专利名称：金属管料切断全自动数控车床的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种金属管料切断全自动数控车床，属机械加工领域。
背景技术：
目前金属管料切断的加工设备及加工工艺， 一般采用锯床、铣床、普通 车床等通用设备，由人工上下料进行单刀逐件切断加工，存在着生产效率低、 加工尺寸散差大、原材料利用率低、劳动强度高等问题，成为制约该加工领 域提高劳动生产率，提高产品尺寸精度、提高原材料利用率、减轻操作者劳
动强度的瓶颈。以轴承套圈下料工序为例目前，采用Grl5钢管材料的切 断工序基本以仪表车床为主要加工设备，采用单刀逐件切断加工的生产工
艺；再如机械基础件、汽车和摩托零部件等行业一凡涉及到金属管料切断加 工的工序，也基本上是以通用设备进行单刀逐件切断加工。因此，现有生产 加工设备及加工工艺，无法满足目前进行大批量金属管料切断加工的企业不 断提升生产能力和扩大企业发展的需要。 发明内容
本实用新型的目的旨在克服已有技术中存在的不足，提供一种高效率、 高精度、节省原材料和环境优良型的金属管料切断全自动数控车床。
本实用新型的技术方案是 一种金属管料切断全自动数控车床，包括主 机和附机，特点是主机包括床身，床身上设有主电机、数控系统操作箱、
电器控制箱、主轴箱总成、前刀架总成、后刀架总成、定位刀架总成、接料 机械手、接料盘部分，其中，电器控制箱与数控系统操作箱连接并由其控制 操作，前刀架总成和后刀架总成两者对称设在主轴箱总成前端的两侧和床身 连接，定位刀架总成位于主轴箱总成的正前端，由弯板和床身连接，接料机 械手活动设置在主轴箱总成的前方，由机械手支架与床身连接，接料盘部分
位于接料机械手的下方，由接料盘支架与床身连接；附机包括送料机和储料
机，送料机的前端与主轴箱总成后端的夹紧油缸相对应，储料机对应送料机
设置；还设有气动部分和液压站，气动部分分别与定位刀架总成、接料机械 手、接料盘部分、送料机及储料机内的气缸连接，液压站分别与主轴箱总成 及定位刀架总成上的油缸连接。
所述主轴箱总成包括主轴箱，主轴箱内设有中空式的主轴，主轴上设有 与主电机连接的主电机皮带轮，主轴内设拉管，在主轴的后端连接旋转式中 空夹紧油缸，其中空活塞与拉管连接，在主轴的前端设有弹簧夹具，其弹簧 夹头与拉管连接，弹簧夹具的前端设有对刀器。
所述前刀架总成和后刀架总成的结构相同，具有下导轨总成，下导轨总 成上设中滑板总成，中滑板总成上设上滑板，上滑板上设导轨，导轨上设有 刀台，刀台上设有刀具，前、后刀架总成上的刀具呈对称设置，在下导轨总 成内设有滚珠丝杠副，滚珠丝杠副由膜片联轴器连接伺服电机。
所述定位刀架总成具有弯板，弯板上设有上滑板，上滑板下端连接气缸， 在上滑板上端设有定位油缸，定位油缸上连接定位支撑架，定位支撑架与主 轴前端的弹簧夹具位置相对应，定位刀架总成由弯板与床身连接。
所述接料机械手包括机械手支架，机械手支架上设有底板，底板上设有 上下方向运动的提升气缸，提升气缸下端连接有前后方向运动的接料气缸， 接料气缸上设有接料杆。 '
所述接料盘部分包括接料盘支架，接料盘支架上设有接料盘托架，接料 盘托架上活动设有接料盘，接料盘下方连接有接料盘气缸。
所述送料机包括支架，支架上设有托料架，托料架上设有推料杆，推料 杆通过链条、链轮与送料电机连接，在支架上设有气缸支架，气缸支架上设 有滚轮气缸，滚轮气缸上设有滚轮，在气缸支架上还设有斜托料气缸，斜托 料气缸的前端设有V型托料块，托料架的前端正对夹紧油缸的中空腔体。在 支架上还可设有刹车气缸，刹车气缸的上端设有刹车盘，刹车盘由链条连接。
