三刀加工或者二刀加工,且二刀加工有三种不同方式进行选择,此外,在粗精加工时可以只用三刀或二刀加工,也可以在粗加工时选择三刀或二刀快速加工,在精加工时又可以采用单刀加工,以此来达到高效率高精度的加工要求。
所述的一种多刀高效同步动平衡车削加工机床的加工方法,在进行工件加工时,默认情况下,气缸30110是处于伸出状态,即小锥齿轮30302与大锥齿轮30301啮合,机床处于三刀同时加工的工作方式,由于三把车刀30102按照间隔120°进行安装,因此在加工待加工工件时三把车刀30102对待加工工件的作用力会相互抵消,从而减小待加工工件的受力变形,提高了加工精度;又由于伺服电机二30303驱动小直齿轮30304带动大锥齿轮30301,再由大锥齿轮进一步同时带动小锥齿轮30302转动,使得三把车刀30102可以同步做径向进给运动,实现对待加工工件进行同步切削加工。
开启机床进行加工时,首先要启动电机30105将车刀30102调整到合适的位置,再启动伺服电机一611工作将工作台模组3移动到特定的加工区域等待加工;启动电主轴402使待加工工件以设定的转速进行旋转,启动伺服电机二30303使在工作状态下的车刀30102在待加工工件的轴向上运动的同时还能在径向上运动。自此,该机床可以实现刀架进给模块一301、刀架进给模块二305和刀架进给模块三306沿待加工工件轴向的同步直线运转和沿待加工工件径向的直线进给运动,外加待加工工件自身的旋转运动,从而可实现复杂曲面的高效率和高精度加工。
此外,由于刀架进给系统的刀架进给模块一301、刀架进给模块二305和刀架进给模块三306是相互独立的,可以通过气缸30110的伸缩来对车刀30102的工作状态进行切换,当气缸30110伸出时,车刀30102处于工作状态,当气缸30110收缩时,车刀30102处于不工作状态,因此根据参与加工的车刀30102的数量和车刀30102所处的位置可以有7种加工方式,其中单刀加工方式即为传统车床的加工方式,使得车削加工更具灵活性,提高了机床的通用性和实用性。

Claims (10)

1.一种多刀高效同步动平衡车削加工机床,其特征在于:包括床身、导轨、数控标尺光栅、尾座、电主轴系统、螺钉一、工作台驱动模组和工作台模组;所述尾座固定于床身尾部,电主轴系统通过螺钉一固定于床身头部,导轨固定于床身中部两侧,数控标尺光栅固定于床身中部一侧,工作台驱动模组固定于床身中部中央,工作台模组固定于工作台驱动模组上。
2.根据权利要求1所述的多刀高效同步动平衡车削加工机床,其特征在于:所述导轨包括滚动导轨、滑块、螺钉三和螺钉四,所述滚动导轨通过螺钉四固定在床身上,滑块与滚动导轨滑动连接;从而使得滑块能在滚动导轨上前后滑动,并采用的是气浮导轨。
3.根据权利要求1所述的多刀高效同步动平衡车削加工机床,其特征在于:所述工作台驱动模组包括闭口端盖、开口端盖、轴承座一、轴承座二、工作台丝杆、工作台连接件、工作台丝杆螺母、螺栓三、联轴器、法兰和伺服电机一,所述轴承座一、轴承座二和法兰固定于床身上,闭口端盖固定于轴承座一左侧,开口端盖固定于轴承座二右侧上,工作台丝杆两端与轴承座一和轴承座二相应的孔转动连接,从而使得工作台丝杆可以绕自身轴线转动,工作台丝杆螺母通过丝杆副安装在工作台丝杆上,工作台连接件固定于工作台丝杆螺母上,伺服电机一固定于法兰上,联轴器固定连接工作台丝杆右端和伺服电机一左端,从而使得在伺服电机一的带动下通过工作台丝杆的旋转使得工作台丝杆螺母可以精确的轴向进给,工作台连接件可以左右移动。
4.根据权利要求1所述的多刀高效同步动平衡车削加工机床,其特征在于:所述电主轴系统包括螺钉二、电主轴底座、电主轴轴承端盖一、电主轴轴承端盖二、主轴座、电主轴、螺栓二和三爪卡盘,所述电主轴底座通过螺钉一固定于床身上,电主轴轴承端盖一和电主轴轴承端盖二固定于主轴座两端,三爪卡盘通过螺栓二固定于电主轴末端,主轴座通过螺钉二固定于电主轴底座上,电主轴与主轴座转动连接,从而实现电主轴通过三爪卡盘带动被加工工件进行旋转运动且不会产生明显的颤动。
