CN114161170B - 一种油缸加工专用多轴车铣复合中心及其工作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种油缸加工专用多轴车铣复合中心及其工作方法，所述机床包括床身、主轴组件以及副主轴组件，所述主轴组件包括主电机、主轴箱、主轴卡盘、尾座卡盘、尾座、尾座进给机构、中心架组件，所述副主轴组件包括配合的刀塔组件和Z轴进给组件。本发明具有双主轴进给系统，通过Z轴进给组件和X轴进给组件的联合进给及刀塔组件的独立进给，避免传统刀塔在X轴方向的深度进给与工件及周围部件产生干涉，与现有机床相比增加了刀塔本身的自由度，同时工件夹持尾座也可实现进给，设计的中心架辅助夹持机构来加强较长工件的径向跳动问题，解决了现有技术中刀塔自由度低、工件夹持稳定性差、进给机构体积大等造成的加工不变及精度低问题。

Description

一种油缸加工专用多轴车铣复合中心及其工作方法
技术领域
本发明涉及一种机床，特别涉及一种油缸加工专用多轴车铣复合中心及其工作方法。
背景技术
近年来，数控加工已广泛应用于工业控制的各个领域，尤其是机械制造中。数控加工具有如下特点：加工柔性好，加工精度高，生产率高，有利于生产管理的现代化以及经济效益的提高。数控机床以其卓然的柔性自动化性能、优异而稳定的精度引起世人注目，开创了机械产品向机电一体化发展的先河，时至今日，数控机床的应用范围还在不断扩大，并且不断发展以更适应生产加工的需要。
在数控机床中，进给伺服系统是数控装置和机床的中间联接环节，是数控系统的重要组成部分，通过进给使得工件移向刀具或刀具移向工件，现有技术中，由于主轴尾座体积大造成刀具自由度不高，再加上刀具本身自由度设计不高，使得刀具进给的自由度低，一些异性多工艺的零件加工，需要多次装夹，造成加工的零件精度低。同时现有机床一般只靠卡盘和尾座来夹持工件，对于较长的工件夹持稳定性不高，易出现跳动，造成加工不便，精度不高。另外，在现有机床对左右旋螺纹的加工上通常需要手动对刀具的所在平面进行至少2次调整。
综合以上存在的不足，现有机床在刀具自由度和工件夹持稳定性以及进给机构空间占有方面有待进一步改进。
发明内容
本发明的目的是提供一种油缸加工专用多轴车铣复合中心及工件加工方法，这种机床具有双主轴进给系统，避免传统刀塔进给与工件产生干涉，增加了刀塔的自由度，同时工件夹持尾座也可实现移动进给并设计中心架辅助夹持机构，以解决现有技术中刀塔自由度低、工件夹持稳定性差、进给机构体积大等造成的加工不变及精度低问题，提高机床的加工效率和加工精度。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种油缸加工专用多轴车铣复合中心，包括床身、主轴组件以及副主轴组件，所述主轴组件包括主电机、主轴箱、主轴卡盘、尾座卡盘、尾座、尾座进给机构、中心架组件，所述主电机与主轴箱连接，所述主轴箱上装有主轴卡盘，所述主轴卡盘与尾座卡盘同轴且可旋转，所述尾座卡盘安装在尾座上，所述尾座与尾座进给机构配合，所述尾座进给机构上还安装有中心架组件，所述尾座进给机构安装在床身上；所述副主轴组件包括刀塔组件和Z轴进给组件，所述刀塔组件与Z轴进给组件配合实现Z轴进给，所述刀塔组件由床鞍、X轴进给组件、刀塔组成，所述X轴进给组件固定在床鞍上，所述床鞍与Z轴进给组件配合实现沿Z轴移动，所述床鞍由拖板、滑板、X轴导轨构成，所述刀塔固定在滑板上，所述滑板与X轴导轨配合，所述X轴导轨固定在拖板上，所述拖板分别与Z轴进给组件上的Z轴导轨和Z轴进给丝杆配合实现沿Z轴移动。
