CN113751752A - 一种高精度内冷却滚珠丝杠内冷深孔加工数控专用机床 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种高精度内冷却滚珠丝杠内冷深孔加工数控专用机床，包括床体，所述床体的中部设置有固定座，固定座两侧的床体上分别设置有一对第一直线滑轨和一对第二直线滑轨，第一直线滑轨上滑动连接有刀具组件，第二直线滑轨上则滑动连接有工件支撑组件，工件支撑组件主要由一个穿透式的动力滑台和同样为穿透式的端部夹持滑台组成，这两个滑台上的主轴套能够对工件进行夹紧和支撑，并带动工件转动，刀具组件带动钻孔刀具实现进给，从而在工件上进行深孔加工。

Description

一种高精度内冷却滚珠丝杠内冷深孔加工数控专用机床

技术领域

本发明涉及一种专用机床，特别是一种高精度内冷却滚珠丝杠内冷深孔加工数控专用机床。

背景技术

随着高精度机床的不断发展，对于机床中刀具的行进速度和定位精度的要求越来越高，传统的自动化机床中带动刀具运动的驱动机构中多为滚珠丝杠机构，丝杠的转动转化为与其连接的丝母块的直线运动，通过多个方向上的直线运动的结合，实现刀具在三维空间上的位移。而丝杠在与丝母块发生相对运动时，在摩擦力的作用下势必会产生升温现象，那么在热胀冷缩的原理下，丝杠的长度也必然会发生微小的变化，这样就会影响刀具的运动精度以及定位精度。为了解决上述问题，现在出现了一种具有内冷却功能的滚珠丝杠。这种丝杠的中部开设有通长的长孔，长孔中循环流动的冷却液会让滚珠丝杠处于恒定的温度状态下，一方面可以保证刀具的运动精度，另一方面还可以提高刀具的运行速度，从而提高自动化机床的工作效率。

而在进行如上述轴类产品的深孔加工时，传统上会使用深孔加工专用机床来实现，目前市面上的深孔加工专用机床主要有两类，一种是利用枪钻法实现深孔加工的枪钻机，另一种则为内排屑深钻机（BTA），但是上述两种专用机床均存在一定的局限性。枪钻机只能对孔径1.5-35mm，长度为2.5m以下的深孔进行加工，而内排屑深钻机钻孔的适用范围则是30-180mm，长度可达6-15m。上述两种专用机床在加工要求不高的深孔时较为适用，但对于前述的内冷却滚珠丝杠的内孔进行加工时，由于这种滚珠丝杠的要求较高，导致加工时存在以下难点：深孔加工的偏移要求较高，深孔的直线度要求较高，同时因为工艺的问题，在深孔加工前待加工的丝杠的沟底已经完成粗磨，留量只有直径0.5mm，单边尺寸为0.25mm；同时在深孔加工的过程中对丝杠的保护尤为重要，一个小的磕伤或夹伤都可能会导致丝杠报废，需要严格控制加工风险。因此采用内排屑深钻机无法实现内冷却丝杠的深孔加工操作，而采用传统的枪钻机进行加工，也存在一定的问题。

传统的枪钻机上设置有一个略大于待加工轴长度的刀具（即枪钻），枪钻一边高速旋转一边进给，在待加工轴的轴心处加工出长孔（一般为通透的长孔）。但是，一方面传统的枪钻机仅能够对长度在2.5m以下深孔进行加工，另一方面枪钻机的加工方式是刀具从待加工轴的一端进入、从另一端穿出，这种加工方式对于刀具与待加工轴之间的同轴度要求特别高，即便二者之间存在微小角度的误差，这种误差在待加工轴的另一端都会被放大许多倍。正是由于上述原因，导致传统的深孔加工专用机床仅能够对长度不超过2.5m，一旦超过上述数值，就无法加工出同轴度符合要求的长孔；而内冷却式的滚珠丝杠的长度可达8m，用传统的枪钻机无法实现此长度的深孔加工；

同时，传统的枪钻机用于驱动轴类工件转动的驱动机构设置在工件（或机床）的一端，这种结构形式即便在工件的中部增加辅助支撑，由于驱动端距离刀具的钻入点距离较远，在工作过程中轴类工件也会有较大的跳动度，从而影响加工精度；

