CN205834255U - 加工小曲率曲面的卧式车削机床 - Google Patents

Abstract

一种加工小曲率曲面的卧式车削机床，所述卧式车削机床包括床身、电控系统、气液压传动系统、冷却装置，所述床身上安装有纵向进给轴，所述纵向进给轴上安装有横向进给轴，所述纵向进给轴与所述横向进给轴成90°水平布置，所述横向进给轴上安装有加工刀具，所述床身上安装有主轴组件，所述主轴组件包括回转主轴，所述回转主轴的轴向平行于所述纵向进给轴的运动方向。所述回转主轴的最小转速不大于100转/分钟，所述横向进给轴的最大加速度不小于两倍重力加速度值。这种卧式车削机床通过回转主轴与横向进给轴的联动，实现了小曲率曲面的车削加工。

Description

加工小曲率曲面的卧式车削机床

技术领域

本实用新型属于机械加工装备领域，具体来说，是一种加工小曲率曲面的卧式车削机床。

背景技术

在现代加工技术中，车削和铣削是最为常见的加工方式。车削加工中，刀具与工件为线接触，加工效率高，表面光洁度好，但限于固有结构与工艺，只能加工横截面为圆的规则工件，无法实现具有小曲率曲面工件的加工。铣削加工结构上具有三轴联动的特点，能够实现曲面加工，但刀具与工件是点接触，加工效率低，表面光洁度往往也不高，而且刀具和机床结构都较为复杂，成本很高。在小曲率曲面工件的加工中，加工效果和经济性的矛盾十分突出。

实用新型内容

为了客服现有技术的不足，本实用新型提供了一种加工小曲率曲面的卧式车削机床，解决了小曲率曲面的加工难题，实现了小曲率曲面的车削加工。

本实用新型的目的通过以下技术方案来实现：

一种加工小曲率曲面的卧式车削机床，包括床身、电控系统、气液压 传动系统、冷却装置，其特征在于，所述床身上安装有能够实现直线往复运动的横向进给轴，所述横向进给轴上安装有水平布置的加工刀具，所述床身上安装有主轴组件，所述主轴组件包括能够实现圆周运动的回转主轴，所述回转主轴的轴向垂直于所述横向进给轴的运动方向，所述回转主轴的最小转速不大于100转/分钟，所述横向进给轴的最大加速度不小于两倍重力加速度值，所述回转主轴上安装有用于固定待加工小曲率曲面零件的工件夹具。

作为上述技术方案的改进，所述床身上还安装有能够实现直线往复运动的纵向进给轴，所述纵向进给轴位于所述横向进给轴下方，所述纵向进给轴与所述横向进给轴成90°水平布置。

作为上述技术方案的进一步改进，所述横向进给轴包括安装于所述纵向进给轴上的直线滑轨与平板磁轨，所述直线滑轨关于所述平板磁轨对称布置，所述直线滑轨上安装有横向运动底板，所述横向运动底板下表面安装有电机动子。

作为上述技术方案的进一步改进，所述回转主轴连接有驱动电机，所述驱动电机为伺服电机。

作为上述技术方案的进一步改进，所述回转主轴上安装有主轴夹盘，所述主轴夹盘上安装有圆柱形的可拆卸夹具，所述可拆卸夹具外表面上均匀分布有多个工件固定位置。

作为上述技术方案的进一步改进，所述横向进给轴上安装有位置反馈装置。

作为上述技术方案的进一步改进，所述加工小曲率曲面的卧式车削机床上设有实时刀具寿命检测装置。

作为上述技术方案的进一步改进，所述加工小曲率曲面的卧式车削机 床上设有自动换刀装置。

作为上述技术方案的进一步改进，所述主轴组件包括双动气缸，所述双动气缸的活塞杆端连接有尾座。

作为上述技术方案的进一步改进，所述加工小曲率曲面的卧式车削机床上设有全封闭机罩，所述全封闭机罩上设有透明玻璃移动门。

本实用新型提供的加工小曲率曲面的卧式车削机床，通过结构改进，实现对回转主轴和横向进给轴的联动控制，满足具有小曲率曲面外形的工件加工，具有结构简单、经济性好、效率快、效果好的特点。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本实用新型加工小曲率曲面的卧式车削机床的机床整体外观图；