本发明的进一步设置为：所述刀塔设有绕Y轴独立旋转机构和绕Z轴独立旋转机构，所述刀塔可自旋转换刀，所述刀塔上开设有12分度刀座，所述12分度刀座又分为内刀座和外刀座。
当刀塔需要加工左旋或右旋螺纹工件时，在内刀座上安装刀具，刀塔在绕Y轴独立旋转机构的驱动下进行旋转使整个刀塔平面与XY平面成一定的角度，然后通过绕Z轴独立旋转机构驱动刀塔正转或反转实现左右旋螺纹的加工；若加工工件的外圆等时，在外刀座上安装刀具即可完成工件加工。
本发明的进一步设置为：所述尾座内设有液压自动离合机构，尾座在Z轴方向相对主轴箱的进给运动通过液压自动离合机构与尾座进给螺母贴合实现。
本发明的进一步设置为：所述尾座上还设有尾座伸缩缸，所述尾座伸缩缸由尾座内部的液压系统控制伸缩行程，所述尾座上还设有可编程控制尾座伸缩缸伸缩行程的操作界面。
本发明的进一步设置为：所述中心架组件还包括辅助夹持机构和Z轴进给基座，所述辅助夹持机构安装固定在Z轴进给基座上，所述Z轴进给基座与尾座进给机构通过辅助夹持机构内的液压系统实现贴合和脱离。
当加工的工件较长时，仅靠主轴卡盘和尾座卡盘不足以稳定的夹持工件，此时通过驱动Z轴进给基座使得辅助夹持机构移动到工件合适的夹持点，然后辅助夹持机构作出加持动作辅助工件稳定。
本发明的进一步设置为：辅助夹持机构的夹持面上设有若干可滚动的圆柱滚子，圆柱滚子与工件表面接触。
本发明的进一步设置为：所述Z轴导轨和X轴导轨均为四方向等载荷型滚动导轨，Z轴导轨和X轴导轨上的滚柱之间设有保持架。
本发明还公开了基于上述油缸加工专用多轴车铣复合中心的工件加工方法：
(1)首先将待加工工件夹持在主轴卡盘和尾座卡盘之间，通过尾座进给机构驱动尾座(此时液压自动离合机构与尾座进给螺母处于贴合状态)朝着同轴线的主轴卡盘方向运动，直至夹持住或顶住工件，在此需要说明的是，尾座卡盘可以自由拆卸换成其他夹具。待工件被夹持到位后，液压自动离合机构脱开尾座进给螺母从接触状态到不接触状态，尾座同时被锁在床身上；
(2)待工件夹持稳定后，通过先后驱动Z轴进给组件、X轴进给组件将刀塔处于工件的加工位置，然后通过刀塔组件上的绕Y轴独立旋转机构自动调整刀塔平面角度机型加工。若只要工件旋转，则只要通过主电机驱动主轴卡盘，若要同时使刀塔独立旋转，还要通过驱动绕Z轴独立旋转机构来实现。
(3)若待加工工件长度较长，仅靠主轴卡盘和尾座卡盘夹持不足以控制工件的跳动，此时驱动Z轴进给基座到工件的中心位置通过辅助夹持机构进行辅助夹持，减小工件径向圆跳动带来的加工误差；在驱动Z轴进给基座时，若液压自动离合机构已经与尾座进给螺母处于贴合状态，首先需要将液压自动离合机构与尾座进给螺母脱离，否则辅助夹持机构与尾座将同步移动，脱离后，再驱动尾座进给机构使辅助夹持机到达预设位置，然后Z轴进给基座与尾座进给螺母脱离，Z轴进给基座被固定在床身上。
(4)待工件夹持完毕，通过主轴箱界面编程后驱动来控制Z轴进给组件给刀塔组件提供Z轴方向移动的动力，并实时移动到程序设置的位置进行加工，主轴箱界面编程后也包括对X轴进给组件和刀塔内部的绕Y轴独立旋转机构和绕Z轴独立旋转机构的控制，实现刀塔的独立进给且与Z轴进给组件、X轴进给组件联合进给，刀塔的独立进给和联合进给可实现复杂加工轨迹。
