CN113798551A - 一种合金铸铁型材深孔套料加工成型装置及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种合金铸铁型材深孔套料加工成型装置及其使用方法，包括床身、油箱、工件、刀杆、钻削机构和刀头机构，所述床身表面一侧安装有用以对装置各组件进行协调控制的控制器，所述床身一侧安装有用来储装切削液的油箱，所述油箱内部一侧安装有油泵站，所述床身顶部左端安装有V型台且V型台为两个，所述V型台顶部承载工件，所述床身顶部右侧安装有用来控制刀杆运行的钻削机构，所述刀杆末端安装有用来对工件进行钻削作业的刀头机构。将振动切削与套料钻削相结合，有效减少切削量，实现绿色节能切削，系统结构紧凑，传动简单，运动精度高，操作方便，加工过程稳定、可靠。
Description
技术领域
本发明涉及深孔套料加工技术领域，特别涉及一种合金铸铁型材深孔套料加工成型装置及其使用方法。
背景技术
深孔加工是机械加工领域的一个重要分支，深孔加工技术和应用研发过程崛起于炮管生产，在我国的29个制造行业中，至少有一半对深孔加工技术和装备有直接需求，在机械制造中，孔加工可分为浅孔加工和深孔加工两类，套料加工作为深孔加工中的一种重要形式，使用的加工刀具称为套料钻，又称环孔钻，它是在孔中央留下一个实体的“核”圆棒量，可将“核”留下来以备将来重新利用，或用于其他用途，提高劳动生产率，降低生产成本，是一种节材、节能、高效、优质的深孔加工方式，其生产效率比实体钻头高出十几倍，对不规则和大直径工件的加工更为方便，套料钻根据排屑方式的不同，分为内排屑和外排屑，内排屑套料钻，冷却液通过授油器由钻杆外壁与工件孔壁间空隙流向套料钻头部，冷却切削刃，然后带着切屑经套料钻排屑口沿钻杆内壁与被套出的工件芯轴外壁间的空隙排出，外排屑套料钻，冷却液是由钻杆内壁与被套出工件的芯轴外壁之间空隙流向套料钻头部，冷却切削刃，然后带着切屑由工件内孔壁与钻杆外壁间的空隙排出，深孔加工技术来源于“军转民”，其最初被用于汽车发动机、机床主轴加工等民用行业，之后迅速被扩展到非常广泛的产业领域，尤其是在汽车制造、模具工业、矿山机械、液压件和液压机械、工程机械、石油钻采机具、军工等以深孔加工技术为关键制造技术的行业显得尤为突出，。
现有的深孔套料加工在加工作业过程中有些不足之处：1、深孔钻的切屑能否正常顺利的排出成为影响深孔钻削效率的关键，也是制约深孔钻削发展的瓶颈之一，传统的深孔套料加工作业过程中不能形成规则的切屑，长切屑会从钻头的排屑口流入刀杆内，经过缠绕后很容易堵塞刀杆，造成高压切削油的回路中断，如果不能及时停止加工，切屑就会堵满整个刀杆，甚至出现打刀、喷油现象，影响加工效率，存在一定安全隐患。2、传统的深孔套料加工其刀具部分一般采用普通的碳素钢材质，机加工时间长，刀具使用时间短，生产成本较高，不利于提高材料的加工性能。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种合金铸铁型材深孔套料加工成型装置及其使用方法，可以有效解决背景技术中的问题。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种合金铸铁型材深孔套料加工成型装置，包括床身、油箱、工件、刀杆、钻削机构和刀头机构，所述床身表面一侧安装有用以对装置各组件进行协调控制的控制器，所述床身一侧安装有用来储装切削液的油箱，所述油箱内部一侧安装有油泵站，所述床身顶部左端安装有V型台且V型台为两个，所述V型台顶部承载工件，所述床身顶部右侧安装有用来控制刀杆运行的钻削机构，所述刀杆末端安装有用来对工件进行钻削作业的刀头机构；
