CN114700511A - 用于长轴类零件自动加工机床及加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于长轴类零件自动加工机床及加工方法，该机床的床身上设置有四个用于支撑工件的自定心中心架机构及一个用于调整长轴类工件挠度的环形中心架机构，自定心中心架机构和环形中心架机构分别通过移动及锁紧装置与床身上的导轨连接，自定心中心架机构和环形中心架机构通过各自的夹紧装置自动夹紧工件及打开，并通过移动及锁紧装置能在床身上前后移动或自动锁紧在床身导轨上；导轨上设置有一个拖板，拖板上设置有用于车削的八工位回转刀架。本发明的加工设备及加工方法能取代传统长轴类工件加工时的多点固定支撑、人工接刀加工方法，并可以大幅提高生产效率。

Description

用于长轴类零件自动加工机床及加工方法

技术领域

本发明涉及一种数控卧式车床，具体的来说涉及一种长轴类零件的自动加工车床及方法。

背景技术

如一种长轴类活塞杆零件材料45#钢，外圆直径φ180，总长7000mm，要求直径误差在0.05mm以内，圆度0.018mm，直线度0.03mm，圆柱度0.025mm，粗糙度Ra1.6μm；另一种超长轴类活塞杆零件材料45#钢，外圆直径φ300，总长11700mm，要求直径误差在0.06mm以内，圆度0.02mm，直线度1000：1，粗糙度Ra1.6μm。由于长轴类零件整体刚性很差，在加工过程中受到切削力和自重作用，必然会产生较大的弯曲变形而导致加工误差。传统的加工方法一般采用多点固定支撑、人工接刀方式，其生产效率非常低，并且由于外表面留有接刀错位痕迹，整体粗糙度不能达到要求；另由于切削过程人为分割为多次断续加工，每次所形成的加工面其尺寸、形状精度均不同，零件整体加工精度难以保证。针对上述情况，需要提供一条有效的解决途径。

发明内容

本发明所需要解决的技术问题在于，克服现有技术中存在的问题，提供一种用于长轴类零件自动加工机床，以及采用该机床进行长轴类零件的自动加工方法，可以保证加工精度，提高生产效率。

为了解决上述问题，本发明的技术方案是这样的：

一种用于长轴类零件自动加工机床，包括一个用于放置长轴类工件的多段拼接床身，床身一段设置有一个主轴箱，床身另一端设置有一个尾架，主轴箱上设置有一个卡盘；尾架上设置有顶尖，所述床身上设置有四个用于支撑工件的自定心中心架机构及一个用于调整长轴类工件挠度的环形中心架机构，所述自定心中心架机构和环形中心架机构分别通过移动及锁紧装置与床身上的导轨连接，所述自定心中心架机构和环形中心架机构通过各自的夹紧装置自动夹紧工件及打开，并通过移动及锁紧装置能在床身上前后移动或自动锁紧在床身导轨上；所述导轨上设置有一个拖板，拖板上设置有用于车削的八工位回转刀架。

进一步，所述床身采用三导轨结构，其中，中心架及尾架导轨为三角导轨与平导轨组合，拖板导轨为二平导轨组合，使得拖板上设置的用于车削的八工位回转刀架进行车削时前后移动不干涉用于径向支撑的中心架及顶紧工件的尾架。

进一步，所述自定心中心架机构包括自定心中心架座、上下及中心三臂、移动及锁紧装置、液压装置，所述自定心中心架座底部装有移动及锁紧装置中的压板和弹簧油缸，所述压板连接弹簧油缸，所述自定心中心架座底部后侧设有移动及锁紧装置中的移动电机及驱动轮，所述自定心中心架座上部装有上下及中心三臂，液压装置分别连接弹簧油缸和上下及中心三臂的驱动油缸。

进一步，所述自定心中心架机构通过移动电机驱动移动，到位时内置的蝶形弹簧油缸带动压板自动锁紧在床身导轨上，并通过液压装置同时驱动上下及中心三臂，使上下及中心三臂上的高精度回转滚轮同时接触工件及夹紧工件或放松。

