CN115741107A - 一种4米数控卧式钻铣加工中心 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种4米数控卧式钻铣加工中心，属于机械技术领域。它包括一台数控卧式钻铣床和一台高精度数控回转工作台，高精度数控回转工作台位于数控卧式钻铣床左前端，所述高精度数控回转工作台内部中心处设有圆光栅组件装置，高精度数控回转工作台顶部设有自定心伺服夹紧装置，数控卧式钻铣床的主轴箱设有刀具回退系统。本发明通过高精度数控回转工作台上的三卡爪式自定心伺服夹紧装置将工件自定心夹紧找正，精确分度，通过穿轴式圆光栅组件装置实现高精度数控回转工作台旋转角度的精确测量计数，立卧转换加工，自动换刀加工工序均能够在一台数控卧式钻铣床实现，其主轴箱还设有数控钻削扭矩过大时的刀具回退系统，以保证工件及刀具的安全。

Description

一种4米数控卧式钻铣加工中心

技术领域

本发明涉及一种4米数控卧式钻铣加工中心，属于机械技术领域。

背景技术

4米数控卧式钻铣加工中心属于钻孔专用加工设备，现今钻孔设备大多采用龙门钻铣床，或大型数控镗床加工，在工件装夹及立卧加工转换方面，其使用效率始终都无法得到提高，尤其是大型圆盘类零件、风电轴承零件和大型法兰类零件，零件加工轴向孔，径向孔交叉布置，直径变化大，调整找正时间长，无法实现一次装夹，所使用的液压夹紧力较小，故障也较多；而且现有使用的圆光栅组件装置为一体法兰盘式的驱动结构，工作台带动下方导电滑环旋转时与圆光栅转子旋转运动并没有分开，导致圆光栅与导电滑环会产生互相干扰的情况，直接影响着圆光栅的测量精度，无法有效的实现工作台旋转角度的精确测量计数，拆装及调试也不够方便；数控钻削加工设备在加工工件的过程中，在钻削负载过大时，容易损坏刀具或工件。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种4米数控卧式钻铣加工中心，该装置通过高精度数控回转工作台上的三卡爪式自定心伺服夹紧装置将工件自定心夹紧找正，精确分度，通过穿轴式圆光栅组件装置实现高精度数控回转工作台旋转角度的精确测量计数，立卧转换加工，自动换刀加工工序均能够在一台数控卧式钻铣床实现，其主轴箱还设有数控钻削扭矩过大时的刀具回退系统，以保证工件及刀具的安全。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种4米数控卧式钻铣加工中心，包括一台数控卧式钻铣床和一台高精度数控回转工作台，高精度数控回转工作台位于数控卧式钻铣床左前端，所述高精度数控回转工作台内部中心处设有圆光栅组件装置，高精度数控回转工作台顶部设有自定心伺服夹紧装置，数控卧式钻铣床的主轴箱设有刀具回退系统。

圆光栅组件装置包括上法兰盘a、上法兰盘b、下法兰盘a、下法兰盘b、圆光栅、中间中空传动轴、支撑轴承、下端法兰盘和导电滑环，垂直方向的中间中空传动轴位于高精度数控回转工作台内部中心处，下法兰盘b穿过中间中空传动轴与高精度数控回转工作台内部固定，下法兰盘a配合穿过中间中空传动轴与下法兰盘b固定；在下法兰盘b上方，上法兰盘b穿过中间中空传动轴顶端与高精度数控回转工作台内部固定，上法兰盘a配合穿过中间中空传动轴顶端并固定于上法兰盘b上方；在下法兰盘b下方，圆光栅穿过中间中空传动轴与下法兰盘a固定，圆光栅底部设有圆光栅定子支架；中间中空传动轴偏上端和偏下端均配合连接有一撑轴承，圆光栅定子支架与上端支撑轴承配合连接，在下端支撑轴承下方，中间中空传动轴上配合连接有下端法兰盘，下端法兰盘与高精度数控回转工作台内部固定；在下端法兰盘下方，中间中空传动轴底部连接着导电滑环。

