一种用于建筑混凝土预应力锚具加工的复合数控机床的制作方法

本发明涉及建筑混凝土预应力锚具加工技术领域，尤其涉及一种用于建筑混凝土预应力锚具加工的复合数控机床。

背景技术：

在桥梁、桥墩、建筑物等混凝土中有预应力要求的结构件，在浇注前需要将多根钢丝绳按照设计要求，通过使用专用拉力工具、锚具、锚具支架、夹紧楔块将其拉紧在预留空腔中，达到一定的拉力值后，连同整套系统一起浇注在结构件中，起到增加该结构件强度和忍性的作用，它在建筑行业已经是非常成熟的技术，被广泛使用在高铁、铁路、桥梁、建筑物的建设当中。其中的关键零件锚具，每预拉一组预应力构件需要2个，由于是一次性使用，因此需求量非常大，但在目前的加工效率上还有很大的提升空间，就目前该行业加工这个零件的问题。

锚具是一种特定尺寸的中碳钢圆柱加工后呈“蜂窝煤”状产品，它的同一平面有多个分布均匀圆锥孔。目前的加工工艺是将圆钢锯料后，经车床车削两个端面和外圆，钻床钻孔，钻床铰锥孔完成。加工模式基本分为以下三种。

一：采用车床车削两个端面和外圆，在立式钻床上使用前部麻花直钻组合锥形阶梯钻，人工分度，从钢圆柱端面往下钻透，形成底孔，又经摇臂钻床铰锥孔完成。

二：采用车床车削两个端面和外圆，在数控立式钻床上使用前部麻花直钻组合锥形阶梯钻，自动分度，从钢圆柱端面往下钻透，形成底孔，在经摇臂钻床铰锥孔完成。

三：采用车床车削两个端面和外圆，立式加工中心上使用前部麻花直钻组合锥形阶梯钻，自动分度，从钢圆柱端面往下钻透，形成底孔，刀库自动换刀铰锥孔完成。

这三种加工模式中，第一种属于最原始的加工方式，第二种属于稍微先进一点的加工方式，第三种属于目前比较先进的加工方式。

但目前就是更先进的车铣复合机床、排车等机床由于设计加工目标不同，使其钻、铰扭矩不够，也无法加工；以上各种加工方式没有把车、钻、铰更有机的结合在一起，没能进一步提高加工效率和自动化程度。由于设备和技术的原因，致使目前本行业加工这个产品的水平都不高，就目前最先进的加工方式，也没有达到现代化方式加工产品的要求，由于工序之间存在加工时间间隙，上下料的工作最少也是三次，进行工序流转时搬运量巨大；同时生产管理、车间环境受到巨大压力，生产成本大幅增加；所以目前该行业在加工方式上还存在缺陷，还有提升空间。

技术实现要素：

针对现有技术存在的不足之处，本发明的目的在于提供一种用于建筑混凝土预应力锚具加工的复合数控机床，将以前分散的工序集中在一道工序一次装夹完成，一道工序一次装夹可以完成车、钻、铰全部工序，因此节省了二次、三次装夹工件时间，减少机床频繁启动，减少工序流转搬运过程，减轻工人的体力负担。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种用于建筑混凝土预应力锚具加工的复合数控机床，包括床身底座、主轴伺服电机、主轴a、z轴滑台、x轴滑台、x轴伺服驱动电机和z轴伺服电机，所述床身底座具有斜向z轴滑动台面，所述床身底座的z轴滑动台面上沿z轴方向设有z轴直线导轨，所述z轴滑台底部设有与z轴直线导轨相配合滑动的z轴滑块，所述z轴伺服电机通过滚珠丝杠组件a驱动z轴滑台沿着z轴方向滑动，所述z轴滑台顶面沿x轴方向设有x轴直线导轨，所述x轴滑台底部设有与x轴直线导轨相配合滑动的x轴滑块，所述x轴伺服驱动电机通过滚珠丝杠组件b驱动x轴滑台沿着x轴方向滑动；所述床身底座顶部安装有主轴头座，所述主轴头座上转动安装有主轴a，所述主轴a一端固定有主轴同步带轮a，所述主轴a另一端固定有工作卡盘，所述工作卡盘用于装配连接锚具坯料，所述主轴伺服电机的转轴上固定有主轴电机同步带轮，所述主轴电机同步带轮与主轴同步带轮a之间动力连接有同步传动皮带；所述x轴滑台顶部设有双主轴动力头，所述双主轴动力头包括转动安装的主轴b和主轴c，所述双主轴动力头还包括有动力头伺服电机，所述动力头伺服电机通过传动机构驱动主轴c转动，所述主轴b与主轴c通过同步传动装置动力连接，所述主轴b靠近工作卡盘一侧配合装配有刀具a，所述主轴c靠近工作卡盘一侧配合装配有刀具b；所述x轴滑台顶部设有刀具架，所述刀具架上安装有刀具盘，所述刀具盘上安装有若干个车刀，所述刀具架设有驱动刀具盘转动的驱动机构；所述主轴a中心、主轴b中心、主轴c中心与车刀的刀尖均位于同一平面内工作。

