专利名称：立式车铣中心用万能磨头装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及机械设备制造，一种用于大型立式车铣中心的万能磨削装置。
背景技术：
近年来，随着国内装备制造业的蓬勃发展，作为装备制造业母机的机床行业更显地位突出，为了适应各种工业企业的需求，机床制造商们纷纷推出高精度多功能机床。经过市场调研分析，传统的只能进行单一加工的机床(如车床，铣床，磨床等)市场需求量正在逐步萎缩，现在许多行业都需要多功能型机床，既工件一次装卡能进行车削、铣削等多工序加工的机床，以保证加工工件精度，提高生产效率。因此，加工中心孕育而生。目前，市场中常见的加工中心有立式加工中心、卧式加工中心、车铣加工中心、镗铣加工中心等。但对于精度要求高，表面光洁度要求高的工件，在车、镗铣加工中心上加工完毕后依然要在磨床上进行磨削加工，来保证加工精度。
发明内容本实用新型的目的是提供一种立式车铣中心用万能磨头装置，能实现高精度工件不能一次装卡，连续进行多工序加工直至成品。立式车铣中心用万能磨头装置，采用数控系统模拟主轴驱动磨头，其特征在于磨头上支座顶部安装齿盘与滑枕下端齿盘啮合定位，并由拉钉将两者拉紧；磨头上支座两对称边分别有磨头前支座和磨头后支座构成门框结构，磨头前支座和磨头后支座下端分别通过水平的左支撑轴、右支撑轴与竖立于门框结构下方的磨头电主轴垂直相交安装，磨头电主轴的轴端安装砂轮磨头。本设计的立式车铣中心用万能磨头装置，主要由一个电主轴带动磨削砂轮高速旋转而成。其电主轴的功率高达18. 5KW，最高转速为3000rpm，输出的砂轮轴径向跳动及端面跳动均小于0. 002mm,磨削砂轮的宽度为63mm，最大砂轮直径可达400mm。磨削时的强力水冷及电主轴的循环冷却都是通过车铣滑枕内部管道供给，电主轴的动力来源也是通过滑枕内部电路管道，并经过滑枕与万能磨削装置之前的快换插头连接供给。本发明技术要点及相应的显著效果1.本设计提供的万能磨削装置应用于立式车铣中心后，实现了工件一次装卡，进行连续车削、铣削、钻削、镗孔、攻丝、磨削的加工，大大减少了非加工的辅助时间，提高了立式车铣中心的加工效率。该多万能磨削装置布局合理，拥有足够的刚性，成本低可实现大批
量生产。2.结构相对简单，安装方便，节省时间。3.本设计的万能磨削装置可实现在180度范围内任意角度进行磨削加工，加工时通过内部涡轮蜗杆自锁及内部单独锁紧机构的两重锁紧机构对点主轴位置进行锁紧，保证了立式车铣中心的磨削精度。4.本设计的万能磨削装置可实现对工件外圆、里孔、端面、斜面等进行磨削加工，
3是立式车铣中心的优秀功能附件，真正达到磨床品质。以高性价比替代进口产品，低价提升市场竞争力。
[0012]图1万能磨削装置整体结构示意图[0013]图2为图1的左视图；[0014]图3为图1的后视图；[0015]图4为图1的俯视图；[0016]图5为万能磨削装置剖视示意图；[0017]图6为锁紧机构剖视示意图；[0018]图7为电气控制原理图。
具体实施方式
