专利名称：自动卧式铣镗床的制作方法
技术领域：
本发明涉及机床结构设计与应用技术领域，特别提供了一种自动卧式铣镗床。
背景技术：
现有技术中，卧式铣镗床是万能性机床；其可对箱体、壳体、机座等大型零件进行钻孔、镗孔、扩孔、铰孔、锪平面、铣平面、车螺纹等切削加工操作。卧式铣镗床广泛应用于能源、交通、重型、石化机械等行业，对箱体类零件而言，卧式铣镗床是一种常用的关键设备。普通卧式铣镗床是以普通电机为动力源，通过液压机械联动装置控制滑移变速齿轮位置变动，获得不同的转速及进给量。主轴箱内部结构复杂，齿轮数量较多，传动链较长，故障率高。工作台夹紧通常采用手动夹紧，可靠性不高。普通卧式铣镗床的电气控制采用PLC(可编程控制器)控制，驱动部分普遍使用普通三相异步电机驱动机械传动，机床轴坐标位置靠数显表现显示。这种控制方式的缺点是机床轴不能自动定位，机床的加工完全靠手动操作，操作繁琐，加工效率低。人们期望获得一种技术效果更好的自动卧式铣镗床。
发明内容
本发明的目的是提供一种技术效果更好的自动卧式铣镗床。本发明一种自动卧式铣镗床(我们称之为AH90型自动卧式铣镗床)，所述自动卧式铣镗床具体由下述几部分构成:床身1、下滑座2、上滑座3、工作台4、主轴箱5、立柱6、镗轴7、进给伺服电机8、导轨、电气系统；其中:下滑座2布置在床身I上，上滑座3布置在下滑座2上方且二者连接在一起；工作台4布置在上滑座3上；水平布置的床身I的一端近端处设置有进给伺服电机8和立柱6，竖直布置的立柱6在床身I的靠近分配箱9的那一端的近端处布置；主轴箱5布置在立柱6上并能相对于立柱6上下运动；镗轴7布置在主轴箱5上且其轴向沿水平方向布置；在主轴箱5内设有主轴变速传动机构，其特征在于:所述的主轴变速传动机构具体由如下几部分组成:主轴变频电机
9、联轴器IO、传动齿轮A11、传动轴A12、变速轴13、滑动齿轮14、传动齿轮B15、传动轴B16、齿轮C17、传动齿轮D18、空心主轴19 ;其中:主轴变频电机9的输出轴、变速轴13及两个传动轴A12、传动轴B16这四者的轴线平行；主轴变频电机9的输出轴与传动轴A12通过联轴器10连接，传动轴A12上的传动齿轮All与变速轴13上的滑动齿轮14啮合，变速轴13上的滑动齿轮14与传动轴B16上的传动齿轮B15啮合，传动轴B16上的齿轮C17与空心主轴19的传动齿轮D18啮合；用于连接下滑座2与床身I的导轨设置在床身I上；其特征在于:所述的床身I上设有同一水平高度平行布置2条导轨:导轨A20、导轨B21，以便起支撑作用；所述上滑座3和工作台4之间还设置有工作台夹紧机构，其具体是由下述几部分构成:液压缸体24、活塞25、碟簧26`、活塞杆27、圆形垫片28，其中:活塞杆27的上部与工作台4固定连接在一起，活塞杆27的轴线方向垂直于二者的结合面；活塞杆27的下部伸入到上滑座3内部的一个孔腔内，其上部开口直径小于下部空腔直径，伸入到上述空腔中的活塞杆27下部固定连接着活塞25，活塞25的靠近工作台4一侧设置有用于消除上滑座3和工作台4之间间隙的碟簧26 ；活塞杆27的上部与工作台4固定连接在一起的具体结构满足下述要求:活塞杆27的上部为螺栓头状结构或者设置有与之固定的调整锁紧螺母结构，活塞杆27与工作台在靠近上滑座3 —侧还设置有调隙用的圆形垫片28。所述的电气系统具体构成如下:人机界面操作装置29、变频器31、伺服驱动器32、位置反馈33、位置检测装置34、控制单元35、控制总线55 ;其中:控制单元35与人机界面29、变频器31、伺服驱动32、位置反馈33都通过控制总线55进行连接以便通讯；由人机界面操作装置29和位置反馈33输入的信息通过运算处理形成控制指令，通过控制总线55连接着变频器31和伺服驱动器32以便下达指令完成整个自动控制过程；变频器31与主轴变频电机9连接，伺服驱动器32与进给伺服电机8连接；位置反馈33与位置检测装置34连接。