自定心伺服夹紧装置包括伺服电机、伞齿轮、进给丝杆、夹紧体、卡爪、底座和连接体，连接体圆周方向上设有三个间隔均匀的底座，夹紧体分别置于底座中，夹紧体顶部偏外侧均固定有一卡爪，夹紧体内部均设有一进给丝杆，进给丝杆与夹紧体内部固定的丝母啮合连接，进给丝杆里侧均设有一伞齿轮；伺服电机通过减速器连接于连接体水平横向的一侧，并位于两夹紧体之间的中间位置处；减速器与同向的伞齿轮通过花键轴及联轴器相连接，使与伺服电机同一水平线的进给丝杆通过联轴器与电机轴直联，伺服电机两侧的两个进给丝杆通过各自伞齿轮与水平方向伞齿轮之间的啮合来与电机轴连接。

刀具回退系统包括西门子数控系统PPU271.4、输入输出模块PP72/48D、振动接收器、振动传感器、电源模块、铣主轴功率模块和X/Z轴功率模块，西门子数控系统PPU271.4的PN1接口通过Drive-CliQ电缆连接至输入输出模块PP72/48D的X2-1接口，输入输出模块PP72/48D的X111接口用50针扁平电缆通过端子转换器连接至振动接收器，振动接收器与振动传感器之间通过屏蔽电缆连接；数控系统PPU271.4与电源模块、铣主轴功率模块、X/Z轴功率模块之间均通过西门子Drive-CliQ电缆连接；在数控钻削加工设备的钻刀架近刀具主轴端增加振动传感器、传感器接收器，配合西门子S120主轴模块、PLC控制、NC同步动作控制。

数控卧式钻铣床包括床身、立柱、主轴箱、立卧转换洗头、二十工位刀库和排屑器，床身为封闭的箱型结构，立柱的下滑座置于床身的直线导轨上，由床身内部的滚珠丝杠驱动机构驱动其移动；主轴箱设置在立柱上并能做垂直方向的上下移动，主轴箱前端安装有可拆卸的立卧转换洗头，二十四工位刀库安装在机床前侧，立卧转换洗头可实现水平及垂直自动转位，在水平位置时与二十工位刀库进行刀具置换；排屑器在床身的整机防护罩下部，嵌入在地基下方，通过防护罩两侧的排屑口，收集冷却液及铁屑。

自定心伺服夹紧装置的伺服电机通过减速器、联轴器及伞齿轮驱动着均匀布置的三个进给丝杆同时旋转，伺服电机的主轴通过联轴器直接驱动正对着的进给丝杆，伺服电机两侧的进给丝杆由伞齿轮之间齿轮传动的方式来驱动，旋转的进给丝杆通过与丝母的啮合驱动夹紧体在底座中做进给移动，由夹紧体上的各卡爪自动把大型圆盘类零件夹紧和定位，再由数控卧式钻铣床的主轴箱驱动立卧转换洗头来对零件进行加工；高精度数控回转工作台驱动上法兰盘a、上法兰盘b转动，上法兰盘a、上法兰盘b驱动中间中空传动轴旋转，中间中空传动轴带动底部导电滑环内转子旋转，实现高精度数控回转工作台的电缆线与高精度数控回转工作台同步转动，完成配电、信号传输；高精度数控回转工作台带动下法兰盘a、下法兰盘b驱动圆光栅内转子在支撑轴承的支撑作用下旋转，实现高精度数控回转工作台旋转角度的精确测量计数；两种不同精度的功能传输链通过高精度数控回转工作台共同驱动，分层控制，使精密的圆光栅与导电滑环实现互不干扰，并在结构上可实现分别调整，通过穿轴式圆光栅组件装置确保动力、信号传输，确保圆光栅驱动不受夹紧组件干扰。

主轴箱的刀具回退系统会在钻削负载过大时，由振动传感器采集负载波形进行实时动态比较，S120主轴模块采集扭矩实际值进行实时比较，当扭矩值与振动频率持续一段时间超过设定值时，系统通过PLC处理发出指令，NC同步动作执行回退动作，实现刀具回退到指定的安全区域，保证工件及刀具的安全，避免刀具与工件的损坏。

