CN201693259U - 数控管子车床 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种管子车床的结构。一种数控管子车床，包括有床身，在床身的一端设有主轴箱，在另一端设有管子装夹装置，其主要特点是包括有在机床主轴箱的外侧设有主电机，主电机的输出轴通过变速装置的输出齿轮与主传动大齿轮啮合，主传动大齿轮与主轴固连，主轴的端部固连有平旋盘；径向进给传动轴设于主轴的内孔中，与主轴为同一轴线，其尾部设有进给伺服电机，径向进给传动轴的末端与锥齿轮副的主动锥齿轮固连。锥齿轮副的从动锥齿轮固连于径向进给丝杠，径向进给丝杠与平旋盘固连；滑板固连于与径向进给丝杠配合的螺母上，滑板上设有径向刀架；旋转编码器通过同步齿形带机构与主轴固连。

Description

数控管子车床 

技术领域：

本实用新型涉及一种管子车床的结构。 

背景技术：

数控管子车床是一种专门加工管螺纹的车床，目前，用于普遍采用的管子螺纹加工方式是工件装夹在主轴的双卡盘中随主轴旋转刀具安装在刀架上作与管子轴线平行或垂直的直线移动，采用种形式的管子螺纹加工机床，如果加工管件口径较大(Φ200mm以上)且较长(5000～10000mm)的管子时，存在较大缺陷：由于管件长，质量大，管子必须从主轴中心穿过、采用双卡盘装卡大尺寸管子，操作比较困难，若主轴带动管子做旋转运动，会产生很大的振动，影响加工精度和表面质量，也难以提高生产效率。 

为此也有企业开发出管子不旋转而刀具旋转切削的管子螺纹加工机床，但据资料介绍的这种机床，在实现刀具旋转的同时能够径向进给，都在径向进给传动链设置机械结构差动机构。其目的是借助机械结构差动机构的功能实现当刀具旋转时，如果径向进给电机不转，刀具不会产生径向移动。在控制径向进给电机的旋转速度时不考虑刀具旋转的影响。采用机械结构差动机构的优点是径向进给电机的旋转速度容易控制，但是，由于机械结构差动机构的存在着增加了机床机械结构的制造难度的问题；同时，由于机械结构差动机构的存在增加了进给传动链的传动环节，增加了传动误差。 

实用新型内容：

本实用新型的目的在于避免现有技术的不足，提供一种数控管子车床，管子不动，刀具旋转并具备径向进给功能的数控机床，这种机床可以在刀具旋转的同时实现刀具的径向进给。从而，实现管子固定不动的情况下，进行车外圆、车端面、车螺纹、倒角、切槽等车削加工。本实用新型实现这种机床功能，但在进给传动链中不采用机械结构差动机构，而是通过数控系统、通过软件实现差动机构的功能，用电子传动链代替机械传动链。简化了机械结构，减少了进给传动链的机械误差。 

为实现上述目的，本实用新型采取的技术方案为：一种数控管子车床，包括有床身(18)，在床身(18)的一端设有主轴箱(4)，在另一端设有管子装夹装置(14)，其主要特点是机械传动包括有在机床主轴箱(4)的外侧设有主电机(1)，主电机(1)的输出轴通过变速装置的输出齿轮与主传动大齿轮(7)啮合，主传动大齿轮(7)与主轴(6)固连，主轴(6)的端部固连有平旋盘(9)；径向进给传动轴(5)设于主轴(6)的内孔中，与主轴(6)为同一轴线，其尾部设有径向进给伺服电机(2)，径向进给传动轴(5)的末端与锥齿轮副(10)的主动锥齿轮固连。锥齿轮副(10)的从动锥齿轮固连于径向进给丝杠(20)，径向进给丝杠(20)与平旋盘(9)固连；滑板(11)固连于与径向进给丝杠(20)配合的螺母上，滑板(11)上设有径向刀架(12)；旋转编码器(19)通过同步齿形带机构(21)与主轴(6)固连。 

