专利名称：大直径多工位可调式高效高精度数控钻床的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及加工大直径工件的深孔的数控钻床，特别
是加工风力发电机变浆轴承内圈和外圈的深孔。属车削、镗削类(B23B)、控 制或调节系统类(G05B)。
(二) 背景技术
作为可再生能源之一的风力发电，我国拥有巨大的储量及可开发量，由此
对高效制造风力发电机提上日程。风力发电机变浆轴承直径约为2.5M，轴承 内圈和外圈沿周向各有一组深孔，孔径为4>33，深度L达132mm(为轴承高度 方向通孔)，周向一组加工孔数量m为102个，位置度要求>0.4。根据以往的 生产规律，选用4台摇臂钻床，至少2名操作工，加上辅助时间需要14小时 /件，而且很难达到图样要求，报废率高。若采用大型加工中心进行加工，是 可以达到生产要求，但是加工成本过于昂贵。由于上述问题的存在，对这种 大直径大数量的深孔加工采用传统的摇臂钻床和大型加工中心加工既满足不 了产品要求，也满足不了用户的需求。因此必须自行设计开发满足加工精度、 生产效率和资金投入要求的新型数控钻床。
发明内容
本实用新型提出的大直径多工位可调式高效高精度数控钻床，就是解决上 述大直径大数量的深孔加工釆用传统的摇臂钻床和大型加工中心工不能满足 产品要求和用户需求的问题。提供一种高效率高精度且资金投入低的新型数 控钻床。其技术方案如下
A. 中心底部设由转台伺服电机1.1和转动传动件驱动的数控水平转台1;数 控水平转台上放随其转动的工件3和固定工件的工装2;围绕转台周向均布2-6 工位加工体，每工位加工体内设主轴动力头4、立柱5以及动力头和立柱间装 设的十字滑台6;立柱5下面设下滑台7和下滑台安装地板8，下滑台7与立柱 连为一体，设驱动立柱和动力头共同水平径向X位移的径向进给电机7.1和径 向传动件；十字滑台6设有相对立柱竖向Z向移动的竖向滑板6.1和水平横向 Y移动的横向滑板6.2 ，其竖向滑板6.1和横向滑板6.2放在与立柱相配合的 立柱滑槽中，十字滑台6固定于主轴动力头4 ，并设驱动竖向滑板6.1竖向进 给移动的竖向进给电机6.4 、6.5和竖向传动件；同时设有横向Y手动装置6.3 。
B. 主轴动力头4从上至下设有驱动用变频电机4.1、顺次传动连接的传动装 置4.2、钻削头4.3以及内冷式机夹螺旋钻头刀具4.4。
上述组合钻床控制系统及其它优化具体结构
以下结合附图再详细描述。
本实用新型有益效果
① 实现了大直径工件多工位的钻孔加工，提高加工效率2-6倍，且总体结构 简单，为满足所需求的高效率和低投入提供了一种优化组合的组合钻床。
② 可调式功能可通过以下方式实现设十字滑板，通过其内竖向滑板6.1用
进给电机调整不同工件厚度时钻头高度位置；并可单独用手动装置6.3通过横 向滑板6.2调整钻头与工件相对周向(Y向)位置，以适应工件孔距变化。通过 手动装置7.2调正下滑台径向位置，立柱和主轴动力头在下滑台的拖动下沿水 平径向移动以适应工件直径的变化，下滑台的行程为630mm，所以可加工工件 的尺寸范围是(1.5m-3.5m)。灵活地实现加工不同葺径、中心距孔距和厚度的 工件，达到专机多用目的。
③ 由于要达到专机多用目的，结合钻头的转速要求，不同孔径的工件对钻 头的转速要求也是不同的，所以为保证加工的高效性和灵活性，主轴选用7.5kw 交流变频电机4.1进行驱动，实现电机的无级调速。
④ 钻头釆用内冷式机夹螺旋钻头，平均线切削速度为80-100m/min，每圈 进给0.07-0.lmm/r，以达到快速进给的目的。
⑤ 数控水平转台用蜗轮蜗杆传动，分度精度小于15"。
⑥ 采用先进的802C数控系统可精确控制转台旋转精度和提高整台设备的 可靠性。
⑦ 为实现高速钻孔加工必须具备转台的转动和刀具的移动，这两个控制部 分可是独立的，但为了提高效率和方便操作工的操作可把两个部分结合起来， 统一控制。在设计时将802C系统CNC处理器和可编程序控制器PLC端口连 接，使前者接受后者信号，便实现了两个运动部分的协同运动。采用智能数控 系统控制，使2-6个立柱钻头与回转工作台在数控系统地统一控制下，进行连 续精确的高速钻孔，有效保证了加工过程的高精度，高效性。
