一种航空发动机轴承套圈高精度数控车床的制作方法

本实用新型涉及机械生产领域，尤其涉及一种能够一次性完成工件粗加工和精加工的航空发动机轴承套圈高精度数控车床。

背景技术：

航空发动机的主轴轴承，为耐热钢材料，有的轴承为非标系列，其外圈端面带定位槽。主轴轴承外圈端面带走位槽的加工难点主要是：轴承端面上共有大、小各4个对称槽，大、小对称槽间隔45°分布，槽的位置度要求高。

目前国内加工轴承套圈最为常见且投入成本较低的方式是采用手动旋紧螺帽夹紧坯料，借用压板夹紧工件进行切削(铣削)或车削（或铣削）加工，这种传统的方法耗时较长、工作效率低，操作工人劳动强度大，很难满足航空发动机主轴轴承套圈的精度要求。

为提高工件加工质量，目前主要采用车床对轴承套圈进行加工，车床需要经过粗车、无心磨外圈、磨两端面和液压车外圈和端面等步骤，因此，加工工厂需要对应引进多套加工设备，先对工件坯料进行粗车，粗车完成后取下半成品后放入精车设备中进行精车。由上述工件加工方法可以看出，现有的工件加工存在以下缺陷：1、工件加工需要多台设备同时运行加工，设备占地面积较大；2、粗车、无心磨外圈和磨端面、精车等都需要专业人员管理，且各步骤之间需要通过人工取下、转移至下一工装、重新夹紧坯料，需要的工人数量较大，人工费巨大，多道工序之间存在空档期，影响加工效率；3、加工的精度仍然难以满足要求；4、粗车刀和精车刀经过长期工作后需要更换，每次更换都要停机处理，影响工作效率。

技术实现要素：

本实用新型针对现有技术中存在的缺陷，提供一种能够完成粗加工和精加工、中途无需停机转移半成品、无需更换刀具的航空发动机轴承套圈高精度数控车床。

为了达到目的，本实用新型提供的技术方案为：

本实用新型涉及的一种航空发动机轴承套圈高精度数控车床，包括搬运机构、翻转机构和车床机构；所述的搬运机构包括移动梁，移动梁上设有相互配合的左右驱动装置和左右移动座，左右移动座上设有相互配合的上下伸缩杆和上下驱动装置，上下伸缩杆的底部设有相互配合的前后驱动装置和前后移动板，前后移动板上设有三角形底座，三角形底座内配有旋转驱动装置，三角形底座的斜面处设有三角旋转座，三角旋转座的斜面与三角形底座的斜面相对，并且与旋转驱动装置连接，三角旋转座内部设有夹持气缸，三角旋转座的两个直角面分别设有第一套团夹头和第二套团夹，第一套团夹头和第二套团夹均与夹持气缸连接；

所述的车床机构包括数控系统、转动主轴、第一走刀控制器和第二走刀控制器，转动主轴设在第一走刀控制器和第二走刀控制器之间，第一走刀控制器上设有第一刀盘，第一刀盘上设有第一粗车刀和第一精车刀，第二走刀控制器上设有第二刀盘，第二刀盘上设有第二粗车刀和第二精车刀，转动主轴的轴心设有夹具，第一走刀控制器和第二走刀控制器均与数控系统连接；

所述的翻转机构固定在转动主轴的正上方，翻转机构包括翻转电机、翻转夹持气缸和翻转夹爪，翻转电机的转动轴上设有翻转板，翻转夹持气缸固定在翻转板上，翻转夹爪与翻转夹持气缸连接。

优选地，所述的航空发动机轴承套圈高精度数控车床还包括上料机构，所述的上料机构包括竖向进料通道、水平送料通道和送料气缸，水平送料通道顶面以及右端均设有敞口，竖向进料通道的底端与水平送料通道的右端连通，送料气缸与水平送料通道右端的敞口相对。竖向进料通道用于堆叠多个坯料，送料气缸将最下方的坯料推到水平送料通道中，搬运机构将水平送料通道中的坯料夹起并运输到夹具处夹紧，上料机构实现了设备的全自动上料。