所述储料机包括储料架，储料架上设有固定的挡板，在挡板的下方设有 顶料杆，顶料杆上连接有顶料杆气缸，储料架布置在托料架侧面相应位置。
与已有技术相比，本实用新型能够通过数控系统操作箱、电器控制箱精
确控制主轴转速及控制前后刀架的进给速度，并利用排刀方式实现对金属管
料的组合对切加工；采用液压系统驱动定位油缸、夹紧油缸、弹簧夹具实现 对加工件的轴向定位、自动夹紧、自动松开；采用气动系统、机械链轮系统 驱动附机上的送料装置及主机上的接料装置，实现对加工件的自动送料和自 动接料。全部加工工序采用数控系统进行程序控制，从而实现对金属管料的 自动送料、轴向定位、自动夹紧、自动切削、自动下料等整个加工过程的全 自动循环。因此，该机床具有自动化程度高、生产效率高、切削刚性强、加 工尺寸稳定、原材料利用率高、操作简单方便、劳动强度低、生产环境清洁 卫生等特点。在机械基础件加工行业、汽车和摩托车零部件加工行业、内燃 机零部件加工行业以及农业机械零部件加工行业的金属管料切断的车削加 工中具有广阔的市场推广前景。
以下结合附图对本实用新型做详细地解释说明。
图1:本实用新型的结构示意图2:本实用新型主机部分的结构示意图3:图2的A向视图4:本实用新型主轴箱总成的结构示意图； 图5:本实用新型刀架总成的结构示意图； 图5.1:图5的侧视图； 图5.2:图5的俯视图6:本实用新型定位刀架总成的结构示意图； 图6.1:图6的侧视图； 图6.2:图6的俯视图7:本实用新型接料机械手的结构示意图； 图7.1:图7的侧视图8:本实用新型接料盘部分的结构示意图； 图9:本实用新型送料机的结构示意图10:本实用新型储料机的结构示意图； 图10.1:图10的侧视图ll:本实用新型电器控制箱的结构示意图。 附图图面说明
图1至图3: l主轴箱总成，2前刀架总成，3后刀架总成，4定位刀架 总成，5主电机，6床身，7接料机械手，8接料盘部分，9液压站，11气动 部分，13数控系统操作箱，14电器控制箱，16排屑机，17料仓，18送料机， 19储料机；
图4: 4-l弹簧夹具，4-2主轴箱，4-3定位轴承，4-4甩油盘，4-5主轴，
4- 6定心轴承，4-7主电机皮带轮，4-8拉管，4-9夹紧油缸，4-10对刀器；
图5至图5,2: 5-l下导轨总成，5-2中滑板总成，5-3上滑板，5-4导轨，
5- 5微调装置，5-7膜片联轴器，5-8滚珠丝杠副，5-9刀台，5-10刀具，5-12 伺服电机；
图6至图6.2: 6-1弯板，6-2气缸，6-3定位支撑架，6-4上滑板，6-5 定位油缸；
图7至图7.1: 7-1底板，7-2导向杆，7-3缓冲器，7-4提升气缸，7-5 接料气缸，7-6接料杆，7-7机械手支架；
图8: 8-l接料盘托架，8-2接料盘，8-3接料盘气缸，8-4接料盘支架；
图9: 9-1支架，9-2滚轮气缸，9-3滚轮，9-4送料电机，9-5链轮，9-6 链条，9-7托料架，9-8推料杆，9-9斜托料气缸，9-10V型托料块，9-11刹 车气缸，9-12刹车盘，9-13气缸支架；
图10至图10.1: 10-1储料架，10-2顶料杆气缸，10-3顶料杆，10-4挡
板；
图11: ll-l数控系统操作箱，11-2CNC系统操作箱，11-3数控系统操 作面板，11-4电器控制箱，11-5电源开关，11-6配电盘，11-7 X向伺服驱 动器，11-8 Z向伺服驱动器，11-9变频调速器，11-10接线端子，11-11中 间继电器，11-12热继电器，11-13分离绕组变压器，11-14交流接触器，11-15
