多电机数控加工卷筒系统的制作方法

本实用新型属于数控加工技术领域，具体涉及一种多电机数控加工卷筒系统。

背景技术：

随着海洋工程的不断发展，各种超大扬程、大钢丝绳容绳量卷筒设备的需求越来越多，现有的Lebus卷筒加工系统主要存在以下问题：(1)由于卷筒尺寸较大，因此，在对卷筒加工过程中，难以有效夹紧卷筒，易发生卷筒松脱的问题；(2)主要为人工半自动操作，刀架X向移动和刀架Y向移动主要为人工操作，因此，具有卷筒加工效率低以及精度低的问题。

技术实现要素：

针对现有技术存在的缺陷，本实用新型提供一种多电机数控加工卷筒系统，可有效解决上述问题。

本实用新型采用的技术方案如下：

本实用新型提供一种多电机数控加工卷筒系统，包括工件旋转夹紧机构、刀架X向驱动机构和刀架Y向驱动机构；

所述工件旋转夹紧机构包括：第1导轨(19)、工件旋转驱动单元以及工件夹紧运动单元；所述第1导轨(19)的左侧安装所述工件旋转驱动单元；所述第1导轨(19)的右侧安装所述工件夹紧运动单元；其中，所述工件旋转驱动单元包括：主轴伺服电机(1)、主轴制动器(2)、主轴减速机(3)、床头箱(6)和主轴花盘(7)；所述床头箱(6)包括混凝土基础、主轴和主轴花盘(7)；所述主轴花盘(7)通过所述主轴安装于所述混凝土基础上，使所述主轴花盘(7)可绕所述主轴进行转动；所述主轴花盘(7)的背面安装有花盘齿轮；所述主轴伺服电机(1)依次通过所述主轴制动器(2)和所述主轴减速机(3)后，连接电机输出轴；所述电机输出轴上安装电机齿轮；所述电机齿轮与所述花盘齿轮啮合，由此实现主轴伺服电机(1)驱动所述主轴花盘(7)转动；在所述主轴花盘(7)的正面安装有花盘四爪(18)；

所述工件夹紧运动单元包括尾座(8)，所述尾座(8)可沿所述第1导轨(19)进行轴向的滑动；在所述尾座(8)的前端通过顶针套(14)安装顶针(13)；顶针(13)与顶针套(14)通过滚动轴承配合；工件的一端被所述花盘四爪(18)夹持，工件的另一端被所述顶针(13)顶住；当所述工件旋转时，顶针(13)进行同步转动；

所述刀架Y向驱动机构包括：第2导轨(20)，所述第2导轨(20)与所述第1导轨(19)平行设置；在所述第2导轨(20)上面可滑动安装拖板(15)；所述拖板(15)与Y向滚珠丝杆连接，形成Y向滚珠丝杆螺母副；所述Y向滚珠丝杆由Y向驱动电机(5)驱动；Y向驱动电机(5)驱动Y向滚珠丝杆旋转，进而驱动所述拖板(15)沿所述第2导轨(20)进行Y向移动；

所述刀架X向驱动机构包括支承箱体、刀架(9)、X向滚珠丝杆和X向驱动电机(4)；所述支承箱体通过横向导轨可滑动安装于所述拖板(15)的上面，所述支承箱体的顶部安装所述刀架(9)；所述X向驱动电机(4)通过X向滚珠丝杆驱动所述支承箱体进行X向移动，进而带动所述刀架(9)进行X向移动。

优选的，所述尾座(8)还安装有止退棘爪(17)，所述止退棘爪(17)止定在床身上的牙齿中。

优选的，还包括压板(16)；所述压板(16)压持于所述尾座(8)的上面，进而将所述尾座(8)压紧于床身上面。

优选的，还包括控制器、主轴编码器(10)和供电电源；

所述主轴编码器(10)的输出端连接到控制器的输入端；所述控制器的输出端分别与所述主轴伺服电机(1)、所述Y向驱动电机(5)和所述X向驱动电机(4)连接；所述供电电源与所述控制器连接。