所述的电气系统中，位置检测装置34具体是以下几种的组合:X轴位置测量装置、Y轴位置测量装置、Z轴位置测量装置、W轴位置测量装置。所述的电气系统中还设置有手轮30，所述手轮30直接与控制单元35相互连接。本发明的技术效果说明:I)本发明通过采用主轴变频电机9，使机床转速可以在区间内无级变速并且可通过触摸屏操作板来选取转速及进给量。通过主轴变频电机9、进给伺服电机8 (具体为伺服电机)分别控制主轴的旋转运动和各轴的进给运动。与现有技术相比，本发明取消原有机床结构中的液压预选变速装置以及主轴操纵机构，采用电气系统根据屏幕输入自动输出信号，联动液压实现主轴正转、反转、停车、变速等动作，零部件数量减少70%左右，大大简化了结构，降低了机床故障率。
2)工作台夹紧机构中采用碟簧26进行夹紧和液压松开的方式，避免了手动夹不紧情况发生，实现了自动化，提高了工作台夹紧的可靠性。3)使用进给伺服系统代替传统的进给电机，使本实用型能够实现自动定位自动加工，明显提高了加工精度和加工效率。相对于普通镗床而言，本发明的操作过程要求大为简化，自动化程度高。并且机床进给轴实现定位功能，定位准确；用户不必编程，通过设定加工参数的形式就可以完成简单的自动加工。其具有可预期的较为巨大的经济价值和社会价值。
下面结合附图及实施方式对本发明作进一步详细的说明:图1是自动卧式铣镗床的结构示意图；图2是自动卧式统Il床的主轴变速传动机构剖视示意图；图3自动卧式铣镗床的床身I与下滑座2连接结构示意图；图4自动卧式铣镗床的工作台夹紧机构的结构示意图；图5是自动卧式统I!床的电气系统原理图；图6是自动卧式铣镗床自动循环程序流程图。
具体实施例方式实施例1AH90自动卧式铣镗床，包括床身1、下滑座2、上滑座3、工作台4、主轴箱5、立柱6、镗轴7、进给伺服电机8及电气系统，如图1所示，立柱6固定在床身I上，主轴箱5安装在立柱6上，主轴箱5可以在立柱6上进行上下移动(Y轴运动)；下滑座2安装在床身I的导轨上，下滑座2可以在床身I上进行纵向移动(Z轴运动)；上滑座3安装在下滑座2上，上滑座3可以在下滑座2上进行横向移动(X轴运动)；工作台4安装在上滑座3上，工作台4可以在上滑座3上进行旋转运动(B轴运动)，进给电机8安装在床身I上，镗轴7在主轴箱5内，并可在主轴箱5内伸缩(W轴运动)。在主轴箱5内设有主轴变速传动机构，其结构如图2所示，包括一个主轴变频电机9、一个变速轴13及两个传动轴12、16，主轴变频电机9输出轴与第一传动轴12通过联轴器10连接,第一个传动轴12上的传动齿轮11与变速轴13上的滑动齿轮14啮合，变速轴13上的滑动齿轮14与第二传动轴16上的传动齿轮15啮合，第二传动轴16上的齿轮17与空心主轴19的传动齿轮18啮合，通过上述结构，主轴变频电机9将动力通过第一传动轴12、第二传动轴16和变速轴13传递到空心主轴19上,从而获得机床主运动。其原理为以主轴变频电机9作为动力源，通过对主轴变频电机9恒扭矩以及恒功率区间的计算，使用一个滑移齿轮实现2种档位变化。计算不同转速、进给量切削时扭矩、功率，再根据变频电机恒功率、恒扭矩特性选定其中二档传动比作为高、低二种定比传动档位，结合变频电机可以无级调速的功能实现主轴区间内无级变速。在床身I上设有2条导轨:导轨A20、导轨B21，以便于起到支撑作用。如图4所示,本实施例工作台4夹紧机构包括碟簧26、液压缸体24、活塞25、活塞杆27、圆形垫片28。液压缸体24固定在上滑座3上，在液压缸体24内安装有活塞25和碟簧26，活塞杆27上套装圆形垫片28。