一种采用电磁离合器变速的数显型摇臂钻床主轴箱的制作方法

本发明涉及机械加工行业中的一种采用电磁离合器变速的数显型摇臂钻床主轴箱。

背景技术：

目前，在机械加工行业中摇臂钻床是用于单件或批量生产带有多孔大型零件的孔加工的一种机床。一般主轴箱可在摇臂上移动，并随摇臂绕立柱回转的钻床。摇臂沿立柱上下移动，以适应加工不同高度的工件。较小的工件安装在工作台上，较大的工件直接放在机床底座或地面上。摇臂钻床广泛应用于单件和中小批生产中，加工体积和重量较大的工件的孔。摇臂钻床的主要变型有滑座式和万向式两种。滑座式摇臂钻床是将基型摇臂钻床的底座改成滑座而成，滑座沿床身导轨移动，以扩大加工范围，适用于锅炉、桥梁、机车车辆和造船等行业。万向摇臂钻床的摇臂除作垂直和回转运动外,并作水平移动,主轴箱在摇臂上作倾斜调整，以适应工件各部位的加工。此外，还有车式、壁式和数字控制摇臂钻床等。摇臂钻床是一种孔加工设备，用来钻孔、扩孔、铰孔、攻丝及锪平面等多种形式的加工。按用途和结构分类，钻床分为立式钻床、台式钻床、多孔钻床、摇臂钻床及其他专用钻床等。在各类钻床中，摇臂钻床操作方便、灵活，适用范围广，具有典型性，特别适用于单件或批量生产带有多孔大型零件的孔加工，是一般机械加工车间常见的机床。

另外，现有技术中专利号（200910011352.6）公开了一种变频式摇臂钻床，该变频式摇臂钻床的主轴箱是在传统技术的基础上，主传动系统上加了一个无级调速电机，在进给传动系统上加了一个无级调速电机,使主传动及进给传动变成了无级调速。这种变频式摇臂钻床只能实现分进给，不能实现转进给，也就是主轴的转动与进给没有关联。

另外现有技术中专利号（201510820147.x）公开了一种数显型摇臂钻床的主轴变速系统及主轴进给变速系统，该一种数显型摇臂钻床的主轴变速只能分段无级调速，即高速档无级调速及低速档无级调速。若从高速挡变至低速挡，或从低速挡变至高速挡时，必须停车变速。变档时需要用液压油缸推动的滑移齿轮进行变速，变速时间长且变速机构较复杂。

显而易见，现有技术结构比较复杂，操作不便，工作效率低，成本高，故障率高，使用寿命短。因此，研制开发一种采用电磁离合器变速的数显型摇臂钻床主轴箱是一个急待解决的新课题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种采用电磁离合器变速的数显型摇臂钻床主轴箱，该发明主变速及进给变速均为无级调速，可使加工时选择最佳切削速度，既保证加工质量好，又提高了加工速度；主变速及进给变速均可不停车变速，缩短了加工时的辅助时间，提高了生产效率；该机可实现转进给制，克服了分进给制时操作者现场计算的麻烦及计算错误现象；变速时采用旋钮操作，数字显示，更加方便精确；主轴箱结构简单，降低成本，降低了故障率；由于采用了摩擦片式电磁离合器进行主变速高低档的切换，故在全变速范围内实现不停车变速，进一步提高加工效率；由于采用空套齿轮及摩擦片式电磁离合器进行高低档切换，省去了滑移齿轮液压油缸变速的结构，节省了材料及加工时间，也节省了将来的维修时间；减轻了机床的重量，使运输更方便。