所述钻削机构包括主轴箱、第一电机、轴承套、振动电机、第二电机、丝杆和连杆，所述床身顶部右端安装有主轴箱，所述主轴箱外侧壁顶部左侧安装有第一电机，所述主轴箱内部底端安装有轴承套，所述刀杆靠近主轴箱一端延伸至主轴箱内部且与轴承套相连接，所述第一电机动力输出端安装有传动带并通过传动带与轴承套动力输入端相连接，所述主轴箱外侧壁顶部以及内侧壁底部均安装有滑台，所述轴承套和第一电机分别安装在滑台顶部，所述轴承套顶部安装有振动电机且振动电机动力输出端与轴承套表面相连接，所述床身内部靠近主轴箱一端安装有第二电机，所述第二电机动力输出端安装有起到传动作用的丝杆，所述丝杆表面配合连接有螺套，所述螺套外侧壁安装有轴套，所述轴套顶部安装有用来与主轴箱底部相连接的连杆。
优选的，所述刀头机构包括刀体、外刀片、内刀片、排屑口和导向条，所述刀杆靠近工件一端安装有用来对工件进行钻削作业的刀体，所述刀体远离主轴箱一端外周等距设有外刀片且外刀片为四个，所述刀体远离主轴箱一端内周等距设有内刀片且内刀片为四个，所述刀体一端等距开设有排屑口且排屑口均位于外刀片和内刀片之间，所述刀体外周远离主轴箱一端等距安装有导向条且导向条为四个。
优选的，所述床身底部分段固定连接有支撑台且支撑台为多个。
优选的，所述油泵站排出端安装有供油管，所述油泵站通过供油管与授油器进油端相连接。
优选的，所述V型台顶部可拆卸连接有夹板，所述夹板两端均可拆卸连接有螺栓并通过螺栓与V型台两端相连接。
优选的，所述床身顶部一侧安装有用来对刀杆起到支撑作用的支架，所述刀杆水平方向贯穿支架。
优选的，所述床身顶部两侧水平方向均安装有导轨，所述主轴箱底部安装有滑块并通过滑块与导轨相连接。
优选的，所述油泵站、第一电机、振动电机和第二电机控制端均与控制器相连接。
优选的，所述刀头机构材质为铸铁型材。
一种合金铸铁型材深孔套料加工成型装置的使用方法，包括以下步骤：
步骤一：使用前检查，在进行使用前对油箱内部切削液余量进行检查，检查控制器对各运行组件的控制，检查油泵站、授油器、第一电机、振动电机和第二电机等各组件运行状况，检查刀杆和刀头外观无缺陷，检查丝杆、传动带等传动组件状况，并在接电状态下进行试运行，保证装置可以正常稳定的运行；
步骤二：对工件位置进行固定，工件置于V型台顶部且加工端插入至授油器内部，在V型台顶部卡上夹板，同时拧紧两端螺栓，通过夹板和V型台的相互配合完成对工件位置的固定，通过控制器对油泵站、第一电机、振动电机和第二电机等组件的运行参数进行预设，调整刀体位置，使得刀体移动至授油器内部与工件加工端相对齐，完成工件加工前准备；
步骤三：通过控制器控制装置运行，第一电机输出端通过传动带带动刀杆和刀体的转动，第二电机运行带动丝杆转动，在丝杆转动过程中螺套顺着丝杆做水平方向上的位移，轴套同步位移并通过连杆带动主轴箱位移，在主轴箱水平移动过程中刀头机构同步移动不断抵进工件内部进行钻削作业，振动电机运行，带动轴承套和第二电机顺着滑台水平方向振动，使得刀杆和刀体在运行过程中同步进行振动钻削运动，对工件进行深孔套料加工，振动钻削技术与单管套料深孔钻系统相结合，使得产品质量稳定，加工效率高；
步骤四：在进行钻削作业时刀体带动外刀片和内刀片的高速旋转并接触工件，钻屑过程中产生的废屑顺着排屑口排出，在进行钻削过程中油泵站运行，将油箱内部储装的切削液抽出顺着供油管排至授油器内部，并通过授油器将抽出的切削液排入至刀体与工件内部之间的连接处，使用后的切削液在加工过程中不断排出，通过切削液起到冷却、润滑和排废的作用。