进一步，所述环形中心架机构包括环形中心架座、移动及锁紧装置、卡盘、夹持套筒，所述环形中心架座底部装有移动及锁紧装置中的压板和蝶形弹簧油缸，所述压板连接蝶形弹簧油缸连接移动及锁紧装置中的液压装置，所述环形中心架座底部后侧设有移动及锁紧装置中的移动电机及驱动轮，所述环形中心架座上部设有卡盘，所述卡盘内设有四个夹持套筒。

进一步，所述环形中心架机构通过移动电机驱动移动，到位时内置的蝶形弹簧油缸带动压板自动锁紧在床身导轨上。

一种长轴类零件自动加工方法，采用用于长轴类零件自动加工机床，具体包括以下步骤：

第一步骤，将长轴类零件一端夹持在卡盘上，另一端顶在尾架顶尖上，长轴类零件中间位置用环形中心架机构径向支撑，先调整环形中心架机构圆周均布的四个夹持套筒保持脱开长轴类零件状态，缓慢旋转卡盘，校表长轴类零件自重形变状态下外圆跳动，观察校表数值，等长轴类零件转动到因自重形变状态而引起的垂直于轴线的线位移最大值时，停止长轴类零件转动，让水平轴线的两个夹持套筒先接触长轴类零件，使长轴类零件在水平方向保持静止状态，随后卡盘转动180度停止，记录垂直于轴线线位移的最小值，计算两值的平均值；随后调整垂直轴线的两个套筒，使校表数值达到平均值后，锁紧四个夹持套筒；此时长轴类零件通过装夹已经去除了因自重作用下引起的形变；

第二步骤，车削出长轴类零件总长均分的四处外圆用于自定心中心架机构作为旋转基准，随后撤去环形中心架机构，使四个自定心中心架机构分别移动到位并夹紧长轴类零件四处外圆基准；

第三步骤，车削时分粗精加工长轴类零件外圆，车削时注意尾架顶紧力显示仪，微调尾座套筒，使长轴类零件在受到切削外力时增加或减少的尾座顶紧力保持一致；当车削至某一个自定心中心架夹持处，松开此中心架夹持臂并移动该中心架至已车削外圆处再次夹紧工件，如此往复至车削完毕。

本发明的有益效果在于：本发明由于采用上述方法、装置，通过电气技术的攻关协调，达到了下列目标：长轴类活塞杆零件一材料45#钢，外圆直径φ180，总长7000mm，直径误差在0.05mm以内，圆度0.018mm，直线度0.03mm，圆柱度0.025mm，粗糙度Ra1.6μm；另一种超长轴类活塞杆零件材料45#钢，外圆直径φ300，总长11700mm，直径误差在0.06mm以内，圆度0.02mm，直线度1000：1，粗糙度Ra1.6μm。因此，本发明能取代传统的多点支撑、人工接刀加工方法，可大幅提高生产效率及零件整体加工精度。为长轴类零件的自动加工提供了一条有效的解决途径。

附图说明

图1是本发明的长轴类零件自动加工机床的平面布局示意图；

图2是自定心中心架机构外形图；

图3是环形中心架机构外形图；

图4是是环形中心架机构结构图；

图5是床身三导轨截面图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达到目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

如图1所示：长轴类零件自动加工机床，由床身1、主轴箱及卡盘2、拖板及刀架装置3、自定心中心架机构4、环形中心架机构5、尾架装置6组成；床身1上设置有四个用于支撑工件的自定心中心架机构4及一个用于调整长轴类工件挠度的环形中心架机构5，该五个中心架机构可以自动夹紧工件及打开，并能在床身1上前后移动，床身1的导轨上设置有一个拖板，拖板上设置刀架装置3，刀架装置3为用于车削的八工位回转刀架3，如图5所示，床身1采用三导轨结构，刀架进行车削时的前后移动不干涉用于径向支撑的中心架。