本发明的目的是这样实现的：一种采用电磁离合器变速的数显型摇臂钻床主轴箱，包括主轴、导向套、主轴套、第一轴承、第二轴承、第三轴承、第四轴承、第一平键、第一电磁离合器、第一齿轮、第五轴承、第二齿轮、主轴箱体、第二平键、第六轴承、第二电磁离合器、第七轴承、第三齿轮、第四齿轮、轴承板、第五齿轮、主轴箱盖、第三平键、主电机、第八轴承、第四平键、第一轴、第九轴承、第六齿轮、第五平键、第二轴、第十轴承、第七齿轮、第十一轴承、第六平键、第十二轴承、第八齿轮、第十三轴承、进给电机、第七平键、第十四轴承、第二弹簧卡圈、第九齿轮、第十齿轮、第八平键、第三轴、第十六轴承、花键套、第一联轴器、第四轴、第二联轴器、支座、第十七轴承、蜗轮、第十八轴承、第十一齿轮、蜗杆、水平轴、轴承座、第十九轴承、第二十轴承、第二十一轴承、第一弹簧卡圈、第三弹簧卡圈，第ⅰ轴总成由第四齿轮、第八轴承、第一弹簧卡圈组成，在第四齿轮上设置第八轴承和第一弹簧卡圈；第ⅱ轴总成由第一轴、第二齿轮、第二电磁离合器、第三齿轮、第五齿轮、第二平键、第四平键、第五轴承、第六轴承、第七轴承、第九轴承组成，在第一轴上部设置第九轴承、第四平键、第五齿轮，在第一轴中部设置第七轴承、第三齿轮、第二平键、第二电磁离合器，在第二电磁离合器内设置第六轴承，在第一轴下部设置第二齿轮、第五轴承；第ⅲ轴总成由第二轴、第一齿轮、第一电磁离合器、第六齿轮、第七齿轮、第一平键、第五平键、第三轴承、第四轴承、第十轴承、第十一轴承组成，在第二轴上部设置第十轴承、第五平键、第六齿轮、第七齿轮，在第二轴中部设置第一平键、第一电磁离合器，在第一电磁离合器内设置第十一轴承，在第二轴下部设置第四轴承、第一齿轮、第三轴承；第ⅳ总成由花键套、第八齿轮、第六平键、第二轴承、第十二轴承组成，在花键套上部设置第十二轴承、第六平键、第八齿轮，在花键套下部设置第二轴承；主轴总成由主轴、第一轴承、第二十一轴承、导向套、主轴套组成，在主轴下部设置第二十一轴承，在主轴中部设置第一轴承，在主轴中下部设置主轴套，将导向套安装到主轴箱体孔j中；第ⅴ轴总成由第九齿轮、第十四轴承、第二弹簧卡圈组成，在第九齿轮上设置第十四轴承和第二弹簧卡圈；第ⅵ轴总成由第三轴、第十齿轮、第八平键、第十三轴承、第十六轴承组成，在第三轴上部设置第十三轴承、第七平键、第十齿轮，在第三轴下部设置第十六轴承；水平轴总成由水平轴、第十一齿轮、蜗轮、第十八轴承组成，在水平轴设置第十一齿轮、第十八轴承、蜗轮，第十一齿轮与主轴套上的齿条啮合；蜗杆总成由蜗杆蜗杆、第十七轴承、第十九轴承、第二十轴承、轴承座、支座、第三弹簧卡圈组成，在蜗杆上设置第十七轴承、第十九轴承、第二十轴承，在主轴箱体孔m内设置轴承座和第三弹簧卡圈，在主轴箱体孔p内设置支座；将第ⅰ总成下部装入轴承板的轴承座孔a中；将第ⅱ轴总成上部装入轴承板的轴承座孔b中,将第一轴总成下部装入主轴箱体孔c中，第四齿轮与第五齿轮啮合；将第ⅲ轴总成上部装入轴承板的轴承座孔d中,将第二轴总成下部装入主轴箱体孔e中，第三齿轮与第七齿轮啮合；将第ⅳ轴总成上部装入轴承板的轴承座孔f中,将第ⅳ轴总成下部装入主轴箱体孔g中，第六齿轮与第八齿轮啮合；将第ⅴ总成下部装入轴承板的轴承座孔k中；将第ⅵ轴总成上部装入轴承板的轴承座孔h中,将第ⅵ轴总成下部装入主轴箱体孔q中，第八齿轮与第十齿轮啮合；将轴承板的左右两端固定在主轴箱体的侧壁上；将主轴箱盖安装固定在主轴箱体上固定；将主电机的轴上安装第三平键后，装入第四齿轮的孔中，并安装在主轴箱体孔n中固定；将进给电机的轴上安装第七平键后，装入第九齿轮的孔中，并安装在主轴箱体孔o中固定，第十齿轮与第九齿轮啮合；将导向套安装到主轴箱体孔j中，将主轴总成安装到导向套和花键套孔内；将水平轴总成安装到主轴箱体孔中；将蜗杆总成安装到轴承座和支座孔内；将第四轴上下两端分别设置第一联轴器、第二联轴器，将第四轴上端的第一联轴器与第三轴连接，将第四轴下端的第二联轴器与蜗杆连接；