⑧单个钻头的加工工时计算如下 S = fn = 0.07x 900 = 63mm/min; t=L/S=l 32/63-2.1 minT = fxm=2.1x102 = 215min
整台设备加工完一套工件的工时为T1=T/3 = 72min (3工位)加上辅助时间 30min所以加工完一套工件的时间大概为100分钟。通过以上设计，采用本专 用钻床加工的零件，远远超过工艺要求。加工时间由原来的28小时/套，减
少到现在的100分种/套，工效提高了16.7倍。如每天加工6套零件，按二班 制生产，需要24台原钻床12名操作人员，才能达到用户需求，现在采用本 专用钻床仅需要1名操作人员，1台钻床就可以完成任务,且产品各项精度指 标均超过图样要求，由此采用本实用新型大直径多工位可调式高效高精度数 控钻床，节约了加工时间，减少加工人力，降低整个加工成本。
(四)
图l本实用新型总体布置示意图(俯视) 图2图1 A向视歐每工位加工体视图) 图3十字滑板6中竖向滑板6.1滑动位置示意图 图4十字滑板6中横向滑板6.2滑动位置示意图 '图5内冷式机夹螺旋钻头4.4图示 图6 控制系统电路框图 图7 控制系统流程图
具体实施方式
见图1，图2，本实施例采用三工位数控钻床，总结构布置如下 中心底部设转台电机1.1和高精度蜗轮蜗杆驱动的数控水平转台1,转台下 面有转台安装底板1.2;转台上放可随其转动的工件3和固定工件的工装2;围 绕转台周向均布三工位加工体，每工位加工体内设主轴动力头4、立柱5和在 两者间的十字滑台6。立柱下面装下滑台7和下滑台安装地板8。下滑台7与 立柱5连为一体。加工时，水平径向进给是由径向进给电机7.1驱动，经径向传 动件丝杠带动立柱和主轴动力头一同水平径向(X向)位移而实现。当加工工件 直径变化，如风力发电轴承内圈通孔和外圈通孔所处直径变化，可用手动装置 7.2调整下滑台径向位移，并配有锁紧装置。下滑台7径向移动是相对下滑台 安装地板8移动。
见图2、图3和图4，十字滑台6内设有相对立柱竖向Z向移动的竖向滑板 6.1和水平横向Y向移动的横向滑板6.2,两者放在与立柱上相配合滑动的立柱 滑槽中，整个十字滑台6固定于主轴动力头4上。加工时,竖向滑板6.1的竖向 进给移动(见图3，竖向行程Z6)由竖向进给电机6.4和6.5驱动经竖向传动件丝 杠带动钻头4.4快进和工进；当工件的厚度变化时，控制进给电机6.5调整钻头 高度位置。当加工工件的孔距变化(如风力发电轴承内圈通孔和外圈通孔孔距变 化)，则用手动装置6.3调整横向滑板6.2横向Y向移动(见图4，横向行程Y6)， 即使主轴动力头4相对立柱5周向移动，然后锁紧。
见图2,主轴动力头4从上至下设有驱动用变频电机4.1、顺次传动连接的 传动装置4.2、钻削头4.3以及内冷式机夹螺旋钻头刀具4.4,钻削头4.3可采用 特制钻削头4.3(现市场有卖)。
变频电机4.1采用7.5kw交流变频电机，实现电机的无级调速。见图5 ,切削 用的钻头采用内冷式机夹螺旋钻头4.4，当刀具工作时，外部的冷却液通过内置 在钻头4.4刀体4.41的冷却孔4.43流进刀体，切屑及冷却液通过排屑槽4.42 流出。保证刀具切削热能及时冷却，提高切削速度，此钻头的平均线切削速度 为80-100m/min，进给量0.07-0.lmm/r，以达到快速进给目的。
见图6,控制系统如下组成
