CN204673346U - 一种自动换档变速数控卧式车床 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种自动换档变速数控卧式车床，涉及数控卧式车床技术领域，包括前床脚（1）、后床脚（1a）、主轴电机（15）、主轴皮带轮（15a）、自动换档变速床头箱（2）、输入轴皮带轮（2-1a）、减速电机和减速器（2a）、床身（1b）、Z轴电机座（7）、Z轴电机（7a）、Z轴丝杆（7c）、Z轴连轴器（7b）、溜板箱（6）、滑板（5a）、刀架（4）、尾座（3）、X轴电机座（5d）、X轴电机（5e）、X轴（5b）、X轴连轴器（5c），主轴电机上通过皮带与自动换档变速床头箱上的输入轴连接，自动换档变速床头箱的输出轴与传动轴通过齿轮啮合，该车床主轴的输出扭矩大，精度高，电机选用功率小，节能降耗、实现低成本换档，换档效率高，减少劳动强度。

Description

一种自动换档变速数控卧式车床

技术领域

本实用新型属于数控卧式车床技术领域，具体地说是一种自动换档变速数控卧式车床。

背景技术

现有的数控卧式车床床头箱，其多数采用伺服或变频电机通过皮带直接与独立床头箱直联结构，其结构简单，输出扭矩小。还有的数控卧式车床采用主轴与变速箱直连的方式，结构虽然偏紧凑，但直连的连接刚度大，自身缺少缓冲能力，以至于无法避免变速箱中齿轮啮合产生的震动对主轴回转精度的影响，影响加工精度。

   车床主轴变速分为有级变速、分段无级变速和无级变速三种形式，其中有级变速仅用于经济型数控机床，大多数数控机床采用分段无级变速或无级变速。在无级变速中，变数调速主轴一般用于普及型数控机床。交流伺服主轴则用于中、高档数控机床。对于采用变频器等车床主轴驱动装置的主轴电动机，可实现主轴的无级调速。采用无级调速主轴机构，主轴箱虽然得到大大简化，但其低速段输出转矩常常无法满足机床强力切削的要求。如单纯追求无级调速，势必要增大主轴电动机的功率，从而使主轴电动机与驱动装置的体积、重量及成本增加。因此，数控机床常采用1 -4挡齿轮变速与无级调速相结合的方式，即分段无级变速方式，同时满足低速转矩和最高主轴转速的要求。

现有的普通数控车床的床头箱换挡机构，大都采用手动三挡操作方式，即通过手动旋转外置操纵手柄带动凸轮旋转至设定的挡位，由凸轮同时驱动两组联杆、操纵轴和拨叉，带动花键轴上的两组并联齿轮进行轴向位移，从而实现配对齿轮的啮合及脱离进行挡位变换，带动主轴作高、中、低速转动。这种手动换挡方式，有以下几方面缺点，其一是需停机换挡，工作效率低；二是机械传动环节多，故障率高，摩擦阻力大，人工操作费力；三是凸轮轨道槽加工复杂，精度不易保证；四是手柄座机械定位机构复杂，易滑移过位，造成齿轮啮合宽度不足。

发明内容

本实用新型的目的是解决现有技术的不足，提供一种将自动换档变速装置通过齿轮与动力输出轴上的齿轮啮合，从而实现动力传递的自动换档变速数控卧式车床，该车床可实现主轴大扭矩输出、温升低、精度高、节能降耗、提高劳动效率的目的。

本实用新型的目的是通过如下技术方案实现的：一种自动换档变速数控卧式车床，包括前床脚1、后床脚1a、安装于前床脚1内的主轴电机15、安装于主轴电机15上的主轴皮带轮15a、安装于床身上的自动换档变速床头箱2、安装于自动换档变速床头箱2上的输入轴皮带轮2-1a、安装于自动换档变速床头箱2上的减速电机和减速器2a、安装于前床脚1和后床脚1a上的床身1b、安装于床身前部的Z轴电机座7、安装于Z轴电机座7上的Z轴电机7a、安装于Z轴电机座7上的Z轴丝杆7c、连接Z轴电机7a和Z轴丝杆7c的Z轴连轴器7b、安装于床身1b上的床鞍5、安装于床鞍5上的溜板箱6、安装于床鞍5上的滑板5a、安装于滑板5a上的刀架4、安装于床身1b后端的尾座3、安装于床鞍5上的X轴电机座5d、安装于X轴电机座5d上的X轴电机5e、安装于床鞍5上的X轴5b、连接X轴电机5e和X轴丝杆的X轴连轴器5c，主轴电机15上的皮带轮通过皮带与自动换档变速床头箱2上的输入轴皮带轮连接，自动换档变速床头箱的输出轴通过齿轮与传动轴上的齿轮啮合连接。

