CN214212224U - 一种双床鞍数控车床的加工电机壳体专机 - Google Patents

Abstract

一种双床鞍数控车床的加工电机壳体专机，其特征是在平床身卧式数控车床上增加一套床鞍、滑板、刀架和X轴Z轴结构，左、右X轴系统分别安装在左、右床鞍上，各X轴垂直于各自Z轴；Z轴伺服电机安装在各自Z轴后端，左、右Z轴同轴相向安装在床身上，中间为行程中断区域，左Z轴配短丝杠、右Z轴配长丝杠；双通道数控系统分别控制两个作业加工程序、分别控制各自伺服电机，使一个X轴、Z轴独自运动，两通道共用同一主轴，以主轴输出转速为基础，并另设两通道相互等待的主机停车程序，可在一次回转运动中同时完成对工件两端加工部位的切削，极大的降低了加工的成本，提升效率和工件精度。机床改造成本较低，给组织生产带来便利。

Description

一种双床鞍数控车床的加工电机壳体专机

技术领域

本实用新型涉及机械加工技术领域，一种双床鞍的加工电机壳体专机。

背景技术

对于电机壳体这类前后两端，尤其是两端面均需车削加工的大中型零件，通常使用普通平床身卧式数控车床来加工。加工方式是用这种普通数控车床，分成两道工序，先加工电机壳体一端，之后调头转卡，打表找正，加工另一端。工件体积质量较大，工人劳动强度大；分两道工序，加工辅助时间加长，生产效率低；尤其是当两端有较高的形位公差要求时，重复装卡造成的精度损失往往使得加工出的零件难以达到精度要求。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种双床鞍数控车床的加工电机壳体专机，可在一次回转运动中同时完成对前后两端加工部位的切削，极大的降低了加工的成本，提升效率，提高工件精度。

一种双床鞍数控车床的加工电机壳体专机，采用广数GSK988TD的双通道数控系统控制主传动轴，其特征是双通道数控系统分别执行两个作业加工程序，在平床身卧式数控车床基础上增加一套床鞍、滑板、刀架和X轴Z轴结构，床身采用有床腿结构的高刚性整体铸造床身，在其上安装大扭矩床头箱、高刚性台尾、主电机，两套左、右X轴系统分别安装在左、右床鞍上，左、右床鞍通过各自的溜板箱与各自左Z轴、右Z轴连接，各X轴垂直于各自Z轴；将各Z轴伺服电机安装在各自Z轴后端，左Z轴、右Z轴同轴相向串联安装在床身上，中间相对部分为行程中断区域，左Z轴配置短丝杠、右Z轴配置长丝杠，右Z轴具有较长行程以适用不同长度的电机壳体工件；电路连接:GSK988TD双通道系统通过系统的总线端口CN51 连接到通道一使用的主轴驱动的总线端口CN5口上，并通过主轴驱动的总线端端 CN4连接到通道一的X轴驱动的总线端口CN5上，以此类推，连接顺序是主轴驱动模块、通道一的X轴驱动模块、通道一的Z轴驱动模块、通道二的X轴驱动模块、通道二的Z轴驱动模块，最后是IO模块；所述驱动模块都通过其编码器反馈端口 CN2与各自的伺服电机的编码器端口X32相连，形成一个闭环；驱动模块上的电源端口TB连接到各自伺服电机的电源端口X31，控制各自电机的运动。

本设计双床鞍的加工电机壳体专机，可在一次回转运动中同时完成对前后两端加工部位的切削，一台设备就可以完成两道工序，省去调头装卡、打表找正等工序，极大的降低了加工的成本，提升效率，提高工件精度。双床鞍平床身卧式数控车床，除去两套两轴、数控系统及相关防护件外，其余零部件均可通用普通数控车床，给组织生产带来便利，改造成本较低。由于机床的结构和整体强度所限，主电机只能选择合适的功率，无法做到无上限加大，在进行两处同时加工时，所产生的切削抗力要叠加，因此本发明设备不适合做大切削量的粗加工，只做半精加工和精加工工序。由于只做半精加工和精加工，加工抗力较小，对刚性要求不是太大，所以可以使用短床鞍，使用短床鞍的好处是：当左床鞍移动到右极限位置时，如果是标准长度的床鞍，会有一部分伸出到右床鞍的行程区间内，影响右床鞍的行程，短床鞍则是去除了伸出的这一部分，保证了右床鞍的行程，在机床整体长度不变的条件下能使右床鞍行程得到提升。将原来的一根Z轴丝杠分成行程相适的两根，装配时，采用先装配距离主轴较远的右侧床鞍滑板的方法确保精度。还要尽量减少左、右丝杠之间的空白距离，并将各自Z轴伺服电机安装在轴后端以减少Z轴的行程缺失。