立式车铣中心用万能磨头装置，见图1，采用数控系统模拟主轴驱动磨头，其特征在于磨头上支座1顶部安装齿盘5，见图4，齿盘5与滑枕下端齿盘啮合定位，通过滑枕端面的四个拉钉将两者拉紧。磨头上支座1两对称边分别有磨头前支座3和磨头后支座4构成门框结构，磨头前支座3和磨头后支座4下端分别通过水平的左支撑轴16、右支撑轴10与竖立于门框结构下方的磨头电主轴2垂直相交安装，磨头电主轴2的轴端安装砂轮M。磨头前支座3通过8个强力螺钉把合在磨头上支座1的左侧，磨头前支座3下部安装涡轮12、蜗杆13，支撑轴10小径通过普通平键与涡轮12配合、把合在磨头前支座3上的铜套15位于支撑轴10中径、支撑轴10大径通过法兰盘与磨头电主轴2把合连接。蜗杆13的轴前端伸出磨头前支座1的部分安装手轮11，用于调整磨削砂轮的角度；磨头前支座3的左侧，见图2，支撑轴10的伸出端安装一个刻度盘14，刻度从负90度到正90度之间，砂轮磨头可以在此180度范围内通过手动调整角度。支撑轴10的中心就是磨削电主轴改变砂轮方向进行不同方式磨削的摆动角度旋转中心，见图5，铜套15代替轴承来保证支撑轴10可低速转动，而这个旋转中心的动力来源是通过手动调整手轮11，涡轮蜗杆相互啮合，来传递给这个支撑轴10的。见图5所示，磨头后支座4同样通过8个强力螺钉把合在磨头上支座1的另一侧， 磨头后支座4内有三个通道，分别与磨头上支座1的相应通道密封连接。其中，电主轴冷却水通道17为对应上支座1的进水口 7 ；电主轴冷却水通道18对应上支座1的出水口 8 ；砂轮强力外冷却液通道19对应上支座1的冷却液进口 9。支撑轴16与磨头后支座4之间安装有一个铜制的配油环20，此配油环的作用有两个，一是将磨头上支座1三个通道的冷却液及循环冷却水配给其所需要的地方，二是同样起到轴承的支撑作用。支撑轴16上的法兰盘同样与磨头电主轴2把合连接，与支撑轴10共同组成磨削电主轴2的摆动角度旋转中心。图4所示磨头上支座1上方还安装一个电缆快换插头6，下面连接着电主轴磨头的动力电缆，当需要应用此万能磨削装置时，滑枕端面通过这个电缆快换插头6将动力传递给磨削电主轴2。与此同时，通过快换接头7、8、9连接的滑枕内部通道将电主轴冷却水的进水口、出水口，以及磨削时所需要的强力外冷却液传递给此万能磨削装置。[0024]通过手轮调整到砂轮所需的角度后，其一，通过涡轮蜗杆的强力自锁功能保证其锁紧，其二，有锁紧机构将手轮强力锁紧。见图5、6，磨头后支座4安装有一个锁紧支板21， 锁紧支板21内孔置左支撑轴16，沿半径对称布置各两个锁紧块，各有一定位螺钉M防止上锁紧块23、下锁紧块M受力转动。另一侧均有圆缺，上锁紧块23和下锁紧块22由螺钉 25上下拉紧，上下锁紧块通过圆缺弧面与支撑轴16的外径抱紧，实现对支撑轴16的锁紧。 当需要调整磨削砂轮角度时，先松开锁紧螺钉25，再通过手轮转动方向。图1中电主轴两侧水平虚线部分即是动态转位的示意图。控制电路原理，见图7:磨头驱动采用SIEMENS 840D数控系统的“模拟主轴”功能，模拟主轴就是数控系统输出模拟电压信号，后级采用普通的交流变频器和交流变频电机来实现主轴控制。PLC控制的变频器和电机电路外部电源380V线经断路器Ql接入变频器Tl的电源端子R、S、T，通过PLC输出模块A2. 3控制继电器Kl的线圈，将Kl的开点接入变频器Tl 的端子SC/FW，由继电器Kl的通断控制变频器Tl的启动、停止；磨头电机MOl转速指令通过PLC模拟输出模块A2. 4控制，转变为OV 士 IOV模拟电压，输出至变频器的模拟量输入接口 FV/FC，来改变变频器输出频率，从而控制变频器的输出U/V/W来改变磨头电机MOl频率，以实现磨头不同转速的控制；在变频器端子P/N上接入制动电阻器Rl单元，来减少磨头的刹车制动时间；变频器端子MB/MC为变频器故障报警信号，变频器端子P5/PC为变频器速度到达信号，通过PLC输入模块A2. 