驱动电源变压器。
具体实施方式
参见图1至图11，本实用新型由主机和附机两大部分组成，主机包括床
身6，床身6为一箱体铸件结构，是主机部分的基础基座。在床身6上安装 主电机5、数控系统操作箱13及电器控制箱14，电器控制箱14与数控系统 操作箱13通过导线连接。
在床身6的上方安装主轴箱总成1,包括一个主轴箱4-2，主轴箱4-2 内设有主轴4-5，主轴4-5为中空式前端定位结构，主轴4-5上设有定位轴承 4-3、定心轴承4-6，定位轴承4-3为圆锥滚子轴承，定心轴承4-6为双列圆 柱滚子轴承，并配备独立油润滑装置甩油盘4-4，从而有效解决了主轴箱温 升后造成的主轴热延伸及主轴轴承润滑清洁等问题，因此能够确保加工件尺 寸的精度要求，延长轴承的使用寿命，主轴4-5还具有足够的切削刚性，并 能够满足原材料从主轴后端的通过。在主轴4-5上固定安装主电机皮带轮
4- 7，通过皮带与主电机5连接。主轴4-5内设置拉管4-8，主轴4-5的后端 固定安装夹紧油缸4-9，夹紧油缸4-9为中空式旋转油缸，其中空活塞与拉 管4-8连接，在主轴4-5的前端设有弹簧夹具4-1，弹簧夹具4-1为单锥前推 式结构，能够保证对加工件夹持时的精度要求，其弹簧夹头与拉管4-8连接， 夹持块为镶瓣式结构，以方便对不同直径的加工件进行简便、快速地更换， 主轴4-5的前端还设有对刀器4-10，能够保证若干把刀具同时装夹位置的精 确无误，从而节省了更换不同直径金属管料加工过程中的辅助工作时间，有 效地提高工作效率。
在主轴箱总成1前端床身6的工作面上安装前、后两个横向对称布置的 前刀架总成2和后刀架总成3，两者的结构相同，具有下导轨总成5-l，下 导轨总成5-1上设中滑板总成5-2，中滑板总成5-2上设上滑板5-3，上滑板
5- 3上设导轨5-4，导轨5-4上安装刀台5-9。刀台5-9上安装的刀具5-10为 排刀式结构，可同时装夹若干把刀具对加工件进行组合切断加工，前、后刀 架总成上的刀具5-10为对称设置安装。在上滑板5-3上还设置一个微调装置
5-5，以便于操作者的对刀并能够保证每个加工件工艺尺寸的精度要求。在 下导轨总成5-l内设有滚珠丝杠副5-8，滚珠丝杠副5-8上由膜片联轴器5-7 连接有伺服电机5-12。
定位刀架总成4位于主轴箱总成1的正前端，它具有弯板6-l，通过弯 板6-1安装在床身6上。弯板6-1上设有上滑板6-4，上滑板6-4下端连接气 缸6-2，在上滑板6-4上端设有定位油缸6-5，定位油缸6-5上连接定位支撑 架6-3，定位支撑架6-3与主轴4-5前端的弹簧夹具4-1位置相对应。
在床身6上还安装有接料机械手7和接料盘部分8。接料机械手7通过 接料机械手支架7-7安装在床身6上，机械手支架7-7上设有底板7-1，底板
7- 1上设有提升气缸7-4，提升气缸7-4由双边导向杆7-2导向作上下方向运 动，在底板7-l的上下部位还设有缓冲器7-3，用以克服提升气缸7-4工作时 的冲击力；提升气缸7-4下端连接有前后方向运动的接料气缸7-5，接料气 缸7-5上设有接料杆7-6，接料杆7-6工作时位于主轴箱总成1上的弹簧夹具 4-1前方。接料盘部分8位于接料机械手7的左下方，通过接料盘支架8-4 连接安装在床身6上，接料盘支架8-4上设有接料盘托架8-1，接料盘托架