综上所述，本发明具有以下有益效果：这种机床具有双主轴进给系统，通过Z轴进给组件和X轴进给组件的联合进给及刀塔组件的独立进给与自动旋转，避免传统刀塔在X轴方向的深度进给与工件及周围部件产生干涉，满足了螺纹等复杂轨迹加工需求，与现有机床相比增加了刀塔本身的自由度，同时工件夹持尾座也可实现进给，设计的中心架辅助夹持机构来加强较长工件的径向跳动问题，解决了现有技术中刀塔自由度低、工件夹持稳定性差、进给机构体积大等造成的加工不变及精度低问题，提高机床的加工效率和加工精度。
附图说明
图1是一种油缸加工专用多轴车铣复合中心结构示意图；
图2是图1中的刀塔组件结构示意图；
图3是图2中的刀塔结构示意图；
图4是图1中的中心架组件示意图；
附图标记：1、床身；2、主轴组件；3、副主轴组件；21、主电机；22、主轴箱；23、主轴卡盘；24、尾座卡盘；25、尾座；26、尾座进给机构；27、中心架组件；31、刀塔组件；32、Z轴进给组件；251、液压自动离合机构；252、尾座伸缩缸；261、尾座进给螺母；271、辅助夹持机构；272、Z轴进给基座；311、床鞍；312、X轴进给组件；313、刀塔；321、Z轴导轨；322、Z轴进给丝杆；2711、圆柱滚子；3111、拖板；3112、滑板；3113、X轴导轨；3131、绕Y轴独立旋转机构；3132、绕Z轴独立旋转机构；3133、12分度刀座；31331、内刀座；31332、外刀座。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图1-图4所示，本实施例提供了一种油缸加工专用多轴车铣复合中心，包括床身、主轴组件以及副主轴组件，包括床身1、主轴组件2以及副主轴组件3，主轴组件2包括主电机21、主轴箱22、主轴卡盘23、尾座卡盘24、尾座25、尾座进给机构26、中心架组件27，主电机21与主轴箱22连接，主轴箱22上装有主轴卡盘23，主轴卡盘23与尾座卡盘24同轴且可旋转，尾座卡盘24安装在尾座25上，尾座25与尾座进给机构26配合，尾座进给机构26上还安装中心架24组件，尾座进给机构26安装在床身1上；副主轴组件3包括刀塔组件31和Z轴进给组件32，所述刀塔组件31与Z轴进给组件32配合实现Z轴进给，刀塔组件31由床鞍311、X轴进给组件312、刀塔313组成，X轴进给组件312固定在床鞍311上，床鞍311与Z轴进给组件32配合，床鞍311由拖板3111、滑板3112、X轴导轨3113构成，刀塔313固定在滑板3112上，滑板3112与X轴导轨3113配合，X轴导轨3113固定在拖板3111上，拖板3111分别与Z轴进给组件32上的Z轴导轨321和Z轴进给丝杆322配合。
根据本发明的一个具体实施例，刀塔313设有绕Y轴独立旋转机构3131和绕Z轴独立旋转机构3132，刀塔313可自旋转换刀，刀塔313上开设有12分度刀座3133，12分度刀座3133又分为内刀座31331和外刀座31332。
当刀塔313需要加工左旋或右旋螺纹工件时，在内刀座31331上安装刀具，刀塔313在绕Y轴独立旋转机构3131的驱动下进行旋转使整个刀塔313平面与XY平面成一定的角度，然后通过绕Z轴独立旋转机构3132驱动刀塔313正转或反转实现左右旋螺纹的加工，避免现有机床通过手动拆卸调整刀塔313平面才能实现左右旋螺纹的加工，提高加工效率和精度；若车工件的外圆等在外刀座31332上安装刀具即可完成工件加工。
根据本发明的一个具体实施例，尾座25内设有液压自动离合机构251，在Z轴方向相对主轴箱22的进给运动通过液压自动离合机构251与尾座进给螺母261接触贴合实现。