所述自动换档变速床头箱2内依次设置有传动一轴2-1、传动二轴2-2、传动三轴2-3、传动丝杆2-4、导杆2-6、主轴2-7；传动一轴2-1上顺序安装有输入轴皮带轮2-1a、第一固定齿轮2-1b；传动二轴2-2上顺序安装有固定大齿轮2-2a、第二固定齿轮2-2b、第三固定齿轮2-2c、第四固定齿轮2-2d；传动三轴2-3上顺序安装有第一齿轮2-3a、第二齿轮2-3b、第三齿轮2-3c、第五固定齿轮2-3d，第二齿轮2-3b和第三齿轮2-3c通过连接在第一齿轮2-3a上组成滑移齿轮；传动丝杆2-4上顺序安装有第一小齿轮2-4a、用于变速的拨叉2-4b；减速电机和减速器2a安装于床头箱体上；第二小齿轮2a-5安装于减速器2a的轴上；导杆2-6直接安装于箱体上，并与拨叉2-4b形成滑动导向作用；主轴2-7上安装有第五齿轮2-7a；传动一轴2-1上的第一固定齿轮2-1b与传动二轴2-2上的第四固定齿轮2-2d啮合，把传动一轴2-1上的动力传递到传动二轴2-2。

传动三轴2-3上的第一齿轮2-3a与传动二轴2-2上的固定大齿轮2-2a啮合是高速档；传动三轴2-3上的第二齿轮2-3b与传动二轴2-2上的第二固定齿轮2-2b啮合是低速档；传动三轴2-3上的第三齿轮2-3c与传动二轴2-2上的第三固定齿轮2-2c啮合是中速档；当中速档齿轮和低速档齿轮都没有啮合，在其中间形成的是空档。

本实用新型自动换档变速床头箱换档是通过减速电机和减速器驱动齿轮转动，齿轮带动传动丝杆转动，传动丝杆的转动带动拨叉左右移动，拨叉再带动滑移齿轮左右移动，同时通过变频器使主电机小角度正反转动，床头箱上的输入轴皮带轮使床头箱内的固定齿轮也小角度正反转动，方便高速档、中速档、低速档齿轮的啮合。档位到位后变频器输出不同的频率控制主电机转速，实现高速档、中速档、低速档位上的变频调速。本实用新型主电机采用普通电机或变频电机，床头箱的输出轴齿轮与传动轴上的齿轮啮合连接，通过齿轮传动实现主轴的调速和大扭矩输出。本实用新型的自动换档变速数控卧式车床主轴的输出扭矩大，精度高，电机选用功率小，节能降耗，不采用液压换档实现低成本换档，换档效率高，减少劳动强度。

附图说明

下面结合附图和实施方式对本实用新型的内容作进一步的阐述。

图1为本实用新型自动换档变速床头箱传动结构简图。

图2为本实用新型自动换档变速数控卧式车床结构示意图。

图3为图2X轴进给剖视图。

图4为本实用新型自动换档变速数控卧式车床传动系统示意图。

    图中，1―前床脚，1a―后床脚，1b―床身，2―床头箱， 3―尾座，4―刀架，5―床鞍，5a―滑板，5b―X轴，5c―X轴连轴器，5d―X轴电机座，5e―X轴电机，6―溜板箱，7―Z轴电机座， 7a―Z轴电机，7b―Z轴连轴器， 7c―Z轴丝杆，15―主轴电机， 15a―主轴皮带轮， 2a－减速器，2a-5－小齿轮，2-1―传动一轴， 2-1a―输入轴皮带轮， 2-1b―第一固定齿轮，2-2―传动二轴，2-2a―固定大齿轮，2-2b―第二固定齿轮，2-2c―第三固定齿轮，2-2d―第四固定齿轮，2-3―传动三轴，2-3a－第一齿轮，2-3b－第二齿轮，2-3c―第三齿轮，2-3d―第五固定齿轮，2-4―传动丝杆， 2-4b―拨叉， 2-4a－第四齿轮， 2-6―导杆，2-7―主轴，2-7a―第五齿轮。