正是由于上述种种原因，导致利用传统的深孔加工专用机床对具有内冷功能的超长滚珠丝杠的内孔进行加工十分困难。

因此现在需要一种能够解决上述问题的方法或装置。

发明内容

本发明是为了解决现有技术所存在的上述不足，提出一种结构简单，设计巧妙，布局合理，能够保证加工精度，从而实现内冷却滚珠丝杠内冷深孔加工的专用机床。

本发明的技术解决方案是：一种高精度内冷却滚珠丝杠内冷深孔加工数控专用机床，其特征在于：所述的专用机床包括床体1，所述床体1的中部设置有固定座2，固定座2两侧的床体1上分别设置有一对第一直线滑轨3和一对第二直线滑轨4，所述第一直线滑轨3和第二直线滑轨4均沿着床体1的长度方向分布，

第一直线滑轨3上滑动连接有刀具滑台5，所述刀具滑台5的底部设置有第一丝母块6，在床体1上还设置有刀具进给电机7，所述刀具进给电机7的工作端与转动支撑在床体1上的第一丝杠8相连，所述第一丝杠8与第一丝母块6螺纹连接，在刀具滑台5上设置有刀具电机9，刀具电机9能够驱动钻孔刀具10旋转，在第一直线滑轨3上还滑动连接有多个辅助支撑滑台11，所述辅助支撑滑台11上支撑套12，所有的支撑套2都转动支撑钻孔刀具10，相邻的辅助支撑滑台11之间连接有链条13，刀具滑台5和与其最接近的辅助支撑滑台11之间也连接有链条13，且所述辅助支撑滑台11的一端还设置有碰撞柱14，

所述固定座2上设置有固定座支架15，所述固定座支架15内通过固定座轴承组件转动支撑有固定座主轴套16，所述固定座主轴套16朝向刀具滑台5的一端连接有导流箱体17，导流箱体17的出口端处连接有导流槽18，导流槽18相对较低的一端则与设置在床体1一侧的油屑分离箱19相连，在油屑分离箱19的一端设置有磁过滤箱20，所述固定座主轴套16远离刀具滑台5的一端设置有固定座工件卡盘21，所述的固定座轴承组件由一对角接触球轴承22和一个圆锥滚子轴承23组成，且圆锥滚子轴承23位于靠近固定座工件卡盘21的一侧，在固定座主轴套16内还设置有刀具导向套24，

所述第二直线滑轨4上还滑动连接有动力滑台25和端部夹持滑台26，

所述动力滑台25的底部设置有第二丝母块27，在床体1上还设置有工件调整电机28，所述工件调整电机28的工作端与转动支撑在床体1上的第二丝杠29相连，所述第二丝杠29与第二丝母块27螺纹连接，所述动力滑台25上设置有动力滑台支架30，所述动力滑台支架30内通过动力滑台轴承组件转动支撑有动力主轴套31，所述动力滑台支架30上还设置有伺服电机32，所述伺服电机32通过皮带轮传动副与所述动力主轴套31相连，所述动力主轴套31朝向固定座2的一端设置有动力滑台工件卡盘33，所述动力滑台轴承组件由一对角接触球轴承22和一个圆锥滚子轴承23组成，且圆锥滚子轴承23位于靠近动力滑台工件卡盘33的一侧，

所述端部夹持滑台26上设置有端部滑台支架34，所述端部滑台支架34内通过端部滑台轴承组件转动支撑有端部夹持主轴套35，所述端部夹持主轴套35朝向固定座2的一端设置有端部滑台工件卡盘36，所述端部滑台轴承组件由一对角接触球轴承22和一个圆锥滚子轴承23组成，且圆锥滚子轴承23位于靠近端部滑台工件卡盘36的一侧，在端部夹持滑台26的底部还设置有固定顶丝37。

所述固定座工件卡盘21、动力滑台工件卡盘33和端部滑台工件卡盘36的卡爪上均设置有特氟龙夹口39。

所述动力主轴套31和端部夹持主轴套35远离固定座2的端口处均设置有高强度尼龙套38。

本发明同现有技术相比，具有如下优点：

本种结构形式的高精度内冷却滚珠丝杠内冷深孔加工数控专用机床，其结构简单，设计巧妙，布局合理。它针对传统的深孔加工数控专用机床在工作过程中所存在的种种问题，设计出一种特殊的结构。它创造性地将驱动待加工轴类工件的动力滑台设计成可以让工件穿过的结构形式，从而可以将动力滑台设置在轴类工件的中部，这种结构可以拉紧驱动待加工轴类工件的旋转点与刀具钻入点之间的距离，尽可能的降低加工过程中工件轴线的跳动度；同时这种穿透式的动力滑台配合以同样为穿透式的端部夹持滑台，可以实现对于待加工工件的分段式加工（即每次只钻出工件一半长度的深孔），这种方式一方面可以节省本机床的整体占用空间，更主要的是它可以有效保证每一次钻孔加工操作的同轴度精度，从而达到超长的深孔加工过程中对于深孔和轴类工件本身的高精度同轴度要求。同时它还为用于直接与工件接触的卡盘和轴套部分设计了特氟龙夹口和高强度尼龙套，防止工件与本机床之间发生刚性接触，从而可以有效地保护被加工的轴类工件。而且这种专用机床的制作工艺简单，制造成本低廉，因此可以说它具备了多种优点，特别适合于在本领域中推广应用，其市场前景十分广阔。