8- 1上活动安装接料盘8-2，接料盘8-2下部安装有接料盘气缸8-3。 附机包括送料机18和储料机19。送料机18具有支架9-1，支架9-l上设有 托料架9-7，托料架9-7上活动安装推料杆9-8，推料杆9-8通过链条9-6、 链轮9-5与送料电机9-4连接。在支架9-1上位于托料架9-7的下方设置气 缸支架9-13，气缸支架9-13上设有4个滚轮气缸9-2，滚轮气缸9-2上安装 滚轮9-3。在气缸支架9-13上还设置斜托料气缸9-9，斜托料气缸9-9的前 端设有V型托料块9-10;在支架9-1上还可设置刹车气缸9-11，刹车气缸
9- 11上端设置刹车盘9-12，刹车盘9-12由链条9-6连接；托料架9-7的前端 位置正对夹紧油缸4-9的中空腔体。储料机19包括储料架10-1，储料架10-1 上设有固定挡板10-4，在挡板10-4的下方设置顶料杆10-3，顶料杆10-3上 连接有顶料杆气缸10-2。工作时，储料架10-1 (挡板10-4的下方位置)与 托料架9-7相靠接。
本实用新型还设有气动部分11和液压站9。气动部分11可使用空气压 縮机，空压机分别与上述定位刀架总成4、接料机械手7、接料盘部分8、送 料机18及储料机19中的气缸连接，液压站9通过电磁阀分别与主轴箱总成 1中的夹紧油缸4-9、弹簧夹具4-1及定位刀架总成4内的定位油缸6-5连接。
电器控制箱14内设有数控系统操作箱11-1， CNC数控系统11-2，数控 系统操作面板11-3,电器控制箱ll-4，电源开关11-5、配电盘11-6、 X向伺 服驱动器11-7、 Z向伺服驱动器11-8、变频调速器11-9、接线端子11-10、 中间继电器U-U、热继电器U-12、分离绕组变压器11-13、交流接触器11-14、 驱动电源变压器11-15等，全部电器系统都由数控系统控制操作。
下面简述一下工作过程
全部动作可使用CNC数控系统(内制可编程序控制器PLC)进行程控。 启动电源开关11-5,由数控系统操作箱13内的CNC数控系统ll-2(内 制可编程序控制器PLC)输入的各项参数，指令电器、机械、液压、气动等 各功能部分进入自动工作状态。
储料机19上的顶料杆气缸10-2推动顶料杆10-3，将储料架10-1上储存 的金属管料按顺序推过挡板10-4，自动滑落至送料机18的托料架9-7上。 滚轮气缸9-2推动滚轮9-3升起托住金属管料，由送料电机9-4带动链条9-6、 链轮9-5驱动推料杆9-8，将金属管料从夹紧油缸4-9的后端经过主轴4-5、 (拉管4-8)、弹簧夹具4-1推进至定位刀架总成4的定位支撑架6-3部位。 此时定位刀架总成上的气缸6-2已驱动上滑板6-4上升，液压站9驱动定位 油缸6-5由定位支撑架6-3对金属管料进行限位和辅助顶紧。液压站同时驱 动夹紧油缸4-9推动拉管4-8带动弹簧夹具4-1对金属管料进行夹紧。此时， 托料架9-7上的送料电机9-4停转，链条9-6、链轮9-5停止传动，并由刹车 气缸9-11推动刹车盘9-12进行辅助刹车，推料杆9-8暂停推料。主电机5 驱动主轴4-5工作，伺服电机5-12带动滚珠丝杠副5-8驱动前、后刀架总成 同时进行快速进给和工作进给，由刀台5-9上的排刀对钢管进行组合切削。 此时，定位刀架总成4上的定位油缸6-5带动定位支撑架6-3退回，气缸6-2
驱动上滑板6-4退回原点(下降)，同时接料机械手7上的提升气缸7-4下降、 接料气缸7-5推动接料杆7-6穿过弹簧夹具4-1前端的金属管料加工件进行 接料。切削完毕时，接料气缸7-5退回原点，提升气缸7-4上升回原点，此 时接料盘气缸8-3推动接料盘8-2对接料杆7-6上已切断的零件进行接料， 接料后接料盘气缸8-3推动接料盘8-2退回原点。接料盘部分8的下方可预 先放置料仓17,储存加工后的零件。
