CN113579265A - 一种细长轴多刀渐进式车削机床 - Google Patents

Abstract

一种细长轴多刀渐进式车削机床属于精密机械加工技术领域，抵消了加工中刀具对工件的单向力，消除了传统车床顶尖和加工中产生的离心力造成细长轴类工件的变形情况，同时解决了限制了工件的加工尺寸的技术问题。该机床包括：机床主体单元、多刀加工单元、左预紧力单元和右预紧力单元；左预紧力单元和右预紧力单元分布设置在机床主体单元的两端，并带动多刀加工单元延沿轴向往复运动；多刀加工单元设置在机床主体单元上，并在机床主体单元上往复运动，加工细长轴。传统车床主运动为工件旋转，而弱刚度微小细长轴在旋转时会产生离心力造成工件变形，本装置将车床的主运动从传统的工件旋转改良为了刀组旋转，避免了工件变形，提高了加工精度。

Description

一种细长轴多刀渐进式车削机床

技术领域

本发明属于精密机械加工技术领域，具体涉及一种细长轴多刀渐进式车削机床。

背景技术

随着微小化、轻量化设计理念的普及，一些在工业生产、机械装配中应用广泛的微小零件的加工需求越来越大，其中，微小细长轴是一种最为典型的微小零件。车削是最基本的去除材料加工技术之一，也是最广泛应用于生产细长轴的加工方法。然而，传统的车削技术在进行细长轴加工时，基本都是单刀切削，车刀对细长轴的径向单向力是细长轴变形严重，难以保证形位精度；

因为细长轴的刚性差，且工件在自身的重量作用下会出现下垂的现象，常规轴类加工时的顶尖装夹方式会产生轴向顶紧力，导致细长轴工件弯曲变形，并且由于传统车床将工件旋转作为主运动，产生的离心力会使得微小细长轴发生弯曲影响加工精度。因此，急需一种新型的装夹方式以满足弱刚度微小细长轴的高质量加工。同时，由于以上限制，普通车床在进行弱刚度细长轴加工时可加工的工件长度有限，这限制了工件的加工尺寸范围、降低了细长轴加工效率。综上，目前鲜有针对弱刚度细长轴的高效、高质量加工设备与加工方法，在这一领域继续开发新的工艺与设备。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种多刀渐进式车削装置，抵消了加工中刀具对工件的单向力，消除了传统车床顶尖和加工中产生的离心力造成细长轴类工件的变形情况，同时解决了限制了工件的加工尺寸的技术问题。

本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：

一种细长轴多刀渐进式车削机床，该机床包括：机床主体单元、多刀加工单元、左预紧力单元和右预紧力单元；所述左预紧力单元和右预紧力单元分布设置在所述机床主体单元的两端，为细长轴提供支撑力，防止细长轴产生形变，并带动所述多刀加工单元延沿轴向往复运动；所述多刀加工单元设置在所述机床主体单元上，并在所述机床主体单元上往复运动，加工所述细长轴。

优选的，所述机床主体单元包括：底座、丝杠、螺母和导轨；所述导轨设置在所述底座上表面；所述丝杠的一端与所述左预紧力单元连接，另一端与穿过所述多刀加工单元与右预紧力单元连接；所述螺母与所述丝杠啮合，固定在所述多刀加工单元上。

优选的，所述多刀加工单元包括：刀组、刀腔、转子、定子、外壳、弹簧、轴承、箱体和滑块；所述刀组设置在所述刀腔内；所述转子与所述刀腔固连，所述定子的两端通过轴承和提供平行于轴向预紧力的弹簧固定在所述外壳的腔内；通电后定子带动转子旋转，带动刀组加工所述细长轴；所述刀组、刀腔、转子、定子、外壳、弹簧和轴承均安装在所述箱体内，所述箱体底部设有滑块，所述滑块与所述丝杠、螺母和导轨配合，使加工单元在所述机床主体单元上运动。

优选的，所述刀组由多组刀单元依次连接组成。

优选的，所述刀单元包括：车刀、压块、压盖和刀环；所述车刀通过所述压块固定在所述刀环的上表面，所述压块中心设有中心孔，两块车刀中心孔径向对称设置，上表面通过压盖封装；相邻刀组通过所述压盖与刀环的底部连接。

优选的，所述左预紧力单元包括：左支撑座、左锁紧螺母、左预紧法兰轴承组、工件夹具和电机；细长轴设置在所述工件夹具内，左端穿过所述左锁紧螺母；所述工件夹具设置在所述左预紧法兰轴承组内，所述左锁紧螺母设置所述工件夹具的左端，通过所述左预紧法兰轴承组和所述左锁紧螺母限制细长轴的轴向运动；所述电机与丝杠连接；所述左锁紧螺母、左预紧法兰轴承组、工件夹具和电机均安装在所述左支撑座内。