如图2所示，自定心中心架机构4包括自定心中心架座、上下及中心三臂8、蝶形弹簧油缸9、压板10、移动电机11、液压装置12等。自定心中心架座底部装有压板10，压板10连接弹簧油缸9，自定心中心架座底部后侧设有移动电机11及驱动轮，自定心中心架座上部装有上下及中心三臂8，液压装置12分别连接弹簧油缸9和上下及中心三臂8驱动油缸。自定心中心架机构采用移动电机11驱动移动，到位时内置地蝶形弹簧油缸9带动压板10自动锁紧在床身1导轨上，通过液压装置12同时驱动上下及中心三臂8，使上下及中心三臂8上的高精度回转滚轮同时接触工件7、夹紧工件7或放松。

如图3，4所示，环形中心架机构5包括环形中心架座、环形中心架液压装置13、环形中心架移动电机14、环形中心架蝶形弹簧油缸15、环形中心架压板16、卡盘17、夹持套筒18等。环形中心架座底部装有环形中心架压板16，环形中心架压板16连接环形中心架蝶形弹簧油缸15，中心架蝶形弹簧油缸15连接环形中心架液压装置13，环形中心架座底部后侧设有环形中心架移动电机14及驱动轮，环形中心架座上部设有卡盘17，卡盘17内设有夹持套筒18。

长轴类零件7两端由卡盘2、尾架顶尖6夹持定位；如图3，4所示，使环形中心架机构5上的四个夹持套筒18退开防止接触工件，通过环形中心架液压装置13使环形中心架蝶形弹簧油缸15通油，让夹紧状态的环形中心架压板16放松后，通过机床数控操作面板控制环形中心架移动电机14移动至长轴零件中间位置，随后通过环形中心架液压装置13使环形中心架蝶形弹簧油缸15复位夹紧，缓慢唤醒中心架机构的旋转卡盘17，校表零件自重形变状态下外圆跳动，观察校表数值，等零件转动到因自重形变状态而引起的垂直于轴线的线位移最大值时，停止零件转动，让水平轴线的两个套筒先接触零件，使零件在水平方向保持静止状态，随后卡盘转动180度停止，记录垂直于轴线线位移的最小值，计算两值的平均值。随后调整垂直轴线的两个套筒，使校表数值达到平均值后，锁紧四个套筒。

车削出零件总长均分的四处外圆用于自定心中心架作为旋转基准。随后撤去环形中心架5，使四个自定心中心架4分别移动到位并夹紧零件四处外圆基准。如图2所示四个自定心中心架机构，通过液压装置12使蝶形弹簧油缸9通油，让夹紧状态的压板10放松后，通过机床数控操作面板控制自定心中心架移动电机11移动到位，通过液压装置12使自定心中心架驱动上下及中心三臂8，上下及中心三臂8上的高精度回转滚轮同时接触工件夹紧工件。当刀架3车削至某一个自定心中心架夹持处，松开此中心架夹持臂并移动该中心架至已车削外圆处再次夹紧工件，如此往复至车削完毕。

以上方式解决了传统的加工方法采用的多点固定支撑、人工接刀方式导致的外表面接刀错位痕迹，提高了零件整体加工精度和生产效率。

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专利的原理，在不脱离本发明专利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 (7)

1.一种用于长轴类零件自动加工机床，包括一个用于放置长轴类工件的多段拼接床身，床身一段设置有一个主轴箱，床身另一端设置有一个尾架，主轴箱上设置有一个卡盘；尾架上设置有顶尖，其特征在于：所述床身上设置有四个用于支撑工件的自定心中心架机构及一个用于调整长轴类工件挠度的环形中心架机构，所述自定心中心架机构和环形中心架机构分别通过移动及锁紧装置与床身上的导轨连接，所述自定心中心架机构和环形中心架机构通过各自的夹紧装置自动夹紧工件及打开，并通过移动及锁紧装置能在床身上前后移动或自动锁紧在床身导轨上；所述导轨上设置有一个拖板，拖板上设置有用于车削的八工位回转刀架。