为了更好地实现本发明，所述滚珠丝杠组件a包括z轴滚珠丝杆和与z轴滚珠丝杆配合直线传动连接的z轴滚珠丝杆螺母，所述z轴滚珠丝杆螺母固定于z轴滑台底部，所述z轴滚珠丝杆与z轴伺服电机的驱动转轴固接，所述z轴滚珠丝杆远离z轴滚珠丝杆一端设有z轴滚珠丝杆座；所述床身底座的z轴滑动台面上沿z轴方向设有两条相互平行的z轴直线导轨，所述z轴滑台底部设有两个z轴滑块，两个z轴滑块与两条z轴直线导轨相互配合。

作为优选，所述滚珠丝杠组件b包括x轴滚珠丝杆和与x轴滚珠丝杆配合直线传动连接的x轴滚珠丝杆螺母座，所述x轴滚珠丝杆螺母座固定于x轴滑台底部，所述x轴滚珠丝杆与x轴伺服驱动电机的驱动转轴固接，所述x轴滚珠丝杆远离x轴伺服驱动电机一端设有x轴滚珠丝杆支撑座。

作为优选，所述双主轴动力头包括箱体，所述主轴b、主轴c平行转动贯穿安装于箱体上，所述双主轴动力头的箱体顶部设有双主轴动力头滑板，所述动力头伺服电机安装于双主轴动力头滑板上，所述动力头伺服电机的驱动转轴上固定有动力头电机同步带轮，所述主轴c端部固定有主轴输入轴同步带轮，所述主轴输入轴同步带轮与动力头电机同步带轮通过传送皮带动力连接；所述主轴b上固定有主轴同步带轮b，所述主轴c上固定有主轴同步带轮c，所述主轴同步带轮c与主轴同步带轮b之间通过同步皮带动力连接。

作为优选，所述双主轴动力头的箱体上贯穿活动安装有张紧轮偏心轴，所述张紧轮偏心轴位于主轴b与主轴c之间，所述张紧轮偏心轴上设有位于主轴b与主轴c之间的同步带张紧轮，所述张紧轮偏心轴外部设有张紧轮调节螺丝。

作为优选，所述床身底座侧部对应锚具坯料设有磁带排屑机，所述主轴a上设有定位刹车盘和与定位刹车盘相配合的主轴定位制动器，所述主轴定位制动器动力连接有驱动装置。

作为优选，所述主轴a上设有主轴编码器，所述主轴头座端部固定有与主轴定位制动器相对应的位置传感器。

作为优选，所述z轴滑台上固定有x轴电机座，所述x轴伺服驱动电机固定安装于x轴电机座上，所述x轴伺服驱动电机的驱动转轴通过x联轴器与x轴滚珠丝杆连接。

作为优选，所述床身底座侧部固定有主轴电机座，所述主轴伺服电机固定安装于主轴电机座上。

作为优选，所述刀具a为锥度精铰刀，所述刀具b为前钻后阶梯组合钻头。

本发明较现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

(1)本发明可以一次装夹工件毛坯实现车、钻、铰等多工序机床加工，整个加工过程仅需要人工或机械手上下料一次即可完成。

(2)本发明将以前分散的工序集中在一道工序一次装夹完成，一道工序一次装夹可以完成车、钻、铰全部工序，因此节省了二次、三次装夹工件时间，减少机床频繁启动，减少工序流转搬运过程，减轻工人的体力负担。

(3)本发明使车间更易于规划管理，整洁有序，同时还可以接入自动化加工单元以达到柔性制造、智能制造的目的。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1左视方向的局部结构示意图；