所述的一种采用电磁离合器变速的数显型摇臂钻床主轴箱包括主传动系统和进给传动系统，主传动系统包括主电机、第四齿轮、第五齿轮、第三齿轮、第八齿轮、第二电磁离合器、第二齿轮、第一轴、第六齿轮、第七齿轮、第一电磁离合器、第一齿轮、第二轴、第八齿轮、花键套、主轴；主轴箱主传动系统的低速传动路线是：主电机-第四齿轮-第五齿轮-第二齿轮-第一齿轮-第六齿轮-第八齿轮-主轴；主轴箱主传动系统的高速传动路线是：主电机-第四齿轮-第五齿轮-第三齿轮-第七齿轮-第六齿轮-第八齿轮-主轴；进给传动系统包括进给电机、第九齿轮、第十齿轮、第三轴、第四轴、蜗杆、蜗轮、水平轴、第十一齿轮、主轴套，主轴箱进给传动系统的传动路线是：进给电机-第九齿轮-第十齿轮-第三轴-第四轴-蜗杆-蜗轮-水平轴-第十一齿轮-主轴套；

所述的一种采用电磁离合器变速的数显型摇臂钻床主轴箱变速的工作原理是，主变速系统为无级调速系统，因为其动力源为变频无级调速电机，通过机械传动系统将主电机的转数传给主轴，故主轴亦获得无级转数；在主电机与主轴间所以设减速传动机构，首先是为了增大主轴的输出扭矩，其次合理利用电机的转数；为更好的适应加工工艺的要求，扩大主轴的转数范围，故在主传动系统中设了高速档和低速档；主电机的转数范围为302r/min-4440r/min，经传动系统减速传动，使主轴获得16r/min-1600r/min的无级调速范围；若不采用高速档，主轴只能获得16r/min-235r/min的转数范围，如采用高速档，主轴还可获得235r/min-1600r/min的转数范围；这两段转数范围加起来就可获得主轴16r/min-1600r/min的转数范围，这样，就可满足加工工艺对主轴的转数要求；进给变速系统，进给变速系统无需扩大转数范围，首先，进给传动系统减速比足够大，使主轴的进给力可满足加工要求，其次，机械加工的进给量很小，故其进给量范围也无需很大，故从进给电机至主轴间无需扩大进给量范围；进给电机的无级调速范围：2r/min-2500r/min，经进给传动系统，使主轴的进给量0.04mm/r-0.944mm/r；这样，就可满足加工工艺对主轴进给量的要求；

所述的一种采用电磁离合器变速的数显型摇臂钻床主轴箱变速的控制方法是，主变速及进给变速主要是通过电气控制的；主电机是交流变频无级调速电机，通过变频器改变电机的频率，实现主轴转数的改变；进给电机是交流伺服电机，通过伺服系统改变进给电机的转数，实现进给变速；主变速有高低档两个速度范围，主变速不是只靠主电机变速实现的，还要机械的配合，低速范围的转数，需要接通低速传动路线，即是第二电磁离合器断电，第一电磁离合器通电；如高速范围的转数，就需要接通高速传动路线，即是第一电磁离合器断电，第二电磁离合器通电；主轴箱的主变速及进给变速通过软件将这两个系统联系起来，是分进给变成了转进给，即主轴转一转，进给就按一定量运行；主轴每一种转数，其进给量均可在0.04mm/r-0.944mm/r范围内调整，满足机械加工的要求；主轴箱的操作非常简洁方便，在主轴箱前面设有操纵面板，其上有数字显示窗口，可用数字显示主轴转数，可用数字显示进给量；若改变主轴转数或进给量，只需转动调速旋钮即可；不论是主变速还是进给变速，均在不停车的情况下进行，特别是主变速，由于采用摩擦片式电磁离合器结构，故可在不停车情况下进行高低档切换；

