CN117282996A - 一种立式对称数控车床 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种立式对称数控车床，包括主轴和尾座顶尖，所述主轴和尾座顶尖同轴设置，还包括进给箱体，所述进给箱体可沿所述主轴的轴向方向进给，所述进给箱体上可滑动的设置有两个车刀，所述车刀设置于所述主轴与所述尾座顶尖之间位置，所述车刀的刀尖正对所述主轴的轴心线设置，所述车刀在所述进给箱体上的滑动方向与所述主轴的径向方向相同，两个所述车刀以所述主轴的轴心线为中心呈中心对称设置；该立式对称数控车床可在对细轴类零件进行精车时避免工件偏移或侧弯而出现的让刀或扎刀等车削困难的情况，降低了精车时对顶尖顶力、背吃刀量的要求，有利于保证车削进给准确，车削精度高且车削效率高。

Description

一种立式对称数控车床

技术领域

本发明涉及数控车床技术领域，具体为一种立式对称数控车床。

背景技术

在机械加工领域，特别是材料检测用拉伸试样的制样加工领域，常常需要加工轴颈很细的回转类零件，由于这类零件的多轴段之间往往是通过圆弧过渡联接，因而最常见的加工方式仍然是采用一夹一顶的数控车床加工。在加工这类零件时，需要以轴两端顶尖孔为基准来检测多段跳动，为了提高零件的加工精度，经常在最终精车加工时还采用双顶加拨爪或拨盘驱动的方式进行车削加工。

现有的普通数控车床在对这类高强度材料零件实施双顶加工时，由于车刀尖部为圆弧形，在车刀切入工件进行切削时，车刀尖部实质上对工件施加有径向力、切向力和轴向力（该径向力、切向力和轴向力分别指沿轴类工件的径向、切向和轴向方向的分力，工件对车刀的车削抗力即对应于上述径向力、切向力和轴向力的反作用力）。在双顶车削情况下，工件两端为铰支座连接状态（无转动和偏转约束），切削时要求顶尖对工件有适当的顶力才能满足切削条件，在合适的顶力下，特别对于高强度材料的细轴颈加工而言，若吃刀量过小，在车刀刀尖切入前，工件的轻微让刀会造成加工尺寸不足现象；而当吃刀量补足后，又可能造成扎刀引起的过切现象。

因此，在对大部分工件进行车削时，需要在保证车刀尽量锋利的情况下，采用适当的顶尖顶力，以使得车削时工件中部处于0.2-0.4的变形量以内的合理变形下。特别对于高强度材料的工件，为了控制变形，还必须严格控制车削量，包括控制背吃刀量ap和进给速度F。进给速度F降低会造成这类细轴件的车削效率低下；背吃刀量ap过小又会造成刀尖磨损过快，磨损后的刀尖反而对工件产生过大的径向力。这些都主要是因单边径向力造成的轴颈偏移，从而导致存在这类细轴件的车削进给不准、车削精度差的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种立式对称数控车床，其可在对细轴类零件进行精车时避免工件偏移或侧弯而出现的让刀无法车削的情况，降低了精车时对顶尖顶力、背吃刀量、进给速度的要求，有利于保证车削进给准确，车削精度高且车削效率高。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种立式对称数控车床，包括主轴和尾座顶尖，所述主轴和尾座顶尖同轴设置，还包括进给箱体，所述进给箱体可沿所述主轴的轴向方向进给，所述进给箱体上可滑动的设置有两个车刀，所述车刀设置于所述主轴与所述尾座顶尖之间位置，所述车刀的刀尖正对所述主轴的轴心线设置，所述车刀在所述进给箱体上的滑动方向与所述主轴的径向方向相同，两个所述车刀以所述主轴的轴心线为中心呈中心对称设置。

进一步的，还包括底座、车头箱和两根立柱，两根所述立柱相互平行设置，所述立柱的底端与所述底座固定连接，所述立柱的顶端与所述车头箱固定连接；所述主轴可转动的设置于所述车头箱中部，所述车头箱上安装有主轴电机，所述主轴电机用于驱动所述主轴转动；所述底座中部可滑动的设置有尾座滑套，所述尾座顶尖安装于所述尾座滑套的顶端；所述进给箱体的两端可滑动的套设于所述立柱上，所述进给箱体中部开设有贯穿的中通腔。