在此需要说明的是，液压自动离合机构251通过增压或减压可实现尾座25的升降，尾座25升高时离开尾座进给螺母261，尾座25下降时落座在尾座进给螺母261上。
根据本发明的一个具体实施例，尾座25上还设有尾座伸缩缸252，尾座伸缩缸252由尾座内部的液压系统控制伸缩行程，尾座25上还设有可编程操作控制尾座伸缩缸252伸缩行程的界面。
当工件的加工点靠近尾座25时，由于尾座25和X轴进给组件312体积较大，在X轴进给方向上进给会存在干涉的风险，这种情况下可通过尾座伸缩缸252相对尾座25的相对伸出位移将工件进行固定或夹持，避免干涉风险。
根据本发明的一个具体实施例，中心架组件27还包括辅助夹持机构271和Z轴进给基座272，辅助夹持机构271安装固定在Z轴进给基座272上，Z轴进给基座272与尾座进给机构26通过辅助夹持机构271内的液压系统实现贴合和脱离。
在此需要说明的是，与上述尾座25升降同理，Z轴进给基座272通过液压系统增压或减压可实现与尾座进给机构26的贴合和脱离。
当加工的工件较长时，仅靠主轴卡盘23和尾座卡盘24不足以稳定的夹持工件，此时通过驱动Z轴进给基座272使得辅助夹持机构271移动到工件合适的夹持点，然后辅助夹持机构271作出加持动作辅助工件稳定。
根据本发明的一个具体实施例，辅助夹持机构271的夹持面上设有若干可滚动的圆柱滚子2711，圆柱滚子2711与工件表面接触。
当辅助夹持机构271夹住较长的加工工件时，由于工件处于旋转的状态，如果没有该圆柱滚子2711，旋转的工件会与辅助夹持机构271产生很大的摩擦，不利于工件的加工，圆柱滚子2711与工件属于滚动接触，既可以起到辅助夹持作用，又不影响工件的加工。
根据本发明的一个具体实施例，Z轴导轨321和X轴导轨3113均为四方向等载荷型滚动导轨，Z轴导轨321和X轴导轨3113上的滚柱之间设有保持架，以减少快速移动时的摩擦阻力及温升、热变形，从而大幅度地提高了加工精度、快移速度和生产效率。
本实施例提供了一种油缸加工专用多轴车铣复合中心的工作方法如下：
(1)首先将待加工工件夹持在主轴卡盘23和尾座卡盘24之间，通过尾座进给机构26驱动尾座25(此时液压自动离合机构251与尾座进给螺母261处于贴合状态)朝着同轴线的主轴卡盘23方向运动，直至夹持住或顶住工件，在此需要说明的是，尾座卡盘24可以自由拆卸换成其他夹具。待工件被夹持到位后，液压自动离合机构251脱开尾座进给螺母261从接触状态到不接触状态，尾座25同时被锁在床身1上；
(2)待工件夹持稳定后，通过先后驱动Z轴进给组件32、X轴进给组件312将刀塔313处于工件的加工位置，然后通过刀塔组件31上的绕Y轴独立旋转机构3131自动调整刀塔313平面角度机型加工。若只要工件旋转，则只要通过主电机21驱动主轴卡盘23，若要同时使刀塔313独立旋转，还要通过驱动绕Z轴独立旋转机构3132来实现。
(3)若待加工工件长度较长，仅靠主轴卡盘23和尾座卡盘24夹持不足以控制工件的跳动，此时驱动Z轴进给基座272到工件的中心位置通过辅助夹持机构271进行辅助夹持，减小工件径向圆跳动带来的加工误差；在驱动Z轴进给基座272时，若液压自动离合机构251已经与尾座进给螺母261处于接触贴合状态，首先需要将液压自动离合机构251与尾座进给螺母261脱离，否则辅助夹持机构271与尾座25将同步移动，脱离后，再驱动尾座进给机构26使辅助夹持机构271到达预设位置，然后Z轴进给基座272与尾座进给螺母261脱离，Z轴进给基座272被固定在床身1上。