具体实施方式

如图2和图3所示，本实用新型由前床脚1、后床脚1a、安装于前床脚内的主轴电机15、安装于主轴电机上的主轴皮带轮15a、安装于床身上的自动换档变速床头箱2、安装于自动换档变速床头箱上的输入轴皮带轮2-1a、安装于自动换档变速床头箱上的减速电机和减速器2a、安装于前床脚1和后床脚1a上的床身1b、安装于床身前部的Z轴电机座7、安装于Z轴电机座上的Z轴电机7a、安装于Z轴电机座上的Z轴丝杆7c、连接Z轴电机和丝杆的Z轴连轴器7b、安装于床身上的床鞍5、安装于床鞍上的溜板箱6、安装于床鞍上的滑板5a、安装于滑板上的刀架4、安装于床身后端的尾座3、安装于床鞍上的X轴电机座5d、安装于X轴电机座上的X轴电机5e、安装于床鞍上的X轴5b、连接X轴电机和X轴丝杆的X轴连轴器5c等构成。主轴电机15输出的动力通过主轴皮带轮15a输入到自动换档变速床头箱输入轴皮带轮2-1a，自动换档变速床头箱传动轴2-3通过齿轮2-3d与主轴2-7上的齿轮2-7a啮合连接。主轴电机15用普通电机，也可使用变频电机，换档时减速电机和减速器驱动丝杆通过变频器使主电机小角度正反转动实现换档通过变频器实现主电机的摆动和实现主轴电机的变频。

所述自动换档变速床头箱2内依次设置有传动一轴2-1、传动二轴2-2、传动三轴2-3、传动丝杆2-4、导杆2-6、主轴2-7；传动一轴2-1上顺序安装有输入轴皮带轮2-1a、第一固定齿轮2-1b；传动二轴2-2上顺序安装有固定大齿轮2-2a、第二固定齿轮2-2b、第三固定齿轮2-2c、第四固定齿轮2-2d；传动三轴2-3上顺序安装有第一齿轮2-3a、第二齿轮2-3b、第三齿轮2-3c、第五固定齿轮2-3d，第二齿轮2-3b和第三齿轮2-3c通过连接在第一齿轮2-3a上组成滑移齿轮；传动丝杆2-4上顺序安装有第一小齿轮2-4a、用于变速的拨叉2-4b；减速电机和减速器2a安装于床头箱体上；第二小齿轮2a-5安装于减速器2a的轴上；导杆2-6直接安装于箱体上，并与拨叉2-4b形成滑动导向作用；主轴2-7上安装有第五齿轮2-7a；传动一轴2-1上的第一固定齿轮2-1b与传动二轴2-2上的第四固定齿轮2-2d啮合，把传动一轴2-1上的动力传递到传动二轴2-2。

本实用新型工作时，可实现如下四档含空档变速：

主电机上的皮带轮与床头箱传动一轴2-1上的输入轴皮带轮2-1a通过皮带连接，输入轴皮带轮2-1a输入的动力带动传动一轴2-1上的第一固定齿轮2-1b同步转动，传动一轴2-1上的第一固定齿轮2-1b与传动二轴2-2上的第四固定齿轮2-2d啮合，带动传动二轴2-2转动，减速电机和减速器2a带动安装于减速器轴上的小齿轮2a-5同步转动，小齿轮2a-5带动传动丝杆2-4上的第四齿轮2-4a转动，第四齿轮2-4a带动传动丝杆2-4转动，传动丝杆2-4的转动带动拨叉2-4b移动，拨叉2-4b的移动带动第一齿轮2-3a与传动二轴2-2上的固定大齿轮2-2a啮合，此状态为高速档。

传动一轴2-1上的第一固定齿轮2-1b与传动二轴2-2上的第四固定齿轮2-2d啮合，带动传动二轴2-2转动。传动丝杆2-4的转动带动拨叉2-4b移动，拨叉2-4b的移动带动第一齿轮2-3a上的第三齿轮2-3c与传动二轴2-2上的第三固定齿轮2-2c啮合，此状态为中速档。

传动一轴2-1上的第一固定齿轮2-1b与传动二轴2-2上的第四固定齿轮2-2d啮合，带动传动二轴2-2转动。传动丝杆2-4的转动带动第四齿轮2-4a移动，第四齿轮2-4a的移动带动第一齿轮2-3a上的第二齿轮2-3b与传动二轴2-2上的第二固定齿轮2-2b啮合，此状态为低速档。

④第二齿轮2-3b和第三齿轮2-3c通过连接组成滑移齿轮，当第二齿轮2-3b不与第二固定齿轮2-2b啮合，且第三齿轮2-3c不与第三固定齿轮2-2c啮合，在这两种状态下形成的是空档。

