CN110560720A - 一种无级高速摇臂钻床主轴箱 - Google Patents

Abstract

一种无级高速摇臂钻床主轴箱，在变速箱左上部设置无级调速电机，在无级调速电机的输出轴上设置第八齿轮，在变速箱中部设置第二传动轴，在第二传动轴上设置第一齿轮，第八齿轮与第一齿轮啮合，在第二传动轴中部设置第七齿轮，在第二传动轴中部设置第六齿轮，在第二传动轴下端设置拉杆、变速油缸，在变速箱中部设置第一传动轴，第二齿轮与第七齿轮啮合，在进给伺服电机的输出轴上设置第十齿轮，在变速箱右部设置第三传动轴。该发明主变速及进给变速均为无级调速，可使加工时选择最佳切削速度，即保证加工质量好，又提高加工速度，主变速及进给变速均可不停车变速，缩短加工时的辅助时间，提高生产效率，使运输更方便，应用于机械加工行业中。

Description

一种无级高速摇臂钻床主轴箱

技术领域

本发明涉及机械加工行业中的一种无级高速摇臂钻床主轴箱。

背景技术

目前，在机械加工行业中摇臂钻床是用于单件或批量生产带有多孔大型零件的孔加工的一种机床。一般主轴箱可在摇臂上移动，并随摇臂绕立柱回转的钻床。摇臂沿立柱上下移动，以适应加工不同高度的工件。较小的工件安装在工作台上，较大的工件直接放在机床底座或地面上。摇臂钻床广泛应用于单件和中小批生产中，加工体积和重量较大的工件的孔。摇臂钻床的主要变型有滑座式和万向式两种。滑座式摇臂钻床是将基型摇臂钻床的底座改成滑座而成，滑座沿床身导轨移动，以扩大加工范围，适用于锅炉、桥梁、机车车辆和造船等行业。万向摇臂钻床的摇臂除作垂直和回转运动外,并作水平移动,主轴箱在摇臂上作倾斜调整，以适应工件各部位的加工。此外，还有车式、壁式和数字控制摇臂钻床等。摇臂钻床是一种孔加工设备，用来钻孔、扩孔、铰孔、攻丝及修刮端面等多种形式的加工。按用途和结构分类，钻床分为立式钻床、台式钻床、多孔钻床、摇臂钻床及其他专用钻床等。在各类钻床中，摇臂钻床操作方便、灵活，适用范围广，具有典型性，特别适用于单件或批量生产带有多孔大型零件的孔加工，是一般机械加工车间常见的机床。

专利号201510820147.X公开的一种数显型摇臂钻床的主轴变速及主轴进给变速是通过电磁离合器来实现的。由于国产电磁离合器品质的限制，该摇臂钻主轴箱故障率高，传动强度，刚度及传动精度均不理想。国产电磁离合器寿命短，主轴箱需要经常更换电磁离合器，费时费力，给用户造成不小的麻烦。而选用高品质的进口离合器虽然可以解决上诉问题，但由于进口电磁离合器的价格奇高，几乎占主轴箱制造成本的50%，导致摇臂钻的制造成本居高不下，用户很难接受，市场前景不好。因此研制开发一种品质稳定的低成本无级高速摇臂钻床主轴箱是一个急待解决的新课题。

发明内容

本发明的目的是提供一种无级高速摇臂钻床主轴箱，该发明是无级调速电机通过齿轮、传动轴将电机的转动传给主轴，使主轴在其转速范围内获得任何转速，从而满足加工各种材料的切削速度，为了提供足够的转数范围，在此运动中设置了高低档变速机构，进给运动是无级调速电机通过齿轮、传动轴、蜗杆蜗轮、水平轴等将电机的转动传给主轴套筒，使主轴获得各种直线进给运动，以满足对各种材料的钻削要求。