所述的一种采用电磁离合器变速的数显型摇臂钻床主轴箱的变速特点是，主轴箱的主变速及进给变速均为无级调速，可使加工时选择最佳切削速度，既保证加工质量好，又提高了加工速度；主变速及进给变速均可不停车变速，缩短了加工时的辅助时间，提高了生产效率；该机可实现转进给制，克服了分进给制时操作者现场计算的麻烦及计算错误现象；变速时采用旋钮操作，数字显示，更加方便精确；主轴箱结构简单，降低成本，降低了故障率；由于采用了摩擦片式电磁离合器进行主变速高低档的切换，故在全变速范围内实现不停车变速，进一步提高加工效率；由于采用空套齿轮及摩擦片式电磁离合器进行高低档切换，省去了滑移齿轮液压油缸变速的结构，节省了材料，加工时间，也节省了将来的维修时间；减轻了机床的重量，使运输更方便。

本发明的要点在于它的结构、工作原理及控制方法。

一种采用电磁离合器变速的数显型摇臂钻床主轴箱与现有技术相比，具有提高切削功能和操作性能，简化了结构，缩短了辅助时间，提高了加工效率，操作更加简洁，降低制造成本等优点，将广泛地应用于机械加工行业中。

下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是图1的ⅰ部局部放大图。

具体实施方式

参照附图，一种采用电磁离合器变速的数显型摇臂钻床主轴箱，包括主轴1、导向套2、主轴套3、第一轴承4、第二轴承5、第三轴承6、第四轴承7、第一平键8、第一电磁离合器9、第一齿轮10、第五轴承11、第二齿轮12、主轴箱体13、第二平键14、第六轴承15、第二电磁离合器16、第七轴承17、第三齿轮18、第四齿轮19、轴承板20、第五齿轮21、主轴箱盖22、第三平键23、主电机24、第八轴承25、第四平键26、第一轴27、第九轴承28、第六齿轮29、第五平键30、第二轴31、第十轴承32、第七齿轮33、第十一轴承34、第六平键35、第十二轴承36、第八齿轮37、第十三轴承38、进给电机39、第七平键40、第十四轴承41、第二弹簧卡圈42、第九齿轮43、第十齿轮44、第八平键45、第三轴46、第十六轴承47、花键套48、第一联轴器49、第四轴50、第二联轴器51、支座52、第十七轴承53、蜗轮54、第十八轴承55、第十一齿轮56、蜗杆57、水平轴58、轴承座59、第十九轴承60、第二十轴承61、第二十一轴承62、第一弹簧卡圈63、第三弹簧卡圈64，第ⅰ轴总成由第四齿轮19、第八轴承25、第一弹簧卡圈63组成，在第四齿轮19上设置第八轴承25和第一弹簧卡圈63；第ⅱ轴总成由第一轴27、第二齿轮12、第二电磁离合器16、第三齿轮18、第五齿轮21、第二平键14、第四平键26、第五轴承11、第六轴承15、第七轴承17、第九轴承28组成，在第一轴27上部设置第九轴承28、第四平键26、第五齿轮21，在第一轴27中部设置第七轴承17、第三齿轮18、第二平键14、第二电磁离合器16，在第二电磁离合器16内设置第六轴承15，在第一轴27下部设置第二齿轮12、第五轴承11；第ⅲ轴总成由第二轴31、第一齿轮10、第一电磁离合器9、第六齿轮29、第七齿轮33、第一平键8、第五平键30、第三轴承6、第四轴承7、第十轴承32、第十一轴承34组成，在第二轴31上部设置第十轴承32、第五平键30、第六齿轮29、第七齿轮33，在第二轴31中部设置第一平键8、第一电磁离合器9，在第一电磁离合器9内设置第十一轴承34，在第二轴31下部设置第四轴承7、第一齿轮10、第三轴承6；第ⅳ总成由花键套48、第八齿轮37、第六平键35、第二轴承5、第十二轴承36组成，在花键套48上部设置第十二轴承36、第六平键35、第八