所述的数控管子车床，所述的管子装夹装置(14)设在可实现自动定心的夹具滑板(15)上。 

所述的数控管子车床，还包括有径向进给运动的运动合成控制装置，所述的径向进给运动的运动合成控制装置为人机界面(101)与数控系统(102)连接，数控系统(102)的接口连接主电机(103)、径向进给电机(104)和轴向进给电机 (115)，主电机(103)的输出端通过连接主传动链(105)连接运动合成机构(108)，径向进给电机(104)的输出端通过连接进给传动链(106)连接运动合成机构(108)；轴向进给电机(115)输出端通过连接轴向进给传动链(114)连接轴向进给丝杠(113)，连接主轴箱滑板(112)连接刀架(111)；旋转编码器(107)连接在主传动链(105)的末端，将主轴的角位移值传输给数控系统(102)；主轴箱滑板(112)的位移量通过位置传感器(117)将信息反馈给数控系统(102)，运动合成机构(108)通过锥齿轮(109)、径向进给丝杠(110)连接刀架(111)。位置检测传感器(116)在机床停机的状态下，检测刀架(111)的位置精度并传输给数控系统(102)。 

所述的数控管子车床，包括有数控装置，所述的数控装置包括有人机界面(201)与数控系统(202)连接，数控系统(202)的输出端连接接口(203)，接口(203)的输出端分别连接主电机(205)、轴向进给伺服电机(209)、径向进给伺服电机(212)，主电机(205)通过主传动链(206)连接主轴(207)，连接主轴(207)的旋转编码器(204)的输出端与接口(203)的输入端连接；轴向进给伺服电机(209)通过轴向进给传动链(210)连接轴向移动滑板(211)，连接轴向移动滑板(211)的位置编码器(208)的输出端与接口(203)的输入端连接；径向进给伺服电机(212)通过径向进给传动链(213)连接径向进给移动滑板(214)，连接径向进给传动链(213)的输出端连接旋转编码器(215)，旋转编码器(215)的输出端与接口(203)的输入端连接。 

本实用新型所述的刀具在进行旋转切削的主运动时具有径向进给功能的管子车床，其技术核心是：机床主轴的前端安装有平旋盘，平旋盘与主轴同步旋转，平旋盘中设置有可实现径向进给运动的滑板，径向进给伺服电机通过传动轴带动锥齿轮传动，锥齿轮传动使运动改变方向后，带动平旋盘中的径向传动滚珠丝杠转动，驱动径向进给滑板移动，径向进给滑板上装有刀架，从而在刀具旋转时实现 刀具的径向进给运动。车床的滑板上安装有自动定心夹具，使管子加紧后其中心线与车床主轴轴线重合。车削时管子夹具滑板在轴向进给伺服电机的驱动下，通过轴向进给滚珠丝杠，驱动主轴箱滑板做平行于机床主轴方向的移动动。从而完成管子不旋转的条件下，对管子端部的进行车削加工。 

机床主轴箱固定安装在可在床身上移动的纵向移动滑板上，管子夹具可实现管子的自动定心加紧功能。 

所述的机床主轴箱的外侧设有的主电机通过皮带轮把动力传递到主传动大齿轮上，主传动大齿轮和主轴通过键连接固定在一起。进给伺服电机安装在主轴箱的尾部，其轴线与主轴轴线同轴。因此，当主传动大齿轮旋转时就会带动主轴做运动转动，此时平旋盘也与主轴做同步转动。径向进给传动轴靠轴承安装在主轴的中空部分，与主轴是空套结构，即主轴及径向进给传动轴各自独立转动。 

机床主轴的尾部通过同步齿形带机构带动旋转编码器转动，旋转编码器转动及时检测到主轴的转动情况，并把此数据传输给数控系统。当主轴转动时，如果径向进给伺服电机不转动，径向进给传动轴也不会转动，但是安装在平旋盘中的被动锥齿轮会转动，径向进给丝杠会转动，径向移动滑板便会做径向移动。在采用机械结构的机床中是借助机械结构差动机构解决这个问题的，本实用新型中的旋转编码器及时检测主轴转动的数据，数控系统读取这个数据后，根据进给传动链的传动关系，用软件给径向进给伺服电机发出基本旋转速度的数据，这个径向进给伺服电机的基本速度保证主轴旋转时径向移动滑板不会在平旋盘中做径向运动。当径向移动滑板需要做径向移动时，数控系统给径向进给伺服电机发出工作进给速度数据，通过软件将径向进给伺服电机的基本速度数据与进给速度数据合成为工作速度。通过以上技术以及软件实现了运动合成，代替了机械结构的差动机构。 

主轴箱滑板在数控系统的控制下可以完成普通罗纹的加工，这是所有的数控机床都具备的基本技术，本实用新型不再赘述。本实用新型使刀具在主轴旋转、主轴做轴向移动的同时，具备径向移动的功能，从而使机床具备加工圆锥管螺纹、切断面、切槽的功能。 