附图说明

图1是本发明实施例的主视图。

图2是本发明实施例的俯视图。

图3本发明实施例中刀具滑台一端的结构示意图。

图4是本发明实施例中固定座部分的结构示意图。

图5是本发明实施例中动力滑台和端部夹持滑台部分的结构示意图。

图6是本发明实施例中工件卡盘部分的结构示意图。

图7是本发明实施例中动力主轴套和端部夹持主轴套与工件配合状态的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图说明本发明的具体实施方式。如图1至图7所示：一种高精度内冷却滚珠丝杠内冷深孔加工数控专用机床，它包括一个作为基础的床体1，在这个床体1的中部设置有固定座2，固定座2两侧的床体1上分别设置有一对第一直线滑轨3和一对第二直线滑轨4，所述第一直线滑轨3和第二直线滑轨4均沿着床体1的长度方向分布，

第一直线滑轨3上滑动连接有刀具滑台5，所述刀具滑台5的底部设置有第一丝母块6，在床体1上还设置有刀具进给电机7，所述刀具进给电机7的工作端与转动支撑在床体1上的第一丝杠8相连，所述第一丝杠8与第一丝母块6螺纹连接，在刀具滑台5上设置有刀具电机9，刀具电机9能够驱动钻孔刀具10旋转，在第一直线滑轨3上还滑动连接有多个辅助支撑滑台11，所述辅助支撑滑台11上支撑套12，所有的支撑套2都转动支撑钻孔刀具10，相邻的辅助支撑滑台11之间连接有链条13，刀具滑台5和与其最接近的辅助支撑滑台11之间也连接有链条13，且所述辅助支撑滑台11的一端还设置有碰撞柱14，

所述固定座2上设置有固定座支架15，所述固定座支架15内通过固定座轴承组件转动支撑有固定座主轴套16，所述固定座主轴套16朝向刀具滑台5的一端连接有导流箱体17，导流箱体17的出口端处连接有导流槽18，导流槽18相对较低的一端则与设置在床体1一侧的油屑分离箱19相连，在油屑分离箱19的一端设置有磁过滤箱20，所述固定座主轴套16远离刀具滑台5的一端设置有固定座工件卡盘21，所述的固定座轴承组件由一对角接触球轴承22和一个圆锥滚子轴承23组成，且圆锥滚子轴承23位于靠近固定座工件卡盘21的一侧，在固定座主轴套16内还设置有刀具导向套24，

所述第二直线滑轨4上还滑动连接有动力滑台25和端部夹持滑台26，

所述动力滑台25的底部设置有第二丝母块27，在床体1上还设置有工件调整电机28，所述工件调整电机28的工作端与转动支撑在床体1上的第二丝杠29相连，所述第二丝杠29与第二丝母块27螺纹连接，所述动力滑台25上设置有动力滑台支架30，所述动力滑台支架30内通过动力滑台轴承组件转动支撑有动力主轴套31，所述动力滑台支架30上还设置有伺服电机32，所述伺服电机32通过皮带轮传动副与所述动力主轴套31相连，所述动力主轴套31朝向固定座2的一端设置有动力滑台工件卡盘33，所述动力滑台轴承组件由一对角接触球轴承22和一个圆锥滚子轴承23组成，且圆锥滚子轴承23位于靠近动力滑台工件卡盘33的一侧，

所述端部夹持滑台26上设置有端部滑台支架34，所述端部滑台支架34内通过端部滑台轴承组件转动支撑有端部夹持主轴套35，所述端部夹持主轴套35朝向固定座2的一端设置有端部滑台工件卡盘36，所述端部滑台轴承组件由一对角接触球轴承22和一个圆锥滚子轴承23组成，且圆锥滚子轴承23位于靠近端部滑台工件卡盘36的一侧，在端部夹持滑台26的底部还设置有固定顶丝37。

