数字化摇臂钻床的制作方法

本发明涉及一种钻床类金属切削机床，尤其涉及一种数字化摇臂钻床。

背景技术：

摇臂钻床是以“极坐标”定位，悬臂樑布局的通用型金属切削机床。它灵活方便、加工范围广、运动空间大，变型衍生力强。其性价比是一般机床和数控机床难以替代的，故而在机械行业得以广泛应用，出口外销量也较大。

国内目前生产的摇钻主流产品是上世纪七十年代末八十年代初由全国钻镗床行业联合设计（时称三化联合设计）的拳头产品。客观地评价该“三化”系列的产品，性能较好、结构可靠、参数合适，所以生产几十年都没有大的变化，也没有出现过超越势头，还是旧结构老产品，这在中国普通机床是常态是奇迹，但是纵观当代机床发展形势是跟不上潮流的。

用现代机床设计理念来解析“三化”设计的系列摇臂钻床，从用户（重点是实际操作使用摇钻的操作工）的需求现实来论证：几十年来这些产品因当时科技水平的制约，其先天性缺陷已逐渐显露出来还难以改良，它主要表现在结构太复杂（如以“三化”产品z3050×16型摇钻为例、主传动和进给传动的传动零件就有13根轴、41齿轮、30个轴承及3个多片式摩擦离合器，一个钢球离合器。液压变速操纵系统用了特设的齿轮油泵，分配阀两套）、操纵阀、预选阀及10套旋转提拉式油缸。蜗杆轴、水平轴组件构成的进给系统有上百零件，其中不泛异形件，生产技术难以过关（当时初是组织全行业攻关，成果互享），质量难稳定（当时每年行业质量互查通评）、生产成本难下降，维修特别困难（会修车床铣床的修理工不一定能修好摇钻），安全卫生仅能通过行业标准达不到欧洲ce标准。

因此，需要提供一种新的技术方案来解决上述问题。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种数字化摇臂钻床。

为解决上述技术问题，本发明的数字化摇臂钻床，它包括主轴箱、交流变频电机、主轴箱滑移手轮、主轴移动手柄、润滑泵和微进给手轮，所述主轴箱内安装有双联滑移齿轮、交流伺服电机、主轴、水平移动用齿轮、蜗杆、蜗轮、蜗杆轴、齿轮、齿条和中心轴，所述主轴箱滑移手轮的中心轴上安装有手柄座，所述手柄座上安装有主轴移动手柄，所述主轴箱滑移手轮的中心轴上安装有蜗轮和齿轮，所述交流变频电机通过双联滑移齿轮带动主轴旋转，所述主轴上设有主轴套，所述主轴套与水平移动用齿轮配合，所述蜗轮和蜗杆啮合，所述交流伺服电机通过减速齿轮带动蜗杆轴旋转，所述蜗杆端部安装微进给手轮，所述主轴箱滑移手轮的中心轴末端安装有齿轮，所述齿轮和齿条啮合，所述齿条安装于摇臂导轨下，所述交流变频电机安装有圆编码器。

所述交流变频电机带动润滑泵工作。

所述主轴箱中部设置数字化控制操作界面。

本发明将主传动方式由全齿轮有级变速改为交流变频无级调速，并在变频电机上增加圆编码器；将进给传动方式由全齿轮有级变速改为交流伺服电机经一对齿轮减速后直接传动到进给机构的蜗轮副；原水平轴部件的刚性碰停定程机构、刻度盘微调机构及蜗杆轴上的钢球保险离合器组件（含操作手柄）等全部取消；主轴箱的液压操纵系统及手柄全部取消；主轴箱移动机构中加装圆编码器作为移位测距元件；在主轴箱中部设置由薄膜开关、操纵键、设置键及显示屏组成的数字化控制操作系统。

本发明的有益效果：进给传动系统取消了常规的传动轴、齿轮、变速操纵机构等传统的传动元件，水平移动用齿轮旁加装一只与之相同的齿轮来带动圆编码器，能够检测主轴箱水平移动的距离，本发明因主轴转速与进给量必需精确匹配，改在交流变频电机内加装精度更高的圆编码器取代霍尔元件，而在显示屏显示转数。