进一步的，所述进给箱体上平行设置有两个X轴导轨，所述X轴导轨与所述主轴的轴心线垂直设置，两个所述X轴导轨内均可滑动的设置有X轴滑块，两个所述X轴滑块上均设置有刀台，两个所述车刀分别安装在两个所述刀台上。

进一步的，所述进给箱体上还设置有两个X轴伺服电机，两个所述X轴伺服电机分别用于驱动两个X轴滑块同步进给。

进一步的，所述车头箱上固定设置有Z轴伺服电机，所述Z轴伺服电机的输出轴上连接有Z轴丝杆，所述Z轴丝杆与所述进给箱体螺纹连接。

本发明的有益效果是：

该立式对称数控车床，包括同轴设置的主轴和尾座顶尖，在车削时设置两个车刀同步车削，该两个车刀以主轴的轴心线为中心呈中心对称设置，在进行车削时双刀吃刀深度完全一致。两个车刀对工件的切向力形成对抗工件回转的力偶，其并不会造成工件偏斜或侧弯；两个车刀对工件的轴向力为沿工件的轴向方向，也不会造成工件偏斜或侧弯；两个车刀对工件的径向力的大小相等、方向相反可完全抵消，也不会造成工件偏斜或侧弯。由此可见，该立式对称数控车床通过设置两个以主轴的轴心线为中心呈中心对称设置的车刀，在车削时保证双刀吃刀深度完全一致并同时进给，即可避免工件偏斜或侧弯造成的让刀现象。由此，降低了精车时对顶尖顶力、背吃刀量的要求；也有利于保证车削进给准确、车削精度高；同时，因无需担心精车过程中的让刀情形，亦可以使用更快的进给速度，提高车削效率。

附图说明

图1为本发明一种立式对称数控车床的整体结构示意图；

图2为图1所示一种立式对称数控车床的拆分结构示意图；

图3为图1所示一种立式对称数控车床的侧视结构示意图；

图4为图1所示一种立式对称数控车床的中部剖视结构示意图；

图5为图3中部工件车削状态的放大示意图；

图6为本发明一种立式对称数控车床在车削时两个车刀对工件的作用力分析示意图；

图7为本发明一种立式对称数控车床的一种具体实施例的结构示意图；

图中，1-主轴，2-尾座顶尖，3-进给箱体，4-左车刀，5-右车刀，6-工件，7-底座，8-车头箱，9-立柱，10-主轴电机，11-尾座滑套，12-X轴滑块，13-X轴伺服电机，14-电动转动刀台，15-Z轴伺服电机，16-Z轴丝杆，17-平衡缸，18-圆螺母。

实施方式

下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。

如图1至图7所示，一种立式对称数控车床，包括主轴1和尾座顶尖2，主轴1和尾座顶尖2同轴设置，还包括进给箱体3，进给箱体3可沿主轴1的轴向方向进给。在进给箱体3上可滑动的设置有两个车刀（左车刀4和右车刀5），左车刀4和右车刀5均设置于主轴1与尾座顶尖2之间位置，左车刀4和右车刀5的刀尖均正对主轴1的轴心线设置，左车刀4和右车刀5在进给箱体3上的滑动方向与主轴1的径向方向相同，左车刀4和右车刀5以主轴的轴心线为中心呈中心对称设置。

该立式对称数控车床在对细轴类的工件6进行车削时，工件6装夹于主轴1和尾座顶尖2之间，在装夹时主轴夹头可以是液压夹紧的主轴系统，也可以是手动三爪卡盘配一般主轴，也可以是主轴加顶尖加拨盘，还可以是后拉弹簧夹头系统等，此均为现有技术，此处不过多赘述。在车削时，工件6在主轴1的带动下旋转，左车刀4和右车刀5对称设置于工件6两侧。由于左车刀4和右车刀5在进给箱体3上的滑动方向与主轴1的径向方向相同，即与细轴类的工件6的径向方向相同，左车刀4和右车刀5可通过同步滑动完成背吃刀量的同步调整；由于进给箱体3可沿主轴1的轴向方向移动，左车刀4和右车刀5可随进给箱体3的移动同步进给，完成工件6的车削。