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：1、通过振动电机进行低频轴向振动钻削，实现断续切削，控制切屑的形态，提高排屑与加工效率，同时，振动钻削是一种间歇式的动态加工过程，致使高压切削液较容易进入切削区，继而改善了刀具和切削环境的冷却和润滑效果，破坏了积屑瘤的形成条件，保证了钻削系统的稳定性，提高了加工质量，将振动切削与套料钻削相结合，有效减少切削量，实现绿色节能切削，轴向振动钻削运动与钻头旋转主运动一体化设计，采用变频调速技术实现主切削运动的无级调速，以适应加工不同的材料和各种孔径，系统结构紧凑，传动简单，运动精度高，操作方便，刀具的振动频率和振幅无级可调，可根据加工要求进行调节，满足振动钻孔参数最佳匹配的要求，确保加工过程中，断屑可靠，排屑顺畅，进给系统采用减速步进电机加丝杆传动实现数控，可实现钻孔长度、进给速度设定与控制，操作过程直观方便，加工过程稳定、可靠，进给系统采用单轴数控，主运动和振动采用变频器进行无极调速，油泵采用普通三相交流异步电机驱动，各驱动电机之间根据加工工艺要求设有互锁与联动控制逻辑，确保机床在无切削液供给的情况下，其它各部分不能工作，在刀具不旋转的情况下，不能走刀，在走刀的情况下，保持刀具旋转并始终伴有振动与高压切削液输送。
2、当钻头进入工件后依靠导向条与孔壁的挤压摩擦接触来平衡刀齿切削力，产生自导向，保证加工孔的尺寸精度，外刀片与内刀片相互配合进行切削作业，提高效率，保证精度，通过排屑口进行废屑的排出，避免废屑堵塞，优化了深孔套料加工的刀具结构，同时采用铸铁型材作为刀头机构的材质，铸铁型材比普通碳素钢具有更好的机械加工性能，可以大大缩短机加工时间，延长刀具寿命，大幅度节约生产成本和人工成本，与钢件相比，铸铁型材不仅具有自动断屑能力，而且其内部的石墨成分作为天然的润滑剂，有利于大幅度提高材料的可加工性能，还有降低材料振动、减轻材料重量以及提高材料的耐磨性等特点。
附图说明
图1为本发明一种合金铸铁型材深孔套料加工成型装置的立体结构示意图。
图2为本发明一种合金铸铁型材深孔套料加工成型装置的刀头机构结构示意图。
图3为本发明一种合金铸铁型材深孔套料加工成型装置的主轴箱内部结构示意图。
图4为本发明一种合金铸铁型材深孔套料加工成型装置的丝杆给进装置结构示意图。
图中：1、床身；101、控制器；102、支撑台；2、油箱；201、油泵站；202、供油管；203、授油器；3、V型台；301、夹板；302、螺栓；4、工件；5、支架；601、导轨；602、主轴箱；603、滑块；604、第一电机；605、轴承套；606、刀杆；607、传动带；608、滑台；609、振动电机；610、第二电机；611、丝杆；612、螺套；613、轴套；614、连杆；701、刀体；702、外刀片；703、内刀片；704、排屑口；705、导向条。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
如图1-4所示，一种合金铸铁型材深孔套料加工成型装置，包括床身1、油箱2、工件4、刀杆606、钻削机构和刀头机构，床身1表面一侧安装有用以对装置各组件进行协调控制的控制器101，床身1一侧安装有用来储装切削液的油箱2，油箱2内部一侧安装有油泵站201，床身1顶部左端安装有V型台3且V型台3为两个，V型台3顶部承载工件4，床身1顶部右侧安装有用来控制刀杆606运行的钻削机构，刀杆606末端安装有用来对工件4进行钻削作业的刀头机构；