本发明的有益效果是：本发明具有工件自动定心找正，精确分度，自动卡紧，装夹找正速度快，钻主轴自动立卧转换，刀具自动换刀等特点，机床可实现一次装夹，满足径向孔、轴向孔全部加工工序的加工要求，有效的提高了工作效率，保证了加工精度；通过将圆光栅和导电滑环两种不同精度的功能传输链通过工作台共同驱动，分层控制，能够有效的使其自动定心，分度精度高；刀具回退系统解决了在数控钻削加工中，当刀具遇到复杂的加工情况时，刀具回退到指定的安全区域，保证工件及刀具的安全，避免刀具与工件的损坏；该数控卧式钻铣加工中心可实现大型轴承外圈，大型法兰类零件批量化加工的生产需要，是解决风电轴承零件的批量化生产的专用设备，具有较好的市场前景，也具有很高的技术推广价值。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

图1是本发明的主视图。

图2是图1的俯视图。

图3是图1的左视图。

图4是数控卧式钻铣床的立体图。

图5是自定心伺服夹紧装置的结构示意图。

图6是图5的俯视图。

图7是高精度数控回转工作台的结构示意图。

图8是圆光栅组件装置的结构示意图。

图9是本发明的主轴箱的刀具回退系统的电气控制图。

图10是本发明的刀具回退系统的模块框图。

图中标号：

1、数控卧式钻铣床，2、高精度数控回转工作台，3、圆光栅组件装置，301、上法兰盘a，302、上法兰盘b，303、下法兰盘a，304、下法兰盘b，305、圆光栅，306、圆光栅定子支架，307、中间中空传动轴，308、支撑轴承，309、下端法兰盘，310、导电滑环联轴器，311、导电滑环，4、自定心伺服夹紧装置，401、伺服电机，402、减速器，403、联轴器，404、伞齿轮，405、进给丝杆，406、丝母，407、夹紧体，408、卡爪，410、底座，411、连接体，5、床身，6、立柱，7、主轴箱，8、立卧转换洗头，9、二十工位刀库，10、排屑器。

具体实施方式

如图1—10所示，一种4米数控卧式钻铣加工中心，包括一台数控卧式钻铣床1和一台高精度数控回转工作台2，高精度数控回转工作台2位于数控卧式钻铣床1的左前端，所述高精度数控回转工作台2内部中心处设置有一垂直方向的圆光栅组件装置3，高精度数控回转工作台2顶部设置有一三卡爪式的自定心伺服夹紧装置4，数控卧式钻铣床1的主轴箱7设置有刀具回退系统。

穿轴式结构的圆光栅组件装置3包括上法兰盘a301、上法兰盘b302、下法兰盘a303、下法兰盘b304、圆光栅305、中间中空传动轴307、支撑轴承308、下端法兰盘309和导电滑环311，垂直方向的中间中空传动轴307位于高精度数控回转工作台2内部的中心位置处，下法兰盘b304穿过中间中空传动轴307与高精度数控回转工作台2内部固定连接，下法兰盘a303配合穿过中间中空传动轴307与下法兰盘b304固定连接；在下法兰盘b304上方，上法兰盘b302穿过中间中空传动轴307顶端与高精度数控回转工作台2内部固定连接，上法兰盘a301配合穿过中间中空传动轴307顶端并固定连接于上法兰盘b302上方；在下法兰盘b304下方，圆光栅305穿过中间中空传动轴307与下法兰盘a303固定连接，圆光栅305底部设有圆光栅定子支架306；中间中空传动轴307偏上端和偏下端均配合连接有一撑轴承308，用于支撑中间中空传动轴307，圆光栅定子支架306与上端支撑轴承308配合连接，在下端支撑轴承308下方，中间中空传动轴307上配合连接有下端法兰盘309，下端法兰盘309与高精度数控回转工作台2内部固定连接；在下端法兰盘309下方，中间中空传动轴307的底部通过导电滑环联轴器310连接着导电滑环311；上法兰盘a301、上法兰盘b302用于驱动导电滑环311，下法兰盘a303、下法兰盘b304用于驱动圆光栅305的转子。