该立式对称数控车床在进行车削时，左车刀4和右车刀5对工件6的作用力如图6所示，图中：Ft1为左车刀4对工件6的切向力，Ft2为右车刀5对工件6的切向力，此为切削时的主切削力；Fr1为左车刀4对工件6的径向力，Fr2为右车刀5对工件6的径向力，此径向力大小与刀尖半径相关；Ff1为左车刀4对工件6的轴向力，Ff2为右车刀5对工件6的轴向力，此径向力大小与背吃刀深度相关。由于车削时左车刀4和右车刀5始终以主轴的轴心线为中心呈中心对称，双刀吃刀深度完全一致，在进行车削时，前述切向力Ft1、Ft2形成对抗工件回转的力偶，其并不会造成工件6偏斜或侧弯，不会出现让刀情形；前述轴向力Ff1、Ff2的方向沿工件6的轴向方向，也不会造成工件6偏斜或侧弯，不会出现让刀情形；前述径向力Fr1、Fr2的大小相等、方向相反可完全抵消，也不会造成工件6偏斜或侧弯，不会出现让刀情形。

由此可见，该立式对称数控车床通过设置两个以主轴1的轴心线为中心呈中心对称设置的车刀，在车削时保证双刀吃刀深度完全一致并同步进给，即可避免工件偏移或侧弯而出现的让刀情形。由此，在精车过程中无需再担心出现让刀情形，降低了精车时对顶尖顶力、背吃刀量的要求,有利于保证车削进给准确、车削精度高；同时亦可以使用更快的进给速度，提高车削效率。

在具体实施时，该立式对称数控车床还包括底座7、车头箱8和两根立柱9，两根立柱9相互平行设置，立柱9的底端与底座7固定连接，立柱9的顶端与车头箱8固定连接（如图7所示实施例为通过圆螺母18装配连接），整机呈口字形框架结构。

主轴1可转动的设置于车头箱8的中部，车头箱8上安装有主轴电机10，主轴电机10用于驱动主轴1转动，主轴电机10可如图1所示与主轴1同轴安装使主轴电机10的输出轴与主轴1的轴端固定连接，主轴电机10还可使用其他安装形式通过传动机构带动主轴1转动。主轴1远离主轴电机10的一端可安装液压夹紧的主轴系统、手动三爪卡盘、顶尖加拨盘、后拉弹簧夹头系统等任意装置以夹持工件6，当主轴1转动时带动工件6一起旋转。

在底座7的中部设置有尾座，尾座内可滑动的设置有尾座滑套11，尾座顶尖2安装于尾座滑套11的顶端，装夹工件时尾座滑套11上升带动尾座顶尖2顶住工件的顶尖孔即可完成装夹。优选的，尾座滑套11可直接选用液压尾座滑套，其液压系统可调整顶紧压力，因而可根据工件的材料和直径提前调整好顶尖的顶紧力大小。

前述立柱9优选为圆立柱，其即作为该立式对称数控车床的结构件又兼具Z轴方向（上下方向）进给的导轨功能。进给箱体3靠近两端位置设置有滑孔套，进给箱体3通过该两个滑孔套可滑动的套设于两根立柱9上，通过进给箱体3的上下滑动可同步带动左车刀4和右车刀5上下进给，即沿工件6的轴向进给。进给箱体3的中部还开设有贯穿的中通腔，在车削时工件6位于该中通腔内部区域以避免干涉。

进一步的，进给箱体3上还平行设置有两个X轴导轨，两个X轴导轨均与所述主轴1的轴心线垂直设置，两个X轴导轨内均可滑动的设置有X轴滑块12，两个所述X轴滑块上均设置有刀台，左车刀4和右车刀5分别安装在两个刀台上。在实施时，上述两个X轴导轨沿主轴的轴心线呈中心对称，以使得X轴滑块12在X轴导轨内滑动时，安装于两个X轴滑块12上的车刀沿主轴1的径向方向滑动。

需要说明，为保证加工精度，在第一次车削前需要对刀，可装夹标准直径芯轴来对刀，即在初始机床工件X坐标归零时需要通过机械调整保证左车刀4和右车刀5的刀尖同时对齐于车削旋转轴线（即主轴1的轴心线），对于装夹标准直径芯轴来对刀的X轴归零是刀尖刚接触标准直径芯轴时输入其半径值，对于调整好的机夹刀，后续的刀片磨损后，直接在机位上更换刀片即可，不用再次对刀和X坐标归零的操作。如图7实施例所示，为方便换刀，两个X轴滑块12上均连接有电动转动刀台14，左车刀4和右车刀5分别安装在两个电动转动刀台14上。设置的电动转台14用于安装多个车刀，在安装车刀时两个电动转台14上相对应的刀位上均按上述方式成对安装车刀并对刀，在车削时可通过两个电动转台14同步调整刀位完成车刀的变换。