5.根据权利要求1所述的多刀高效同步动平衡车削加工机床,其特征在于:所述工作台模组包括工作台支架、刀架进给模块一、刀架进给模块二、刀架进给模块三、齿轮驱动模组、螺栓一、轴径测量仪和光栅读数头,所述三个完全相同的刀架进给模块一、刀架进给模块二和刀架进给模块三相互成120°固定于工作台支架上,且刀架进给模块一和刀架进给模块三左右对称,刀架进给模块二位于正中间;所述齿轮驱动模组固定于工作台支架中间后面,工作台支架通过螺栓一固定于工作台驱动模组,且导轨支撑工作台支架两侧,从而实现工作台模组可以在工作台驱动模组的带动下进行轴向进给运动;所述轴径测量仪固定于工作台支架上,光栅读数头固定于工作台支架底部一侧。
6.根据权利要求5所述的多刀高效同步动平衡车削加工机床,其特征在于:所述工作台支架包括工作台底座、螺栓十二、螺栓十三、前体支架、支承盖、后体支架、大齿轮套筒、螺栓九、螺栓十和螺栓十一,所述工作台底座通过螺钉一固定于工作台驱动模组的工作台连接件上,从而实现工作台模组可以在工作台驱动模组的带动下轴向进给,前体支架通过螺栓十三和螺栓十二固定于工作台底座上,为方便刀架进给模块一、刀架进给模块二和刀架进给模块三的安装,先把刀架进给模块一、刀架进给模块二和刀架进给模块三安装到前体支架上,然后将支承盖通过螺栓十固定于前体支架上,从而实现刀架进给模块一、刀架进给模块二和刀架进给模块三的固定。后体支架通过螺栓九固定于前体支架上,且前体支架与后体支架前后相互平行,大齿轮套筒通过螺栓十一固定于后体支架上,从而实现大锥齿轮在后体支架上的转动连接,使得大锥齿轮可绕自身中轴线转动,并且实现齿轮驱动模组带动刀架进给系统进行径向进给运动。
7.根据权利要求5所述的多刀高效同步动平衡车削加工机床,其特征在于:所述齿轮驱动模组包括小锥齿轮、大锥齿轮、伺服电机二、小直齿轮、支撑座和螺钉十一,所述小锥齿轮与大锥齿轮啮合,大锥齿轮与工作台支架的后体支架转动连接,伺服电机固定于支撑座、小直齿轮与伺服电机固定连接,支撑板通过螺钉十一与工作台支架的工作台底座固定连接,从而实现在伺服电机二的驱动下使得大锥齿轮绕自身轴线转动来带动刀架进给系统进行轴向进给运动。
8.根据权利要求5所述的多刀高效同步动平衡车削加工机床,其特征在于:所述刀架进给模块一包括进给机构、切换机构和刀架,所述进给机构与工作台支架的前体支架固定连接,切换机构包括螺栓四、气缸和切换连接件一,气缸通过螺栓四与工作台支架的后体支架固定连接,切换连接件一固定于气缸上,从而实现在气缸的伸出收缩下切换连接件一做径向移动,并带动刀架进给模块三做径向移动,进行处于工作状态和不工作状态的切换;
所述刀架包括车刀底座、车刀、车刀座、螺钉九、螺钉五、电机、电机安装片、螺钉六、螺钉七、刀架连接件、螺钉八、固定块、车刀移动丝杆、螺栓五、车刀移动丝杆螺母、锥销一、锥销二和套筒,述车刀底座通过螺钉七与刀架连接件固定连接,刀架连接件固定于进给机构,从而在进给机构的带动下刀架可以实现径向进给运动,车刀通过螺钉九固定于车刀座,车刀座与车刀底座滑动连接,且车刀座通过螺栓五固定于车刀移动丝杆螺母,电机通过螺钉五固定于电机安装片上,电机安装片通过螺钉六固定于车刀底座,固定块通过螺钉八固定于车刀底座,车刀移动丝杆左端与固定块相应孔活动连接,右端与套筒通过锥销一固定连接,套筒通过锥销一固定连接于车刀移动丝杆右端,套筒通过锥销二固定连接于电机左端,从而实现电机带动车刀移动丝杆转动,车刀移动丝杆通过车刀移动丝杆螺母进一步带动车刀沿车刀底座滑槽左右移动;