本发明的目的是这样实现的：一种无级高速摇臂钻床主轴箱，包括无级调速电机、第一齿轮、第二齿轮、第三齿轮、第四齿轮、花键套、第五齿轮、第一传动轴、变速油缸、拉杆、第二传动轴、第六齿轮、第七齿轮、第八齿轮、进给伺服电机、第九齿轮、第十齿轮、第三传动轴、变速箱，在变速箱左上部设置无级调速电机，在无级调速电机的输出轴上设置第八齿轮，在变速箱中部设置第二传动轴，在第二传动轴上设置第一齿轮，第八齿轮与第一齿轮啮合，在第二传动轴中部设置第七齿轮，在第二传动轴中部设置第六齿轮，在第二传动轴下端设置拉杆、变速油缸，在变速箱中部设置第一传动轴，在第一传动轴上部设置第三齿轮，在第一传动轴上部设置第二齿轮，第二齿轮与第七齿轮啮合，在第一传动轴上部设置第五齿轮，第五齿轮与第六齿轮啮合，在变速箱中部设置花键套，在花键套上设置第四齿轮，第四齿轮与第三齿轮啮合，在变速箱右上部设置进给伺服电机，在进给伺服电机的输出轴上设置第十齿轮，在变速箱右部设置第三传动轴，在第三传动轴上设置第九齿轮，第九齿轮与第十齿轮啮合；

所述的一种无级高速摇臂钻床主轴箱的变速原理是:

（1）主变速原理

主变速系统为无级调速系统，因为其动力源为无级调速电机，通过机械传动系统将无级调速电机的转数传给主轴，故主轴亦获得无级转数；在无级调速电机与主轴间所以设减速传动机构，首先是为了提高主轴的输出扭矩，其次合理利用无级调速电机的转数；为更好的适应加工工艺的要求，扩大主轴的转数范围，故在主传动系统中设了高速档和低速档；无级调速电机的转数范围为302r/min-4440r/min,经传动系统减速传动，使主轴获得16r/min-1600r/min的无级调速范围；若不采用高速档，主轴只能获得16r/min-235r/min的转数范围，如采用高速档，主轴20还可获得235r/min-1600r/min的转数范围；这两段转数范围加起来就可使主轴获得16r/min-1600r/min的转数范围，这样，就可满足加工工艺对主轴的转数要求；高低速档的转换是通过变速油缸实现的，变速油缸中的拉杆下移时，拉动第六齿轮与第五齿轮啮合，使主轴获得低速范围的转数；拉杆上移时，拉动第六齿轮与第七齿轮的内齿部分啮合，通过第七齿轮、在通过第二齿轮、第三齿轮、第四齿轮将运动传给主轴，使主轴获得高速范围的转数；

（2）进给变速原理

进给变速系统无需扩大转数范围，首先，进给传动系统减速比足够大，使主轴的进给力可满足加工要求，其次，机械加工的进给量很小，故其进给量范围也无需很大，故从进给伺服电机至主轴间无需扩大进给量范围；进给伺服电机的无级调速范围：2r/min-2500r/min，经进给传动系统，使主轴获得进给量0.04mm/r-0.94mm/r；这样，就可满足加工工艺对主轴进给量的要求；

所述的一种无级高速摇臂钻床主轴箱的电气控制系统原理是:

主变速及进给变速主要是通过电气控制的，无级调速电机是交流变频无级调速电机，通过变频器改变无级调速电机的频率，从而实现主轴转速的改变；进给电机是进给伺服电机，通过伺服系统，改变进给伺服电机的转速，实现进给变速；主变速有高低档两个速度范围，所以，主变速不是只靠无级调速电机变速实现的，还要机械的配合，由电磁换向阀控制给压力油方向，接通低速传动路线或高速传动路线；主变速及进给变速看来是两个独立的变速系统，没有什么联系，属于分进给制；为实现转进给制，更符合操作者的操作习惯，使机床工作更安全，可通过软件将这两个系统联系起来，使分进给变成转进给，即主轴20转一转，进给就按一定量运行；无级高速摇臂钻床主轴箱的主轴20每一种转数，其进给量均可在0.04mm/r-0.94mm/r范围内调整，满足机械加工的要求；主轴变速及进给变速的操作非常简洁方便，在主轴箱前面设有操纵面板，其上有数字显示窗口，可用数字显示主轴转数(r/min),可用数字显示进给量（mm/r），若改变主轴转数或进给量，只需转动调速旋钮即可；无级高速摇臂钻床主轴箱不论是主变速还是进给变速，均可在不停车的情况下进行；主变速在高低速档变换时，主轴自动变为低速旋转，待变换后，主轴自动所需的新的转数；