①设置802C数控系统的计算机数字控制CNC处理器，接上输入设备和输 出设备。802C数控系统可采用德国西门子系列。②设可编程序控制器PLC， 将CNC处理器和可编程序控制器PLC连接，由此CNC处理器就可以接受可编 程序控制器PLC的信号。③设操作面板与可编程程序控制器PLC的输入模块 连接。④可编程序控制器PLC通过接口电路接机床本体，使机床本体信号成为 PLC可以接受的电平信号。⑤设水平转台单元(即为转台伺服电机的驱动器) 分别与802C的CNC处理器和转台伺服电机1.1连接，控制水平转台1的分度 转动。⑥可编程序控制器PLC的输出模块通过程序分别驱动竖向快进电机6.4、 工进电机6.5、径向进给电机7.1和变频电机4.1，并分别通过竖向传动件丝杠、 径向传动件丝杠和传动装置4.2带动主轴动力头4和下滑台7完成预定的动作。 见图7，本实用新型控制系统流程包括如下步骤 M0.1:钻床开机回原点。M0.2:下滑台7移动到目标位置。M0.3:下滑台 7锁紧、锁紧指示。M0.4:十字滑台竖向滑板6.2快速进给。M0.5:十字 滑台竖向滑板6.2工进，进行钻削。M0.6:十字滑台竖向滑板6.2快速退 回原位。M0.7:水平迥转工作台1放松。M1.0:水平迥转工作台1按设定 角转动。M1.1:水平迥转工作台1夹紧。然后回到M0.3重复加工循环。M1.2: 下滑台7放松，退回。
图7中I0.1-I0.7，11.1，为PLC的输入模块的接口，输入模块的接n与机床 信号连接保证整个系统的正常运行。输入接口的定义如下IO.l—启动按钮， 10.2—行程开关，10.3—竖向滑板快速启动信号用定时器实现，10.4—行程开 关I0.5—行程开关，10.6—转台放松信号接受传感器的输入，可用定时器实现， 10.7-定时器信号11.1—转台锁紧信号，接受传感器的输入，C60—计数器输 入，控制钻削循环次数。
权利要求1.大直径多工位可调式高效高精度数控钻床，其特征是A.中心底部设由转台伺服电机(1.1)和转动传动件驱动的数控水平转台(1)；数控水平转台上放随其转动的工件(3)和固定工件的工装(2)；围绕转台周向均布2-6工位加工体，每工位加工体内设主轴动力头(4)、立柱(5)以及主轴动力头和立柱间装设的十字滑台(6)；立柱(5)下面设下滑台(7)和下滑台安装地板(8)，下滑台(7)与立柱连为一体，设驱动下滑台并带动立柱和主轴动力头共同水平径向X位移的径向进给电机(7.1)和径向传动件；十字滑台(6)内设有相对立柱竖向Z移动的竖向滑板(6.1)和水平横向Y移动的横向滑板(6.2)，其竖向滑板(6.1)和横向滑板(6.2)放在与立柱相配合的立柱滑槽中，十字滑台(6)固定于主轴动力头(4)，并设驱动竖向滑板(6.1)竖向进给移动的竖向进给电机(6.4)、(6.5)和竖向传动件；同时设有横向Y手动装置(6.3)。B.主轴动力头(4)从上至下设有驱动用变频电机(4.1)、顺次传动连接的传动装置(4.2)、钻削头(4.3)以及内冷式机夹螺旋钻头刀具(4.4)。
2. 按权利要求1所述数控钻床，其特征是:数控水平转台(l)周向均布3工位 加工体。
3. 按权利要求1所述数控钻床，其特征是:设置802C数控系统的计算机数字 控制CNC处理器，通过水平转台单元连接并控制转台伺服电机(l.l);同时设置 可接收CNC处理器信号的可编程序控制器PLC ，连接并控制竖向进给电机(6.4) 和(6.5)、变频电机(4.1)以及径向进给电机(7.1)。
4. 按权利要求1所述数控钻床，其特征是转动传动件采用蜗轮蜗杆。
5. 按权利要求1所述数控钻床，其特征是设有径向X手动装置(7.2)。
专利摘要大直径多工位可调式高效高精度数控钻床。设数控转台，其上放工件和工装；周向设2-6工位，每工位有主轴动力头、立柱、两者间的十字滑台、下滑台和安装地板；动力头有变频电机、传动装置、特制钻削头及内冷式机夹螺旋钻头。多工位功效提高。内冷钻头切削速度达80-100m/min。可调节下滑台和十字滑板内横向和竖向滑板满足不同直径、中心距孔和厚度工件的加工，实现一机多用的可调式。用分度精度高的转台、先进的802C数控系统并与可编程序控制器相结合使转盘分度和钻头移动协同控制，保证整杌连续精确的高速钻孔，实现高效高精度加工。与现有摇臂钻床比加工同样数量工件，本实用新型仅需1台1人而原钻床需24台12名人员。可用于大直径深孔加工，特别是风力发电变桨轴承内、外圈深孔的加工。
文档编号B23Q1/26GK201175774SQ20082006200
公开日2009年1月7日 申请日期2008年1月28日 优先权日2008年1月28日
发明者宇 文 申请人:宇 文