齿轮37，在花键套48下部设置第二轴承5；主轴总成由主轴1、第一轴承4、第二十一轴承62、导向套2、主轴套3组成，在主轴1下部设置第二十一轴承62，在主轴1中部设置第一轴承4，在主轴1中下部设置主轴套3，将导向套2安装到主轴箱体13孔j中；第ⅴ轴总成由第九齿轮43、第十四轴承41、第二弹簧卡圈42组成，在第九齿轮43上设置第十四轴承41和第二弹簧卡圈42；第ⅵ轴总成由第三轴46、第十齿轮44、第八平键45、第十三轴承38、第十六轴承47组成，在第三轴46上部设置第十三轴承38、第七平键45、第十齿轮44，在第三轴46下部设置第十六轴承47；水平轴总成由水平轴58、第十一齿轮56、蜗轮54、第十八轴承55组成，在水平轴58设置第十一齿轮56、第十八轴承55、蜗轮54，第十一齿轮56与主轴套3上的齿条啮合；蜗杆总成由蜗杆蜗杆57、第十七轴承53、第十九轴承60、第二十轴承61、轴承座59、支座52、第三弹簧卡圈64组成，在蜗杆57上设置第十七轴承53、第十九轴承60、第二十轴承61，在主轴箱体13孔m内设置轴承座59和第三弹簧卡圈64，在主轴箱体13孔p内设置支座52；将第ⅰ总成下部装入轴承板20的轴承座孔a中；将第ⅱ轴总成上部装入轴承板20的轴承座孔b中,将第一轴总成下部装入主轴箱体13孔c中，第四齿轮19与第五齿轮21啮合；将第ⅲ轴总成上部装入轴承板20的轴承座孔d中,将第二轴总成下部装入主轴箱体13孔e中，第三齿轮18与第七齿轮33啮合；将第ⅳ轴总成上部装入轴承板20的轴承座孔f中,将第ⅳ轴总成下部装入主轴箱体13孔g中，第六齿轮29与第八齿轮37啮合；将第ⅴ总成下部装入轴承板20的轴承座孔k中；将第ⅵ轴总成上部装入轴承板20的轴承座孔h中,将第ⅵ轴总成下部装入主轴箱体13孔q中，第八齿轮37与第十齿轮44啮合；将轴承板20的左右两端固定在主轴箱体13的侧壁上；将主轴箱盖22安装固定在主轴箱体13上固定；将主电机24的轴上安装第三平键23后，装入第四齿轮19的孔中，并安装在主轴箱体13孔n中固定；将进给电机39的轴上安装第七平键40后，装入第九齿轮43的孔中，并安装在主轴箱体13孔o中固定，第十齿轮44与第九齿轮43啮合；将导向套2安装到主轴箱体13孔j中，将主轴1总成安装到导向套2和花键套48孔内；将水平轴58总成安装到主轴箱体13孔中；将蜗杆总成安装到轴承座59和支座52孔内；将第四轴50上下两端分别设置第一联轴器49、第二联轴器51，将第四轴50上端的第一联轴器49与第三轴46连接，将第四轴50下端的第二联轴器51与蜗杆57连接。

所述的一种采用电磁离合器变速的数显型摇臂钻床主轴箱包括主传动系统和进给传动系统，主传动系统包括主电机24、第四齿轮19、第五齿轮21、第三齿轮18、第八齿轮37、第二电磁离合器16、第二齿轮12、第一轴27、第六齿轮29、第七齿轮33、第一电磁离合器9、第一齿轮10、第二轴31、第八齿轮37、花键套48、主轴1；主轴箱主传动系统的低速传动路线是：主电机24-第四齿轮19-第五齿轮21-第二齿轮12-第一齿轮10-第六齿轮29-第八齿轮37-主轴1；主轴箱主传动系统的高速传动路线是：主电机24-第四齿轮19-第五齿轮21-第三齿轮18-第七齿轮33-第六齿轮29-第八齿轮37-主轴1；进给传动系统包括进给电机39、第九齿轮43、第十齿轮44、第三轴46、第四轴50、蜗杆57、蜗轮54、水平轴58、第十一齿轮56、主轴套3，主轴箱进给传动系统的传动路线是：进给电机39-第九齿轮43-第十齿轮44-第三轴46-第四轴50-蜗杆57-蜗轮54-水平轴58-第十一齿轮56-主轴套3。