优选的，所述主轴伺服电机(1)、所述Y向驱动电机(5)和所述X向驱动电机(4)均为三相同步永磁伺服电机。

本实用新型提供的多电机数控加工卷筒系统具有以下优点：

(1)设计的工件旋转夹紧机构，是一种非常适合对大尺寸卷筒进行有效夹紧的机构，实现卷筒加工过程中可靠稳固的夹紧卷筒，保证卷筒加工质量；

(2)通过刀架X向驱动机构和刀架Y向驱动机构，能够灵活、自动、便捷的控制刀架X向移动和刀架Y向移动，从而实现对卷筒上面螺旋槽的加工，提高卷筒加工效率。

附图说明

图1为本实用新型提供的多电机数控加工卷筒系统的主视图；

图2为本实用新型提供的多电机数控加工卷筒系统的第1俯视图；

图3为本实用新型提供的多电机数控加工卷筒系统的左视图；

图4为本实用新型提供的多电机数控加工卷筒系统的右视图；

图5为本实用新型提供的多电机数控加工卷筒系统的第2俯视图；

图6为本实用新型提供的多电机数控加工卷筒系统的电路原理图。

具体实施方式

为了使本实用新型所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

本实用新型提供一种多电机数控加工卷筒系统，参考图1-图6，包括工件旋转夹紧机构、刀架X向驱动机构和刀架Y向驱动机构。下面分别对这三个部件详细介绍：

(一)工件旋转夹紧机构

工件旋转夹紧机构的主要功能包括两点，第一：对工件夹紧；第二，驱动工件旋转。工件旋转夹紧机构包括：第1导轨19、工件旋转驱动单元以及工件夹紧运动单元；第1导轨19的左侧安装工件旋转驱动单元；第1导轨19的右侧安装工件夹紧运动单元；

其中，工件旋转驱动单元包括：主轴伺服电机1、主轴制动器2、主轴减速机3、床头箱6和主轴花盘7；床头箱6包括混凝土基础、主轴和主轴花盘7；主轴花盘7通过主轴安装于混凝土基础上，使主轴花盘7可绕主轴进行转动；主轴花盘7的背面安装有花盘齿轮；主轴伺服电机1依次通过主轴制动器2和主轴减速机3后，连接电机输出轴；电机输出轴上安装电机齿轮；电机齿轮与花盘齿轮啮合，由此实现主轴伺服电机1驱动主轴花盘7转动；在主轴花盘7的正面安装有花盘四爪18；

工件夹紧运动单元包括尾座8，尾座8可沿第1导轨19进行轴向的滑动；在尾座8的前端通过顶针套14安装顶针13；顶针13与顶针套14通过滚动轴承配合；尾座8还安装有止退棘爪17，止退棘爪17止定在床身上的牙齿中，防止尾座受力后退移动。还包括压板16；压板16压持于尾座8的上面，进而将尾座8压紧于床身上面。工件的一端被花盘四爪18夹持，工件的另一端被顶针13顶住；当工件旋转时，顶针13进行同步转动。

(二)刀架Y向驱动机构

刀架Y向驱动机构包括：第2导轨20，第2导轨20与第1导轨19平行设置；在第2导轨20上面可滑动安装拖板15；拖板15与Y向滚珠丝杆连接，形成Y向滚珠丝杆螺母副；Y向滚珠丝杆由Y向驱动电机5驱动；Y向驱动电机5驱动Y向滚珠丝杆旋转，进而驱动拖板15沿第2导轨20进行Y向移动；

(三)刀架X向驱动机构

刀架X向驱动机构包括支承箱体、刀架9、X向滚珠丝杆和X向驱动电机4；支承箱体通过横向导轨可滑动安装于拖板15的上面，支承箱体的顶部安装刀架9；刀架装有铣头进行铣削，刀架上还可装有车刀实现车削，该机床可进行铣削加工和车削加工。X向驱动电机4通过X向滚珠丝杆驱动支承箱体进行X向移动，进而带动刀架9进行X向移动。

还包括控制器、主轴编码器10和供电电源；主轴编码器10的输出端连接到控制器的输入端；控制器的输出端分别与主轴伺服电机1、Y向驱动电机5和X向驱动电机4连接；供电电源与控制器连接。主轴伺服电机1、Y向驱动电机5和X向驱动电机4均为三相同步永磁伺服电机。

本实用新型提供的一种多电机数控加工卷筒系统，设计特点为：

(1)工件装夹类似于大型卧式车床，以四爪夹持，尾座顶针顶住定位锁定，由于卷筒长度较长，需要时中间加托架装置，以辅助支承工件，保证装夹刚性，保护工作夹爪顶针。

一夹一顶限制了工件的五个自由度，由动力箱驱动带动四爪夹持的工件旋转，实现工件进给动力。

(2)主轴伺服电机驱动工件旋转；拖板的纵向移动，刀架的横向移动实现工件的切削走刀和切削运动。

具体的，床头箱由混凝土基础和主轴花盘组成，装在主轴花盘上的齿轮带动进行工件旋转，完成切削过程的进行进给运动。主轴由两轴座支承，主轴为转轴只承受弯矩不承受扭矩。床身有三联导轨：其中前两导轨支承尾座，后两导轨支承拖板，并由拖板导向实现纵向移动，三导轨中间导轨为共用导轨。为了增加有效切削长度(纵向尺寸)，拖板的行走与尾座互不干涉。

