一种大型锅炉用锅筒和集箱高速数控钻床的制作方法

本发明涉及加工设备领域，特别涉及一种大型锅炉用锅筒和集箱高速数控钻床。

背景技术：

现阶段锅炉行业使用的集箱管多采用摇臂钻床或数控多轴钻床进行加工，但锅筒及集箱管孔数量多，且分布在管体径向的多个角度，使用摇臂钻床或普通数控钻床加工效率低、精度差。

目前国内缺少针对锅筒及集箱管等管件的专用加工设备。

技术实现要素：

为了弥补现有技术的不足，本发明提供了一种高效、高精度加工大型锅炉锅筒和集箱管孔的高速数控钻床。本发明的数控钻床专用于管件加工，尤其是锅筒和集箱等大型管件加工。

本发明针对锅筒及集箱管的结构特点，提供一种专用于锅炉行业锅筒、集箱管加工的柔性化的既可加工锅筒又可加工集箱的多用途高速数控钻床。

本发明的技术方案为：

一种大型锅炉用锅筒和集箱高速数控钻床，包括钻削机构、工件支撑机构和数控分度头；所述工件支撑机构和数控分度头安装于床身并可沿床身X轴向移动；所述钻削机构安装于底座并通过可沿底座X轴向移动的龙门跨立于床身；所述床身低于底座；所述龙门上安装有可沿Y轴方向调整的垂直滑枕，所述垂直滑枕上装有可沿垂直滑枕在Z轴方向移动的钻削动力头；所述工件支撑机构包括若干固定支撑机构和若干可将工件沿Z轴托起的升降支撑机构。

作为优选方案，所述数控分度头包括设置于所述床身上X轴向钢轨的数控分度头箱体，所述数控分度头箱体上安装有可沿Z轴移动的分度头滑板，所述分度头滑板上固定设有带有外齿的回转支承，所述回转支承上设有用于夹紧工件数控分度的自定心卡盘，用于驱动所述自定心卡盘回转的行星减速机与回转支承啮合；用于驱动所述自定心卡盘上下调整的升降减速机通过丝杠与所述分度头滑板固定连接。

作为优选方案，所述升降支撑机构包括设置于所述床身上X轴向钢轨的升降支撑架底座，所述升降支撑架底座上设有V型支撑架，所述V型支撑架上设有若干Z轴向的导向板，用于承托工件的V型滚轮架通过所述导向板安装于所述V型支撑架，所述升降支撑架底座上设有用于将V型滚轮架Z轴托起的升降油缸。