(4)待工件夹持完毕，通过主轴箱22界面编程后驱动来控制Z轴进给组件32给刀塔组件31提供Z轴方向移动的动力，并实时移动到程序设置的位置进行加工，主轴箱22界面编程后也包括对X轴进给组件312和刀塔313内部的绕Y轴独立旋转机构3131和绕Z轴独立旋转机构3132的控制，实现刀塔313的独立进给且与Z轴进给组件32、X轴进给组件312联合进给，刀塔313的独立进给和联合进给可实现复杂加工轨迹。
具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (4)

1.一种油缸加工专用多轴车铣复合中心的工件加工方法，其特征在于，所述油缸加工专用多轴车铣复合中心包括床身(1)、主轴组件(2)以及副主轴组件(3)，所述主轴组件(2)包括主电机(21)、主轴箱(22)、主轴卡盘(23)、尾座卡盘(24)、尾座(25)、尾座进给机构(26)、中心架组件(27)，所述主电机(21)与主轴箱(22)连接，所述主轴箱(22)上装有主轴卡盘(23)，所述主轴卡盘(23)与尾座卡盘(24)同轴且可旋转，所述尾座卡盘(24)安装在尾座(25)上，所述尾座(25)与尾座进给机构(26)配合，所述尾座进给机构(26)上还安装有中心架组件(27)，所述尾座进给机构(26)安装在床身(1)上；所述副主轴组件(3)包括刀塔组件(31)和Z轴进给组件(32)，所述刀塔组件(31)与Z轴进给组件(32)配合实现Z轴进给，所述刀塔组件(31)由床鞍(311)、X轴进给组件(312)、刀塔(313)组成，所述X轴进给组件(312)固定在床鞍(311)上，所述床鞍(311)与Z轴进给组件(32)配合实现沿Z轴移动，所述床鞍(311)由拖板(3111)、滑板(3112)、X轴导轨(3113)构成，所述刀塔(313)固定在滑板(3112)上，所述滑板(3112)与X轴导轨(3113)配合，所述X轴导轨(3113)固定在拖板(3111)上，所述拖板(3111)分别与Z轴进给组件(32)上的Z轴导轨(321)和Z轴进给丝杆(322)配合实现沿Z轴移动；所述尾座(25)上还设有尾座伸缩缸(252)，所述尾座伸缩缸(252)由尾座(25)内部的液压系统控制伸缩行程，所述尾座(25)上还设有可编程控制尾座伸缩缸(252)伸缩行程的操作界面；
所述刀塔(313)设有绕Y轴独立旋转机构(3131)和绕Z轴独立旋转机构(3132)，所述刀塔(313)可自旋转换刀，所述刀塔(313)上开设有12分度刀座(3133)，所述12分度刀座(3133)又分为内刀座(31331)和外刀座(31332)；
当刀塔(313)需要加工左旋或右旋螺纹工件时，在内刀座(31331)上安装刀具，刀塔(313)在绕Y轴独立旋转机构(3131)的驱动下进行旋转使整个刀塔(313)平面与XY平面成一定的角度，然后通过绕Z轴独立旋转机构(3132)驱动刀塔(313)正转或反转实现左右旋螺纹的加工；当刀塔(313)需要加工工件的外圆时，在外刀座(31332)上安装刀具即可完成工件加工；
所述中心架组件(27)还包括辅助夹持机构(271)和Z轴进给基座(272)，所述辅助夹持机构(271)安装固定在Z轴进给基座(272)上，所述Z轴进给基座(272)与尾座进给机构(26)通过辅助夹持机构(271)内的液压系统实现贴合和脱离；
当加工的工件较长时，仅靠主轴卡盘(23)和尾座卡盘(24)不足以稳定的夹持工件，此时通过驱动Z轴进给基座(272)使得辅助夹持机构(271)移动到工件合适的夹持点，然后辅助夹持机构(271)作出加持动作辅助工件稳定；