(3)控制器控制3个电机：驱动工件旋转的主轴电机、控制加工槽长度的刀具纵向行走电机、控制槽加工深度的刀架横向走刀电机，而铣削头旋转驱动电机为单独的恒速控制。全自动多电机协同自适应全过程控制，操作简单、效率高，投资低、精度高，达到多层钢丝绳在Lebus卷筒上排列整齐的目标。因此，具有重要的实用价值和经济意义。

(4)本实用新型提供的一种多电机数控加工卷筒系统，能适应大型卷筒加工，卷筒直径导轨长度8000mm。

(5)工件和3个(主轴、X轴、Y轴)伺服电机都安装了编码器，传递驱动与运动信息。参考图6，多电机数控加工卷筒系统的模块组成如下：

1、AIM接口模块，有源滤波装置，包含一个电抗器、电网净化滤波器和抗干扰抑制器；安装在电网与ALM之间，与ALM配套使用，集成了预充电回路及电源电压监控电路。

2、ALM电源整流模块，可控整流/回馈模块；将三相交流电整流成直流电，并能将直流电回馈到电网，且对直流母线电压进行闭环控制，及时电网电压波动而ALM也能保持整流母线电压的稳定。对于不允许回馈的供电电网，也可以接制动单元和制动电阻来实现制动。

3、SMM电机模块，单轴电机模块，驱动主轴伺服电机。

4、DMM电机模块，双轴电机模块，驱动X轴和Z轴伺服电机。

5、主轴伺服电机，为三相异步永磁伺服电机。

6、X轴(横向走刀)伺服电机，为三相同步永磁伺服电机。

7、Y轴(纵向走刀)伺服电机，为三相同步永磁伺服电机。

8、SMC30编码器接口模块，连接主轴第二编码器。

9、主轴编码器，为圆光栅结构，因Lebus卷筒直径较大，普通的编码器达不到加工精度要求，应选用FARGO角度编码器，其误差在5″以内，配备专用的编码器模块SMC采集信息，满足Lebus加工精度要求。

10、NCU数控单元，840D sl数控系统CPU，中央控制单元，和MMC通讯，负责数控系统所有的功能和机床的控制。

11、HMI和操作面板，包括OP单元(显示器+键盘)、人机通讯MMC、MCP机床控制面板。

12、手摇轮，为了方便操作人员用于手摇方式增量进给坐标轴。

13、手摇轮手柄接口模块，连接到NCU。

14、集成的输入/输出板I/O模块，系统I/O输入输出控制系统其他辅助设备，通讯模块。连接数控系统相关元件，与NCU之间采用Profibus-DP通讯。

15、上位机，用于监控、调试、编程。

下面介绍一种具体实施方式：

车削螺旋槽时，工件旋转，刀架纵向移动，在卷筒上形成一固定螺旋角的螺旋线，而折线卷筒均速旋转一周，刀架纵向间隔行走两次停止两次，行走时形成螺旋线，停止时形成直线，当在绳槽两端时，刀具还需附加横向移动。拖板的移动是伺服电机通过滚珠丝杆传递到拖板，推动拖板纵向移动。由于滚珠丝杆较长(8000mm)，为了丝杆刚性使丝杆减少绕度，在丝杆下方用两组液压支承(即油缸支架)，当拖板箱快碰到油缸支架时，电气自动控制液压缸下降，使拖板箱(螺母)通过，等移过油缸支架部位，液压杆自动复位。

本实用新型提供的多电机数控加工卷筒系统具有以下优点：

(1)设计的工件旋转夹紧机构，是一种非常适合对大尺寸卷筒进行有效夹紧的机构，实现卷筒加工过程中可靠稳固的夹紧卷筒，保证卷筒加工质量；

(2)通过刀架X向驱动机构和刀架Y向驱动机构，能够灵活、自动、便捷的控制刀架X向移动和刀架Y向移动，从而实现对卷筒上面螺旋槽的加工，提高卷筒加工效率。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本实用新型的保护范围。