所述的一种无级高速摇臂钻床主轴箱的系统传动路线是:

（1）主传动系统低速档传动路线：无级调速电机-第八齿轮-第一齿轮-第六齿轮-第五齿轮-第三齿轮-第四齿轮-主轴；

（2）主传动系统高速档传动路线：无级调速电机-第八齿轮-第一齿轮-第七齿轮-第二齿轮-第三齿轮-第四齿轮-主轴；

（3）进给传动系统：该系统只有一条传动路线，即：进给伺服电机-第十齿轮-第九齿轮-蜗轮蜗杆-水平轴-主轴套-主轴。

本发明的要点在于它的结构及变速原理。

一种无级高速摇臂钻床主轴箱与现有技术相比，具有主变速及进给变速均为无级调速，可使加工时选择最佳切削速度，即保证加工质量好，又提高加工速度，主变速及进给变速均可不停车变速，缩短加工时的辅助时间，提高了生产效率，可实现转进给制，克服分进给制时操作者现场计算的麻烦及计算错误现象，变速时采用旋钮操作，数字显示，更加方便精准，系统的结构简单，大量减少零件数，节省材料、加工时间、装配时间，节省维修时间，减轻机床的重量，使运输更方便等优点，将广泛地应用于机械加工行业中。

下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明的传动系统原理图。

具体实施方式

参照附图，一种无级高速摇臂钻床主轴箱，包括无级调速电机1、第一齿轮2、第二齿轮3、第三齿轮4、第四齿轮5、花键套6、第五齿轮7、第一传动轴8、变速油缸9、拉杆10、第二传动轴11、第六齿轮12、第七齿轮13、第八齿轮14、进给伺服电机15、第九齿轮16、第十齿轮17、第三传动轴18、变速箱19，在变速箱19左上部设置无级调速电机1，在无级调速电机1的输出轴上设置第八齿轮14，在变速箱19中部设置第二传动轴11，在第二传动轴11上设置第一齿轮2，第八齿轮14与第一齿轮2啮合，在第二传动轴11中部设置第七齿轮13，在第二传动轴11中部设置第六齿轮12，在第二传动轴11下端设置拉杆10、变速油缸9，在变速箱19中部设置第一传动轴8，在第一传动轴8上部设置第三齿轮4，在第一传动轴8上部设置第二齿轮3，第二齿轮3与第七齿轮13啮合，在第一传动轴8上部设置第五齿轮7，第五齿轮7与第六齿轮12啮合，在变速箱19中部设置花键套6，在花键套6上设置第四齿轮5，第四齿轮5与第三齿轮4啮合，在变速箱19右上部设置进给伺服电机15，在进给伺服电机15的输出轴上设置第十齿轮17，在变速箱19右部设置第三传动轴18，在第三传动轴18上设置第九齿轮16，第九齿轮16与第十齿轮17啮合。

所述的一种无级高速摇臂钻床主轴箱的变速原理是:

（1）主变速原理

主变速系统为无级调速系统，因为其动力源为无级调速电机1，通过机械传动系统将无级调速电机1的转数传给主轴20，故主轴20亦获得无级转数；在无级调速电机1与主轴20间所以设减速传动机构，首先是为了提高主轴20的输出扭矩，其次合理利用无级调速电机1的转数；为更好的适应加工工艺的要求，扩大主轴的转数范围，故在主传动系统中设了高速档和低速档；无级调速电机1的转数范围为302r/min-4440r/min,经传动系统减速传动，使主轴20获得16r/min-1600r/min的无级调速范围；若不采用高速档，主轴20只能获得16r/min-235r/min的转数范围，如采用高速档，主轴20还可获得235r/min-1600r/min的转数范围；这两段转数范围加起来就可使主轴20获得16r/min-1600r/min的转数范围，这样，就可满足加工工艺对主轴20的转数要求；高低速档的转换是通过变速油缸实现的，变速油缸9中的拉杆10下移时，拉动第六齿轮12与第五齿轮7啮合，使主轴20获得低速范围的转数；拉杆10上移时，拉动第六齿轮12与第七齿轮13的内齿部分啮合，通过第七齿轮13、在通过第二齿轮3、第三齿轮4、第四齿轮5将运动传给主轴20，使主轴20获得高速范围的转数；