碟簧26通过自身弹性变形使在液压缸体24内连接在活塞25的活塞杆27受到向下的拉力，活塞杆27压紧圆形垫片28，工作台4被夹紧；当液压缸24内注入液压油，活塞25受液压力将碟簧26压缩变形，从而带动活塞杆27向上移动，工作台松开。如图5所示，电气系统包括控制单元35、人机界面29、变频器31、伺服驱动器32、位置反馈33，控制单元35与人机界面29、变频器31、伺服驱动32、位置反馈33通过控制总线进行通讯，将人机界面29和位置反馈33输入的信息通过运算处理形成控制指令，通过控制总线下达给变频器31和伺服驱动器32，变频器31与主轴变频电机9连接，伺服驱动器32与进给伺服电机8连接，完成整个控制自动控制过程，通过控制单元35实现所有运算、通讯、轴定位、主轴变档调速、自动加工循环的软件控制功能。手轮30直接连到控制单元35上，用于手动微调各进给轴，手动旋转主轴。本实施例机床的电气系统采用一种闭环的控制方式，实现机床各轴定位功能。由人机界面29选定要定位的轴(X轴、Y轴、Z轴、W轴、B轴，在X轴、Y轴、Z轴、W轴安装直线测量尺用于位置检测，B轴安装编码器)，此时控制单元35将与该轴相对应的位置检测34反馈到控制系统中，并 且根据人机界面输入的位置坐标，控制该轴移动的距离，定位的过程实现闭环控制。主轴的速度控制由变频器31实现，控制单元35从人机界面29获取主轴的转速，由程序实现主轴档位的自动变换，并且计算出主电机的转速，将控制指令发送给变频器，实现主轴的无级调速。系统中开发固定循环功能，由控制单元35通过软件实现，人机界面29中开发了调用固定循环的界面，在界面中以填表的方式设定自动加工需要的参数，这些参数值通过控制总线传送到控制单元35中，控制程序依据这些设定好堵塞参数控制机床实现自动加工。自动卧式铣镗床的加工控制程序流程如图6所示。开始自动铣面循环时，程序先判断当前的机床进给运动是否分配在X轴，如果没有分配则先分配X轴，分配完成后根据铣面设定的参数对X轴定位，定位到达后判断是否继续进行铣面加工，如果铣面加工未完成，则分配Y轴，再依据铣面设定参数对Y轴定位，定位完成后判断铣面循环是否结束，如果没结束重新分配X轴，循环执行，直到铣面循环结束。开始钻孔、攻丝循环时首先判断进给轴是不是分配在W轴上，如果没有分配在W轴，在执行钻孔程序时，先执行W轴定位，判断是否需要排屑，如果需要排屑，执行排屑定位，排屑完成后继续钻孔定位程序，钻孔完成后，W轴返回初始位置；在执行攻丝程序时，W轴执行攻丝定位程序，攻丝定位到位后，返回初始位置。本实施例的技术效果说明:I)本发明通过采用主轴变频电机9，使机床转速可以在区间内无级变速并且可通过触摸屏操作板来选取转速及进给量。通过主轴变频电机9、进给伺服电机8 (具体为伺服电机)分别控制主轴的旋转运动和各轴的进给运动。与现有技术相比，本发明取消原有机床结构中的液压预选变速装置以及主轴操纵机构，采用电气系统根据屏幕输入自动输出信号，联动液压实现主轴正转、反转、停车、变速等动作，零部件数量减少70%左右，大大简化了结构，降低了机床故障率。2)工作台夹紧机构中采用碟簧26进行夹紧和液压松开的方式，避免了手动夹不紧情况发生，大大提高了工作台夹紧的可靠性。
3)使用进给伺服系统代替普通常用的进给电机，使本实用型能够实现自动定位，自动加工，大大提高了加工精度和加工效率。本发明相对于普通镗床的操作大为简化，自动化程度高。并且机床进给轴实现定位功能，定位准确；用户不必编程，通过设定加工参数的形式就可以完成简单的自动加工。其具有可预期的较为巨大的经济价值和社会价值。