一种多轴数控深孔钻床及其加工径向孔的方法与流程

本发明属于深孔钻削加工技术领域，具体涉及一种多轴数控深孔钻床及其加工径向孔的方法。

背景技术：

造纸机械行业中使用的真空辊体圆周面上，有多达几十万径向孔，其加工方法一般采用传统的普通机床麻花钻方式，该方法加工孔的粗糙度精度低，孔与孔之间的位置精度不高，每一孔的加工，需要多次反复退刀排除铁屑，效率慢；这样的加工方法，孔的入口精度难以保证，加工效率低、工人劳动强度大。

技术实现要素：

为了解决上述问题，以及为引导企业生产、进一步挖掘市场，以行业专机为发展方向，进一步提高产品的科技含量和实用性，研发设计了以枪钻方式加工的多轴数控深孔钻床；该机床一次进给钻削完一个孔，不但可以提高加工效率，而且也大大提高了加工精度，带来巨大的经济效益和社会效益。

本发明采用的技术方案如下：

一种多轴数控深孔钻床，包括数组钻杆箱（1）、床头箱（2）、尾座（3）、x轴拖板和用于支撑工件（14）的托架（4），每组所述钻杆箱（1）内装配有2~4个刀具主轴（17），每两个刀具主轴（17）由同一个电机驱动；每组所述钻杆箱（1）的后部均设有z轴导向架（19）以驱动刀具顶紧或远离工件；所述导向架（19）均固设x轴滑台拖板上。

上述多轴数控深孔钻床，还包括排屑装置和冷却过滤系统，所述排屑装置包括设在x轴拖板侧方的螺旋排屑机（15）和尾座（3）后方的链板式排屑机（10），所述冷却过滤系统由冷却模块和过滤模块组成；

所述冷却模块包括冷却油箱（13）和与冷却油箱（13）连通的温控器（12），所述冷却油箱（13）设在钻杆箱（1）的后方；所述过滤模块包括初级过滤箱（8）和鼓式过滤机（11），所述初级过滤箱（8）中设有网式过滤和多级沉淀过滤；

所述初级过滤箱（8）上方设有离心泵（16）以将切削油输送至链板式排屑机（10）所述链板式排屑机（10）通过甩油机连通至鼓式过滤机（11），所述鼓式过滤机（11）连通温控器（12），所述冷却油箱（13）将过滤冷却后的切削油输送至钻杆箱（1）的冷却管道中。

上述多轴数控深孔钻床，所述尾座（3）的最大伸出行程200mm，所述刀具主轴（17）最高转速5000r/min。

上述多轴数控深孔钻床，所述钻杆箱（1）的z轴进给速度范围5-500mm/min、快移速度4m/min，所述钻杆箱（1）的x轴快移速度为2m/min。

上述多轴数控深孔钻床，所述托架（4）可平移的设在床头箱（2）与尾座（3）之间，所述托架（4）包括底座、齿轮箱（41）、两个丝杠（42）、两个支架（43）和两个分别安装在支架（43）上方的托辊（44），所述两个支架（43）可在底座上滑动，所述齿轮箱（41）通过两个丝杠（42）分别驱动支架（43）在z向靠近或远离。

上述多轴数控深孔钻床，所述冷却油箱（13）内设有齿轮泵（132）和与齿轮泵（132）配合以控制切削油流量的变频电机（131）。

一种用上述多轴数控深孔钻床加工径向孔的方法，包括以下步骤：

s1)根据工件（14）尺寸将床头箱（2）、尾座（3）和托架（4）分别调到适当位置；

s2)将工件（14）安放在托架（4）上，通过床头箱（2）和尾座（3）夹紧并找正；

s3)设置刀具的坐标零点；

s4)启动液压系统，控制导向架顶紧工件（14）端面；

s5)启动冷却系统；

s6)启动钻杆箱（1）的刀具电机（18），驱动刀具旋转；

s7)启动z轴刀具进给，钻削工件（14）a类截面上的第a1组孔，完成后退刀；

s8)床头箱（2）带动工件（14）旋转所需角度n，钻削工件（14）a类横截面上第a2组孔，完成后退刀；

s9)重复执行步骤s8)，至工件（14）旋转一周后，即完成了钻削工件（14）a类横截面上的所有孔；

s10)工件（14）x轴横移所需距离，钻削工件（14）b类截面上的第b1组孔，完成后退刀；

s11)床头箱（2）带动工件（14）旋转所需角度s，钻削工件（14）b类横截面上第b2组孔，完成后退刀；

s12)重复执行步骤s11)，至工件（14）旋转一周后，即完成了钻削工件（14）b类横截面上的所有孔；

s13)加工完成，卸下工件（14）。

本发明的有益效果为：

其一，钻杆箱一次钻孔可达四十八个，优化钻孔步骤，极大提高了生产效率；x主轴设有液压自动刹车机构，其用四支液压油缸对称同步抱紧主轴，当工件进行分度时，油缸同步松开，分度到位时，油缸同步抱紧，避免损坏钻头，实现工件高精度自动均匀分度。

