CN201350508Y - 一种卧式车床 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及车床，特别涉及一种用于加工轴类工件的多功能卧式车床，用以提高轴类工件的加工精度。一种卧式车床，包括：床身、刀塔、第一导轨和表面固定有刀塔导轨的刀塔滑鞍，所述第一导轨固定在床身上表面，所述刀塔滑鞍架设在第一导轨上，所述刀塔架设在刀塔导轨上，所述刀塔导轨和第一导轨垂直；还包括：中驱式主轴单元、主轴滑鞍和第二导轨；所述第二导轨固定在床身上表面，并和第一导轨平行；所述主轴滑鞍架设在第二导轨上；所述中驱式主轴单元固定在主轴滑鞍上，用于夹持穿过中驱式主轴通孔的被加工工件中部。

Description

一种卧式车床

技术领域

本实用新型涉及车床，特别涉及一种更适于加工轴类工件的多功能卧式车床。

背景技术

目前发动机凸轮轴生产主要采用以下工艺：

一、毛坯准备；

二、粗加工；

三、精加工

毛坯材料以球墨铸铁为主，少数采用煅钢。粗加工线多由采用铣削设备(端面铣床或专机)和车床/卧式车床构成，完成凸轮轴端面(OP10)、主轴颈和止推面的车加工(OP20)。精加工线则以磨床为主，完成凸轮轴主轴颈和凸轮的粗磨和精磨(OP30)。

与凸轮轴加工工艺类式，现有旋转轴类部件的加工工艺由于以下缺陷影响加工精度：

●加工工序种类多，由于工序OP10需要铣削，工序OP20需要车削，工序OP30需要磨削，因此各个工序中分别需要不同种类的设备进行加工；

●加工工序数量多，并需要在不同工序时更换加工设备，从而导致装夹次数多；

●工件基准少，OP10的铣削、OP20的车削和OP30的磨削都使用一个加工基准：中心孔+端面，从而导致工艺难度大；

●工艺不合理，因为铣削是刀具旋转，铣出的两端中心孔很难同轴，端面跳动也难保证。而车加工是工件旋转，车加工钻出的中心孔一定与回转轴同轴，端面跳动容易保证。所以OP10的铣削完成的定位基准(中心孔和端面)远不如车加工精准。

实用新型内容

本实用新型实施例提供一种卧式机床，用以提高轴类工件的加工精度。

一种卧式车床，包括：床身、刀塔、第一导轨和表面固定有刀塔导轨的刀塔滑鞍，所述第一导轨固定在床身上表面，所述刀塔滑鞍架设在第一导轨上，所述刀塔架设在刀塔导轨上，所述刀塔导轨和第一导轨垂直；还包括：中驱式主轴单元、主轴滑鞍和第二导轨；

所述第二导轨固定在床身上表面，并和第一导轨平行；

所述主轴滑鞍架设在第二导轨上；

所述中驱式主轴单元固定在主轴滑鞍上，用于夹持穿过中驱式主轴通孔的被加工工件中部。

进一步，所述的卧式车床还包括：磨头和表面固定有磨头导轨的磨头滑鞍，所述磨头滑鞍架设在第一导轨上，所述磨头架设在磨头导轨上，所述磨头导轨和第一导轨垂直。

更进一步，所述的卧式车床，还包括：多功能台、第三导轨和排刀，所述第三导轨固定在床身上表面，位于第一导轨一端外侧并与第一导轨垂直，所述多功能台架设在第三导轨上，所述排刀固定安装在多功能台上，用于安装固定刀具和/或动力刀具。

较佳的，所述多功能台、第三导轨和排刀配置有两组，分别位于第一导轨的两端外侧。

进而，所述的卧式车床，还包括多工位刀塔，固定安装在所述多功能台上。

较佳的，所述中驱式主轴单元根据被加工工件长度或节拍配置至少一个，每个中驱式主轴单元包括两个用于夹持被加工工件的卡盘，分别架设在中驱式主轴头两侧。

较佳的，所述的卧式车床还包括：有支撑功能的从动主轴单元，与中驱式主轴单元机械连接。

本实用新型提供的卧式车床中，将传统卧式车床的一端夹持、侧驱动方式，改进为中间夹持、中间驱动方式，从而可以在一次装夹后完成大部分关键部位的加工，保证了加工同轴度，提高了加工精度。