优选地，所述的上料机构还包括限位块和感应器，限位块设在水平送料通道的左端，限位块靠近水平送料通道的侧面呈弧形面，感应器设在限位块上并与搬运机构配合。限位块可准确地定位送料气缸向前推送的坯料的位置，感应器用于感应坯料是否进入水平送料通道内，一旦感应到坯料的存在，感应器发出指令并启动搬运机构进行取料。

优选地，所述的车床机构包括主轴驱动电机，转动主轴通过皮带与主轴驱动电机连接。

优选地，所述的第一刀盘和第二刀盘均呈六边形结构，第一刀盘上设置三组第一粗车刀和三组第一精车刀，第一粗车刀和第一精车刀间隔设置；第二刀盘上设置三组第二粗车刀和三组第二精车刀，第二粗车刀和第二精车刀间隔设置。第一刀盘和第二刀盘上设置多组粗车刀和精车刀，当其中一组粗车刀和精车刀达到使用寿命无法继续使用时，只需要旋转第一刀盘和第二刀盘即可更换粗车刀和精车刀，等所有精车刀和粗车刀全部到达使用寿命后批量更换，如此可减少加工过程中停机更换车刀的次数，进而提高加工效率。

优选地，每组第一粗车刀、第一精车刀、第二粗车刀和第二精车刀的旁边均配有喷嘴。在粗车刀和精车刀工作时，对应的喷嘴向工件喷水，一来可以冲去工件表面的杂质，二来起到降温的作用。

优选地，所述的第二刀盘上设有向后方延伸的延伸杆，延伸杆的数量与第二粗车刀和第二精车刀总数相同，第二粗车刀和第二精车刀分别设在对应的延伸杆的端部。由于第二粗车刀和第二精车刀用于车坯料的内圈，延伸杆的设置方便第二粗车刀和第二精车刀伸入坯料的内圈位置。

所述的粗车刀采用r8铣刀，精车刀采用r4铣刀。

采用本实用新型提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：

本实用新型在同一台设备上完成轴承套圈内外圈的粗车和精车，中途无需人工取下坯料和重新安装坯料，取料、运输、上下料等都是由机械自动完成的，减少人工成本，提升加工效率；粗车和精车的走刀都是由数控系统控制，提高了加工的精度；两侧的粗车刀和精车刀自动更换，减少换刀的空挡，进一步提高效率。

附图说明

图1是航空发动机轴承套圈高精度数控车床的主视图；

图2是搬运机构底端的结构详图；

图3是转动主轴及主轴驱动电机的连接机构示意图；

图4是第一刀盘的侧视图；

图5是第二刀盘的侧视图；

图6是翻转机构的俯视图；

图7是航空发动机轴承套圈高精度数控车床优化方案的结构示意图

图8是上料机构的主视图。

标注：1-上料机构，11-竖向进料通道，12-水平送料通道，13-送料气缸，14-限位块，15-感应器，2-搬运机构，20-移动梁，21-左右驱动装置，22-左右移动座，23-上下驱动装置，24-上下伸缩杆，25-前后驱动装置，26-前后移动板，27-三角形底座，28-三角旋转座，29-第一套团夹头，30-第二套团夹，31-夹持气缸，3-翻转机构，32-翻转电机，33-翻转夹持气缸，34-翻转夹爪，35-翻转板，4-车床机构，40-数控系统，41-转动主轴，42-第一走刀控制器，43-第二走刀控制器，44-第一刀盘，45-第一粗车刀，46-第一精车刀，47-第二刀盘，48-第二粗车刀，49-第二精车刀，50-夹具，51-主轴驱动电机，52-皮带，53-喷嘴，54-延伸杆。

具体实施方式

为进一步了解本实用新型的内容，结合实施例对本实用新型作详细描述，以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