图3为图1右视方向的局部结构示意图

图4为双主轴动力头的结构示意图；

图5为。

其中，附图中的附图标记所对应的名称为：

1－床身底座，2－主轴电机座，3－主轴电机同步带轮，4－主轴a，5－主轴同步带轮a，6－定位刹车盘，7－主轴定位制动器，8－主轴编码器，9－主轴头座，10－工作卡盘，11－锚具坯料，12－x轴伺服驱动电机，13－x轴电机座，14－x联轴器，15－x轴滑台，16－x轴滑台t型槽，17－双主轴动力头，18－刀具a，19－刀具b，20－z轴滚珠丝杆座，21－x轴滚珠丝杆螺母座，22－主轴b，23－主轴c，24－双主轴动力头滑板，25－动力头伺服电机，26－动力头电机同步带轮，27－主轴输入轴同步带轮，28－z轴滚珠丝杆，29－z轴伺服电机座，30－z轴伺服电机，31－z轴直线导轨，32－刀具架，33－车刀，34－主轴伺服电机，35－x轴滚珠丝杆，36－x轴滚珠丝杆支撑座，37－x轴直线导轨，38－x轴滑块，39－z轴滑块，40－z轴滚珠丝杆螺母，41－z轴滑台，42－主轴同步带轮c，43－主轴同步带轮b，44－同步皮带，46－位置传感器，47－磁带排屑机，48－同步带张紧轮，49－张紧轮调节螺丝，50－张紧轮偏心轴。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明：

实施例

如图1～图5所示，一种用于建筑混凝土预应力锚具加工的复合数控机床，包括床身底座1、主轴伺服电机34、主轴a4、z轴滑台41、x轴滑台15、x轴伺服驱动电机12和z轴伺服电机30，床身底座1具有斜向z轴滑动台面，床身底座1的z轴滑动台面上沿z轴方向设有z轴直线导轨31，z轴滑台41底部设有与z轴直线导轨31相配合滑动的z轴滑块39，z轴伺服电机30通过滚珠丝杠组件a驱动z轴滑台41沿着z轴方向滑动。如图1、图3所示，滚珠丝杠组件a包括z轴滚珠丝杆28和与z轴滚珠丝杆28配合直线传动连接的z轴滚珠丝杆螺母40，z轴滚珠丝杆螺母40固定于z轴滑台41底部，z轴滚珠丝杆28与z轴伺服电机30的驱动转轴固接，z轴伺服电机30固定于床身底座1上，z轴滚珠丝杆28远离z轴滚珠丝杆28一端设有z轴滚珠丝杆座20。床身底座1的z轴滑动台面上沿z轴方向设有两条相互平行的z轴直线导轨31，z轴滑台41底部设有两个z轴滑块39，两个z轴滑块39与两条z轴直线导轨31相互配合。

如图1所示，z轴滑台41顶面沿x轴方向设有x轴直线导轨37，x轴滑台15底部设有与x轴直线导轨37相配合滑动的x轴滑块38，x轴伺服驱动电机12通过滚珠丝杠组件b驱动x轴滑台15沿着x轴方向滑动。如图1～图3所示，滚珠丝杠组件b包括x轴滚珠丝杆35和与x轴滚珠丝杆35配合直线传动连接的x轴滚珠丝杆螺母座21，x轴滚珠丝杆螺母座21固定于x轴滑台15底部，x轴滑台15上设有x轴滑台t型槽16，x轴滚珠丝杆35与x轴伺服驱动电机12的驱动转轴固接，x轴滚珠丝杆35远离x轴伺服驱动电机12一端设有x轴滚珠丝杆支撑座36。z轴滑台41上固定有x轴电机座13，x轴伺服驱动电机12固定安装于x轴电机座13上，x轴伺服驱动电机12的驱动转轴通过x联轴器14与x轴滚珠丝杆35连接。

如图1所示，床身底座1顶部安装有主轴头座9，主轴头座9上转动安装有主轴a4，主轴a4一端固定有主轴同步带轮a5，主轴a4另一端固定有工作卡盘10，工作卡盘10用于装配连接锚具坯料11，主轴伺服电机34的转轴上固定有主轴电机同步带轮3，床身底座1侧部固定有主轴电机座2，主轴伺服电机34固定安装于主轴电机座2上。主轴电机同步带轮3与主轴同步带轮a5之间动力连接有同步传动皮带。x轴滑台15顶部设有双主轴动力头17，双主轴动力头17包括转动安装的主轴b22和主轴c23，双主轴动力头17还包括有动力头伺服电机25，动力头伺服电机25通过传动机构驱动主轴c23转动，主轴b22与主轴c23通过同步传动装置动力连接，主轴b22靠近工作卡盘10一侧配合装配有刀具a18，主轴c23靠近工作卡盘10一侧配合装配有刀具b19。x轴滑台15顶部设有刀具架32，刀具架32上安装有刀具盘，刀具盘上安装有若干个车刀33，刀具架32设有驱动刀具盘转动的驱动机构。本发明优选的刀具a18为锥度精铰刀，刀具b19为前钻后阶梯组合钻头。本发明的主轴a4中心、主轴b22中心、主轴c23中心与车刀33的刀尖均位于同一平面内工作，即主轴a4的中轴线、主轴b22的中轴线、主轴c23的中轴线与车刀33的刀尖均在同一平面，以方便主轴b22上的刀具a18、主轴c23上的刀具b19以及装配在刀具架32上的车刀33能够有序地对主轴a4上安装的锚具坯料11进行加工作业。