（2）进给变速原理

进给变速系统无需扩大转数范围，首先，进给传动系统减速比足够大，使主轴20的进给力可满足加工要求，其次，机械加工的进给量很小，故其进给量范围也无需很大，故从进给伺服电机15至主轴20间无需扩大进给量范围；进给伺服电机15的无级调速范围：2r/min-2500r/min，经进给传动系统，使主轴20获得进给量0.04mm/r-0.94mm/r；这样，就可满足加工工艺对主轴20进给量的要求。

所述的一种无级高速摇臂钻床主轴箱的电气控制系统原理是:

主变速及进给变速主要是通过电气控制的，无级调速电机1是交流变频无级调速电机，通过变频器改变无级调速电机1的频率，从而实现主轴20转速的改变；进给电机是进给伺服电机15，通过伺服系统，改变进给伺服电机15的转速，实现进给变速；主变速有高低档两个速度范围，所以，主变速不是只靠无级调速电机1变速实现的，还要机械的配合，由电磁换向阀控制给压力油方向，接通低速传动路线或高速传动路线；主变速及进给变速看来是两个独立的变速系统，没有什么联系，属于分进给制；为实现转进给制，更符合操作者的操作习惯，使机床工作更安全，可通过软件将这两个系统联系起来，使分进给变成转进给，即主轴20转一转，进给就按一定量运行；无级高速摇臂钻床主轴箱的主轴20每一种转数，其进给量均可在0.04mm/r-0.94mm/r范围内调整，满足机械加工的要求；主轴变速及进给变速的操作非常简洁方便，在主轴箱前面设有操纵面板，其上有数字显示窗口，可用数字显示主轴转数(r/min),可用数字显示进给量（mm/r），若改变主轴转数或进给量，只需转动调速旋钮即可；无级高速摇臂钻床主轴箱不论是主变速还是进给变速，均可在不停车的情况下进行；主变速在高低速档变换时，主轴20自动变为低速旋转，待变换后，主轴20自动所需的新的转数。

所述的一种无级高速摇臂钻床主轴箱的系统传动路线是:

（1）主传动系统低速档传动路线：无级调速电机1-第八齿轮14-第一齿轮2-第六齿轮12-第五齿轮7-第三齿轮4-第四齿轮5-主轴20；

（2）主传动系统高速档传动路线：无级调速电机1-第八齿轮14-第一齿轮2-第七齿轮13-第二齿轮3-第三齿轮4-第四齿轮5-主轴20；

（3）进给传动系统：该系统只有一条传动路线，即：进给伺服电机15-第十齿轮17-第九齿轮16-蜗轮蜗杆21-水平轴22-主轴套23-主轴20。

Claims (4)

1.一种无级高速摇臂钻床主轴箱，包括无级调速电机、第一齿轮、第二齿轮、第三齿轮、第四齿轮、花键套、第五齿轮、第一传动轴、变速油缸、拉杆、第二传动轴、第六齿轮、第七齿轮、第八齿轮、进给伺服电机、第九齿轮、第十齿轮、第三传动轴、变速箱，其特征在于：在变速箱左上部设置无级调速电机，在无级调速电机的输出轴上设置第八齿轮，在变速箱中部设置第二传动轴，在第二传动轴上设置第一齿轮，第八齿轮与第一齿轮啮合，在第二传动轴中部设置第七齿轮，在第二传动轴中部设置第六齿轮，在第二传动轴下端设置拉杆、变速油缸，在变速箱中部设置第一传动轴，在第一传动轴上部设置第三齿轮，在第一传动轴上部设置第二齿轮，第二齿轮与第七齿轮啮合，在第一传动轴上部设置第五齿轮，第五齿轮与第六齿轮啮合，在变速箱中部设置花键套，在花键套上设置第四齿轮，第四齿轮与第三齿轮啮合，在变速箱右上部设置进给伺服电机，在进给伺服电机的输出轴上设置第十齿轮，在变速箱右部设置第三传动轴，在第三传动轴上设置第九齿轮，第九齿轮与第十齿轮啮合。