所述固定座工件卡盘21、动力滑台工件卡盘33和端部滑台工件卡盘36的卡爪上均设置有特氟龙夹口39。

所述动力主轴套31和端部夹持主轴套35远离固定座2的端口处均设置有高强度尼龙套38。

本发明实施例的高精度内冷却滚珠丝杠内冷深孔加工数控专用机床的工作过程如下：需要对直径30mm以下，长度和直径之间的比例（即长径比）达到400倍以上的深孔进行加工时，首先将待加工的轴类工件从本专用机床的外端向内插入到端部夹持滑台26和动力滑台25中，具体说是让工件穿入端部夹持主轴套35和动力主轴套31中，直至工件的端部插入到固定座主轴套16中，此时工件的前端通过固定座2支撑，中部通过动力滑台25支撑，尾端则通过端部夹持滑台26支撑，分别控制固定座工件卡盘21、动力滑台工件卡盘33和端部滑台工件卡盘36工作，将工件卡紧，完成加工前的准备工作；

通过控制系统控制刀具电机9工作，刀具电机9带动钻孔刀具10转动，同时刀具进给电机7也工作，通过丝杠丝母传动副驱动刀具滑台5沿床体1的长度方向做匀速的进给动作；与此同时，动力滑台25上设置的伺服电机32会通过皮带轮传动副驱动动力主轴套31匀速转动，从而驱动被动力滑台工件卡盘33夹紧的工件匀速转动，也就是说钻孔刀具10一边旋转一边相对于工件做进给动作，工件自身也旋转（转动方向与钻孔刀具10的方向相反），从而实现钻孔刀具10沿工件的中轴线加工中心孔的目的；

钻孔刀具10在钻孔的过程中，开设在其中心处的冷却液孔会不停地向工件上的加工孔中喷注冷却液，这些冷却液一方面起到冷却的作用，另一方面会将切削屑从加工出的深孔中冲出，冷却液混同切削屑一同流到导流箱体17处，并沿着其出口端处的导流槽18进入油屑分离箱19，设置在油屑分离箱19处的磁过滤箱20将铁屑过滤到铁屑流转箱内，在此处实现油屑分离；

当钻孔刀具10运动至工件的中部、即动力滑台25所在的位置处时停止钻孔操作，并控制刀具进给电机7反转，将钻孔刀具10从工件上加工出的深孔中退出，此时完成了一半工件长度的深孔加工；打开所有的卡盘，将工件从本装置中抽出后调转180°，即将未加工深孔的一端重新插入到端部夹持主轴套35和动力主轴套31中，直至工件的端部插入到固定座主轴套16中；再次重复上段所述的钻孔操作，直至在另一半工件内钻出深孔，当两段深孔相互连通后即完成了对于超长轴类工件上小孔径深孔的加工；

利用这种专用机床进行小孔径的深孔加工，由于一次加工的行程仅为工件总长的二分之一，因此可以节省本机床的整体占用空间，进而降低制造成本；同时，同样因为一次加工的行程相对较短（相对于工件的总长来说），因此可以有效保证加工精度（即加工出的深孔与轴类工件的轴线之间的同轴度要求）。

在利用该专用机床进行不同长度的轴类工件的深孔加工时，需要调整动力滑台25和端部夹持滑台26在床体1上的相对位置，需要调整动力滑台25时，通过控制系统控制工件调整电机28工作，通过丝杠丝母传动副带动动力滑台25在第二直线滑轨4上滑动即可，而端部夹持滑台26为被动式，人工调整至合适位置后，利用其侧壁上设置的多个固定顶丝37将其固定即可；

当刀具滑台5带动钻孔刀具10做进给动作时，刀具滑台5会朝着工件的方向运动，当刀具滑台5与辅助支撑滑台11接触后，会推动着该辅助支撑滑台11运动，直至其与下一个辅助支撑滑台11接触，当刀具滑台5运动至深孔加工的极限位置后，所有的辅助支撑滑台11都相互接触；而刀具滑台5反向运动时（即钻孔刀具10退出深孔的过程），所有的辅助支撑滑台11又会在链条13的作用下重新回到初始位置处，等待下一次的深孔加工操作；

在工件送入到动力主轴套31和端部夹持主轴套35的过程中，由于在这两个主轴套的端口处均设置有高强度尼龙套38，因此可以有效保护工件；同理，设置在固定座工件卡盘21、动力滑台工件卡盘33和端部滑台工件卡盘36卡爪上的特氟龙夹口39也可以保护工件，防止工件外表面因与上述部件接触、碰撞而出现划痕或破损。