所述油缸加工专用多轴车铣复合中心的工件加工方法包括以下步骤：
1)首先将待加工工件夹持在主轴卡盘(23)和尾座卡盘(24)之间，通过尾座进给机构(26)驱动尾座(25)，此时液压自动离合机构(251)与尾座进给螺母(261)处于贴合状态，尾座(25)朝着同轴线的主轴卡盘(23)方向运动，直至夹持住或顶住工件，待工件被夹持到位后，液压自动离合机构(251)脱开尾座进给螺母(261)从接触状态到不接触状态，尾座(25)同时被锁在床身(1)上；若工件的加工点靠近尾座(25)时，由于尾座(25)和X轴进给组件(312)体积较大，在X轴进给方向上进给会存在干涉的风险，这种情况下可通过尾座伸缩缸(252)相对尾座(25)的相对伸出位移将工件进行固定或夹持，避免干涉风险；
2)待工件夹持稳定后，通过先后驱动Z轴进给组件(32)、X轴进给组件(312)将刀塔(313)处于工件的加工位置，然后通过刀塔组件(31)上的绕Y轴独立旋转机构(3131)自动调整刀塔(313)平面角度机型加工；若只要工件旋转，则只要通过主电机(21)驱动主轴卡盘(23)，若要同时使刀塔(313)独立旋转，还要通过驱动绕Z轴独立旋转机构(3132)来实现；
3)若待加工工件长度较长，仅靠主轴卡盘(23)和尾座卡盘(24)夹持不足以控制工件的跳动，此时驱动Z轴进给基座(272)到工件的中心位置通过辅助夹持机构(271)进行辅助夹持，减小工件径向圆跳动带来的加工误差；在驱动Z轴进给基座(272)时，若液压自动离合机构(251)已经与尾座进给螺母(261)处于接触贴合状态，首先需要将液压自动离合机构(251)与尾座进给螺母(261)脱离，否则辅助夹持机构(271)与尾座(25)将同步移动，脱离后，再驱动尾座进给机构(26)使辅助夹持机构(271)到达预设位置，然后Z轴进给基座(272)与尾座进给螺母(261)脱离，Z轴进给基座(272)被固定在床身(1)上；
4)待工件夹持完毕，通过主轴箱(22)上的操作界面编程驱动来控制Z轴进给组件(32)给刀塔组件(31)提供Z轴方向移动的动力，并实时移动到程序设置的位置进行加工，主轴箱(22)上的操作界面还对X轴进给组件(312)和刀塔(313)内部的绕Y轴独立旋转机构(3131)和绕Z轴独立旋转机构(3132)也进行编程控制，实现刀塔(313)的独立进给和与Z轴进给组件(32)、X轴进给组件(312)的联合进给，刀塔(313)的独立进给和联合进给可实现复杂加工轨迹。
2.根据权利要求1所述的一种油缸加工专用多轴车铣复合中心的工件加工方法，其特征在于：所述尾座(25)内设有液压自动离合机构(251)，尾座(25)在Z轴方向相对主轴箱(22)的进给运动通过液压自动离合机构(251)与尾座进给螺母(261)合体实现。
3.根据权利要求1所述的一种油缸加工专用多轴车铣复合中心的工件加工方法，其特征在于：所述辅助夹持机构(271)的夹持面上设有若干可滚动的圆柱滚子(2711)，所述圆柱滚子(2711)与工件表面接触。
4.根据权利要求1所述的一种油缸加工专用多轴车铣复合中心的工件加工方法，其特征在于：所述Z轴导轨(321)和X轴导轨(3113)均为四方向等载荷型滚动导轨，Z轴导轨(321)和X轴导轨(3113)上的滚柱之间设有保持架。
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