附图说明

图1为本双床鞍加工电机壳体专机的正面结构示意图；

图2为加工电机壳体工件a的设备状态演示图；

图2a为电机壳体工件a的剖视图；

图2b为电机壳体工件a的专用工装剖视图；

图3为设备加工盘形工件b的设备状态演示图；

图3a为盘形工件b的剖视图；

图4为本双床鞍加工电机壳体专机的电路连接示意图；

图5为本双床鞍加工电机壳体专机的双通道系统控制框图；

图6为利用双通道系统的CNC控制加工电机壳体工件a的时序框图；

图7为加工盘形工件b的时序框图。

具体实施方式

本实用新型的双床鞍数控车床的加工电机壳体专机，只做半精加工和精加工，采用广数GSK988TD的双通道数控系统控制主传动轴，其特征是双通道数控系统分别执行两个作业加工程序，在平床身卧式数控车床基础上增加一套床鞍、滑板、刀架和X轴Z轴结构，床身1采用有床腿结构的高刚性整体铸造床身，在其上安装大扭矩床头箱2、高刚性台尾3、主电机17，左、右X轴系统19、20分别安装在左、右床鞍6、7上，如图1所示，靠近台尾的右床鞍7是正常床鞍的尺寸，而左床鞍6要短一些。缩短左床鞍6的原因在于标准长度的右床鞍7在右极限位置时会影响右床鞍行程。左、右床鞍6、7通过各自的溜板箱与各自左Z轴4、右Z轴5连接，各X轴垂直于各自Z轴，仍是原结构无需变动；左Z轴4短、右Z轴5长，左Z轴4、右 Z轴5同轴相向串联安装在床身1上，中间相对部分为行程中断区域，左Z轴4配置左短丝杠8、右Z轴5配置右长丝杠9，右Z轴5具有较长行程以适用不同长度的电机壳体工件a。

本机床使用广数GSK988TD的双通道数控系统，设置通道一对应左Z轴4和左X 轴19、通道二对应右Z轴5和右X轴20，各通道分别控制各自伺服电机，使其控制的一个X轴与一个Z轴独自运动，其特征在于各自独立的两个通道只共用主轴的输出转数，以主轴的输出转数为基准，分别编制各自通道的加工程序，并另设两通道相互等待指令，使耗时短的程序等待耗时长的程序，保证两个通道的加工程序同时结束；设置主轴在通道一中，主电机17根据两处同时加工时切削抗力叠加的因素，只能选择合适的功率上限。电路连接见图4：电路连接:GSK988TD双通道系统通过系统的总线端口CN51连接到通道一使用的主轴驱动的总线端口CN5口上，并通过主轴驱动的总线端端CN4连接到通道一的X轴驱动的总线端口CN5上，以此类推，连接顺序是主轴驱动模块、通道一的X轴驱动模块、通道一的Z轴驱动模块、通道二的X轴驱动模块、通道二的Z轴驱动模块，最后是IO模块；所述驱动模块都通过其编码器反馈端口CN2与各自的伺服电机的编码器端口X32相连，形成一个闭环；驱动模块上的电源端口TB连接到各自伺服电机的电源端口X31，控制各自电机的运动。见图5，机床的双通道控制系统中设置通道一对应左Z轴4左X轴19、通道二对应右Z轴5右X轴20，各通道分别控制各自伺服电机使其一个X轴与一个Z轴独自运动，增加的一套X轴Z轴与原有的共用同一主轴。将工件两端的加工程序分别输入通道一和通道二CNC系统，两套X轴Z轴相对独立，一次启动，完成在一个主轴回转运动中对工件前后两端的各自加工。在装配过程中，主轴轴线对床鞍溜板移动的平行度和刀架横向移动对主轴轴线的垂直度是机床精度的重要控制点，双床鞍机床右侧床鞍滑板由于距离主轴较远，无法直接用检棒打表的方式调整其相对主轴轴线的位置精度。本发明采用的装配方法是先装配距离主轴较远的右侧床鞍滑板，此时无左床鞍6，将右床鞍移动到左侧，可直接使用主轴检棒调整精度，调整好精度后推到右侧，通过右溜板箱与右长丝杠9连接，之后正常安装左床鞍滑板。两套Z轴系统在床身1同侧同一高度位置串联，将各Z轴伺服电机安装在各自Z轴后端，分别置于床身1前端及尾端，尽量减少左短丝杠8、右长丝杠9 之间的空白距离，以减少Z轴的行程损失；Z轴走刀方向为从两端相向而行，即从工件两端面开始加工，分别向内走刀。两套X轴均采用前置刀架，在靠近工件方向把刀，X轴全行程可加工。两套X轴Z轴相对独立，可满足在一个主轴回转运动中对工件前后两端的加工。