附图说明

图1为本实用新型提供的第一种卧式车床主要结构示意图；

图2为本实用新型提供的第二种卧式车床主要结构示意图；

图3为本实用新型提供的中驱式主轴单元的一种具体结构示意图

图4为利用本实用新型提供的卧式车床加工凸轮轴的工艺流程示意图；

图5为利用本实用新型提供的卧式车床加工电动机转子轴的示意图；

图6为利用本实用新型提供的卧式车床加工汽车铝轮毂的示意图。

具体实施方式

本实用新型为提高轴类工件的加工精度，将传统卧式车床的一端夹持方式，改进为中间夹持，中间驱动方式，以便在一次装夹后，可以同时或分别完成被加工工件两侧所有暴露部分的加工，从而提高加工精度。

如图1所示，本实用新型提供的第一种卧式车床主要包括如下结构：

床身101、刀塔1021、第一导轨1022、刀塔滑鞍1023、中驱式主轴单元1031、第二导轨1032和主轴滑鞍1033；其中：

第一导轨1022固定在床身101上表面，刀塔滑鞍1023架设在第一导轨1022上，刀塔滑鞍1023表面固定有刀塔导轨1024，刀塔1021架设在刀塔导轨1024上，刀塔导轨1024和第一导轨1022垂直；

第二导轨1032固定在床身101上表面，第二导轨1032和第一导轨1022平行，主轴滑鞍1033架设在第二导轨1032上，中驱式主轴单元1031固定在主轴滑鞍1033上，中驱式主轴单元1031包括一个卡盘10311，或两个卡盘10311和10314，卡盘10311和10314用于夹持穿过中驱式主轴通孔10312的被加工工件中部，需要说明的是，这里所称的工件中部是相对工件两端而言，只要能露出需要加工的工件两端的部位都可以作为中部夹持。

在图1所示卧式车床上，被加工的轴类工件穿过中驱式主轴通孔10312被卡盘10311和10314加紧后，两端配合部位暴露，通过控制刀塔1021在第一导轨1022上滑动，可以分别利用刀塔1021上安装的刀具完成对两端的加工，同时，由于中驱式主轴单元1031可以在第二导轨1032上滑动，工件的右端面部位的加工可由排刀1043完成。

仍参见图1所示，为完成工件端面以及轴心孔的加工，本实用新型实施例提供的卧式车床还可以包括：多功能台1041、第三导轨1042和排刀1043，其中：

第三导轨1042固定在床身101上表面，位于第一导轨1022一端外侧并与第一导轨1022垂直，多功能台1041架设在第三导轨1042上，排刀1043固定安装在多功能台1041上，用于安装固定刀具和/或动力刀具。

其中的动力刀具，可以根据被加工工件的需要选择功率、转速、方向和规格。进一步还可以在多功能台上固定安装多工位刀塔，用于加工复杂工件。

当然多功能台1041、第三导轨1042和排刀1043可以根据需要配置有两组，一组为前排刀，另一组为后排刀，分别位于第一导轨1022的两端外侧。

如图2所示，本实用新型实施例提供的卧式车床可以配置两组刀塔以及刀塔滑鞍，以实现同时加工被加工工件两端。

进一步参见图2所示，其中一组的刀塔还可以替换为磨头，即本实用新型实施例提供的卧式车床还包括：磨头和表面固定有磨头导轨的磨头滑鞍，磨头滑鞍架设在第一导轨上，磨头架设在磨头导轨上，磨头导轨和第一导轨垂直。

需要说明的是，本实用新型实施例中，中驱式主轴单元根据被加工工件长度或节拍配置至少一个，参加图1所示，每个中驱式主轴单元包括两个用于夹持被加工工件的卡盘：左卡盘10311和右卡盘10314，分别架设在中驱式主轴头两侧。当设置为两个或两个以上时，每个中驱式主轴单元可以包括一个卡盘，或者部分包括两个卡盘。

本实用新型实施例提供的卧式车床还可以包括：仅有支撑功能的从动主轴单元，与中驱式主轴单元机械连接。机械连接可以为长度可调的机械连接，从动主轴单元的卡盘可以根据需要设置为一个或两个。

本实用新型实施例提供的卧式车床不属于专机，而是可以配置成不同规格的系列产品。它的模块化结构和多种选项使该产品具有很大的柔性。比如用单主轴双卡盘+单刀塔+排刀的配置加工凸轮轴；三主轴(两侧固定中间移动)+单/双刀塔的配置加工汽车轮毂；三主轴+左右排刀的配置加工长石油管的两端。

除图1和图2所标识的车床结构部件外，本实用新型实施例提供的卧式车床还包括排屑系统、冷却系统、NC部分、电动控制装置，以及机床防护系统等。下面对各部分结构做进一步详细说明。