1/A2. 2反馈给数控系统，以便系统了解磨头电机MOl的运行状态，从而对其它动作进行控制。图7中各电器元件内的标号均为各电器元件本身所固有的，如变频器Tl的R/S/T，11/12，13/14，继电器Kl的1/5/9，13/14，模拟输出模块上的1/2/3/20/5/4等接线时请按电器元件的接点标号连接。PLC输入模块A2. 1的作用是当变频器发生故障时，输出至PLC，进行程序处理；PLC 输入模块A2. 2，变频器输出频率到达指定速度时，输出至PLC，进行程序处理；PLC输出模块 A2. 3，控制磨头启动/停止；PLC模拟输出模块A2. 4，输出正负0-10V电压至变频器，改变变频器输出频率，从而实现控制磨头电机转速。模拟主轴的操作与数字主轴完全相同，可以手动方式启动磨头，速度由按钮站上的主轴备率开关调节。也可在加工程序里设定，通过PLC控制，发出正负0-10V电压输出至变频器，来改变变频器输出频率，从而改变电机频率，即实现磨头不同速度的控制。自动加工时，在不同加工程序段为配合伺服轴不同进给速度，磨头工作在不同转速，只要编入S XXX M3/M4的语句即可方便实现磨头转速自动调节(这里XXX是指定的磨头转速)。磨头转速、旋转方向与PLC模拟输出电压对应关系磨头最高转速对应输出IOV电压；磨头零速对应输出OV电压；磨头正向旋转对应输出OV +IOV模拟电压；磨头负向旋转对应输出OV -IOV 模拟电压。通过执行磨头旋转指令M03 &cxx:或M04 Sxxx 时NCK — PLC的信号DB39. DBX64. 6/ DB39. DBX64. 7，来控制变频器的启动Q0. 0 (继电器Kl)。此时，由PLC的功能块 FB2 (见上述NetWOrk3，读NC变量)将磨头的最高转速、给定转速、主轴倍率分别读入电机 MD240, MD206、MD214,并通过控制程序相应的判断，将磨头的给定速度与倍率相乘后，送入 PQW432 (PLC输出模块A2. 3)，转换成OV 士 IOV的模拟量控制变频器。[0034]磨头旋转指令操作自动加工时，在加工程序里编制磨头旋转指令，指令格式如下M03 Sxxx:磨头正向旋转。(xxx 指定的磨头转速)M04 Sxxx 磨头负向旋转。(xxx 指定的磨头转速)在不同加工程序段为配合伺服轴不同进给速度，磨头工作在不同转速，只要按如上编制语句即可方便实现磨头转速自动调节。
权利要求1.立式车铣中心用万能磨头装置，采用数控系统模拟主轴驱动磨头，其特征在于磨头上支座(1)顶部安装齿盘( 与滑枕下端齿盘啮合定位，并由拉钉将两者拉紧；磨头上支座 (1)两对称边分别有磨头前支座(3)和磨头后支座(4)构成门框结构，磨头前支座(3)和磨头后支座(4)下端分别通过水平的左支撑轴(16)、右支撑轴(10)与竖立于门框结构下方的磨头电主轴(2)垂直相交安装，磨头电主轴O)的轴端安装砂轮磨头04)；所述模拟主轴就是数控系统输出模拟电压信号，后级采用普通的交流变频器和交流变频电机来实现主轴控制。
2.根据权利要求1所述的立式车铣中心用万能磨头装置，其特征在于磨头前支座(3) 下部有涡轮(12)、蜗杆(1 及代替轴承的铜套(1 安装支撑轴(10)，蜗杆(1 的轴前端安装手轮(11)，用于调整磨削砂轮的角度，支撑轴(10)尾端安装刻度盘(14)，手动调整角度使砂轮磨头在此180度范围内转动。