进一步的，进给箱体3上还设置有两个X轴伺服电机13，两个X轴伺服电机13分别用于驱动两个X轴滑块12同步滑动，以同步完成左车刀4和右车刀5吃刀量的调整，始终保持前述的径向力平衡。在具体实施时，进给箱体3上可转动的设置有两根X轴丝杆，两个X轴伺服电机13的输出轴分别与两根X轴丝杆的端部固定连接，两个X轴滑块12分别与两根X轴丝杆螺纹连接。通过控制两个X轴伺服电机13同步转动，即可利用该丝杆机构准确控制两个车刀的位置，至于双伺服电机的同步控制，通过一台电机编码器的反馈去控制进另一台电机来达到同步；亦可在两个X轴导轨上安装光栅尺的进行闭环的同步跟踪控制；还可直接使用一拖二控制的两台伺服电机，此均为现有技术，此处不过多赘述。

进一步的，在车头箱8上还固定设置有Z轴伺服电机15，Z轴伺服电机15的输出轴上连接有Z轴丝杆16，Z轴丝杆16与进给箱体3螺纹连接，通过Z轴伺服电机15可带动Z轴丝杆16转动，从而可进一步带动进给箱体3上下滑动，即可带动两个车刀沿主轴1轴向同步进给。本实施例具体实施时，如图1所示，该Z轴伺服电机15、Z轴丝杆16设置有两套，通过对两个Z轴伺服电机15的同步控制即可实现车削过程中车刀的稳定进给。

进一步的，如图7所示实施例中，还设置有平衡缸17，平衡缸17的一端与底座7固定连接，平衡缸17的另一端与进给箱体3固定连接。该平衡缸17可选择液压缸或气缸，用于平衡进给箱体3等相关移动部件的重量，以减少Z轴伺服电机15、Z轴丝杆16的负荷，保证车刀进给准确。

作为更优选的方式是X轴伺服电机13、Z轴伺服电机15配绝对位置编码器，机床每次开机就不用回零操作。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (5)

1.一种立式对称数控车床，包括主轴和尾座顶尖，所述主轴和尾座顶尖同轴设置，还包括进给箱体，所述进给箱体可沿所述主轴的轴向方向进给，其特征在于，

所述进给箱体上可滑动的设置有两个车刀，所述车刀设置于所述主轴与所述尾座顶尖之间位置，所述车刀的刀尖正对所述主轴的轴心线设置，所述车刀在所述进给箱体上的滑动方向与所述主轴的径向方向相同，两个所述车刀以所述主轴的轴心线为中心呈中心对称设置。

2.根据权利要求1所述的一种立式对称数控车床，其特征在于，还包括底座、车头箱和两根立柱，两根所述立柱相互平行设置，所述立柱的底端与所述底座固定连接，所述立柱的顶端与所述车头箱固定连接；

所述主轴可转动的设置于所述车头箱中部，所述车头箱上安装有主轴电机，所述主轴电机用于驱动所述主轴转动；

所述底座中部可滑动的设置有尾座滑套，所述尾座顶尖安装于所述尾座滑套的顶端；

所述进给箱体的两端可滑动的套设于所述立柱上，所述进给箱体中部开设有贯穿的中通腔。

3.根据权利要求2所述的一种立式对称数控车床，其特征在于，所述进给箱体上平行设置有两个X轴导轨，所述X轴导轨与所述主轴的轴心线垂直设置，两个所述X轴导轨内均可滑动的设置有X轴滑块，两个所述X轴滑块上均设置有刀台，两个所述车刀分别安装在两个所述刀台上。

4.根据权利要求3所述的一种立式对称数控车床，其特征在于，所述进给箱体上还设置有两个X轴伺服电机，两个所述X轴伺服电机分别用于驱动两个X轴滑块同步进给。

5.根据权利要求2所述的一种立式对称数控车床，其特征在于，所述车头箱上固定设置有Z轴伺服电机，所述Z轴伺服电机的输出轴上连接有Z轴丝杆，所述Z轴丝杆与所述进给箱体螺纹连接。