钻削机构包括主轴箱602、第一电机604、轴承套605、振动电机609、第二电机610、丝杆611和连杆614，床身1顶部右端安装有主轴箱602，主轴箱602外侧壁顶部左侧安装有第一电机604，主轴箱602内部底端安装有轴承套605，刀杆606靠近主轴箱602一端延伸至主轴箱602内部且与轴承套605相连接，第一电机604动力输出端安装有传动带607并通过传动带607与轴承套605动力输入端相连接，主轴箱602外侧壁顶部以及内侧壁底部均安装有滑台608，轴承套605和第一电机604分别安装在滑台608顶部，轴承套605顶部安装有振动电机609且振动电机609动力输出端与轴承套605表面相连接，床身1内部靠近主轴箱602一端安装有第二电机610，第二电机610动力输出端安装有起到传动作用的丝杆611，丝杆611表面配合连接有螺套612，螺套612外侧壁安装有轴套613，轴套613顶部安装有用来与主轴箱602底部相连接的连杆614；将振动切削与套料钻削相结合，有效减少切削量，实现绿色节能切削，提高加工精度，减少加工耗时。
其中，刀头机构包括刀体701、外刀片702、内刀片703、排屑口704和导向条705，刀杆606靠近工件4一端安装有用来对工件4进行钻削作业的刀体701，刀体701远离主轴箱602一端外周等距设有外刀片702且外刀片702为四个，刀体701远离主轴箱602一端内周等距设有内刀片703且内刀片703为四个，刀体701一端等距开设有排屑口704且排屑口704均位于外刀片702和内刀片703之间，刀体701外周远离主轴箱602一端等距安装有导向条705且导向条705为四个；保证加工孔的尺寸精度，提高效率，避免废屑堵塞，优化了深孔套料加工的刀具结构。
其中，床身1底部分段固定连接有支撑台102且支撑台102为多个；通过支撑台102对床身1起到稳定支撑作用。
其中，油泵站201排出端安装有供油管202，油泵站201通过供油管202与授油器203进油端相连接；通过供油管202使得油泵站201可以为授油器203供油。
其中，V型台3顶部可拆卸连接有夹板301，夹板301两端均可拆卸连接有螺栓302并通过螺栓302与V型台3两端相连接；V型台3与夹板301的配合完成对工件4的固定。
其中，床身1顶部一侧安装有用来对刀杆606起到支撑作用的支架5，刀杆606水平方向贯穿支架5；通过支架5可以对刀杆606起到稳定的支撑作用。
其中，床身1顶部两侧水平方向均安装有导轨601，主轴箱602底部安装有滑块603并通过滑块603与导轨601相连接；通过导轨601和滑块603的配合，使得主轴箱602可以顺着床身1平顺的滑动。
其中，油泵站201、第一电机604、振动电机609和第二电机610控制端均与控制器101相连接；通过控制器101可以控制装置各组件的联动。
其中，刀头机构材质为铸铁型材；铸铁型材材质可以提高刀头机构的耐用性。
一种合金铸铁型材深孔套料加工成型装置的使用方法，包括以下步骤：
步骤一：使用前检查，在进行使用前对油箱2内部切削液余量进行检查，检查控制器101对各运行组件的控制，检查油泵站201、授油器203、第一电机604、振动电机609和第二电机610等各组件运行状况，检查刀杆606和刀头外观无缺陷，检查丝杆611、传动带607等传动组件状况，并在接电状态下进行试运行，保证装置可以正常稳定的运行；
步骤二：对工件4位置进行固定，工件4置于V型台3顶部且加工端插入至授油器203内部，在V型台3顶部卡上夹板301，同时拧紧两端螺栓302，通过夹板301和V型台3的相互配合完成对工件4位置的固定，通过控制器101对油泵站201、第一电机604、振动电机609和第二电机610等组件的运行参数进行预设，调整刀体701位置，使得刀体701移动至授油器203内部与工件4加工端相对齐，完成工件加工前准备；
步骤三：通过控制器101控制装置运行，第一电机604输出端通过传动带607带动刀杆606和刀体701的转动，第二电机610运行带动丝杆611转动，在丝杆611转动过程中螺套612顺着丝杆611做水平方向上的位移，轴套613同步位移并通过连杆614带动主轴箱602位移，在主轴箱602水平移动过程中刀头机构同步移动不断抵进工件4内部进行钻削作业，振动电机609运行，带动轴承套605和第二电机610顺着滑台608水平方向振动，使得刀杆606和刀体701在运行过程中同步进行振动钻削运动，对工件4进行深孔套料加工，振动钻削技术与单管套料深孔钻系统相结合，使得产品质量稳定，加工效率高；