图2是本实用新型加工小曲率曲面的卧式车削机床的机床俯视图；

图3是图2中一种加工小曲率曲面的卧式车削机床的A-A剖视图；

图4是图3中加工小曲率曲面的卧式车削机床的C的局部放大图；

图5是图3中加工小曲率曲面的卧式车削机床的D的局部放大图；

图6是图2中加工小曲率曲面的卧式车削机床的M向视图；

图7是图2中加工小曲率曲面的卧式车削机床的B-B剖视图；

图8是本实用新型加工小曲率曲面的卧式车削机床的机罩示意图；

图9是本实用新型实施例1加工小曲率曲面的卧式车削机床的加工示意图；

图10是本实用新型实施例1加工小曲率曲面的卧式车削机床的加工细节图。

主要元件符号说明：

100-加工小曲率曲面的卧式车削机床，1-床身，2-纵向进给轴，21-纵向滚珠丝杠，22-纵向直线滑轨，23-纵向前固定侧，231-纵向前固定座，232-纵向前固定侧轴承，233-纵向前轴承端盖，234-纵向前锁固螺帽，24-纵向后固定侧，241-纵向后固定座，242-纵向后固定侧轴承，243-纵向后轴承端盖，244-纵向后锁固螺帽，25-纵向驱动电机，26-联轴器，27-纵向运动底板，3-横向进给轴，31-平面磁轨，32-横向直线滑轨，33-横向运动底板，34-电机动子，35-旋转刀盘，36-成形车刀，4-主轴组件，41-主轴底座，42-回转主轴固定座，43-回转主轴，44-主轴电机，45-主轴夹盘，46-可拆卸夹具，47-工件，48-双动气缸，49-尾座，5-全封闭机罩，51-透明自动移动门。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对连接装置进行更全面的描述。附图中给出了连接装置的优选实施例。但是，连接装置可以通过许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对连接装置的公开内容更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。相反，当元件被称作“直接在”另一元件“上”时，不存在中间元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在连接装置的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本实用新型。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

实施例1

参照图1，小曲率曲面卧式车床(以下简称“车床”)100包括床身1、电控系统、气液压控制系统、冷却装置。床身1上安装有纵向进给轴2、主轴组件4、横向进给轴3。纵向进给轴2位于横向进给轴3下方，纵向进给轴2与横向进给轴3成90°水平布置。

参照图2，纵向进给轴2包括安装于床身1上的纵向滚珠丝杠21和纵向直线滑轨22。

参照图3，纵向滚珠丝杠21以两端固定的方式安装于纵向前固定侧23与纵向后固定侧24之间。

参照图4，纵向前固定侧23包括以螺纹连接固定于床身1上的纵向前固定座231，纵向前固定座231前后壁分别设有与纵向滚珠导轨22同轴的纵向前固定轴承孔与纵向驱动电机轴孔，纵向前固定轴承孔内安装有纵向前固定侧轴承232，纵向前固定侧轴承232套装于纵向滚珠丝杠21之轴端。优选地，纵向前固定侧轴承232为三联角接触球轴承。纵向前固定座231上安装有纵向前轴承端盖233，纵向前轴承端盖233套装于纵向滚珠丝杠21上。纵向前轴承端盖233外侧安装有纵向前锁固螺帽234，纵向前锁固螺帽234上通过紧定螺钉锁固于纵向滚珠丝杠21上。纵向前固定座231后壁之外表面安装有驱动纵向滚珠丝杠21转动的纵向驱动电机25，纵向驱动电机25之输出轴穿过纵向驱动电机轴孔并通过联轴器26与纵向滚珠丝杠21之轴端连接。

参照图5，纵向后固定侧24包括以螺纹连接固定于床身1上的纵向后固定座241，纵向后固定座241上设有与纵向滚珠丝杠21同轴的纵向后固定轴承孔，纵向支撑轴承孔内安装有纵向后固定侧轴承242，纵向后固定侧轴承242套装于纵向滚珠丝杠21之另侧轴端。优选地，纵向后固定侧轴承为双列角接触球轴承。纵向后固定座241上安装有纵向后轴承端盖243，纵向后轴承端盖243套装于纵向滚珠丝杠21上。纵向后轴承端盖243外侧安装有纵向后锁固螺帽244，纵向后锁固螺帽244通过紧定螺钉锁固于纵向滚珠丝杠21上。