如图4所示，双主轴动力头17包括箱体，主轴b22、主轴c23平行转动贯穿安装于箱体上，双主轴动力头17的箱体顶部设有双主轴动力头滑板24，动力头伺服电机25安装于双主轴动力头滑板24上，动力头伺服电机25的驱动转轴上固定有动力头电机同步带轮26，主轴c23端部固定有主轴输入轴同步带轮27，主轴输入轴同步带轮27与动力头电机同步带轮26通过传送皮带动力连接。主轴b22上固定有主轴同步带轮b43，主轴c23上固定有主轴同步带轮c42，主轴同步带轮c42与主轴同步带轮b43之间通过同步皮带44动力连接。双主轴动力头17的箱体上贯穿活动安装有张紧轮偏心轴50，张紧轮偏心轴50位于主轴b22与主轴c23之间，张紧轮偏心轴50上设有位于主轴b22与主轴c23之间的同步带张紧轮48，张紧轮偏心轴50外部设有张紧轮调节螺丝49。

如图2所示，床身底座1侧部对应锚具坯料11设有磁带排屑机47，主轴a4上设有定位刹车盘6和与定位刹车盘6相配合的主轴定位制动器7，主轴定位制动器7动力连接有驱动装置。主轴a4上设有主轴编码器8，主轴头座9端部固定有与主轴定位制动器7相对应的位置传感器46。

本发明的复合数控机床设置有复合数控控制程序系统，复合数控控制程序系统包括动力控制模块、移动控制模块和制动控制模块，所述动力控制模块包括主轴伺服电机控制模块、刀具盘驱动控制模块和动力头控制模块，所述主轴伺服电机控制模块与主轴伺服电机34连接，所述主轴伺服电机控制模块控制主轴伺服电机34工作，所述刀具盘驱动控制模块与刀具盘的驱动机构连接，所述刀具盘驱动控制模块控制驱动机构工作，所述动力头控制模块与动力头伺服电机25连接，所述动力头控制模块控制动力头伺服电机25工作。所述移动控制模块分别与x轴伺服驱动电机12、z轴伺服电机30连接，所述移动控制模块控制z轴伺服电机30通过滚珠丝杠组件a驱动z轴滑台41沿着z轴方向滑动，所述移动控制模块控制x轴伺服驱动电机12通过滚珠丝杠组件b驱动x轴滑台15沿着x轴方向滑动。所述制动控制模块分别与主轴定位制动器7、位置传感器46连接，所述制动控制模块控制主轴定位制动器7制动工作或解开制动工作，所述位置传感器46用于检测主轴定位制动器7的工作位置状态。当复合数控机床进入加工装态，复合数控控制程序系统启动，车刀快速车削锚具毛坯11外圆、倒角、车端面，快速退刀，主轴a4准停定位，主轴定位制动器7受程序指令抱死定位刹车盘6，组合钻头按程序点快速到位，进行钻孔，钻透后快速退刀，剎车松开，主轴a4按程序指令分度旋转到第二孔点，钻完全部底孔后退出，主轴a4准停刹车，铰刀快速到位铰孔，动力头伺服电机25随动作调整转速，至到全部锥孔加工到位，完成加工程序，在车、钻、铰的过程中冷却液全部喷淋，铁屑和冷却液在各部防护罩的控制下掉入机床底部的磁带排屑机47中分离后排出机体，完成加工后活动门自动打开，机械手取成品件同时放置新毛坯件，进入下一件产品加工。本发明用于建筑混凝土预应力锚具加工的多主轴车、钻、铰复合数控机床，它实现了加工工序的整合，减少了不同工序加工时上下料装夹时间，减少了多工序流转搬运工作量，把多工序加工时产品各处堆放，变成了一次性集中堆放，大量节约空间，一个人操作就能干很多个人的工作，节约开关机时间，减少因频繁开关机制成的电量损失，同时为机械手上下料创造了更好的条件，为自动化加工、柔性制造提供了基础保障，更成为智能智造的基础终端。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。