步骤四：在进行钻削作业时刀体701带动外刀片702和内刀片703的高速旋转并接触工件4，钻屑过程中产生的废屑顺着排屑口704排出，在进行钻削过程中油泵站201运行，将油箱2内部储装的切削液抽出顺着供油管202排至授油器203内部，并通过授油器203将抽出的切削液排入至刀体701与工件4内部之间的连接处，使用后的切削液在加工过程中不断排出，通过切削液起到冷却、润滑和排废的作用。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (10)
1.一种合金铸铁型材深孔套料加工成型装置，其特征在于：包括床身（1）、油箱（2）、工件（4）、刀杆（606）、钻削机构和刀头机构，所述床身（1）表面一侧安装有用以对装置各组件进行协调控制的控制器（101），所述床身（1）一侧安装有用来储装切削液的油箱（2），所述油箱（2）内部一侧安装有油泵站（201），所述床身（1）顶部左端安装有V型台（3）且V型台（3）为两个，所述V型台（3）顶部承载工件（4），所述床身（1）顶部右侧安装有用来控制刀杆（606）运行的钻削机构，所述刀杆（606）末端安装有用来对工件（4）进行钻削作业的刀头机构；
所述钻削机构包括主轴箱（602）、第一电机（604）、轴承套（605）、振动电机（609）、第二电机（610）、丝杆（611）和连杆（614），所述床身（1）顶部右端安装有主轴箱（602），所述主轴箱（602）外侧壁顶部左侧安装有第一电机（604），所述主轴箱（602）内部底端安装有轴承套（605），所述刀杆（606）靠近主轴箱（602）一端延伸至主轴箱（602）内部且与轴承套（605）相连接，所述第一电机（604）动力输出端安装有传动带（607）并通过传动带（607）与轴承套（605）动力输入端相连接，所述主轴箱（602）外侧壁顶部以及内侧壁底部均安装有滑台（608），所述轴承套（605）和第一电机（604）分别安装在滑台（608）顶部，所述轴承套（605）顶部安装有振动电机（609）且振动电机（609）动力输出端与轴承套（605）表面相连接，所述床身（1）内部靠近主轴箱（602）一端安装有第二电机（610），所述第二电机（610）动力输出端安装有起到传动作用的丝杆（611），所述丝杆（611）表面配合连接有螺套（612），所述螺套（612）外侧壁安装有轴套（613），所述轴套（613）顶部安装有用来与主轴箱（602）底部相连接的连杆（614）。
2.根据权利要求1所述的一种合金铸铁型材深孔套料加工成型装置，其特征在于：所述刀头机构包括刀体（701）、外刀片（702）、内刀片（703）、排屑口（704）和导向条（705），所述刀杆（606）靠近工件（4）一端安装有用来对工件（4）进行钻削作业的刀体（701），所述刀体（701）远离主轴箱（602）一端外周等距设有外刀片（702）且外刀片（702）为四个，所述刀体（701）远离主轴箱（602）一端内周等距设有内刀片（703）且内刀片（703）为四个，所述刀体（701）一端等距开设有排屑口（704）且排屑口（704）均位于外刀片（702）和内刀片（703）之间，所述刀体（701）外周远离主轴箱（602）一端等距安装有导向条（705）且导向条（705）为四个。
3.根据权利要求1所述的一种合金铸铁型材深孔套料加工成型装置，其特征在于：所述床身（1）底部分段固定连接有支撑台（102）且支撑台（102）为多个。