进一步地，所述升降支撑架底座上设有用于对所述V型支撑架Z轴向调整的楔铁，所述升降支撑架底座上设有用于锁定所述V型支撑架高度的双层自锁机构。

作为优选方案，所述固定支撑机构包括设置于所述床身上X轴向钢轨的固定支撑架底座，所述固定支撑架底座上设有V型支撑架，所述V型支撑架上设有用于负载工件的支撑条。

进一步地，所述固定支撑架底座上设有用于对所述V型支撑架Z轴向调整的楔铁，所述固定支撑架底座上设有用于锁定所述V型支撑架高度的双层自锁机构。

作为优选方案，所述升降支撑架底座和所述固定支撑架底座上均设有Y轴向调整的楔铁，并设有用于锁定V型支撑架高度的双层自锁机构。

作为优选方案，所述垂直滑枕上固定设有跨立于所述钻削动力头并位于所述钻削动力头前方的随动压料油缸。

作为优选方案，所述钻削动力头包括高速主轴、主轴电机、打刀机构和动力头箱体。

作为优选方案，所述底座上设有用于锁紧所述龙门的液压锁紧机构。

本发明的有益效果为：

本发明通过加大夹持范围配合专用工装夹具实现既可加工锅筒又可加工集箱的多用途目标。

床身上安装有多个固定支撑机构，固定支撑机构为刚性支撑，以提高工件刚性，减少振动，提高刀具使用寿命。

床身上安装有多个升降支撑机构，升降支撑机构为柔性支撑，可在上料时或旋转定位时抬起，减少旋转时产生的摩擦力及上料冲击力。

工件支撑机构与数控分度头协作完成工件加工时的旋转定位，定位精确度非常高。

随动压料油缸与钻削动力头同时行进并且不影响钻削动力头的进给动作，可在加工前压住锅筒、集箱管，以减小钻削过程中的震动，提高加工精度。

经试验，本发明数控钻床加工锅筒和集箱精度比摇臂钻床或数控多轴钻床加工精度高363%。

本发明大型锅炉用锅筒和集箱高速数控钻床专用于锅炉行业锅筒、集箱管等各种管件的加工，方便了管状工件的加工作业，提高了生产效率，降低了劳动强度，相应的降低了劳动成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明大型锅炉用锅筒和集箱高速数控钻床的侧视结构示意图；

图2为本发明大型锅炉用锅筒和集箱高速数控钻床的正视结构示意图；

图3为本发明大型锅炉用锅筒和集箱高速数控钻床钻削机构的正视结构示意图；

图4为本发明大型锅炉用锅筒和集箱高速数控钻床钻削机构的等轴测结构示意图；

图5为本发明大型锅炉用锅筒和集箱高速数控钻床数控分度头的正视结构示意图；

图6为本发明大型锅炉用锅筒和集箱高速数控钻床数控分度头的侧视结构示意图；

图7为本发明大型锅炉用锅筒和集箱高速数控钻床数控分度头的等轴测结构示意图；

图8为本发明大型锅炉用锅筒和集箱高速数控钻床升降支撑机构的正视结构示意图；

图9为本发明大型锅炉用锅筒和集箱高速数控钻床升降支撑机构的等轴测结构示意图；

图10为本发明大型锅炉用锅筒和集箱高速数控钻床固定支撑机构的正视结构示意图；

图11为本发明大型锅炉用锅筒和集箱高速数控钻床固定支撑机构的等轴测结构示意图；

图12为本发明大型锅炉用锅筒和集箱高速数控钻床钻削动力头的等轴测结构示意图；

图13为本发明大型锅炉用锅筒和集箱高速数控钻床随动压料油缸的正视结构示意图；

图中：1.底座，2. 可调地基螺钉，3. 随动压料油缸，4.钻削动力头，5. 垂直滑枕，6. 龙门，7. 排屑系统，8. 床身，9. 升降支撑机构，10. 固定支撑机构，11. 数控分度头，12. 驱动齿轮齿条副，13.手柄，14. 传动齿轮齿条副，15.直线滚柱导轨副，16. 油缸支架，17. 锁紧油缸，18钢导轨，19.锁紧螺钉，20.操作台，21.电气系统，23.平衡油缸，24. 自定心卡盘，25. 数控分度头箱体，26. 精密行星减速机，27. 分度头滑板，28.升降减速机，29.回转支承，30.传动齿轮，31. 支撑架底座，32. V型支撑架，33.导向铜板，34. V型滚轮架，35.支撑辊，36.升降油缸，37.楔铁，38. 双层自锁机构，39.支撑条，40. 高速主轴，41. 主轴电机，42. 打刀机构，43. 同步带和精密滚珠丝杠副，44. 动力头箱体。

具体实施方式

以下实施例为本发明的一个具体实施例，也可以在该实施例的基础上进行调整。

实施例1

如图1-图13所示，本发明的大型锅炉用锅筒和集箱高速数控钻床包括底座1、床身8、钻削机构、工件支撑机构、数控分度头11、排屑系统7、液压系统、电气系统21和方便人员观察与操作的操作台20。