床身采用平床身斜床鞍结构。床身Z向的四根导轨(1022和1032)在同一平面，相互平行，简化了加工。其中两根支撑中驱式主轴单元，两根支撑刀塔滑鞍。导轨都选用重载线轨确保滑鞍的刚性、稳定性和快移速度。中小规格产品将采用整体铸铁床身，2米以上大规格产品可采用箱式钢结构焊接床身。床身的右端，预留X2向导轨的位置，这两根导轨也在同一平面上用于安装后排刀多功能台。为减少部件种类，所有导轨采用相同规格和厂家。如图所示，床身的加工区域有排屑孔。下部的排屑通道可安装螺旋式排屑器。排屑通道下面为水箱，容量不小于200升。机床还可以选配独立水箱，在独立水箱上可以配置高压泵和精过滤装置。技术细节为本领域技术人员所熟知，这里不再详细描述。

为本领域技术人员所熟知，理想的中驱式主轴单元应采用电主轴。结构如图3所示，主轴是主驱动电机的转子，两侧为相同规格的标准接口，可以固定卡盘等夹持设备。若加工轴类工件，两个卡盘同时完成固定、驱动和支撑工件的功能，使工件再无轴向力(顶尖)、不弯曲的自然状态下高速旋转实现车削加工。在受空间限制的地方也可以采用伺服电机通过皮带驱动被加工件旋转。

为本领域技术人员所熟知，中驱式主轴单元的标准配置为环形编码器，分辨率为0.001度。保证C轴分度精度。中驱式主轴单元通孔根据规格尽可能大，从65mm到300mm。中驱式主轴单元头为标准平头结构，两侧一致。通常配置相同卡盘。理想的中驱式主轴单元的滑鞍驱动为直接驱动方式，即直线电机驱动。这种驱动方式具有无磨损，快移速度高，位置精度高等优点，尤其适合平床身使用。也可以使用常规的伺服电机直连滚珠丝杠驱动方式，集中润滑丝杠和导轨轴承。理想的卡盘是气动卡盘，气源通过配气盘与卡盘连接，夹紧后单向阀保压。

如果时单刀塔配置，则应选用星形动力刀塔(径向装刀)，一个刀塔可以加工工件的两端。为排屑方便，刀塔安装在有倾斜角度的斜床鞍上。双刀塔配置可以实现两个刀具同时加工工件的两侧以提高效率。作为选项，还可以将其中的一个刀塔换成磨头，实现车、铣、磨一体多功能机床。

本实用新型实施例提供的卧式车床的模块化功能主要通过多功能台实现，可以装在多功能台上的功能模块包括：

●排刀模块-包括固定刀具工位(车、镗、钻加工和顶尖)和动力刀具工位(钻、铣)；

●刀塔模块-六工位刀塔；

●多头钻模块-进行多孔同时加工；

●深孔加工模块-包括高压枪钻、深孔钻、长杆镗刀；

●拉刀模块-加工花键孔或花键轴；

●随动副主轴模块-分段加工长轴时的辅助支撑。

参见图1所示，床面的加工区域有排屑孔。铁屑通过排屑孔排到下部的排屑通道，排屑通道设计成可安装螺旋式排屑器的腔形。倾斜安装，使冷却液流到排屑通道下面为水箱中。床身内水箱容量不小于200升，有滤网和隔板过滤。机床还可以选配独立水箱，在独立水箱上可以配置高压泵和精过滤装置。

数控系统(NC，numeric control)和电气控制装置选用成熟品牌，确保机床控制精度和稳定性。系统需要有足够的备用I/O点以便增加必要的自动功能。电柜置于机床后部。大规格机床可以采用分立结构。

中小规格卧式车床的防护系统采用全封闭结构，预留自动上下料接口。大规格机床则采用部分封闭结构。

下面以具体加工示例进行说明。

首先以凸轮轴加工为例，即用本实用新型提供的卧式车床完成OP10(铣削)和OP20(车削)的全部加工内容，并为下道工序OP30(磨削)提供理想基准(车削完成的中心孔和端面)。

示例一、加工凸轮轴

本示例中，本实用新型提供的卧式车床的配置是单主轴，单刀塔加多功能台上的右排刀。

如图4所示，OP10是传统工艺用加工中心或专机完成的加工内容。采用本实用新型提供的卧式车床在装夹时，用中驱主轴夹中间，露两头，用车削方式完成端面，外圆中心孔的加工(加工时刀具固定，工件旋转)。然后用刀塔和右排刀上的动力刀具完成相位槽和润滑孔的加工(工件固定，刀具旋转)。