实施例一：

结合附图1所示，本实用新型涉及的一种航空发动机轴承套圈高精度数控车床，包括搬运机构2、翻转机构3和车床机构4。

结合附图1所示，搬运机构包括移动梁20，移动梁20上设有相互配合的左右驱动装置21和左右移动座22，左右驱动装置21采用油缸，用于驱动左右移动座22沿移动梁20运动；左右移动座22上设有相互配合的上下伸缩杆24和上下驱动装置23，上下伸缩杆24采用工字型杆件或矩形杆件，上下驱动装置23采用油缸，用于控制上下伸缩杆24上下移动；结合附图2所示，上下伸缩杆24的底部设有相互配合的前后驱动装置25和前后移动板26，前后移动板26与前后驱动装置25连接，前后移动板26采用气缸，用于控制前后移动板26前后移动；前后移动板26上设有三角形底座27，三角形底座内配有旋转驱动装置（图中未画出），旋转驱动装置采用电机，三角形底座27的斜面处设有三角旋转座28，三角旋转座28的斜面与三角形底座27的斜面相对，并且与旋转驱动装置连接，旋转驱动装置控制三角旋转座28旋转；三角旋转座内部设有夹持气缸31，三角旋转座28的两个直角面分别设有第一套团夹头29和第二套团夹30，第一套团夹头29和第二套团夹30均与夹持气缸31连接。第一套团夹头29用于从轴承套圈坯料的外侧夹住其外圈，第二套团夹30用于从轴承套圈坯料的内侧夹住其内圈。

结合附图1和3所示，车床机构4包括数控系统40、转动主轴41、第一走刀控制器42和第二走刀控制器43；转动主轴41设在第一走刀控制器42和第二走刀控制器43之间，转动主轴41配有主轴驱动电机51，转动主轴41通过皮带52与主轴驱动电机传动连接，转动主轴的轴心设有夹具50，夹具50可夹住轴承套圈坯料的内圈，也可以夹住轴承套圈坯料的外圈。

结合附图1和4所示，第一走刀控制器42上设有第一刀盘44，第一刀盘44呈六边形结构，第一刀盘上设置三组第一粗车刀45和三组第一精车刀46，第一粗车刀45和第一精车刀46间隔设置；结合附图1和5所示，第二走刀控制器43上设有第二刀盘47，第二刀盘47呈六边形结构，第二刀盘47每个侧面上设有向后方延伸的延伸杆54，每根延伸杆54的端部又均设置了第二粗车刀48和三组第二精车刀49，第二粗车刀48和三组第二精车刀49各设三组确间隔设置，由于第二粗车刀48和第二精车刀49用于车轴承套圈坯料的内圈，延伸杆54的设置方便第二粗车刀48和第二精车刀49伸入坯料的内圈位置。

第一走刀控制器42和第二走刀控制器43均与数控系统40连接。数控系统40给第一走刀控制器42和第二走刀控制器43发出指令，第一走刀控制器42和第二走刀控制器43根据指令分别控制第一刀盘44和第二刀盘47前后、左右、上下运动，进而实现精确走刀；在内外圈粗车变为精车时，可分别控制第一刀盘44和第二刀盘47旋转，实现粗车刀到精车刀的转换；在某组第一粗车刀45、第一精车刀46、第二粗车刀48、第二精车刀49到达使用极限时，也可分别控制第一刀盘44和第二刀盘47旋转，实现新老车刀的转换，等所有第一粗车刀45、第一精车刀46、第二粗车刀48、第二精车刀49全部到达使用寿命后批量更换，如此可减少加工过程中停机更换车刀的次数，进而提高加工效率。

上述所有第一粗车刀45、第一精车刀46、第二粗车刀48、第二精车刀49的旁边均配置了喷嘴53，在粗车刀和精车刀工作时，对应的喷嘴53向工件喷水，一来可以冲去工件表面的杂质，二来起到降温的作用。

结合附图1和6所示，所述的翻转机构固定在转动主轴41的正上方，翻转机构包括翻转电机32、翻转夹持气缸33和翻转夹爪34，翻转电机32的转动轴上设有翻转板35，翻转夹持气缸33固定在翻转板上，翻转夹爪34与翻转夹持气缸33配合连接，翻转夹持气缸33用于控制翻转夹爪34夹紧和松开。