本种高精度内冷却滚珠丝杠内冷深孔加工数控专用机床，可实现孔径4-35mm，工件长度最长可达8000mm的深孔加工。

Claims (3)

1.一种高精度内冷却滚珠丝杠内冷深孔加工数控专用机床，其特征在于：所述的专用机床包括床体（1），所述床体（1）的中部设置有固定座（2），固定座（2）两侧的床体（1）上分别设置有一对第一直线滑轨（3）和一对第二直线滑轨（4），所述第一直线滑轨（3）和第二直线滑轨（4）均沿着床体（1）的长度方向分布，

第一直线滑轨（3）上滑动连接有刀具滑台（5），所述刀具滑台（5）的底部设置有第一丝母块（6），在床体（1）上还设置有刀具进给电机（7），所述刀具进给电机（7）的工作端与转动支撑在床体（1）上的第一丝杠（8）相连，所述第一丝杠（8）与第一丝母块（6）螺纹连接，在刀具滑台（5）上设置有刀具电机（9），刀具电机（9）能够驱动钻孔刀具（10）旋转，在第一直线滑轨（3）上还滑动连接有多个辅助支撑滑台（11），所述辅助支撑滑台（11）上支撑套（12），所有的支撑套（2）都转动支撑钻孔刀具（10），相邻的辅助支撑滑台（11）之间连接有链条（13），刀具滑台（5）和与其最接近的辅助支撑滑台（11）之间也连接有链条（13），且所述辅助支撑滑台（11）的一端还设置有碰撞柱（14），

所述固定座（2）上设置有固定座支架（15），所述固定座支架（15）内通过固定座轴承组件转动支撑有固定座主轴套（16），所述固定座主轴套（16）朝向刀具滑台（5）的一端连接有导流箱体（17），导流箱体（17）的出口端处连接有导流槽（18），导流槽（18）相对较低的一端则与设置在床体（1）一侧的油屑分离箱（19）相连，在油屑分离箱（19）的一端设置有磁过滤箱（20），所述固定座主轴套（16）远离刀具滑台（5）的一端设置有固定座工件卡盘（21），所述的固定座轴承组件由一对角接触球轴承（22）和一个圆锥滚子轴承（23）组成，且圆锥滚子轴承（23）位于靠近固定座工件卡盘（21）的一侧，在固定座主轴套（16）内还设置有刀具导向套（24），

所述第二直线滑轨（4）上还滑动连接有动力滑台（25）和端部夹持滑台（26），

所述动力滑台（25）的底部设置有第二丝母块（27），在床体（1）上还设置有工件调整电机（28），所述工件调整电机（28）的工作端与转动支撑在床体（1）上的第二丝杠（29）相连，所述第二丝杠（29）与第二丝母块（27）螺纹连接，所述动力滑台（25）上设置有动力滑台支架（30），所述动力滑台支架（30）内通过动力滑台轴承组件转动支撑有动力主轴套（31），所述动力滑台支架（30）上还设置有伺服电机（32），所述伺服电机（32）通过皮带轮传动副与所述动力主轴套（31）相连，所述动力主轴套（31）朝向固定座（2）的一端设置有动力滑台工件卡盘（33），所述动力滑台轴承组件由一对角接触球轴承（22）和一个圆锥滚子轴承（23）组成，且圆锥滚子轴承（23）位于靠近动力滑台工件卡盘（33）的一侧，

所述端部夹持滑台（26）上设置有端部滑台支架（34），所述端部滑台支架（34）内通过端部滑台轴承组件转动支撑有端部夹持主轴套（35），所述端部夹持主轴套（35）朝向固定座（2）的一端设置有端部滑台工件卡盘（36），所述端部滑台轴承组件由一对角接触球轴承（22）和一个圆锥滚子轴承（23）组成，且圆锥滚子轴承（23）位于靠近端部滑台工件卡盘（36）的一侧，在端部夹持滑台（26）的底部还设置有固定顶丝（37）。

2.根据权利要求1所述的高精度内冷却滚珠丝杠内冷深孔加工数控专用机床，其特征在于：所述固定座工件卡盘（21）、动力滑台工件卡盘（33）和端部滑台工件卡盘（36）的卡爪上均设置有特氟龙夹口（39）。

3.根据权利要求1所述的高精度内冷却滚珠丝杠内冷深孔加工数控专用机床，其特征在于：所述动力主轴套（31）和端部夹持主轴套（35）远离固定座（2）的端口处均设置有高强度尼龙套（38）。

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