钻削机构位于底座1；工件支撑机构和数控分度头11位于床身8。床身8低于底座1。一般来说，床身8置于地窖中。

底座1及床身8作为机床基础件，采用铸造结构，时效去应力处理，具有较好的刚性和稳定性，其底面上密布许多可调地基螺钉2，可以方便的调整确保上导轨面的平面度和直线度。

钻削机构包括龙门6、垂直滑枕5、钻削动力头4和随动压料油缸3。底座1为平铺式结构，底座1上各有两条高承载力直线滚珠导轨，龙门6 X 轴移动采用固定在底座1上的直线滚柱导轨副导向，底座1的一侧安装有斜齿齿条，龙门6采用伺服电机经精密减速器由消隙传动齿轮齿条副14驱动。

龙门6采用焊接框架结构，龙门6 X轴移动采用固定在底座1上的两条高承载力65 号直线导轨副导向，驱动采用双侧同步驱动，导轨与齿轮齿条均已消除了间隙，响应好，定位精度高，其双侧同步驱动保证了龙门6的平行移动，保证在任何位置Y轴对X轴的垂直度。龙门6与底座1之间设有液压锁紧机构（锁紧油缸17），当驱动电机停转时锁紧油缸夹紧，使龙门6在底座1上能锁定，确保X轴搞的定位精度和快速定位。

龙门6上装有可沿Y轴方向调整的垂直滑枕5（比如采用螺杆对垂直滑枕5在Y轴方向微调，以实现钻削动力头与工件中心线相交），垂直滑枕5上装有可沿垂直滑枕5在Z轴方向移动的钻削动力头4。垂直滑枕5上固定设有跨立于钻削动力头4并位于钻削动力头4前方的随动压料油缸3。随动压料油缸3通过油缸支架16联接在垂直滑枕5上，油缸支架16为“冂”字形结构，跨过钻削动力头4，且不影响钻削动力头4进给动作。当龙门6移动到钻孔位置后，随动压料油缸3可压住锅筒、集箱管，以减小钻削过程的振动，其夹压可调。

钻削动力头4安装在垂直滑枕5上，由直线滚柱导轨副15导向，采用伺服电机带动同步带和精密滚珠丝杠副43驱动沿垂直方向（Z轴）上下，实现数字进给。钻削动力头4、垂直滑枕5移动采用两条直线滚柱导轨副15导向，驱动采用AC伺服电机带动同步带和精密滚珠丝杠副传动，沿横向（Y轴）移动。Z轴电机带有自动抱闸功能，在断电的情况下，自动抱闸将电机轴抱紧，使之不能转动。工作时，当钻头未接触工件时，快速进给；当钻头接触工件后，自动切换为工进。当钻头钻透工件后，自动切换为快退；当钻头端部离开工件到达设定位置时，平移到下一个孔位，实现自动循环。并且可以实现钻盲孔、铣削、倒角、断屑、自动排屑等功能，提高了劳动生产率。

钻削动力头4为方形滑枕结构，由高速主轴40、主轴电机41、打刀机构42、动力头箱体44组成。动力头采用主轴电机41带动同步带轮驱动高速主轴40旋转传递扭矩的结构，其高速主轴转速最高为3000r/min。该动力头采用伺服电机经同步带、同步轮减速，直线滚珠导轨副导向，驱动竖直的滚珠丝杠旋转，实现数字进给。动力头配有液压打刀缸来配合主轴的45°四瓣爪拉刀机构，实现自动松刀和自动拉刀动作，方便刀具的装卸。垂直滑枕5与龙门6之间安装有滑动丝杠副，用于调节主轴轴线与工件轴线，在加工过程中是相交的。

工件支撑机构包括固定支撑机构10和升降支撑机构9；床身8上设置硬质钢导轨18，其上设有升降支撑机构9、固定支撑机构10及数控分度头11。升降支撑机构9、固定支撑机构10及数控分度头11采用硬质钢导轨18导向，并采用伺服电机经精密减速器由驱动齿轮齿条副12驱动。具体的，床身8一侧设有驱动齿条，驱动齿条与升降支撑机构9、固定支撑机构10及数控分度头11上的驱动齿轮啮合，以驱动升降支撑机构9、固定支撑机构10及数控分度头11沿X轴向移动。