加工电机壳体需要配合专用工装，通常采用一卡一顶或者两顶的装卡方式进行装卡；如图2中所示，对于电机壳体工件a的加工，电机壳体工装15是长圆柱体芯轴，其大径外周支撑工件内孔，长度适于车床的卡盘与台尾3的顶尖之间，中部有大径凸台，其尺寸与工件孔内径匹配。电机壳体工装应根据工件的具体结构及尺寸来设计制造。使用本专机加工电机壳体工件a的加工流程，电机壳体工件a 为45#钢材质，加工部位为两端面，左侧止口和倒角，右侧空刀槽，质量达到了 18.6kg，若由人工进行调头装卡将会非常困难。

作业时，先将电机壳体工件a与电机壳体工装15组合起来，然后使用卡盘10 及台尾3将电机壳体工装15及电机壳体工件a装卡在机床上，各自床鞍的左右刀架 11、12分别在靠近工件侧装卡刀具13、14，主轴转动时卡盘10带动电机壳体工装 15及电机壳体工件a一起回转，两刀架相向而行，从工件两端向中间走刀，可加工零件两端面及部分外圆。由于Z轴是两根左短丝杠8、右长丝杠9串联，行程有中断区域，无法覆盖零件的全部外圆，如有需求，可以选用加长刀杆增加对外圆的加工范围。本设备选用加大冷却液泵18，分两路，经过分水块21分成两冷却液管路，分别对两个加工区进行冷却。针对于电机壳体工件a的加工特点，即大部分电机壳体加工部位为端面、止口及空刀槽，如图2所示，没有要求长行程外圆车削，因此，选用左Z轴4短行程即可满足加工要求。为满足不同长度的电机壳体加工，右Z轴5保留了较长行程。由于机床的结构和整体强度所限，主电机17只能选择合适的功率，无法做到无上限加大，在进行两处同时加工时，所产生的切削抗力要叠加，因此本结构不适合做大切削量的粗加工，只做半精加工和精加工工序。