如果用同一机床完成OP20的加工任务，可以在多功能台上安装一个随动副主轴(只有固定和支撑功能)，这样可以利用中驱主轴的右卡盘和多功能台上的随动副主轴夹持已在OP10工序中加工好了的两端轴径，完成中间轴径的加工。若工件长或刚性差，右卡盘还可以再换位装夹一次，以保证加工时工件不弯曲。换位装夹时由于副主轴始终不动，因此加工基准不变。新工艺不但减少了OP10工序，减少了一种设备，加工精度还有很大改善。如凸轮轴的主轴颈对中心孔的跳动将小于0.05mm，比传统加工方法压缩一倍。

示例二、电动机转子轴精加工

本示例中，本实用新型提供的卧式车床的配置是单主轴，单刀塔加多功能台上的右排刀。

传统工艺加工电动机转子轴与凸轮轴加工方法类似，OP10加工两端，准备后序基准(车床调头加工)中心孔；OP20车加工(车床两顶)，将轴承台留磨量，其余部分加工到尺寸；OP30铣键槽；OP40磨轴承台。

如图5所示，采用本实用新型提供的卧式车床进行电动机转子轴精加工时，需要毛坯的中间段(安装鼠笼段)也加工到尺寸，其它部分留1mm/边加工余量，不需加工中心孔。装夹时，用中驱主轴夹中间，露两头。完成全部精车部分及中心孔。并用右排刀上的动力铣头完成键槽加工。轴承配合段完全能达到磨加工需要的尺寸精度和表面粗糙度(Ra＜0.8)。新工艺除减少工序，减少设备种类，减少重复装夹，节省工时外，还因没有使工件变形的任何轴向力存在而改善加工精度。尤其在转子有编码器小轴时，优势更明显。

示例三、汽车铝轮毂加工

汽车铝轮毂是典型的盘类工件。本实用新型提供的卧式车床也能配置成高效的盘类工件加工单元。如图6所示，本示例中的中驱式车削中心采用三主轴四卡盘单刀塔配置。其中左右主轴固定，中间主轴可移动为双卡盘中躯主轴单元。中间主轴可以方便与左右主轴对接。动力刀塔轴线与主轴垂直，这样可以对两侧的工件进行各种加工。传统工艺用卧车加立加完成的加工内容可用本实用新型提供的卧式车床一次全部完成。一台三主轴中驱式车削中心等于两台双主轴车床串联。尤其在大批量生产线上，若加用绗架机械手，优势更明显，因为这种结构可以在一侧加工的同时在另一侧上/下料，非加工时间减到最少。

综上所述，本实用新型提供的卧式车床具有以下特点：

1、将传统卧式车床的一端夹持、侧驱动方式，改进为中间夹持、中间驱动方式，从而可以在一次装夹后完成大部分关键部位的加工，保证了加工同轴度，提高了加工精度。

2、将传统卧式车床的一个驱动主轴使用一个卡盘的结构，改进为每个驱动主轴单元的两端都可安装卡盘。使这样一台车床可以实现端面加工的铣床/加工中心的功能，但精度更好。

3、将传统卧式车床的一个轴线上最多安装两个主轴(两个卡盘)，改进为一个轴线上可安装多个主轴(用于特长轴/管的加工)，这些主轴中可以有仅有支撑功能的随动主轴单元(无驱动)。这样解决了长工件的中间支撑问题，长工件有了均匀分布的支撑和驱动点后，可以在高转速下加工提高加工质量和效率。

4、将传统卧式车床的主轴单元承载工件一端重量，改进为中驱式主轴单元承担工件全部重量，若多主轴配置则各主轴单元均摊工件重量。有效改善工件刚性，大大减少工件因自重和径向切削力引起的弯曲。从而获得更好加工精度。

5、将传统卧式车床的中间支撑用中心架支撑加工后的圆形轴颈的支撑方式，改进为中间支撑用中驱式主轴单元支撑(夹持)加工或未加工的毛坯因此降低工艺难度，减少工序，降低设备投资。

6、将传统卧式车床的只有单主轴可以配置一个尾座的结构，改进为任何情况都可以配置最多两个尾座(前/后)，以增加设备柔性。

7、将传统卧式车床的主轴固定，副主轴可移动的结构，改进为中驱式主轴单元和副中驱式主轴单元都可以移动(独立的NC轴)。在三主轴配置中，两侧可用固定主轴，中间使用可移动主轴单元。多轴配置中若有随动轴，轴向移动也随动，与中驱式主轴单有机械连接(共用一个伺服轴)，但间距可调。提高设备柔性，增加生产效率(比如用一台三主轴配置的中驱式卧式车床加工汽车铝轮毂相当于两台普通双主轴卧式车床的能力)。