纵向滚珠导轨22关于纵向滚珠丝杠21对称布置，纵向运动底板27锁固于纵向滚珠导轨22的滑块与纵向滚珠丝杠21的丝杠螺母上，纵向运动底板27可沿纵向滚珠导轨22做往复直线运动。

参照图3，纵向运动底板27上安装有横向进给轴3，包括安装于纵向 运动底板27上的平面磁轨31与横向直线滑轨32，平面磁轨31平行于横向直线滑轨32，横向直线滑轨32与纵向直线滑轨22垂直。

横向直线滑轨32关于平面磁轨31对称布置，并通过滑块与横向运动底板33连接。横向运动底板33下表面安装有电机动子34，在平面磁轨31的驱动下，电机动子34带动横向运动底板33做直线往复运动，且最大加速度不小于两倍重力加速度值。

横向运动底板33上安装有旋转刀盘35，旋转刀盘35上安装有若干成形车刀36。旋转刀盘35还安装有实时刀具寿命监测系统，能够在线监控成形车刀的剩余寿命及使用情况。旋转刀盘35可在水平面内旋转，自动完成换刀。

为了提供控制精度，横向进给轴3上设置有位置反馈装置，优选地，位置反馈装置为封闭式光栅尺定位装置。封闭式光栅尺定位装置由安装于纵向运动底板27上的光栅尺与安装于横向运动底板33上的光栅尺读数头组成。运动时，封闭式光栅尺定位装置能够精确地读取位移数据，对电机进行反馈控制。

参照图6，主轴组件4包括安装于床身上的主轴底座41，主轴底座41上安装有回转主轴固定座42，回转主轴固定座42上安装有回转主轴43，回转主轴43的轴向与纵向进给轴2的运动方向平行。

参照图7，回转主轴43输入端连接有驱动回转主轴43自旋的主轴电机44，优选地，主轴电机44为低转速高扭矩的伺服电机。在主轴电机44驱动下，回转主轴43的最小转速不大于100转/分钟。

在另一个实施例中，回转主轴43与主轴电机44之间还存在减速机构，使回转主轴43的最小转速不大于100转/分钟。

回转主轴43输出端连接有主轴夹盘45，主轴夹盘45上安装有圆柱形 的可拆卸夹具46，可拆卸夹具46外表面上均匀分布有多个工件47，分布角度根据工件47的曲面计算确定。

回转主轴固定座42上还安装有双动气缸48，双动气缸48的活塞杆端连接有尾座49，尾座49上设有夹盘和顶针。当工件过长时，尾盘49可在双动气缸48作用下定心顶紧工件。

车床100选择花岗岩或大理石作为床身1的材料。在另一个实施例中，床身1还可以由铸铁制成。

参照图8，车床100上还设有全封闭机罩5，机罩5上还设有透明玻璃自动门51，透明玻璃自动门51上设有感应开关，防止误夹造成人身伤害。机罩5既便于操作人员观察监控加工情况，又能隔绝噪音与废屑，起到保护操作人员安全及保持环境干净的作用。

以具有小曲率曲面的工件47的加工情形为例，利用车床100加工工件47，具体实施步骤如下：

参照图9，设定回转主轴称为C轴，C轴的心轴称为Z轴，横向进给轴称为X轴。X轴与Z轴的交点称为O点，以O点为极点、X轴为极轴，建立O-X平面极坐标系。

工件47安装在可拆卸夹具46的外表面上，图中可见加工前后的工件47截交O-X坐标系平面的曲线轮廓。

在本实施例中，加工前工件47的毛坯截面直径为300mm，宽为80mm。加工后，可见工件47上的曲线l最高点半径为144mm，最低点半径为147mm，最小进给量为3mm。显然地，该处曲面具有小曲率的特点，偏离平面的程度不高，与圆周轨迹有着显著的差异，该类曲面称为小曲率曲面，一般情况下车削加工无法完成该曲面的加工。

在车床100条件下，以O-X坐标系平面截交圆弧最高点P与最低点P₁， 得到此二点在O-X极坐标系中相应坐标分别为P(147，0)、P₁(144，0.066)。

成形车刀36位于P点时，横向进给速度为零。根据理论计算，运动轨迹无限逼近于抛物线。因此，成形车刀36进给过程为先匀加速运动后匀减速运动，初始和结束的进给速度均为零，得到位置与角度方程如下：