优选的，所述右预紧力单元包括：右支撑座、右端盖、滑块组、弹簧、工件夹具和右锁紧螺母；所述工件夹具设置在所述滑块组内；相邻滑块之间设有提供与轴向平行预紧力的弹簧；所述滑块组的两端通过右端盖和右锁紧螺母夹紧。

优选的，所述右锁紧螺母中心设有通孔。

优选的，初始状态时，所述细长轴的左端固定在所述左预紧力单元，右端与钢丝绳连接，所述钢丝绳的另一端通过所述右预紧力单元固定。

优选的，所述外壳的内部设有蛇形冷却管。

本发明的有益效果是：

1.本装置所采用的多刀组渐进式切削使得切削量较为均衡，在实际加工中只需要根据实际需要更换不同尺寸的刀单元，即可实现一次进刀完成切削工作，渐进式切削使得该车床具有单个刀单元切削量小而整体刀组切削量大的优势，可以在单车刀微小切削的基础上实现一次加工成型，降低了加工时间。

2.取代传统车床单刀车削，通过采用多刀组进行渐进车削加工细长轴类工件，消除了传统加工过程中车刀对工件的单向力，有效避免了单向力使工件变形、折断的情况，提高了机床针对微细轴的可加工最小轴径。

3.传统车床主运动为工件旋转，而弱刚度微小细长轴在旋转时会产生离心力造成工件变形，本装置将车床的主运动从传统的工件旋转改良为了刀组旋转，避免了工件由自身不均匀性导致的动态不平衡特性，降低了工件的动态变形量，提高了加工精度。

4.将传统车床上的顶尖部分替换为预紧力模块，将顶尖对工件的压力变成了钢丝对工件的拉力，有效避免了工件在夹持中产生的工件弯曲变形情况，同时消除了一部分工件自重所造成的尺寸偏差的影响。进一步提高了加工精度，降低了微细长轴的加工难度。

5.传统车床受所能够加工的工件长度有限，本机构初始工作状态通过钢丝牵引可以实现短轴加工和长轴的初始加工，在初始加工结束后将多刀加工单元连同工件一起移动到导轨右端进行下一次加工，理论上可以加工任意长的工件。降低了微小零件的加工周期。

附图说明

图1本发明一种细长轴多刀渐进式车削机床结构示意图；

图2本发明左预紧力模块剖视图；

图3本发明刀单元示意图；

图4本发明刀单元立体图；

图5本发明刀组结构示意图；

图6本发明一种细长轴多刀渐进式车削机床结构初始工作状态剖视图；

图7本发明刀组局部剖视图；

图8本发明右预紧力模块剖视图；

图9外壳及其内部蛇形冷却管剖视图。

图中：1、步进电机，2、电机连接座，3、左支撑座，4、细长轴，5、右支撑座，6、滑块，7、箱体底板，8、箱体，9、导轨，10、大理石底座，11、丝杠螺母，12、丝杠，13、左锁紧螺母，14、左预警法兰轴承，15、左工件夹具，16、左预警右法兰轴承，17、车刀，18、压盖，19、刀环，20、压块，21、联轴器，22、钢丝，23、锁紧螺母，24、左端盖，25、左轴承套筒，26、左轴承副，27、铜套，28、外壳，29、定子，30、转子，31、刀腔，32、右轴承套筒，33、右端盖，34、刀腔端盖，35、轴承挡圈，36、右轴承副，37、压簧，38、刀组，39、右预警左端盖，40、左滑块，41、弹簧底座，42、弹簧，43、右滑块，44、右预警锁紧螺母，45、右工件夹具和46、刀单元。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。

如图1所示，一种细长轴多刀渐进式车削机床，该机床包括：机床主体单元、多刀加工单元、左预紧力单元和右预紧力单元；所述左预紧力单元和右预紧力单元分布设置在所述机床主体单元的两端，为细长轴4提供支撑力，防止细长轴4产生形变，并带动所述多刀加工单元延沿轴向往复运动；所述多刀加工单元设置在所述机床主体单元上，并在所述机床主体单元上往复运动，加工所述细长轴4。

其中，所述机床主体单元包括：大理石底座10、丝杠螺母11、丝杠12和导轨9；所述导轨9通过螺钉设置在所述大理石底座10上表面；所述丝杠12的一端与所述左预紧力单元连接，另一端与穿过所述多刀加工单元与右预紧力单元连接；所述丝杠螺母11与所述丝杠12啮合，固定在所述多刀加工单元上。