8、将传统卧式车床的单/双刀塔结构，改进为模块化结构。根据需要，机床可以配置成单刀塔、单刀塔+多功能台、双刀塔、刀塔+磨头。多功能台可以为单轴(X)或双轴滑鞍(X+Z)。多功能台上可以配置多种功能模块。

与传统卧式车床相比，本实用新型提供的卧式车床在结构上有了很大改进，这些改进将带来以下特点：

●便于将轴形部件的配合部位(关键尺寸)在同次装夹下，最大限度的暴露为可加工部位(参见加工实例)。是以车代磨的理想装夹方式。

●改变了轴部件的传统中间支撑方式，以中置的中驱式主轴单元支撑代替中心架的支撑。支持部位不需事先加工，甚至可以是非圆形。对于刚性差且长的工件如石油管的加工十分有利，新的装夹方式可以有将弯的工件拉直后加工功效。

●改变了轴部件的传统端面加工方式，以车加工代替铣加工。从而提高尺寸精度和形状精度。以凸轮轴为例，将OP10和OP20的加工内容在一台机床上完成。节省装夹时间、节省设备投资、减少占地面积、改善加工精度。从而减少后序余量，缩短生产节拍。

●改变了轴部件的传统加工工艺：内孔和外圆必须分序加工。以机床中驱式主轴单元加工为例，内孔和外圆的轴承配合部位、前端的卡盘连接部位、以及后端的皮带轮或动力油缸的连接螺纹在同次装夹下加工，无疑是最理想的工艺方法。若以车代磨进行精加工，大大改善同轴度。

●克服了普通卧式车床无法使用高压枪钻和长镗刀(密封和干涉原因)的缺陷。

改变了轴部件以中心孔为基准的传统加工工艺。对于卧式车床，由于工件的重心垂直于中心线，在使用顶尖时，增加尾座的推力可以减少由于重量引起的工件下沉。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型实施例进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1、一种卧式车床，包括：床身、刀塔、第一导轨和表面固定有刀塔导轨的刀塔滑鞍，所述第一导轨固定在床身上表面，所述刀塔滑鞍架设在第一导轨上，所述刀塔架设在刀塔导轨上，所述刀塔导轨和第一导轨垂直；其特征在于，还包括：中驱式主轴单元、主轴滑鞍和第二导轨；

所述第二导轨固定在床身上表面，并和第一导轨平行；

所述主轴滑鞍架设在第二导轨上；

所述中驱式主轴单元固定在主轴滑鞍上，用于夹持穿过中驱式主轴通孔的被加工工件中部。

2、如权利要求1所述的卧式车床，其特征在于，还包括：磨头和表面固定有磨头导轨的磨头滑鞍，所述磨头滑鞍架设在第一导轨上，所述磨头架设在磨头导轨上，所述磨头导轨和第一导轨垂直。

3、如权利要求1所述的卧式车床，其特征在于，还包括：多功能台、第三导轨和排刀，所述第三导轨固定在床身上表面，位于第一导轨一端外侧并与第一导轨垂直，所述多功能台架设在第三导轨上，所述排刀固定安装在多功能台上，用于安装固定刀具和/或动力刀具。

4、如权利要求3所述的卧式车床，其特征在于，所述多功能台、第三导轨和排刀配置有两组，分别位于第一导轨的两端外侧。

5、如权利要求3或4所述的卧式车床，其特征在于，还包括多工位刀塔，固定安装在所述多功能台上。

6、如权利要求1～5任一所述的卧式车床，其特征在于，所述中驱式主轴单元根据被加工工件长度或节拍配置至少一个，每个中驱式主轴单元包括两个用于夹持被加工工件的卡盘，分别架设在中驱式主轴头两侧。

7、如权利要求6所述的卧式车床，其特征在于，还包括：有支撑功能的从动主轴单元，与中驱式主轴单元机械连接。

8、如权利要求7所述的卧式车床，其特征在于，所述机械连接为间距可调的机械连接。

9、如权利要求1～5任一所述的卧式车床，其特征在于，所述中驱式主轴单元根据被加工工件长度或节拍配置至少两个，每个中驱式主轴单元包括一个或两个用于夹持被加工工件的卡盘。

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