2.根据权利要求1所述的一种无级高速摇臂钻床主轴箱，其特征在于：所述的一种无级高速摇臂钻床主轴箱的变速原理是:

（1）主变速原理

主变速系统为无级调速系统，因为其动力源为无级调速电机，通过机械传动系统将无级调速电机的转数传给主轴，故主轴亦获得无级转数；在无级调速电机与主轴间所以设减速传动机构，首先是为了提高主轴的输出扭矩，其次合理利用无级调速电机的转数；为更好的适应加工工艺的要求，扩大主轴的转数范围，故在主传动系统中设了高速档和低速档；无级调速电机的转数范围为302r/min-4440r/min,经传动系统减速传动，使主轴获得16r/min-1600r/min的无级调速范围；若不采用高速档，主轴只能获得16r/min-235r/min的转数范围，如采用高速档，主轴20还可获得235r/min-1600r/min的转数范围；这两段转数范围加起来就可使主轴获得16r/min-1600r/min的转数范围，这样，就可满足加工工艺对主轴的转数要求；高低速档的转换是通过变速油缸实现的，变速油缸中的拉杆下移时，拉动第六齿轮与第五齿轮啮合，使主轴获得低速范围的转数；拉杆上移时，拉动第六齿轮与第七齿轮的内齿部分啮合，通过第七齿轮、在通过第二齿轮、第三齿轮、第四齿轮将运动传给主轴，使主轴获得高速范围的转数；

（2）进给变速原理

进给变速系统无需扩大转数范围，首先，进给传动系统减速比足够大，使主轴的进给力可满足加工要求，其次，机械加工的进给量很小，故其进给量范围也无需很大，故从进给伺服电机至主轴间无需扩大进给量范围；进给伺服电机的无级调速范围：2r/min-2500r/min，经进给传动系统，使主轴获得进给量0.04mm/r-0.94mm/r；这样，就可满足加工工艺对主轴进给量的要求。

3.根据权利要求1所述的一种无级高速摇臂钻床主轴箱，其特征在于：所述的一种无级高速摇臂钻床主轴箱的电气控制系统原理是:

主变速及进给变速主要是通过电气控制的，无级调速电机是交流变频无级调速电机，通过变频器改变无级调速电机的频率，从而实现主轴转速的改变；进给电机是进给伺服电机，通过伺服系统，改变进给伺服电机的转速，实现进给变速；主变速有高低档两个速度范围，所以，主变速不是只靠无级调速电机变速实现的，还要机械的配合，由电磁换向阀控制给压力油方向，接通低速传动路线或高速传动路线；主变速及进给变速看来是两个独立的变速系统，没有什么联系，属于分进给制；为实现转进给制，更符合操作者的操作习惯，使机床工作更安全，可通过软件将这两个系统联系起来，使分进给变成转进给，即主轴20转一转，进给就按一定量运行；无级高速摇臂钻床主轴箱的主轴20每一种转数，其进给量均可在0.04mm/r-0.94mm/r范围内调整，满足机械加工的要求；主轴变速及进给变速的操作非常简洁方便，在主轴箱前面设有操纵面板，其上有数字显示窗口，可用数字显示主轴转数(r/min),可用数字显示进给量（mm/r），若改变主轴转数或进给量，只需转动调速旋钮即可；无级高速摇臂钻床主轴箱不论是主变速还是进给变速，均可在不停车的情况下进行；主变速在高低速档变换时，主轴自动变为低速旋转，待变换后，主轴自动所需的新的转数。

4.根据权利要求1所述的一种无级高速摇臂钻床主轴箱，其特征在于：所述的一种无级高速摇臂钻床主轴箱的系统传动路线是:

（1）主传动系统低速档传动路线：无级调速电机-第八齿轮-第一齿轮-第六齿轮-第五齿轮-第三齿轮-第四齿轮-主轴；

（2）主传动系统高速档传动路线：无级调速电机-第八齿轮-第一齿轮-第七齿轮-第二齿轮-第三齿轮-第四齿轮-主轴；

（3）进给传动系统：该系统只有一条传动路线，即：进给伺服电机-第十齿轮-第九齿轮-蜗轮蜗杆-水平轴-主轴套-主轴。