$\begin{array}{c}|144-147|/1000=2\·\frac{1}{2}{\mathrm{at}}^2\\ 0.066=\mathrm{\π}nt\\ V_c=\mathrm{\π}nd\end{array}---\left(1\right)$

方程组(1)中的符号解释如下：

a——成形车刀36的进给加速度；

t——匀加(减)速运动时间；

n——C轴转速；

V_c——切削线速度；

d——切削点到O点的距离。

为保证车削力及加工表面光洁度，必须将切削线速度控制在合理范围内。根据理论计算，得到最小切削线速度：

V_c＝100米/分钟

代入方程组(1)计算可得：

t＝0.0124秒

n＝106转/分钟

a＝19.5米/秒²≈2g

式中，g——重力加速度。

由此得到C轴的转速与X轴的横向进给速度，控制两轴联动，完成工 件曲面的加工。此时，工件47在C轴做回转运动，横向进给轴3高速震荡进给，纵向进给轴根据加工段移动。

根据上述加工方法，车床100集成了相应的加工控制系统。实际加工中，将工件47装夹在可拆卸夹具46上后，将可拆卸夹具46整体安装到主轴夹盘上。在车床100的加工控制系统中输入工件的立体图。车床100对工件曲面自动计算后，控制回转主轴、横向进给轴、纵向进给轴的联动，自行完成车削加工。

本实用新型不局限于上述优选实施方式，凡是以基本相同方式实现本实用新型目的的技术方案均属于本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种加工小曲率曲面的卧式车削机床，包括床身、电控系统、气液压传动系统、冷却装置，其特征在于，所述床身上安装有能够实现直线往复运动的横向进给轴，所述横向进给轴上安装有水平布置的加工刀具，所述床身上安装有主轴组件，所述主轴组件包括能够实现圆周运动的回转主轴，所述回转主轴的轴向垂直于所述横向进给轴的运动方向，所述回转主轴的最小转速不大于100转/分钟，所述横向进给轴的最大加速度不小于两倍重力加速度值，所述回转主轴上安装有用于固定待加工小曲率曲面零件的工件夹具。

2.根据权利要求1所述的一种加工小曲率曲面的卧式车削机床，其特征在于，所述床身上还安装有能够实现直线往复运动的纵向进给轴，所述纵向进给轴位于所述横向进给轴下方，所述纵向进给轴与所述横向进给轴成90°水平布置。

3.根据权利要求2所述的一种加工小曲率曲面的卧式车削机床，其特征在于，所述横向进给轴包括安装于所述纵向进给轴上的直线滑轨与平板磁轨，所述直线滑轨关于所述平板磁轨对称布置，所述直线滑轨上安装有横向运动底板，所述横向运动底板下表面安装有电机动子。

4.根据权利要求1所述的一种加工小曲率曲面的卧式车削机床，其特征在于，所述回转主轴连接有驱动电机，所述驱动电机为伺服电机。

5.根据权利要求1所述的一种加工小曲率曲面的卧式车削机床，其特征在于，所述回转主轴上安装有主轴夹盘，所述主轴夹盘上安装有圆柱形的可拆卸夹具，所述可拆卸夹具外表面上均匀分布有多个工件固定位置。

6.根据权利要求1所述的一种加工小曲率曲面的卧式车削机床，其特征在于，所述横向进给轴上设有位置反馈装置。

7.根据权利要求1所述的一种加工小曲率曲面的卧式车削机床，其特征在于，所述加工小曲率曲面的卧式车削机床上设有实时刀具寿命检测装置。

8.根据权利要求1所述的一种加工小曲率曲面的卧式车削机床，其特征在于，所述加工小曲率曲面的卧式车削机床包括自动换刀装置。

9.根据权利要求1所述的一种加工小曲率曲面的卧式车削机床，其特征在于，所述主轴组件包括双动气缸，所述双动气缸的活塞杆端连接有尾座。

10.根据权利要求1所述的一种加工小曲率曲面的卧式车削机床，其特征在于，所述加工小曲率曲面的卧式车削机床上设有全封闭机罩，所述全封闭机罩上设有透明玻璃移动门。