数控分度头11包括数控分度头箱体25、分度头滑板27、回转支承29、自定心卡盘24、精密行星减速机26、升降减速机28、传动齿轮30。

数控分度头箱体25设置于床身8上的X轴向钢轨，由钢导轨导向，采用伺服电机经精密减速器和驱动齿轮齿条副12驱动，可沿床身长度方向（X轴向）移动，以适应不同长度的工件。数控分度头箱体25上安装有可沿Z轴移动的分度头滑板27，分度头滑板27上固定设有带有外齿的回转支承29，回转支承29上设有用于夹紧工件数控分度的自定心卡盘24，回转支承29为外齿型，其上的齿与传动齿轮30啮合并由精密行星减速机26驱动，完成自定心卡盘24的回转动作，控制自定心卡盘24的分度；用于驱动自定心卡盘24上下调整的升降减速机28通过丝杠与分度头滑板27固定连接，升降减速机通过滚珠丝杠副带动分度头滑板上下移动，实卡盘抬起与下落的动作。自动定心卡盘在升降减速机28和精密行星减速机26的驱动下完成工件的夹持、分度、上料动作。优选的，数控分度头箱体25还设有平衡油缸23，平衡油缸23顶着分度头滑板27。

床身8上台面安装有多个升降支撑机构及若干固定支撑机构，各升降支撑机构和固定支撑机构均由X轴向的硬质钢导轨18导向，一侧设有齿轮，与床身8上的齿条啮合，由人工通过手柄13驱动，可根据加工需要任意移动，并通过锁紧装置锁定。

升降支撑机构9包括支撑架底座31，支撑架底座31设置于床身8上的X轴向的钢导轨。支撑架底座31上设有V型支撑架32，V型支撑架32上设有若干Z轴向的导向铜板33，用于承托工件的V型滚轮架34通过导向铜板安装于V型支撑架32，支撑架底座31上设有用于将V型滚轮架34沿Z轴托起的升降油缸36。V型滚轮架34上设有支撑辊35。支撑架底座31上设有用于对V型支撑架32沿Z轴向调整的楔铁37，支撑架底座31上设有用于锁定V型支撑架32高度的双层自锁机构38（比如锁紧螺钉19）。

固定支撑机构10包括支撑架底座31，支撑架底座31设置于床身8上的X轴向的钢导轨。支撑架底座31上设有V型支撑架32，V型支撑架32上设有用于负载工件的支撑条39。支撑架底座31上设有用于对V型支撑架32沿Z轴向调整的楔铁37，支撑架底座31上设有用于锁定V型支撑架32高度的双层自锁机构38。

作为优选方案，升降支撑架底座和固定支撑架底座上均设有Y轴向调整的楔铁，并设有用于锁定V型支撑架高度的双层自锁机构。

升降支撑机构9和固定支撑机构10均采用人工驱动螺杆推动楔铁37实现V型支撑架32精确升降，升降到位后靠双层自锁机构，保持V型支撑架32高度不变，保证工件两端上母线所连成的直线与龙门移动直线平行。采用多件集箱管支撑机构可以提高工件刚性，减少加工过程的振动。

升降支撑机构上有V型滚轮架34，V型滚轮架34的作用是在上料时或旋转定位时抬起，实现锅筒管或集箱管在滚轮上旋转，减少旋转产生的摩擦力及上料冲击力。钻孔时自动落到固定支撑机构以下。

由固定支撑支撑工件以提高工件刚性，减少振动，提高刀具使用寿命。并有足够的防护使升降机构不被铁屑损坏。

所有支撑机构都有微调功能（Z 轴和 Y 轴），锅筒管过长会出现变形，通过微调保证工件两端上母线所连成的直线与龙门移动直线平行。此外，支撑锅筒两端的支承架应能选择不使用 Z 轴和 Y 轴方向的微调功能，以保证锅筒管两端以中心定位且使工件两端上母线所连成的直线。微调后可以锁紧。