实施例2一种自动卧式铣镗床(我们称之为AH90型自动卧式铣镗床)，所述自动卧式铣镗床具体由下述几部分构成:床身1、下滑座2、上滑座3、工作台4、主轴箱5、立柱6、镗轴7、进给伺服电机8、导轨、电气系统；其中:下滑座2布置在床身I上，上滑座3布置在下滑座2上方且二者连接在一起；工作台4布置在上滑座3上；水平布置的床身I的一端近端处设置有进给伺服电机8和立柱6，竖直布置的立柱6在床身I的靠近分配箱9的那一端的近端处布置；主轴箱5布置在立柱6上并能相对于立柱6上下运动；镗轴7布置在主轴箱5上且其轴向沿水平方向布置；在主轴箱5内设有主轴变速传动机构，需要注意的关键点在于:所述的主轴变速传动机构具体由如下几部分组成:主轴变频电机9、联轴器10、传动齿轮Al 1、传动轴A12、变速轴13、滑动齿轮14、传动齿轮B15、传动轴B16、齿轮C17、传动齿轮D18、空心主轴19 ;其中:主轴变频电机9的输出轴、变速轴13及两个传动轴A12、传动轴B16这四者的轴线平行；主轴变频电机9的输出轴与传动轴A12通过联轴器10连接，传动轴A12上的传动齿轮All与变速轴13上的滑动齿轮14啮合，变速轴13上的滑动齿轮14与传动轴B16上的传动齿轮B15啮合，传动轴B16上的齿轮C17与空心主轴19的传动齿轮D18啮合；用于连接下滑座⑵与床身⑴的导轨设置在床身⑴上。所述自动卧式铣镗床中，所述的床身I上设有同一水平高度且相互顺次平行布置的2条导轨:导轨A20、导轨B21 ；所述上滑座3和工作台4之间还设置有工作台夹紧机构，其具体是由下述几部分构成:液压缸体24、活塞25、碟簧26、活塞杆27、圆形垫片28，其中:活塞杆27的上部与工作台4固定连接在一起，活塞杆27的轴线方向垂直于二者的结合面；活塞杆27的下部伸入到上滑座3内部的一个孔腔内，其上部开口直径小于下部空腔直径，伸入到上述空腔中的活塞杆27下部固定连接着活塞25，活塞25的靠近工作台4 一侧设置有用于消除上滑座3和工作台4之间间隙的碟簧26 ；活塞杆27的上部与工作台4固定连接在一起的具体结构满足下述要求:活塞杆27的上部为螺栓头状结构或者设置有与之固定的调整锁紧螺母结构，活塞杆27与工作台在靠近上滑座3 —侧还设置有调隙用的圆形垫片28。本实施例中，所述的电气系统具体构成如下:人机界面操作装置29、变频器31、伺服驱动器32、位置反馈33、位置检测装置34、控制单元35、控制总线55 ;其中:控制单元35与人机界面29、变频器31、伺服驱动32、位置反馈33都通过控制总线55进行连接以便通讯，由人机界面操作装置29和位置反馈33输入的信息通过运算处理形成控制指令，通过控制总线55连接着变频器31和伺服驱动器32以便下达指令完成整个自动控制过程；变频器31与主轴变频电机9连接，伺服驱动器32与进给伺服电机8连接；位置反馈33与位置检测装置34连接。所述的电气系统中，位置检测装置34具体是以下几种的组合:X轴位置测量装置、Y轴位置测量装置、Z轴位置测量装置、W轴位置测量装置。所述的电气系统中还设置有手轮30，所述手轮30直接与控制单元35相互连接。实施例3本实施例与实施例2内容基本相同,其不同之处主要在于:I)所述上滑座3和工作台4之间设置的工作台夹紧机构采用其它夹紧防松调隙结构。 2)所述的电气系统的基本功能与实施例2类似，但是选用其它具体的构成形式。
权利要求
1.自动卧式铣镗床，其由下述几部分构成床身(I)、下滑座(2)、上滑座(3)、工作台(4)、主轴箱(5)、立柱(6)、镗轴(7)、进给伺服电机(8)、导轨、电气系统；其中下滑座(2)布置在床身(I)上，上滑座(3)布置在下滑座(2)上方且二者连接在一起；工作台(4)布置在上滑座(3)上；水平布置的床身(I)的一端近端处设置有进给伺服电机(8)和立柱(6)，竖直布置的立柱(6)在床身⑴的靠近分配箱(9)的那一端的近端处布置；主轴箱(5)布置在立柱(6)上；镗轴(7)布置在主轴箱(5)上且其轴向沿水平方向布置；在主轴箱(5)内设有主轴变速传动机构，所述的主轴变速传动机构具体由如下几部分组成主轴变频电机(9)、联轴器(10)、传动齿轮A(Il)、传动轴A (12)、变速轴(13)、滑动齿轮(14)、传动齿轮B (15)、传动轴B(16)、齿轮C(17)、传动齿轮D(18)、空心主轴(19);其中主轴变频电机(9)的输出轴、变速轴(13)及两个传动轴A(12)、传动轴B(16)这四者的轴线平行；主轴变频电机(9)的输出轴与传动轴A(12)通过联轴器(10)连接，传动轴A(12)上的传动齿轮A(Il)与变速轴(13)上的滑动齿轮(14)啮合，变速轴(13)上的滑动齿轮(14)与传动轴B (16)上的传动齿轮B(15)啮合，传动轴B(16)上的齿轮C(17)与空心主轴(19)的传动齿轮D(18)啮合；用于连接下滑座(2)与床身(I)的导轨设置在床身(I)上；其特征在于 所述的床身(I)上设置有同一水平高度且平行布置的2条导轨导轨A(20)、导轨B(21)； 所述上滑座(3)和工作台(4)之间还设置有工作台夹紧机构，其具体是由下述几部分构成液压缸体(24)、活塞(25)、碟簧(26)、活塞杆(27)、圆形垫片(28)，其中活塞杆(27)的上部与工作台(4)固定连接在一起，活塞杆(27)的轴线方向垂直于二者的结合面；活塞杆(27)的下部伸入到上滑座(3)内部的一个孔腔内，其上部开口直径小于下部空腔直径，伸入到上述空腔中的活塞杆(27)下部固定连接着活塞(25)，活塞(25)的靠近工作台(4)一侧设置有用于消除上滑座(3)和工作台(4)之间间隙的碟簧(26)；活塞杆(27)的上部与工作台(4)固定连接在一起的具体结构满足下述要求活塞杆(27)的上部为螺栓头状结构或者设置有与之固定的调整锁紧螺母结构，活塞杆(27)与工作台在靠近上滑座(3) —侧还设置有调隙用的圆形垫片(28)。
2.按照权利要求I所述自动卧式铣镗床，其特征在于所述的电气系统具体构成如下人机界面操作装置(29)、变频器(31)、伺服驱动器(32)、位置反馈(33)、位置检测装置(34)、控制单元(35)、控制总线(55);其中控制单元(35)与人机界面(29)、变频器(31)、伺服驱动(32)、位置反馈(33)都通过控制总线(55)进行连接，人机界面操作装置(29)和位置反馈(33)通过控制总线(55)连接着变频器(31)和伺服驱动器(32);变频器(31)与主轴变频电机(9)连接，伺服驱动器(32)与进给伺服电机(8)连接；位置反馈(33)与位置检测装置(34)连接； 所述的电气系统中，位置检测装置(34)具体是以下几种的组合X轴位置测量装置、Y轴位置测量装置、Z轴位置测量装置、W轴位置测量装置。
3.按照权利要求2所述自动卧式铣镗床，其特征在于所述电气系统中还设置有手轮(30)，所述手轮(30)直接与控制单元(35)相互连接。
全文摘要
自动卧式铣镗床，主要由床身(1)、下滑座(2)、上滑座(3)、工作台(4)、主轴箱(5)、立柱(6)、镗轴(7)、进给伺服电机(8)、导轨、电气系统；其特征在于所述的床身(1)上设置有同一水平高度且平行布置的2条导轨导轨A(20)、导轨B(21)；所述上滑座(3)和工作台(4)之间还设置有工作台夹紧机构，其具体是由下述几部分构成液压缸体(24)、活塞(25)、碟簧(26)、活塞杆(27)、圆形垫片(28)。本发明结构简化，故障率低；加工精度高；工作台夹紧可靠；其具有可预期的较为巨大的经济价值和社会价值。
文档编号B23Q5/16GK103252516SQ20121003767
公开日2013年8月21日 申请日期2012年2月17日 优先权日2012年2月17日
发明者易刚, 王显春, 邓开楠, 钱颖娟, 韩涛, 王桂玲, 叶龙, 张文生, 杨小娟 申请人:沈阳机床股份有限公司中捷钻镗床厂