如图7所示，所述多刀加工单元包括：滑块6、箱体底板7、箱体8、锁紧螺母23、左端盖24、左轴承套筒25、左轴承副26、铜套27、外壳28、定子29、转子30、刀腔31、右轴承套筒32、右端盖33、刀腔端盖34、轴承挡圈35、右轴承副36、压簧37和刀组38；渐进式切削由多个刀单元46依次首尾连接组成的刀组38实现的，在每个刀单元46中，如图3和图4所示，包括：车刀17、压盖18、刀环19和压块20；所述压块20中心设有中心孔，中心孔径向相对的两把车刀18通过压块21安装在刀环20的上表面，确保细长轴4在与轴线垂直的面内受力平衡避免单向力的影响，再将压盖19与刀环21固连；如图5所示，相邻刀组38通过所述压盖18与刀环19的底部连接。

将所需的若干刀单元46按照切削量逐渐增大规律依次排列组成刀组38装入刀腔31内并将刀腔端盖34盖上，通过刀腔端盖34和轴承挡圈35锁紧。在单车刀17承担较小切削量的基础上整个刀组38一次切削完成较大切削量。再将转子30与刀腔31固连，转子30与定子29上的电刷相接触，当通电时带动着刀腔31及其内部的刀组38旋转完成切削动作。刀腔31设置在右侧轴承套筒32内通过一对右轴承副36固定，右侧轴承套筒32与右轴承副36之间安装八个均布的平行于轴向的压簧37提供预紧力，再将右端盖33和右侧轴承套筒32固定在外壳28上，左轴承套筒25内也安装有左轴承副26，通过压入左端盖24并锁紧锁紧螺母23完成装配。将定子29安装在外壳28上，最后通过铜套27将外壳28安装在箱体8内，如图9所示，其中外壳28内设置有蛇形冷却槽以降低加工过程中温度对多刀加工单元的影响。

所述锁紧螺母23、左端盖24、左轴承套筒25、左轴承副26、铜套27、外壳28、定子29、转子30、刀腔31、右轴承套筒32、右端盖33、刀腔端盖34、轴承挡圈35、右轴承副36、压簧37和刀组38均设置在所述箱体8内，所述箱体8设置在所述箱体底座7的上表面，所述箱体底座7的下表面安装在所述滑块6上，所述滑块6与所述丝杠12、丝杠螺母11和导轨9配合，使多刀加工单元在加工的同时在所述机床主体单元上往复运动。

如图2所示，所述左预紧力单元包括：步进电机1、电机连接座2、左支撑座3、左锁紧螺母13、左预紧法兰轴承14、工件夹具15、左预紧法兰右轴承16和联轴器21；细长轴4设置在所述工件夹具15内，左端穿过所述左锁紧螺母13；所述工件夹具15设置在内，所述左锁紧螺母13设置所述工件夹具15的左端，通过所述左锁紧螺母13、所述左预紧法兰轴承14和左预紧法兰右轴承16限制细长轴4的轴向运动；如图6所示，所述步进电机1通过联轴器21与丝杠12连接；所述步进电机1、电机连接座2、左预紧法兰轴承14、工件夹具15、左预紧法兰右轴承16和联轴器21装在所述左支撑座3内。所述步进电机1带动丝杠12旋转，使固定在所述箱体8上的丝杠螺母11带动多刀加工单元通过滑块6沿导轨9往复运动。

如图8所示，所述右预紧力单元包括：右支撑座5、右端盖39、左滑块40、弹簧底座41、弹簧42、右滑块43、右锁紧螺母44和右工件夹具45；所述右工件夹具45设置在所述左滑块40和右滑块43内；所述左滑块40和右滑块43之间设有提供与轴向平行预紧力的弹簧42，所述弹簧42通过弹簧底座41安装；所述左滑块40和右滑块43的两端通过右端盖39和右锁紧螺母44夹紧。其中，所述右锁紧螺母44中心设有通孔。初始状态时，所述细长轴4的左端固定在所述左预紧力单元，右端与钢丝绳22连接，所述钢丝绳22的另一端通过所述右预紧力单元固定。