4.根据权利要求1所述的一种合金铸铁型材深孔套料加工成型装置，其特征在于：所述油泵站（201）排出端安装有供油管（202），所述油泵站（201）通过供油管（202）与授油器（203）进油端相连接。
5.根据权利要求1所述的一种合金铸铁型材深孔套料加工成型装置，其特征在于：所述V型台（3）顶部可拆卸连接有夹板（301），所述夹板（301）两端均可拆卸连接有螺栓（302）并通过螺栓（302）与V型台（3）两端相连接。
6.根据权利要求1所述的一种合金铸铁型材深孔套料加工成型装置，其特征在于：所述床身（1）顶部一侧安装有用来对刀杆（606）起到支撑作用的支架（5），所述刀杆（606）水平方向贯穿支架（5）。
7.根据权利要求1所述的一种合金铸铁型材深孔套料加工成型装置，其特征在于：所述床身（1）顶部两侧水平方向均安装有导轨（601），所述主轴箱（602）底部安装有滑块（603）并通过滑块（603）与导轨（601）相连接。
8.根据权利要求1所述的一种合金铸铁型材深孔套料加工成型装置，其特征在于：所述油泵站（201）、第一电机（604）、振动电机（609）和第二电机（610）控制端均与控制器（101）相连接。
9.根据权利要求1所述的一种合金铸铁型材深孔套料加工成型装置，其特征在于：所述刀头机构材质为铸铁型材。
10.基于权利要求1—9任一项所述的一种合金铸铁型材深孔套料加工成型装置的使用方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：使用前检查，在进行使用前对油箱（2）内部切削液余量进行检查，检查控制器（101）对各运行组件的控制，检查油泵站（201）、授油器（203）、第一电机（604）、振动电机（609）和第二电机（610）等各组件运行状况，检查刀杆（606）和刀头外观无缺陷，检查丝杆（611）、传动带（607）等传动组件状况，并在接电状态下进行试运行；
步骤二：对工件（4）位置进行固定，工件（4）置于V型台（3）顶部且加工端插入至授油器（203）内部，在V型台（3）顶部卡上夹板（301），同时拧紧两端螺栓（302），通过夹板（301）和V型台（3）的相互配合完成对工件（4）位置的固定，通过控制器（101）对油泵站（201）、第一电机（604）、振动电机（609）和第二电机（610）等组件的运行参数进行预设，调整刀体（701）位置，使得刀体（701）移动至授油器（203）内部与工件（4）加工端相对齐；
步骤三：通过控制器（101）控制装置运行，第一电机（604）输出端通过传动带（607）带动刀杆（606）和刀体（701）的转动，第二电机（610）运行带动丝杆（611）转动，在丝杆（611）转动过程中螺套（612）顺着丝杆（611）做水平方向上的位移，轴套（613）同步位移并通过连杆（614）带动主轴箱（602）位移，在主轴箱（602）水平移动过程中刀头机构同步移动不断抵进工件（4）内部进行钻削作业，振动电机（609）运行，带动轴承套（605）和第二电机（610）顺着滑台（608）水平方向振动，使得刀杆（606）和刀体（701）在运行过程中同步进行振动钻削运动，对工件（4）进行深孔套料加工；
步骤四：在进行钻削作业时刀体（701）带动外刀片（702）和内刀片（703）的高速旋转并接触工件（4），钻屑过程中产生的废屑顺着排屑口（704）排出，在进行钻削过程中油泵站（201）运行，将油箱（2）内部储装的切削液抽出顺着供油管（202）排至授油器（203）内部，并通过授油器（203）将抽出的切削液排入至刀体（701）与工件（4）内部之间的连接处，使用后的切削液在加工过程中不断排出。
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