附图说明

图1为本发明数字化摇臂钻床外观图。

图2为本发明数字化摇臂钻床主轴箱传动图。

图2a为本发明数字化摇臂钻床主轴箱传动俯视图。

图3为本发明数字化摇臂钻床主传动系统结构图。

图4为本发明数字化摇臂钻床进给系统结构图。

图4a为本发明数字化摇臂钻床进给系统俯视结构图。

图5为本发明的钻床操纵图。

其中：1、交流变频电机，2、双联滑移齿轮，3、交流伺服电机，4、主轴，5、主轴套，6、水平移动用齿轮，7、蜗杆，8、蜗杆轴，9、润滑泵，10、主轴箱滑移手轮，11、齿轮，12、齿条，13、中心轴，14、主轴箱，15、减速齿轮，16、主轴移动手柄，17、微进给手轮，18、蜗轮，19、手柄座，20、摇臂导轨，21、圆编码器，22、数字化控制操作界面，23、主轴转速换档手柄，24、电气复位按钮，25、急停按钮，26、机动进给启动按钮，27、机动进给停止按钮，28、主轴正反停制动手柄。

具体实施方式

为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例和附图对本发明作进一步详述，该实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明的保护范围的限定。

如图1、图2、图2a、图3、图4、图4a所示，本发明的数字化摇臂钻床，它包括主轴箱14、交流变频电机1、主轴箱滑移手轮10、主轴移动手柄16、润滑泵9、微进给手轮17，主轴箱14内安装有双联滑移齿轮2、交流伺服电机3、主轴4、水平移动用齿轮6、蜗杆7、蜗轮18、蜗杆轴8、齿轮11、齿条12和中心轴13，主轴箱滑移手轮10的中心轴13上安装有手柄座19，手柄座19上安装有主轴移动手柄16，主轴箱滑移手轮10的中心轴13上安装有蜗轮18和齿轮11，交流变频电机1通过双联滑移齿轮2带动主轴4旋转，主轴4上设有主轴套5，主轴套5与水平移动用齿轮6配合，蜗轮18和蜗杆7啮合，交流伺服电机3通过减速齿轮15带动蜗杆轴8旋转，蜗杆7端部安装微进给手轮17，主轴箱滑移手轮10的中心轴13末端安装有齿轮11，齿轮11和齿条12啮合，齿条12安装于摇臂导轨20下，交流变频电机1安装有圆编码器21。

交流变频电机1带动润滑泵9工作。

主轴箱14在摇臂导轨20上的水平移动：转动主轴箱滑移手轮10，经减速传动至中心轴末端齿轮（与齿条啮合），因齿条固定于摇臂导轨下带动主轴箱移动。

图5所示，在主轴箱14中部设置由薄膜开关、操纵键、设置键及显示屏组成的数字化控制操作界面22，图5中，主轴箱14一侧设置有主轴转速换档手柄23，主轴箱14另一侧设置有电气复位按钮24、急停按钮25、机动进给启动按钮26、机动进给停止按钮27、主轴正反停制动手柄28。能实现机床的全部操纵，显示工艺参数的预设及工作过程中参数动态值。

从图2、图2a可以看出这套传动结构并不复杂。主传动是以手柄操纵双联滑移齿轮的移动，组成低速段（38～275r/min）及高速段（275～2000r/min）两段叠加成完整的无级调围，交流变频电机的频率范围为14.13～103.3hz，转速则为424～2100r/min，原来传动是采用霍尔元件检测转数后由数显表显示，本发明因主轴转速与进给量必需精确匹配，改在交流变频电机内加装精度更高的圆编码器取代霍尔元件，而在显示屏显示转数。

进给传动系统取消了常规的传动轴、齿轮、变速操纵机构等传统的传动元件，用一只0.5kw的小功率交流变频电机1经一对齿轮减速一半后直接传动至蜗杆7，利用交流变频电机1的过载保护而省去了原有的钢球安全离合器。运用变频调速技术将主轴转速有级变速升级为变频无极调速，带圆编码器21的变频电机的运用，不但完成了无极调速的任务还准确实时的输出转速参数，确保了转速显示及刚性攻丝的数据提供。