自定心伺服夹紧装置4包括伺服电机401、伞齿轮404、进给丝杆405、夹紧体407、卡爪408、底座410和连接体411，所述连接体411圆周方向上设有三个间隔均匀的底座410，夹紧体407分别置于底座401中，夹紧体407顶部偏外侧均固定连接有一卡爪408，夹紧体407的内部均设有一进给丝杆405，进给丝杆405与夹紧体407内部固定的丝母406啮合连接，进给丝杆405里侧均设有一伞齿轮404；伺服电机401通过减速器402连接于连接体411水平横向的一侧，并位于两夹紧体407之间的中间位置处；减速器402与同向的伞齿轮404通过花键轴及联轴器3相连接，使与伺服电机401同一水平线的进给丝杆405通过联轴器403与电机轴直联，伺服电机401两侧的两个进给丝杆405通过各自伞齿轮404与水平方向伞齿轮404之间的啮合来与电机轴连接。

刀具回退系统包括西门子数控系统PPU271.4、输入输出模块PP72/48D、振动接收器、振动传感器、电源模块、铣主轴功率模块和X/Z轴功率模块，西门子数控系统PPU271.4的PN1接口通过Drive-CliQ电缆连接至输入输出模块PP72/48D的X2-1接口，输入输出模块PP72/48D的X111接口用50针扁平电缆通过端子转换器连接至振动接收器，振动接收器与振动传感器之间通过屏蔽电缆连接；数控系统PPU271.4与电源模块、铣主轴功率模块、X/Z轴功率模块之间均通过西门子Drive-CliQ电缆连接；在数控钻削加工设备的钻刀架近刀具主轴端增加振动传感器、传感器接收器，配合西门子S120主轴模块、PLC控制、NC同步动作控制。

数控卧式钻铣床1包括床身5、立柱6、主轴箱7、立卧转换洗头8、二十工位刀库9和排屑器10，床身5为封闭的箱型结构，立柱6的下滑座置于床身5的直线导轨上，由床身5内部的滚珠丝杠驱动机构驱动其移动；主轴箱7设置在立柱6上并能做垂直方向的上下移动，主轴箱7前端安装有可拆卸的立卧转换洗头8，二十四工位刀库9安装在机床前侧，立卧转换洗头8可实现水平及垂直自动转位，在水平位置时与二十工位刀库9进行刀具置换；排屑器10在床身1的整机防护罩下部，嵌入在地基下方，通过防护罩两侧的排屑口，收集冷却液及铁屑。

在使用过程中，自定心伺服夹紧装置4的伺服电机401通过减速器402、联轴器403及伞齿轮404驱动着均匀布置的三个进给丝杆405同时旋转，伺服电机401的主轴通过联轴器403直接驱动正对着的进给丝杆405，伺服电机401两侧的进给丝杆405由伞齿轮404之间齿轮传动的方式来驱动，旋转的进给丝杆405通过与丝母406的啮合驱动夹紧体407在底座410中做进给移动，由夹紧体407上的各卡爪408自动把大型圆盘类零件夹紧和定位，再由数控卧式钻铣床1的主轴箱7驱动立卧转换洗头8来对零件进行加工；高精度数控回转工作台2驱动上法兰盘a401、上法兰盘b402转动，上法兰盘a401、上法兰盘b402驱动中间中空传动轴407旋转，中间中空传动轴407带动底部导电滑环411内转子旋转，实现高精度数控回转工作台2的电缆线与高精度数控回转工作台2同步转动，完成配电、信号传输；高精度数控回转工作台2的驱动为双伺服电机通过双电机消隙技术实现工作台C轴回转运动，高精度数控回转工作台2带动下法兰盘a403、下法兰盘b404驱动圆光栅405内转子在支撑轴承408的支撑作用下旋转，实现高精度数控回转工作台2旋转角度的精确测量计数；两种不同精度的功能传输链通过高精度数控回转工作台2共同驱动，分层控制，使精密的圆光栅405与导电滑环411实现互不干扰，并在结构上可实现分别调整，通过穿轴式圆光栅组件装置3确保动力、信号传输，确保圆光栅驱动不受夹紧组件干扰。

主轴箱7的刀具回退系统会在钻削负载过大时，由振动传感器采集负载波形进行实时动态比较，S120主轴模块采集扭矩实际值进行实时比较，当扭矩值与振动频率持续一段时间超过设定值时，系统通过PLC处理发出指令，NC同步动作执行回退动作，实现刀具回退到指定的安全区域，保证工件及刀具的安全，避免刀具与工件的损坏。

Claims (4)