所述的一种采用电磁离合器变速的数显型摇臂钻床主轴箱变速的工作原理是，主变速系统为无级调速系统，因为其动力源为变频无级调速电机，通过机械传动系统将主电机24的转数传给主轴1，故主轴亦获得无级转数；在主电机24与主轴1间所以设减速传动机构，首先是为了增大主轴的输出扭矩，其次合理利用电机的转数；为更好的适应加工工艺的要求，扩大主轴1的转数范围，故在主传动系统中设了高速档和低速档；主电机24的转数范围为302r/min-4440r/min，经传动系统减速传动，使主轴1获得16r/min-1600r/min的无级调速范围；若不采用高速档，主轴1只能获得16r/min-235r/min的转数范围，如采用高速档，主轴1还可获得235r/min-1600r/min的转数范围；这两段转数范围加起来就可获得主轴16r/min-1600r/min的转数范围，这样，就可满足加工工艺对主轴1的转数要求；进给变速系统，进给变速系统无需扩大转数范围，首先，进给传动系统减速比足够大，使主轴1的进给力可满足加工要求，其次，机械加工的进给量很小，故其进给量范围也无需很大，故从进给电机39至主轴1间无需扩大进给量范围；进给电机39的无级调速范围：2r/min-2500r/min，经进给传动系统，使主轴1的进给量0.04mm/r-0.944mm/r；这样，就可满足加工工艺对主轴进给量的要求。

所述的一种采用电磁离合器变速的数显型摇臂钻床主轴箱变速的控制方法是，主变速及进给变速主要是通过电气控制的；主电机24是交流变频无级调速电机，通过变频器改变电机的频率，实现主轴1转数的改变；进给电机39是交流伺服电机，通过伺服系统改变进给电机39的转数，实现进给变速；主变速有高低档两个速度范围，主变速不是只靠主电机24变速实现的，还要机械的配合，低速范围的转数，需要接通低速传动路线，即是第二电磁离合器16断电，第一电磁离合器9通电；如高速范围的转数，就需要接通高速传动路线，即是第一电磁离合器9断电，第二电磁离合器16通电；主轴箱的主变速及进给变速通过软件将这两个系统联系起来，是分进给变成了转进给，即主轴1转一转，进给就按一定量运行；主轴每一种转数，其进给量均可在0.04mm/r-0.944mm/r范围内调整，满足机械加工的要求；主轴箱的操作非常简洁方便，在主轴箱前面设有操纵面板，其上有数字显示窗口，可用数字显示主轴1转数，可用数字显示进给量；若改变主轴1转数或进给量，只需转动调速旋钮即可；不论是主变速还是进给变速，均在不停车的情况下进行，特别是主变速，由于采用摩擦片式电磁离合器结构，故可在不停车情况下进行高低档切换。

所述的一种采用电磁离合器变速的数显型摇臂钻床主轴箱的变速特点是，主轴箱的主变速及进给变速均为无级调速，可使加工时选择最佳切削速度，既保证加工质量好，又提高了加工速度；主变速及进给变速均可不停车变速，缩短了加工时的辅助时间，提高了生产效率；该机可实现转进给制，克服了分进给制时操作者现场计算的麻烦及计算错误现象；变速时采用旋钮操作，数字显示，更加方便精确；主轴箱结构简单，降低成本，降低了故障率；由于采用了摩擦片式电磁离合器进行主变速高低档的切换，故在全变速范围内实现不停车变速，进一步提高加工效率；由于采用空套齿轮及摩擦片式电磁离合器进行高低档切换，省去了滑移齿轮液压油缸变速的结构，节省了材料，加工时间，也节省了将来的维修时间；减轻了机床的重量，使运输更方便。