上述装置对航空发动机轴承套圈进行加工时，包括以下步骤：

步骤一，人工将轴承套圈坯料装在第一套团夹头29处，第一套团夹头29夹住轴承套圈坯料的外圈，左右驱动装置21、上下驱动装置23和前后驱动装置25配合将轴承套圈坯料运输到夹具50位置，夹具50夹住轴承套圈坯料的内圈；

步骤二，主轴驱动电机51驱动转动主轴41转动，与此同时，数控系统40控制第一刀盘44转动，使其中一把第一粗车刀45转到加工位，数控系统40根据输入的数据走刀，完成轴承套圈坯料外圈以及其中一个端面的粗车；待轴承套圈坯料外圈的粗车完成后，再次旋转第一刀盘44，使其中一把第一精车刀46转到加工位，数控系统40根据输入的数据走刀，完成轴承套圈坯料外圈以及其中一个端面的精车；整个工程中，喷嘴53始终向轴承套圈坯料喷水，进行降温和冲洗，第二刀盘47处于待机状态；

步骤三，第一套团夹头29取下轴承套圈半成品，向上运输至翻转机构4的位置，旋转驱动装置启动并旋转三角旋转座28，使第一套团夹头29朝下，第一套团夹头29松开半成品，此时，翻转夹持气缸33驱动翻转夹爪34夹住半成品，翻转电机旋转半成品，旋转驱动装置再次旋转三角旋转座28使第二套团夹30朝下，第二套团夹30从夹住半成品的内圈，向下运输至夹具50处，再次旋转三角旋转座28使第二套团夹30朝向夹具50，夹具50夹住半成品的外圈；

步骤四，主轴驱动电机51驱动转动主轴41转动，与此同时，数控系统40控制第二刀盘47转动，使其中一把第二粗车刀48转到加工位，数控系统40根据输入的数据走刀，完成轴承套圈坯料内圈以及另一个端面的粗车；待轴承套圈坯料内圈的粗车完成后，再次旋转第二刀盘47，使其中一把第二精车刀49转到加工位，数控系统40根据输入的数据走刀，完成轴承套圈坯料内圈以及另一个端面的精车；整个工程中，喷嘴53始终向轴承套圈坯料喷水，进行降温和冲洗，第一刀盘47处于待机状态；

步骤五，第二套团夹30从夹具50处取下轴承套圈成品，人工再从第二套团夹30取下轴承套圈成品，完成一个轴承套圈的加工。

实施例二：

结合附图7和8所示，本实施例在实施例一的基础上增加了上料机构1，上料机构1包括竖向进料通道11、水平送料通道12和送料气缸13，水平送料通道12顶面以及右端均设有敞口，竖向进料通道11的底端与水平送料通道12的右端连通，送料气缸13与水平送料通道12右端的敞口相对。水平送料通道的左端设有限位块14，限位块14靠近水平送料通道12的侧面呈弧形面，限位块15上配有感应器15，感应器15与搬运机构2配合。

本实施例中的搬运机构2、翻转机构3和车床机构4均与实施例一相同，本实施例不再阐述。

竖向进料通道11用于堆叠多个坯料，送料气缸13将最下方的坯料推到水平送料通道12中，限位块14可准确地定位送料气缸向前推送的坯料的位置，感应器15用于感应坯料是否进入水平送料通道12内，一旦感应到坯料的存在，感应器15发出指令并启动搬运机构进行取料，搬运机构将水平送料通道中的坯料夹起并运输到夹具50处夹紧，上料机构实现了设备的全自动上料。上料后的剩余步骤与实施例一的步骤二~五相同，本实施例不再阐述。

以上结合实施例对本实用新型进行了详细说明，但所述内容仅为本实用新型的较佳实施例，不能被认为用于限定本实用新型的实施范围。凡依本实用新型申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍属于本实用新型的专利涵盖范围之内。