开始加工前，根据所需的加工尺寸挑选合适的刀单元46尺寸及个数装入到刀腔31中完成准备工作。先将细长轴4安装在左侧预紧力单元上的左工件夹具15上，另一侧末端通过钢丝22连接到右侧预紧力单元，将细长轴4拉直以减小重力的影响，然后启动车床进行第一次加工；当第一次加工完毕后，将右侧预紧力单元上的钢丝22取下，将细长轴4连同多刀加工单元一起移动到机床右侧，此时多刀加工单元又回到了初始位置，即可再继续下一次加工，在后一次加工中待加工部分的同轴度由上一次加工完毕的部分提供，如此反复即可在保证同轴度的基础上完成对任意长度细长轴4的加工。用此方法加工出的工件可以较好的满足同轴度的要求，其中初始加工状态下同轴度由钢丝22牵引的拉力提供，一般加工状态下同轴度由初始阶段已经加工出的部分提供；同时由于切削量稳定递增且一定程度上消除了刀具单向力、工件重力的影响，使得细长轴的精度更加高，且刀组38具有总计切削量大单个刀具切削量小的优势，一次加工即可完成较大的切削量，提高了加工的效率。

Claims (10)

1.一种细长轴多刀渐进式车削机床，其特征在于，该机床包括：机床主体单元、多刀加工单元、左预紧力单元和右预紧力单元；所述左预紧力单元和右预紧力单元分布设置在所述机床主体单元的两端，为细长轴提供支撑力，防止细长轴产生形变，并带动所述多刀加工单元延沿轴向往复运动；所述多刀加工单元设置在所述机床主体单元上，并在所述机床主体单元上往复运动，加工所述细长轴。

2.根据权利要求1所述的一种细长轴多刀渐进式车削机床，其特征在于，所述机床主体单元包括：底座、丝杠、螺母和导轨；所述导轨设置在所述底座上表面；所述丝杠的一端与所述左预紧力单元连接，另一端与穿过所述多刀加工单元与右预紧力单元连接；所述螺母与所述丝杠啮合，固定在所述多刀加工单元上。

3.根据权利要求1或2所述的一种细长轴多刀渐进式车削机床，其特征在于，所述多刀加工单元包括：刀组、刀腔、转子、定子、外壳、弹簧、轴承、箱体和滑块；所述刀组设置在所述刀腔内；所述转子与所述刀腔固连，所述定子的两端通过轴承和提供平行于轴向预紧力的弹簧固定在所述外壳的腔内；通电后定子带动转子旋转，带动刀组加工所述细长轴；所述刀组、刀腔、转子、定子、外壳、弹簧和轴承均安装在所述箱体内，所述箱体底部设有滑块，所述滑块与所述丝杠、螺母和导轨配合，使加工单元在所述机床主体单元上运动。

4.根据权利要求3所述的一种细长轴多刀渐进式车削机床，其特征在于，所述刀组由多组刀单元依次连接组成。

5.根据权利要求4所述的一种细长轴多刀渐进式车削机床，其特征在于，所述刀单元包括：车刀、压块、压盖和刀环；所述车刀通过所述压块固定在所述刀环的上表面，所述压块中心设有中心孔，两块车刀中心孔径向对称设置，上表面通过压盖封装；相邻刀组通过所述压盖与刀环的底部连接。

6.根据权利要求1或2所述的一种细长轴多刀渐进式车削机床，其特征在于，包括：左支撑座、左锁紧螺母、左预紧法兰轴承组、工件夹具和电机；细长轴设置在所述工件夹具内，左端穿过所述左锁紧螺母；所述工件夹具设置在所述左预紧法兰轴承组内，所述左锁紧螺母设置所述工件夹具的左端，通过所述左预紧法兰轴承组和所述左锁紧螺母限制细长轴的轴向运动；所述电机与丝杠连接；所述左锁紧螺母、左预紧法兰轴承组、工件夹具和电机均安装在所述左支撑座内。

7.根据权利要求1所述的一种细长轴多刀渐进式车削机床，其特征在于，所述右预紧力单元包括：右支撑座、右端盖、滑块组、弹簧、工件夹具和右锁紧螺母；所述工件夹具设置在所述滑块组内；相邻滑块之间设有提供与轴向平行预紧力的弹簧；所述滑块组的两端通过右端盖和右锁紧螺母夹紧。

8.根据权利要求7所述的一种细长轴多刀渐进式车削机床，其特征在于，所述右锁紧螺母中心设有通孔。

9.根据权利要求1所述的一种细长轴多刀渐进式车削机床，其特征在于，初始状态时，所述细长轴的左端固定在所述左预紧力单元，右端与钢丝绳连接，所述钢丝绳的另一端通过所述右预紧力单元固定。

10.根据权利要求3所述的一种细长轴多刀渐进式车削机床，其特征在于，所述外壳的内部设有蛇形冷却管。

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