本实用新型的有益效果：采用电子传动链代替机械传动链，实现平旋盘中的径向合成。从而创造出一种简捷的管螺纹加工机床，对大直径的管螺纹实现了管子不转刀具旋转的切削运动，简化了装夹工作，提高了生产效率。 

附图说明：

图1是本实用新型的结构示意图； 

图2是实现刀具径向进给运动的运动合成的控制流程图。 

图3是本实用新型的控制流程图。 

图4是实现刀具径向进给运动的运动合成的计算框图。 

具体实施方式：

以下对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。 

实施例1：见图1，一种数控管子车床，包括有床身18，在床身18的一端设有主轴箱4，在另一端设有管子装夹装置14，在机床主轴箱4的外侧设有主电机1，主电机1的输出轴通过变速装置的输出齿轮与主传动大齿轮7啮合，主传动大齿轮7与主轴6固连，主轴6的端部固连有平旋盘9；径向进给传动轴5设于主轴6的内孔中，与主轴6为同一轴线，其尾部设有进给伺服电机2，其端部与锥齿轮副10的主动锥齿轮固连，锥齿轮副10的从动锥齿轮固连于径向进给丝杠20，径向进给丝杠20与平旋盘9固连；滑板11固连于与径向进给丝杠10配合的螺母 上，滑板11上设有径向刀架12；旋转编码器19通过同步齿形带机构21与主轴6固连。 

所述的管子装夹装置14设在可实现自动定心功能的夹具滑板15上。 

实施例2：见图2，所述的数控管子车床，还包括有径向进给运动的运动合成控制装置，所述的径向进给运动的运动合成控制装置为人机界面101与数控系统102连接，数控系统102的接口连接主电机103、径向进给电机104和轴向进给电机115，主电机103的输出端通过连接主传动链105连接运动合成机构108，径向进给电机104的输出端通过连接进给传动链106连接运动合成机构108；轴向进给电机115输出端通过连接轴向进给传动链114连接轴向进给丝杠113，连接主轴箱滑板112连接刀架111；旋转编码器107连接在主传动链105的末端，将主轴的角位移值传输给数控系统102；主轴箱滑板112的位移量通过位置传感器117将信息反馈给数控系统102，运动合成机构108通过锥齿轮109、径向进给丝杠110连接刀架111。位置检测传感器116在机床停机的状态下，检测刀架111的位置精度并传输给数控系统102。 

实施例3：见图3，一种数控管子车床，包括有数控装置，所述的数控装置包括有人机界面201与数控系统202连接，数控系统202的输出端连接接口203，接口203的输出端分别连接主电机205、轴向进给伺服电机209、径向进给伺服电机212，主电机205通过主传动链206连接主轴207，连接主轴207的旋转编码器204的输出端与接口203的输入端连接；轴向进给伺服电机209通过轴向进给传动链210连接轴向移动滑板211，连接轴向移动滑板211的位置编码器208的输出端与接口203的输入端连接；径向进给伺服电机212通过径向进给传动链213连接径向进给移动滑板214，连接径向进给传动链213的输出端连接旋转编码器215，旋转编码器215的输出端与接口203的输入端连接。 

使用时，本实用新型的运动合成的计算见图4，由于径向进给滑板是在平旋盘旋转的情况下，做沿平旋盘的径向进给运动。因此径向进给伺服电机的转速n_实际由两部分组成，即与平旋盘的转速保持同步的伺服电机转速n_基本，与平旋盘转速为零的情况下实现径向进给的伺服电机转速n_工作。 

n_实际＝n_基本+n_工作

其中： 

n_实际——进给伺服电机的实际转速； 

n_基本——平旋盘旋转时，刀架滑板保持不做径向移动时径向进给伺服电机的转速。n_基本＝n_主轴

n_工作——平旋盘旋转为零的情况下滑板实现径向进给的径向进给伺服电机的转速。 

(此例中i_进给＝1∶1，即锥齿轮副的传动比) 