上述高速档、中速档、低速档和空档的换档都是通过减速电机和减速器2a驱动小齿轮2a-5和第四齿轮2-4a转动，第四齿轮2-4a驱动传动丝杆2-4转动，丝杆螺母副带动拨叉2-4b移动从而拨动各档位滑移齿轮换档。通过变频器控制主电机正反转动，使各个档位换档时固定齿轮都在正反转动，方便各档位齿轮的啮合和控制换档噪音。

本实用新型X轴进给用交流伺服驱动电机5e驱动，该伺服驱动电机通过联轴器直联把旋转运动传递给X轴5b，由X轴通过配装的螺母带动滑板5a移动，实现刀架4的横向进给。Y轴进给用Z轴交流伺服驱动电机7a驱动，该伺服驱动电机通过联轴器直联把旋转运动传递给Z轴7c，由Z轴7c通过配装的螺母带动床鞍5移动，实现刀架4的纵向进给。

Claims (2)

1.一种自动换档变速数控卧式车床，其特征在于，包括前床脚（1）、后床脚（1a）、安装于前床脚（1）内的主轴电机（15）、安装于主轴电机（15）上的主轴皮带轮（15a）、安装于床身上的自动换档变速床头箱（2）、安装于自动换档变速床头箱（2）上的输入轴皮带轮（2-1a）、安装于自动换档变速床头箱（2）上的减速电机和减速器（2a）、安装于前床脚（1）和后床脚（1a）上的床身（1b）、安装于床身前部的Z轴电机座（7）、安装于Z轴电机座（7）上的Z轴电机（7a）、安装于Z轴电机座（7）上的Z轴丝杆（7c）、连接Z轴电机（7a）和Z轴丝杆（7c）的Z轴连轴器（7b）、安装于床身（1b）上的床鞍（5）、安装于床鞍（5）上的溜板箱（6）、安装于床鞍（5）上的滑板（5a）、安装于滑板（5a）上的刀架（4）、安装于床身（1b）后端的尾座（3）、安装于床鞍（5）上的X轴电机座（5d）、安装于X轴电机座（5d）上的X轴电机（5e）、安装于床鞍（5）上的X轴（5b）、连接X轴电机（5e）和X轴丝杆的X轴连轴器（5c），主轴电机（15）上的皮带轮通过皮带与自动换档变速床头箱（2）上的输入轴皮带轮连接，自动换档变速床头箱的输出轴通过齿轮与传动轴上的齿轮啮合连接。

2.根据权利要求1所述的一种自动换档变速数控卧式车床，其特征在于，所述自动换档变速床头箱（2）内依次设置有传动一轴（2-1）、传动二轴（2-2）、传动三轴（2-3）、传动丝杆（2-4）、导杆（2-6）、主轴（2-7）；传动一轴（2-1）上顺序安装有输入轴皮带轮（2-1a）、第一固定齿轮（2-1b）；传动二轴（2-2）上顺序安装有固定大齿轮（2-2a）、第二固定齿轮（2-2b）、第三固定齿轮（2-2c）、第四固定齿轮（2-2d）；传动三轴（2-3）上顺序安装有第一齿轮（2-3a）、第二齿轮（2-3b）、第三齿轮（2-3c）、第五固定齿轮（2-3d），第二齿轮（2-3b）和第三齿轮（2-3c）通过连接在第一齿轮（2-3a）上组成滑移齿轮；传动丝杆（2-4）上顺序安装有第一小齿轮（2-4a）、用于变速的拨叉（2-4b）；减速电机和减速器（2a）安装于床头箱体上；第二小齿轮（2a-5）安装于减速器（2a）的轴上；导杆（2-6）直接安装于箱体上，并与拨叉（2-4b）形成滑动导向作用；主轴（2-7）上安装有第五齿轮（2-7a）；传动一轴（2-1）上的第一固定齿轮（2-1b）与传动二轴（2-2）上的第四固定齿轮（2-2d）啮合，把传动一轴（2-1）上的动力传递到传动二轴（2-2）；传动三轴（2-3）上的第一齿轮（2-3a）与传动二轴（2-2）上的固定大齿轮（2-2a）啮合是高速档；传动三轴（2-3）上的第二齿轮（2-3b）与传动二轴（2-2）上的第二固定齿轮（2-2b）啮合是低速档；传动三轴（2-3）上的第三齿轮（2-3c）与传动二轴（2-2）上的第三固定齿轮（2-2c）啮合是中速档；当中速档齿轮和低速档齿轮都没有啮合，在其中间形成的是空档。