2.根据权利要求1所述的用于长轴类零件自动加工机床，其特征在于：所述床身采用三导轨结构，其中，中心架及尾架导轨为三角导轨与平导轨组合，拖板导轨为二平导轨组合，使得拖板上设置的用于车削的八工位回转刀架进行车削时前后移动不干涉用于径向支撑的中心架及顶紧工件的尾架。

3.根据权利要求1所述的用于长轴类零件自动加工机床，其特征在于：所述自定心中心架机构包括自定心中心架座、上下及中心三臂、移动及锁紧装置、液压装置，所述自定心中心架座底部装有移动及锁紧装置中的压板和弹簧油缸，所述压板连接弹簧油缸，所述自定心中心架座底部后侧设有移动及锁紧装置中的移动电机及驱动轮，所述自定心中心架座上部装有上下及中心三臂，液压装置分别连接弹簧油缸和上下及中心三臂的驱动油缸。

4.根据权利要求3所述的用于长轴类零件自动加工机床，其特征在于：所述自定心中心架机构通过移动电机驱动移动，到位时内置的蝶形弹簧油缸带动压板自动锁紧在床身导轨上，并通过液压装置同时驱动上下及中心三臂，使上下及中心三臂上的高精度回转滚轮同时接触工件及夹紧工件或放松。

5.根据权利要求1所述的用于长轴类零件自动加工机床，其特征在于：所述环形中心架机构包括环形中心架座、移动及锁紧装置、卡盘、夹持套筒，所述环形中心架座底部装有移动及锁紧装置中的压板和蝶形弹簧油缸，所述压板连接蝶形弹簧油缸连接移动及锁紧装置中的液压装置，所述环形中心架座底部后侧设有移动及锁紧装置中的移动电机及驱动轮，所述环形中心架座上部设有卡盘，所述卡盘内设有四个夹持套筒。

6.根据权利要求5所述的用于长轴类零件自动加工机床，其特征在于：所述环形中心架机构通过移动电机驱动移动，到位时内置的蝶形弹簧油缸带动压板自动锁紧在床身导轨上。

7.一种长轴类零件自动加工方法，采用权利要求1-6任一所述的用于长轴类零件自动加工机床，其特征在于，具体包括以下步骤：

第一步骤，将长轴类零件一端夹持在卡盘上，另一端顶在尾架顶尖上，长轴类零件中间位置用环形中心架机构径向支撑，先调整环形中心架机构圆周均布的四个夹持套筒保持脱开长轴类零件状态，缓慢旋转卡盘，校表长轴类零件自重形变状态下外圆跳动，观察校表数值，等长轴类零件转动到因自重形变状态而引起的垂直于轴线的线位移最大值时，停止长轴类零件转动，让水平轴线的两个夹持套筒先接触长轴类零件，使长轴类零件在水平方向保持静止状态，随后卡盘转动180度停止，记录垂直于轴线线位移的最小值，计算两值的平均值；随后调整垂直轴线的两个套筒，使校表数值达到平均值后，锁紧四个夹持套筒；此时长轴类零件通过装夹已经去除了因自重作用下引起的形变；

第二步骤，车削出长轴类零件总长均分的四处外圆用于自定心中心架机构作为旋转基准，随后撤去环形中心架机构，使四个自定心中心架机构分别移动到位并夹紧长轴类零件四处外圆基准；

第三步骤，车削时分粗精加工长轴类零件外圆，车削时注意尾架顶紧力显示仪，微调尾座套筒，使长轴类零件在受到切削外力时增加或减少的尾座顶紧力保持一致；当车削至某一个自定心中心架夹持处，松开此中心架夹持臂并移动该中心架至已车削外圆处再次夹紧工件，如此往复至车削完毕。

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