主轴4-5停转，夹紧油缸4-9拉动弹簧夹具4-1松开，推料杆9-8继续 进行推料工作，下一加工循环开始。 一根钢管全部加工完毕后，推料杆9-8 退回原点，再由储料机19自动送料，进行下一根钢管的循环加工。
主轴由数控系统通过变频调速器控制的变频主电机带动工作，通过对主 轴转速无级变速和对刀架进给速度无级调节的控制，可实现对加工件切削时 的恒线速，从而能够保证加工件表面粗糙度及垂直度的加工精度要求。
另外，机床可配置有排屑机16，能够实现切削液的自动循环及自动排屑； 还可以配置专用磨刀机，以方便操作者对专用切断刀片进行刃磨。
经实验，使用本实用新型切断管料，加工工件直径^18咖一eilOiM， 工件高度6Mi—50mm,最大加工件长度可达6m，刀具的切削间隙可控制在 1.2咖一1.4mm范围内，各项性能指标均能够满足加工工艺的要求，且加工件 的表面粗糙度、圆度、垂直度等技术参数均有较大提高， 一次装夹可同时自 动切断6—12件加工零件，提高了生产效率，具有良好的市场推广优势。
权利要求1、一种金属管料切断全自动数控车床，包括主机和附机，其特征是主机包括床身(6)，床身(6)上设有主电机(5)、数控系统操作箱(13)、电器控制箱(14)、主轴箱总成(1)、前刀架总成(2)、后刀架总成(3)、定位刀架总成(4)、接料机械手(7)、接料盘部分(8)，其中，电器控制箱(14)与数控系统操作箱(13)连接并由其控制操作，前刀架总成(2)和后刀架总成(3)两者对称设在主轴箱总成(1)前端的两侧和床身(6)连接，定位刀架总成(4)位于主轴箱总成(1)的正前端，由弯板(6-1)和床身(6)连接，接料机械手(7)活动设置在主轴箱总成(1)的前方，由机械手支架(7-7)与床身(6)连接，接料盘部分(8)位于接料机械手(7)的下方，由接料盘支架(8-4)与床身(6)连接，附机包括送料机(18)和储料机(19)，送料机(18)的前端与主轴箱总成(1)后端的夹紧油缸(4-9)相对应，储料机(19)对应送料机(18)设置，还设有气动部分(11)和液压站(9)，气动部分(11)分别与定位刀架总成(4)、接料机械手(7)、接料盘部分(8)、送料机(18)及储料机(19)内的气缸连接，液压站(9)分别与主轴箱总成(1)及定位刀架总成(4)上的油缸连接。
2、 根据权利要求1所述的金属管料切断全自动数控车床，其特征是， 所述主轴箱总成(1)包括主轴箱(4-2)，主轴箱(4-2)内设有中空式的主 轴(4-5)，主轴(4-5)上设有与主电机(5)连接的主电机皮带轮(4-7)， 主轴(4-5)内设拉管(4-8)，在主轴(4-5)的后端连接旋转式中空夹紧油 缸(4-9)，其中空活塞与拉管(4-8)连接，在主轴(4-5)的前端设有弹簧 夹具(4-1)，其弹簧夹头与拉管(4-8)连接，弹簧夹具(4-1)的前端设有 对刀器(4-10)。
3、 根据权利要求l所述的金属管料切断全自动数控车床，其特征是， 所述前刀架总成(2)和后刀架总成(3)的结构相同，具有下导轨总成(5-1)， 下导轨总成(5-1)上设中滑板总成(5-2)，中滑板总成(5-2)上设上滑板 (5-3)，上滑板(5-3)上设导轨(5-4)，导轨(5-4)上设有刀台(5-9)，刀 台(5-9)上设有刀具(5-10)，前、后刀架总成上的刀具(5-10)呈对称设 置，在下导轨总成(5-1)内设有滚珠丝杠副(5-8)，滚珠丝杠副(5-8)由 膜片联轴器(5-7)连接伺服电机(5-12)。