本机床使用广州数控设备有限公司生产的GSK988TD的双通道系统来实现电机壳体工件a两端的同时加工，通过通道一中的指令来控制通道一中的主轴、X 轴与Z轴的运动。通过通道二中的指令来控制通道二中的X轴与Z轴的运动，并且由于本机床只具备一个主轴，所以主轴在通道一中控制。与CNC系统建立总线通信的伺服驱动单元超过一台时，需要设置与CNC系统对应的伺服从机号，确保CNC 系统对某一台伺服驱动单元的唯一控制。为此连接同一台CNC系统的伺服驱动单元不能设置重复的伺服从机号。首先，程序中给每个驱动器一个编号，例如，通道一的X轴的驱动器编号为1，将驱动器PA156号参数设为1，同时将系统上对应通道一的X轴的参数也设为1，这样系统主机对应的编号与伺服从机的编号一致，就能实现系统对伺服驱动的唯一控制。举例说明，如图6所示，当同时执行通道一与通道二的加工程序时，系统会逐条识别驱动器编号来实现各轴的运动控制，当系统需要通道一的X轴运动时，系统会发出指令，通过总线向通道一的X1轴的驱动发出指令，通道一的X1轴的驱动接到指令后，按照指令控制它所连接的伺服电机按照指令运动。一台普通的数控车床，是由一个系统控制一个主轴、一个X轴与一个Z轴。双通道系统就相当于两个系统，可以分别控制两组伺服电机运动，但是双通道系统比起两个系统同步性更好。可以把通道一想象成普通的数控车床的控制系统，负责控制主轴、一个X轴与一个Z轴。通道二可以想象成另一个系统，不过这个系统仅控制一个X轴与一个Z轴。通道一与通道二分别有自己的加工程序，用来分别加工自己负责加工的工件端。其中通道一负责负责主轴的运转，还有电机壳体工件a左端的加工，通道二负责电机壳体工件a右端的加工。其中由于通道一负责主轴的运转，工件在加工时的转速与主轴统一，要使通道一需要与通道二的加工程序一起结束，才能使工件加工一起完成，所以在加工程序结束前增加一个等待的指令，以便两个通道的加工程序一起结束。

由于本机床是在普通平床身卧式数控车床基础上增加一套X轴Z轴系统所得到的专机，虽然受到Z轴行程所限，但是也可以加工一些普通平床身卧式数控车床能加工的零件,例如盘类工件b,图3为加工盘类工件b时设备状态示意图，使用普通卡盘装卡，将右床鞍移动到安全位置，仅使用左侧X轴Z轴进行加工。

Claims (4)

1.一种双床鞍数控车床的加工电机壳体专机，采用广数GSK988TD的双通道系统控制主传动轴，有专用工装，其特征是双通道数控系统分别执行两个作业加工程序，在平床身卧式数控车床基础上增加一套床鞍、滑板、刀架和X轴、Z轴结构，床身(1)采用有床腿结构的高刚性整体铸造床身，在其上安装大扭矩床头箱(2)、高刚性台尾(3)、主电机(17)，两套左、右X轴系统(19、20)分别安装在左、右床鞍(6、7)上，左、右床鞍(6、7)通过各自的溜板箱与各自左Z轴(4)、右Z轴(5)连接，各X轴垂直于各自Z轴；将各自Z轴伺服电机安装在各自Z轴后端，左Z轴(4)、右Z轴(5)同轴相向串联安装在床身(1)上，中间相对部分为行程中断区域，左Z轴(4)配置左短丝杠(8)、右Z轴(5)配置右长丝杠(9)，右Z轴(5)具有较长行程以适用不同长度的电机壳体工件。

2.根据权利要求1所述的双床鞍数控车床的加工电机壳体专机，其特征是加工电机壳体需要配合专用工装，采用一卡一顶或者两顶的装卡方式进行装卡；一卡一顶用的工装：加工电机壳体工装(15)是长圆柱体芯轴，其大径外周支撑工件内孔，长度适于车床的卡盘与台尾(3)的顶尖之间，中部有大径凸台，其尺寸与工件孔内径相等。

3.根据权利要求1所述的双床鞍数控车床的加工电机壳体专机，其特征是左、右床鞍(6、7)的长度不等，右床鞍(7)是标准长度，左床鞍(6)的长度短于右床鞍(7)的长度。

4.根据权利要求1所述双床鞍数控车床的加工电机壳体专机，其特征在于电路连接:GSK988TD双通道数控系统通过系统的总线端口CN51连接到通道一使用的主轴驱动的总线端口CN5口上，并通过主轴驱动的总线端端CN4连接到通道一的X轴驱动的总线端口CN5上，连接顺序是主轴驱动模块、通道一的X轴驱动模块、通道一的Z轴驱动模块、通道二的X轴驱动模块、通道二的Z轴驱动模块，最后是IO模块；所述驱动模块都通过其编码器反馈端口CN2与各自的伺服电机的编码器端口X32相连，形成一个闭环；驱动模块上的电源端口TB连接到各自伺服电机的电源端口X31，控制各自电机的运动。

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