3.根据权利要求1所述的立式车铣中心用万能磨头装置，其特征在于磨头后支座(4) 内有三个通道，分别与磨头上支座(1)的相应通道密封连接其中，电主轴冷却水通道(17) 为对应上支座(1)的进水口(7)、电主轴冷却水通道(18)对应上支座(1)的出水口(8)、砂轮强力外冷却液通道(19)对应上支座(1)的冷却液进口(9)；磨头上支座(1)上方还安装一个电缆快换插头(6)，下面连接着电主轴磨头的动力电缆。
4.根据权利要求1所述的立式车铣中心用万能磨头装置，其特征在于支撑轴(16)上的法兰盘同样与磨头电主轴( 把合连接，与支撑轴(10)共同组成磨削电主轴( 的摆动角度旋转中心；支撑轴(16)与磨头后支座(4)之间安装有一个铜制的配油环(20)，此配油环的作用是分配冷却液及循环冷却水和轴承的支撑作用。
5.根据权利要求1所述的立式车铣中心用万能磨头装置，其特征在于磨头后支座(4) 安装有一个锁紧支板(21)，锁紧支板内孔置左支撑轴(16)，沿半径对称布置各两个锁紧块，各有一定位螺钉04)防止上锁紧块(23)、下锁紧块04)受力转动；另一侧均有圆缺，上锁紧块和下锁紧块0 由螺钉0 上下拉紧，上下锁紧块通过圆缺弧面与支撑轴(16)的外径抱紧，实现对支撑轴(16)的锁紧。
6.根据权利要求1所述的立式车铣中心用万能磨头装置，其特征在于PLC控制的变频器和电机电路外部电源380V线经断路器0)1)接入变频器(Tl)的电源端子(R、S、T)，通过PLC输出模块(A2.3)控制继电器(Kl)的线圈，将继电器(Kl)的开点接入变频器(Tl) 的端子(SC/FW)，由继电器(Kl)的通断控制变频器(Tl)的启动、停止；磨头电机(MOl)转速指令通过PLC模拟输出模块(A2. 4)控制，转变为OV 士 IOV模拟电压，输出至变频器的模拟量输入接口(FV/FC)，来改变变频器输出频率，从而控制变频器的输出(U/V/W)来改变电机频率，以实现磨头不同转速的控制；在变频器端子(P/N)上接入制动电阻器单元，来减少磨头的刹车制动时间；变频器端子(MB/MC)为变频器故障报警信号，变频器端子(P5/PC) 为变频器速度到达信号，通过PLC输入模块(A2. 1/A2. 2)反馈给数控系统，以便系统了解磨头的运行状态，从而对其它动作进行控制。
专利摘要立式车铣中心用万能磨头装置，采用数控系统模拟主轴驱动磨头，其特征在于磨头上支座顶部安装齿盘与滑枕下端齿盘啮合定位，并由拉钉将两者拉紧；磨头上支座两对称边分别有磨头前支座和磨头后支座构成门框结构，磨头前支座和磨头后支座下端分别通过水平的左支撑轴、右支撑轴与竖立于门框结构下方的磨头电主轴垂直相交安装，磨头电主轴的轴端安装砂轮磨头。其电主轴的功率高达18.5KW，最高转速为3000rpm，输出的砂轮轴径向跳动及端面跳动均小于0.002mm，磨削砂轮的宽度为63mm，最大砂轮直径可达400mm。能实现高精度工件不能一次装卡，连续进行多工序加工直至成品。
文档编号B24B41/04GK202010939SQ20112005332
公开日2011年10月19日 申请日期2011年3月3日 优先权日2011年3月3日
发明者代丽芬, 代利国, 刘丽芳, 刘兴卓, 刘红, 刘长虹, 吴俊勇, 吴颖霞, 喻鹏, 崔佩强, 常宏, 张春艳, 张秀印, 徐宝财, 朴明辉, 王晶, 苏文涛, 赵东海, 轩广进 申请人:沈阳机床股份有限公司