所述进给机构包括小锥齿轮固定螺母、垫片一、切换连接件一、切换连接件二、开口轴承端盖、螺栓六、垫片二、闭口轴承端盖、螺栓八、垫片三、轴承、螺栓七、进给丝杆螺母、进给丝杆、螺钉十和抱闸制动器,所述小锥齿轮固定螺母固定于进给丝杆左端,小锥齿轮通过小锥齿轮固定螺母和垫片固定于进给丝杆螺母左端,从而实现通过带动小锥齿轮转动来进一步带动进给丝杆转动;切换连接件一通过花键键槽与进给丝杆固定连接,且与切换连接件二活动连接,从而实现切换连接件一通过气缸的伸缩带动进给机构进行径向移动,切换连接件二通过花键键槽与进给丝杆固定连接,保证小锥齿轮右端的顶紧,开口轴承端盖通过螺栓六和垫片二与工作台支架的前体支架固定连接,所述轴承与进给丝杆活动连接,所述闭口轴承端盖通过螺栓八和垫片三与工作台支架的前体支架固定连接,进给丝杆螺母通过螺栓七与刀架连接件固定连接,且进给丝杆螺母与进给丝杆通过丝杆副连接,所述进给丝杆与工作台支架的前体支架转动连接,从而实现进给丝杆转动不受工作台支架的前体支架的影响,并在进给丝杆的带动下进给丝杆螺母可以沿进给丝杆轴向左右移动,进一步带动进给机构实现径向移动;所述抱闸制动器通过螺钉十与工作台支架的前体支架固定连接,从而实现进给机构径向移动止动的精确性。
9.采用如权利要求1所述的多刀高效同步动平衡车削加工机床的加工方法,其特征在于,包括下列步骤:
(1)开启机床,确定机床的加工方式,装夹毛坯后,使用精密测量仪器测量毛胚相关的待加工尺寸,确定加工余量,开始对待加工工件进行加工,并精加工循环,直到满足精度要求;
(2)当选择单刀加工方式时,单刀加工方式有三种,可以根据零件轮廓和加工精度要求,在三把车刀中开启最合适的那一把车刀,实现对待加工工件的加工,且在粗加工和精加工时可以根据需要选择不同的车刀来加工;
(3)当选择多刀加工方式时,多刀加工方式有四种,同样可以根据零件轮廓和加工精度要求选择三刀加工或者二刀加工,且二刀加工有三种不同方式进行选择,此外,在粗精加工时可以只用三刀或二刀加工,也可以在粗加工时选择三刀或二刀快速加工,在精加工时又可以采用单刀加工,以此来达到高效率高精度的加工要求。
10.根据权利要求9所述的多刀高效同步动平衡车削加工机床的加工方法,其特征在于:在进行工件加工时,默认情况下,气缸是处于伸出状态,即小锥齿轮与大锥齿轮啮合,机床处于三刀同时加工的工作方式,由于三把车刀按照间隔120°进行安装,因此在加工待加工工件时三把车刀对待加工工件的作用力会相互抵消,从而减小待加工工件的受力变形,提高了加工精度;又由于伺服电机二驱动小直齿轮带动大锥齿轮,再由大锥齿轮进一步同时带动小锥齿轮转动,使得三把车刀可以同步做径向进给运动,实现对待加工工件进行同步切削加工。
开启机床进行加工时,首先要启动电机将车刀调整到合适的位置,再启动伺服电机一工作将工作台模组移动到特定的加工区域等待加工;启动电主轴使待加工工件以设定的转速进行旋转,启动伺服电机二使在工作状态下的车刀在待加工工件的轴向上运动的同时还能在径向上运动;自此,该机床可以实现刀架进给模块一、刀架进给模块二和刀架进给模块三沿待加工工件轴向的同步直线运转和沿待加工工件径向的直线进给运动,外加待加工工件自身的旋转运动,从而可实现复杂曲面的高效率和高精度加工;
此外,由于刀架进给系统的刀架进给模块一、刀架进给模块二和刀架进给模块三是相互独立的,可以通过气缸的伸缩来对车刀的工作状态进行切换,当气缸伸出时,车刀处于工作状态,当气缸收缩时,车刀处于不工作状态,因此根据参与加工的车刀的数量和车刀所处的位置可以有7种加工方式,其中单刀加工方式即为传统车床的加工方式,使得车削加工更具灵活性,提高了机床的通用性和实用性。
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