4、 根据权利要求1所述的金属管料切断全自动数控车床，其特征是， 所述定位刀架总成(4)具有弯板(6-1)，弯板(6-1)上设有上滑板(6-4)， 上滑板(6-4)下端连接气缸(6-2)，在上滑板(6-4)上端设有定位油缸(6-5)， 定位油缸(6-5)上连接定位支撑架(6-3)，定位支撑架(6-3)与主轴(4-5) 前端的弹簧夹具(4-1)位置相对应，定位刀架总成(4)由弯板(6-1)与床 身(6)连接。
5、 根据权利要求1所述的金属管料切断全自动数控车床，其特征是， 所述接料机械手(7)包括机械手支架(7-7)，机械手支架(7-7)上设有底 板(7-1 )，底板(7-1)上设有上下方向运动的提升气缸(7-4)，提升气缸(7-4) 下端连接有前后方向运动的接料气缸(7-5)，接料气缸(7-5)上设有接料杆(7画6)。
6、 根据权利要求1所述的金属管料切断全自动数控车床，其特征是， 所述接料盘部分(8)包括接料盘支架(8-4)，接料盘支架(8-4)上设有接 料盘托架(8-1)，接料盘托架(8-1)上活动设有接料盘(8-2)，接料盘(8-2) 下方连接有接料盘气缸(8-3)。
7、 根据权利要求1所述的金属管料切断全自动数控车床，其特征是， 所述送料机(18)包括支架(9-1)，支架(9-1)上设有托料架(9-7)，托料 架(9-7)上设有推料杆(9-8),推料杆(9-8)通过链条(9-6)、链轮(9-5) 与送料电机(9-4)连接，在支架(9-1)上设有气缸支架(9-13)，气缸支架(9-13)上设有滚轮气缸(9-2)，滚轮气缸(9-2)上设有滚轮(9-3)，在气 缸支架(9-13)上还设有斜托料气缸(9-9)，斜托料气缸(9-9)的前端设有 V型托料块(9-10),托料架(9-7)的前端正对夹紧油缸(4-9)的中空腔体。
8、 根据权利要求7所述的金属管料切断全自动数控车床，其特征是， 在支架(9-1)上设有刹车气缸(9-11)，刹车气缸(9-11)的上端设有刹车 盘(9-12)，刹车盘(9-12)由链条(9-6)连接。
9、 根据权利要求1所述的金属管料切断全自动数控车床，其特征是， 所述储料机(19)包括储料架(10-1 )，储料架(10-1 )上设有固定的挡板(10-4)， 在挡板(10-4)的下方设有顶料杆(10-3)，顶料杆(10-3)上连接有顶料杆 气缸(10-2)，储料架(10-1)布置在托料架(9-7)侧面相应位置。
专利摘要本实用新型提供了一种金属管料切断全自动数控车床，包括主机和附机，特点是主机的床身上设有主电机、数控系统操作箱、电器控制箱、主轴箱总成、前后刀架总成、定位刀架总成、接料机械手、接料盘部分等，电器控制箱与数控系统操作箱连接并由其控制操作，前、后刀架总成对称设在主轴箱总成前端两侧，定位刀架总成位于主轴箱总成正前端，接料机械手设置在主轴箱总成前方，接料盘部分位于接料机械手下方，附机包括送料机和储料机，送料机前端与主轴箱总成后端相对应，储料机对应送料机设置，本车床实现了对金属管料切断加工过程的全自动控制，具有自动化程度高、生产效率高、切削刚性强、加工尺寸稳定、原材料利用率高、操作简单方便等优点。
文档编号B23B15/00GK201205599SQ20082002240
公开日2009年3月11日 申请日期2008年5月9日 优先权日2008年5月9日
发明者孙志杰 申请人:孙志杰