1.一种4米数控卧式钻铣加工中心，包括一台数控卧式钻铣床（1）和一台高精度数控回转工作台（2），高精度数控回转工作台（2）位于数控卧式钻铣床（1）的左前端，其特征在于：所述高精度数控回转工作台（2）内部中心处设有一垂直方向的圆光栅组件装置（3），高精度数控回转工作台（2）顶部设有一自定心伺服夹紧装置（4），数控卧式钻铣床（1）的主轴箱（7）设有刀具回退系统。

2.根据权利要求1所述的一种4米数控卧式钻铣加工中心，其特征在于：圆光栅组件装置（3）包括上法兰盘a（301）、上法兰盘b（302）、下法兰盘a（303）、下法兰盘b（304）、圆光栅（305）、中间中空传动轴（307）、支撑轴承（308）、下端法兰盘（309）和导电滑环（311），中间中空传动轴（307）位于高精度数控回转工作台（2）中，下法兰盘b（304）穿过中间中空传动轴（307）与高精度数控回转工作台（2）内部固定连接，下法兰盘a（303）配合穿过中间中空传动轴（307）与下法兰盘b（304）固定；在下法兰盘b（304）上方，上法兰盘b（302）穿过中间中空传动轴（307）顶端与高精度数控回转工作台（2）内部固定连接，上法兰盘a（301）配合穿过中间中空传动轴（307）顶端并固定连接于上法兰盘b（302）上方；在下法兰盘b（304）下方，圆光栅（305）穿过中间中空传动轴（307）与下法兰盘a（303）固定连接，圆光栅（305）底部设有圆光栅定子支架（306）；中间中空传动轴（307）偏上端和偏下端均配合连接有一撑轴承（308），圆光栅定子支架（306）与上端支撑轴承（308）配合连接，在下端支撑轴承（308）下方，中间中空传动轴（307）上配合连接有下端法兰盘（309），下端法兰盘（309）与高精度数控回转工作台（2）内部固定连接；在下端法兰盘（309）下方，中间中空传动轴（307）的底部通过导电滑环联轴器（310）连接着导电滑环（311）。

3.根据权利要求1所述的一种4米数控卧式钻铣加工中心，其特征在于：自定心伺服夹紧装置（4）包括伺服电机（401）、伞齿轮（404）、进给丝杆（405）、夹紧体（407）、卡爪（408）、底座（410）和连接体（411），所述连接体（411）圆周方向上设有三个间隔均匀的底座（410），夹紧体（407）分别置于底座（401）中，夹紧体（407）顶部偏外侧均固定连接有一卡爪（408），夹紧体（407）的内部均设有一进给丝杆（405），给丝杆（405）与夹紧体（407）内部固定的丝母（406）啮合连接，进给丝杆（405）里侧均设有一伞齿轮（404）；伺服电机（401）连接于连接体（411）水平横向的一侧，并位于两夹紧体（407）之间的中间位置处；与伺服电机（401）同一水平线的进给丝杆（405）通过联轴器（403）与电机轴直联，伺服电机（401）两侧的两个进给丝杆（405）通过各自伞齿轮（404）与水平方向伞齿轮（404）之间的啮合来与电机轴连接。

4.根据权利要求1所述的一种4米数控卧式钻铣加工中心，其特征在于：刀具回退系统

包括西门子数控系统PPU271.4、输入输出模块PP72/48D、振动接收器、振动传感器、电源模块、铣主轴功率模块和X/Z轴功率模块，所述西门子数控系统PPU271.4的PN1接口通过Drive-CliQ电缆连接至输入输出模块PP72/48D的X2-1接口，所述输入输出模块PP72/48D的X111接口用50针扁平电缆通过端子转换器连接至振动接收器，所述振动接收器与振动传感器之间通过屏蔽电缆连接；所述数控系统PPU271.4与电源模块、铣主轴功率模块、X/Z轴功率模块之间均通过西门子Drive-CliQ电缆连接；在数控钻削加工设备的钻刀架近刀具主轴端增加振动传感器、传感器接收器，配合西门子S120主轴模块、PLC控制、NC同步动作控制，在钻削负载过大时，振动传感器采集负载波形进行实时动态比较，S120主轴模块采集扭矩实际值进行实时比较，当扭矩值与振动频率持续一段时间超过设定值时，系统通过PLC处理发出指令，NC同步动作执行回退动作，实现刀具回退到指定的安全区域。

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