其二，具备对切削油流过每支刀具流量大小的监控功能，当任意一支流量低于设定值时，机床自动报警并停止加工，避免在切削油不足时钻头继续加工，进而避免损伤钻头或工件。

附图说明

图1为本发明实施例的立体结构示意图；

图2为本发明实施例的立体结构示意图（不带防护罩）；

图3为本发明实施例的俯视结构示意图；

图4为本发明实施例的锁紧刹车机构示意图；

图5为本发明实施例的托架支撑状态示意图；

图6为本发明实施例的螺旋排屑机安装示意图；

图7为本发明实施例的初级过滤系统示意图；

图8为本发明实施例的冷却系统示意图；

图9为本发明实施例的冷却油箱示意图；

图10为本发明实施例的钻杆箱示意图；

图11为本发明实施例的导向架示意图。

图中：1为钻杆箱、2为床头箱、3为尾座、4为托架、5为防护罩、6为电柜、7为润滑系统、8为初级过滤箱、9为液压系统、10为链板式排屑机、11为鼓式过滤机、12为温控器、13为冷却油箱、14为工件、15为螺旋排屑机、16为离心泵、17为刀具主轴、18为刀具电机、19为导向架、21为x轴主轴、22为液压缸、41为齿轮箱、42为丝杠、43为支架、44为托辊、131变频为电机、132为齿轮泵、133为电磁溢流阀、134为液位报警器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步解释说明。

该机床由工件床体、钻杆床体、床头箱、尾座、钻削拖板、钻杆箱、导向架、进给系统、冷却系统、电气控制系统、液压系统等主要零部件组成。

（1）床体

本实施例的额床体分为工件床体和刀具床体。

钻杆床体部分设有x轴拖板、x轴伺服进给系统、伸缩式导轨防护罩等。工件床体四周有宽深的回油槽，保证冷却液顺利流回油箱，钻杆床体的侧边配置有装有螺旋排屑机15。

上述两个床体采用优质铸铁ht300，x轴移动用导轨经中频淬火处理，并经过精密磨削加工；工作台与导轨滑动面上粘贴聚四氟乙烯导轨软带；因此具有吸振性好、刚性高、精度保持性好等优点。采用伺服电机驱动滚珠丝杠副实现x轴的进给运动。

（2）床头箱2

床头箱2采用siemens伺服电机驱动经精密伺服减速机降速驱动x轴主轴21旋转，并可控制旋转分度。床头箱2配有锁紧刹车机构，液压控制，锁紧力大，既能保证钻孔时工件14不发生转动又能保证分度转动时准确松开。锁紧刹车机构由四个液压缸22抱紧x轴主轴21

x轴主轴21轴承采用进口精密轴承，由于其转速较低，采用高级润滑脂润滑。x轴主轴外锥锥度采用7°7′30″形式。

根据工件外形大小变化，床头箱2可整体横移来靠近或远离工件的端部，满足不同工件外圆尺寸的要求。配置重型四爪卡盘撑紧工件14的内孔，卡盘外径φ1000mm。

（3）尾座3

支承工件14旋转，尾座3上装有可旋转的轴，可四爪卡盘，用于支撑工件14的内孔。尾座3手动锁紧；根据工件14长短，沿x轴轴向机动。尾座3的轴可伸出，方便顶紧工件14，最大伸出行程200mm，外锥锥度7°7′30″。

（4）钻杆箱1

结合图10，钻杆的刀具主轴17最高转速5000r/min，刀具电机18选用北京超同步交流伺服主轴电机，刀具主轴17转速实现无级调速以适应不同材质、规格要求的工件。本实施例中配备有48套刀具主轴17，每2个刀具主轴17由一个刀具电机18驱动旋转，每个刀具电机18配备有一个驱动器，刀具主轴17间距142.848±0.03mm，48组刀具主轴17采用双伺服同步驱动进给结构，无级变速；刀具主轴17轴承选用高精度进口轴承。

钻杆箱1箱体为优质铸铁ht300，钻杆箱1采用分体结构，每四个刀具主轴17装在同一箱体上。每个箱体之间均留有间隙，该分体结构易于降低了刀具主轴17温升的变形，易于散热。

钻杆箱1底座托板为整体结构，双伺服同步驱动轴向移动。刀具电机18与刀具主轴17之间采用圆弧形同步齿形带传动。主轴轴承采用专用润滑油连续自动润滑，润滑油对主轴箱体和刀具主轴17均有降温冷却作用。

（5）托架4

用于底部支撑和侧顶工件14，采用多组托辊44组成，结合图5托辊44支撑的直径可调，只需将支架43整体横移靠近或远离工件14，满足不同工件14外圆尺寸的要求。支架43的整体横移通过手动调整齿轮箱41从而为由丝杠42带动完成。

（6）冷却过滤系统

冷却油箱13中配有产生高压油的日本(天津)岛津齿轮泵132，该齿轮泵132通过变频电机131控制，可以通过对变频器频率的调整实现冷却流量无级任意调整，每组流量的变化范围为20-100l/min。通过流量的调整，可以改变所需切削油的压力。变频的调整按钮安装在该机床数控系统操作台附近，操作方便。