为了检测主轴箱水平移动的距离，在水平移动用齿轮旁加装一只与之相同的齿轮来带动圆编码器21，原有齿条只供移动用，所以精度很低（9-8-8fk级），改为可供测距的较高精度（6df）新齿条。增设圆编码器21后，使其移动量可以设置控制和实时显示，又扩展了新功能。

电气系统中除伺服驱动外还利用了可编程序控制器（plc），用以保证各种动作的协调、信号接收、数据处理编辑输出。位于主轴箱14中部的显示屏及操作键，显示了整个机床的适时数据集中了机床的主要操作和数据设置。

安全卫生方面：升降丝杆加装了螺旋保护套、主轴下行程设置了极限位置电气保护，在主轴正面加装有“开门断电”功能的防护罩（合上才能开车，拉开时机床就不能启动）。

显示屏及操作键的使用：

操作键的功能都以符号做在键面，诸如摇臂升降、冷却泵开关、主轴无级调速及夹紧动作等都是直接触压相应按键即可。只有主轴转速、进给量、钻攻深度、分段钻孔次数、主轴箱移动距离等在显示屏上显示设置及余值，这几项需要使用数字键写入，其操作方法与常规数控机床的编程相同，但简单多了。进给量有主轴每转进给量（mm/r）及每分钟进给量（mm/min）两种，还有公、英制不同，本机床显示屏全部显示，特别要注意的是在刚性攻丝时，进给量只能是主轴转速及螺纹螺距的乘积，不能有别的解释。主轴转速则只需按调速键直接选用，无需使用数字键。新开发的zk3060×16型数字化摇臂钻床比较传统摇钻突出变现了多方面的优点。

1、扩展了一些实用功能：

a.主传动和进给传动全部实现了轻松可靠而又选速合适的无级调速；

b.可以实现刚性攻丝，可快速攻制高精度螺纹；

c.可以实现分段钻孔，即可将一个孔的深度分为几次钻成尤其对于加工韧性材料的深孔加工，能够可靠的断屑排屑；

d.增加主轴箱水平移动距离的测量和控制；

e.提高了机床工作精度：主轴定深切削精度从≤0.2mm（标准要求）提高到≤0.06mm，主轴箱水平移动（x方向）可达0.05mm，攻丝精度提高2～3级。

f.与分度头（尤其是数控分度头）配合，可以自动、半自动钻孔和攻丝；

g.有公、英制的长度计量及进给量不同显示，这对机床出口外销很重要；

h.有实际开机时间计时功能，只能由特定人员（如销售商）调阅，用户不能删除和修改，减少了外贸中一些纠纷；

i.具有电气故障的报警及诊断功能。

2、简化了机床结构：

从图2、图2a、图3、图4、图4a、相比较可以看到，本发明机构非常简化，只用了原来摇钻1/3的轴和1/5的齿轮和轴承，而且省去了4个离合器和全套液压操纵系统，对于生产制造和管理带来很大方便；这些零件取消后所降低的成本足以消化数字化升级的大部分成本；结构简化后，直接降低了故障率，而替代的伺服电机、编码器、plc等都是高可靠性元器件，又有电气故障诊断提示，机床的维修会更方便；

3、操作更轻便，使用机床犹如玩手机，轻松、直观、省力；应用更方便，单件生产及批量生产均能适应，加工直线排列的孔和圆周分布的孔，均可以进行无模化生产（不需划线或钻模）；

4、更加安全卫生，本发明产品在各个极限位置都有了电气保护，钻削加工最大痛苦的是钻屑缠绕和飞溅（包括冷却液），本发明有了“开门断电”的防护罩和分段钻削功能，极大程度解决了这个难题；电气系统设计按照ce、csa、ul标准设计，全部采用有国际标准认证的元器件，完全达到上述标准要求。