其中：s——刀具径向进给量mm/主轴每转； 

t——径向进给丝杠螺距mm； 

i_进给——径向进给传动链的减速比； 

应用例：管螺纹进给的实例 

本实例以加工密封管螺纹GB7306-87型为例来阐述加工螺纹进给原理，这种管螺纹的锥度是1∶16，即斜度为1∶32。 

n_实际＝n_基本+n_工作

其中： 

n_实际——进给伺服电机的实际转速； 

n_基本——平旋盘旋转时，刀架滑板保持不做径向移动时径向进给伺服电机的转速。n_基本＝n_主轴＝100转/分(以中间转速为例) 

n_工作——平旋盘旋转为零的情况下滑板实现径向进给的径向进给伺服电机的转速。 

其中：s——刀具径向进给量mm/主轴每转； 

t——径向进给丝杠螺距mm； 

i_进给——径向进给传动链的减速比。(此例中i_进给＝1∶1，即锥齿轮副的传动比)； 

查《机械设计手册》，口径为6英寸(152.4mm)的管制螺纹的螺距为2.309，每英寸牙数是11。因此，由锥度和斜度的定义可知： 

$\frac{1}{32}=\frac{s}{2.309}$

可得：S＝0.0721563 

t即为滚珠丝杠的导程为5mm； 

所以 

n_实际＝n_基本+n_工作＝100+1.443126＝101.443126转/分 

所以可知道实际工作转速为101.443126转/分，也就是说径向进给伺服电机的转速要保持在101.443126转/分就可以精确的实现加工锥管螺纹时刀具的径向进给量。 

至于刀具沿机床主轴轴线方向做进给运动实现螺纹加工的技术，所有的螺纹车床都具备，不在本实用新型中赘述。 

上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。 

Claims (4)

1.一种数控管子车床，包括有床身(18)，在床身(18)的一端设有主轴箱(4)，在另一端设有管子装夹装置(14)，其特征是包括有在机床主轴箱(4)的外侧设有主电机(1)，主电机(1)的输出轴通过变速装置的输出齿轮与主传动大齿轮(7)啮合，主传动大齿轮(7)与主轴(6)固连，主轴(6)的端部固连有平旋盘(9)；径向进给传动轴(5)设于主轴(6)的内孔中，与主轴(6)为同一轴线，其尾部设有进给伺服电机(2)，径向进给传动轴的末端与主动锥齿轮固连并与锥齿轮副(10)啮合：从动锥齿轮固连于径向进给丝杠(20)，径向进给丝杠(20)与平旋盘(9)固连；滑板(11)固连于与径向进给丝杠(20)配合的螺母上，滑板(11)上设有径向刀架(12)；旋转编码器(19)通过同步齿形带机构(21)与主轴(6)固连。

2.如权利要求1所述的数控管子车床，其特征包括有所述的管子装夹装置(14)设在可实现自动定心的夹具滑板(15)上。

3.如权利要求1所述的数控管子车床，其特征是还包括有径向进给运动的运动合成控制装置，所述的径向进给运动的运动合成控制装置为人机界面(101)与数控系统(102)连接，数控系统(102)的接口连接主电机(103)、径向进给电机(104)和轴向进给电机(115)，主电机(103)的输出端通过连接主传动链(105)连接运动合成机构(108)，径向进给电机(104)的输出端通过连接进给传动链(106)连接运动合成机构(108)；轴向进给电机(115)输出端通过连接轴向进给传动链(114)连接轴向进给丝杠(113)，连接主轴箱滑板(112)连接刀架(111)；旋转编码器(107)连接在主传动链(105)的末端，将主轴的角位移值传输给数控系统(102)；主轴箱滑板(112)的位移量通过位置传感器(117)将信息反馈给数控系统(102)，运动合成机构(108)通过锥齿轮(109)、径向进给丝杠(110) 连接刀架(111)。位置检测传感器(116)在机床停机的状态下，检测刀架(111)的位置精度并传输给数控系统(102)。

4.如权利要求1所述的数控管子车床，其特征还包括有数控装置，所述的数控装置包括有人机界面(201)与数控系统(202)连接，数控系统(202)的输出端连接接口(203)，接口(203)的输出端分别连接主电机(205)、轴向进给伺服电机(209)、径向进给伺服电机(212)，主电机(205)通过主传动链(206)连接主轴(207)，连接主轴(207)的旋转编码器(204)的输出端与接口(203)的输入端连接；轴向进给伺服电机(209)通过轴向进给传动链(210)连接轴向移动滑板(211)，连接轴向移动滑板(211)的位置编码器(208)的输出端与接口(203)的输入端连接；径向进给伺服电机(212)通过径向进给传动链(213)连接径向移动滑板(214)，连接径向进给传动链(213)的输出端连接旋转编码器(215)，旋转编码器(215)的输出端与接口(203)的输入端连接。 

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