初级过滤箱8内采用网式过滤、多隔层油箱沉淀过滤组合方式，配置全自动排屑甩油机，节能环保。在导向架19排屑口侧下方安装有螺旋排屑机15，可编程控制启停，自动排屑，将铁屑和切削油在初级过滤箱8内沉淀后，用离心泵16输送至导入床体侧面的链板式排屑机10内，通过排屑机对铁屑的提升作用，初步做到屑液分离；

鼓式过滤机11为最终高精度过滤装置，通过高密度的无纺布对切削油进行精过滤，，全封闭过滤，自动走纸，过滤可靠。鼓式过滤机11上装有过滤堵塞报警开关自动检测过滤纸堵塞情况。

冷却油箱13内装有液位报警器134，检测液位高低限位。冷却油箱13容积约10000l，刮板式排屑机容积约2000l。冷却油箱13控制的最大流量12×100l/min（12套泵组），最大工作压力10mpa。切削油采用强制冷却，数字温控，可准确控制油温，以延长刀具使用寿命、保持机床加工精度。该制冷方式占地面积小，可随时调整制冷温度。

（7）进给系统

进给系统包括z轴方向的钻杆箱1进给、x轴(拖板)方向的伺服进给装置。

机床z轴进给系统为双伺服同步进给系统，驱动滚珠丝杠带动钻杆箱实现无级调速进给，进给速度范围5-500mm/min，快移速度4m/min。

x轴采用伺服电机驱动伺服减速机，带动滚珠丝杠驱动拖板实现沿工件轴向的横向移动，无级调速，快移速度2m/min。

（8）导向架19

导向架19均安装x轴拖板上，对刀具主轴17进行导向和封油、控制钻孔的直线度误差。在液压系统控制下自动顶紧工件，防止切削油渗漏，并将切屑排送至螺旋排屑机15中。

本实施例中，导向架19共设置有12组；导向架的间距142.848±0.03mm，每组导向架19的中心与对应刀具主轴17的中心必须同轴。

导向架19底座为整体结构，由直线滚动导轨导向，四支液压油缸分别同时驱动刀具主轴17以顶紧工件14，可单独调整每支油缸的工作压力。每支导向套在顶紧工件时，在轴向有2-5mm的浮动量。

（9）液压系统

液压系统包括有液压油箱、压力补偿变量泵、各种阀类零件、液压油缸等。

（10）电气控制系统

电柜6配置空调。采用西门子828d数控系统，具有中英文显示功能。带有硬盘存储器。

刀具主轴17转速倍率按钮调整最大范围120%，进给倍率按钮最大调整范围120%。

z轴进给系统交流伺服电机1fk7103（z轴）：2000r/min36nm2套

x轴进给系统交流伺服电机1fk7103（x轴）：2000r/min36nm1套

a轴(工件分度)电机型号1fk7103：2000r/min36nm1套

刀具电机18选用24×5.5kw(伺服主轴电机)

（11）4＂tft彩色液晶显示屏：

数据输入/输出方式：mdi手动数据输入，rs-232c串行通讯接口

控制轴数：x、z，x、z均为半闭环编码器控制。

具有故障诊断与记录功能、螺距误差补偿功能、间隙补偿功能；

具有标准固定循环功能、主轴定向功能、具备加工模拟显示功能；

具备刀具长度补偿、刀具磨损补偿功能；

具备可编程零点控制功能、零件程序管理功能；

远程诊断功能、能接受cad图形通过编程软件生成加工程序。

（12）加工记数功能

对刀具加工循环进行系统外监控自动记数，对于刀具寿命的管理通过记忆加工孔的数量实现的，待加工孔数至设定值时，系统报警，提醒对刀具进行修磨。当人工进行更换刀具时，对更换刀具的相对应的记数器进行手动清零。加工到指定工件数量时，系统具有暂停功能。

一种用上述多轴数控深孔钻床加工径向孔的方法，包括以下步骤：

s1)根据工件14尺寸将床头箱2、尾座3和托架4分别调到适当位置；

s2)将工件14安放在托架4上，通过床头箱2和尾座3夹紧并找正；

s3)设置刀具的坐标零点；

s4)启动液压系统，控制导向架顶紧工件14端面；

s5)启动冷却系统；

s6)启动钻杆箱1的刀具电机18，驱动刀具旋转；

s7)启动z轴刀具进给，钻削工件14a类截面上的第a1组孔，完成后退刀；

s8)床头箱2带动工件14旋转所需角度n，钻削工件14a类横截面上第a2组孔，完成后退刀；

s9)重复执行步骤s8)，至工件14旋转一周后，即完成了钻削工件14a类横截面上的所有孔；

s10)工件14x轴横移所需距离，钻削工件14b类截面上的第b1组孔，完成后退刀；

s11)床头箱2带动工件14旋转所需角度s，钻削工件14b类横截面上第b2组孔，完成后退刀；

s12)重复执行步骤s11)，至工件14旋转一周后，即完成了钻削工件14b类横截面上的所有孔；

s13)加工完成，卸下工件14。