CN101804474A - 活塞环数控铣切片专用机床 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种活塞环数控铣切片专用机床，涉及金属机械切削设备技术领域。包括床身、工件夹具部分、切削刀具部分，夹具部分设有半刚性、半柔性外张式夹具：具有拉杆，拉杆的外面设有导向套及其固定盘，拉杆上设有倒锥形结构，倒锥形结构的周围至少设有3瓣外涨式滑块，外涨式滑块的周围设有可将其外面的活塞环涨紧的弹性材料涨紧套；并设有并列组合式铣刀。本发明结构简单，操作方便，由于它采用了半刚性、半柔性外张式夹具及整组铣切式加工，不仅有效消除了活塞环卡紧所产生的内应力，大大提高了活塞环的加工精度、质量，大大提高了成品率，降低了废品率，而且大大提高了生产效率，减轻了劳动强度，降低了成本，大大提高了经济效率。

Description

活塞环数控铣切片专用机床

技术领域

本发明涉及金属机械切削设备技术领域。

背景技术

现有活塞环筒体或双体毛坯主要靠车床分切，具体方法是：将双体环或筒体环在普通车床上用三爪卡盘刚性夹紧，再用磨成切槽刀的车刀一片一片切开。其不足是：1)、劳动效率低，只能单片加工，不能整组加工，班产仅为500片/班人。2)、生产的活塞环质量差，废品率高。传统加工用三爪卡盘夹紧活塞环毛坯，属刚性夹紧，夹紧力使活塞环变形并产生内应力，产生的后果是：1.)活塞环经过粗磨、半精磨、精磨三道工序，活塞环端面磨不起来产生大量废品，据统计废品率高达10％-15％。2.)由于夹紧对环产生的内应力不能完全消除，尽管精磨能磨起来，内应力在自然条件下继续释放，使成品活塞环发生扭曲、翘曲，最终破坏了活塞环的行线，造成活塞环漏光率高，发动机窜气，加大能源消耗，也不利于环境保护。3)、生产的活塞环平面度、平行度、粗糙度差，需要粗磨和半精磨才能进入精磨。4)、劳动力成本高。由于传统的加工方式，劳动效率差，需要大量的人工成本。5)、物料消耗大。因为传统切片工序后切片质量不能直接进入精磨，还要经过粗磨、半精磨工序，物料消耗自然大得多。

发明内容

本发明的目的是提供一种活塞环数控铣切片专用机床，其结构简单，操作方便，采用了半刚性、半柔性外张式夹具及整组铣切式加工，不仅有效消除了活塞环卡紧所产生的内应力，大大提高了活塞环的加工精度、质量，大大提高了成品率，降低了废品率，而且大大提高了生产效率，减轻了劳动强度，降低了成本，大大提高了经济效率。

本发明的主要技术方案是：一种活塞环数控铣切片专用机床，包括床身、工件夹具部分、切削刀具部分及动力传动装置，其特征在于主要是夹具部分设有半刚性、半柔性外张式夹具，其结构为：具有拉杆，拉杆的外面设有导向套及其固定盘，拉杆上设有凸轮式结构，凸轮式结构的周围至少设有3瓣外涨式滑块，外涨式滑块的周围设有可将其外面的活塞环涨紧的弹性材料涨紧套；并设有并列组合式铣刀。

所述的弹性材料涨紧套具有弹性内套和弹性外套较好，弹性内套由橡胶或塑胶等制成，弹性外套由尼龙或塑料等制成。

所述的外涨式滑块的较好结构为：具有至少3瓣滑块和瓣数对应的涨紧套，其间通过连接柱相连。

所述的外涨式滑块的外端面最好设有锥套，拉杆的另一端连有锥盘，锥盘和锥套的内锥面配合，锥套至少分为3瓣，锥套外周设有拉簧。

所述的拉杆的另一端最好设有盲孔，盲孔中装有调节杆，调节杆和盲孔间装有蝶簧，调节杆的外端设有蝶簧调节锁母和螺母。

所述的切削刀具部分设有并列组合式铣刀，相邻的铣刀间有刀垫隔开。

所述的并列组合式铣刀数量为5-21把，刀具厚度范围为0.8-3.0mm，为佳。

所述的工件夹具部分较佳为两个工件主轴及其夹具，并列组合式铣刀通过进刀机构装在可左右滑动的进给滑台上，切削刀具的前后位置可保证使切削刀具分别在两个工位所夹旋转工件的侧面沿活塞环侧向进刀铣削，铣刀轴中心与两个工件轴中心连线不在同一条直线上，铣刀轴中心与两个工件轴中心连线前后中心距A调整范围为82-160mm，铣刀主轴转速n1范围为60-1800转/分，活塞环主轴转速n2范围为5-60转/分。

所述的拉杆和液压装置的液压拉紧结构相连为佳。

所述的活塞环数控铣切片专用机床具有以下结构较好：所述的进给滑台通过滚珠丝杠螺母和滚珠丝杠相连，带有伺服放大器的伺服电机通过弹性联轴器与滚珠丝杠轴相连；所述的进刀机构的结构为：并列组合式铣刀装在铣刀杆上，铣刀杆装在铣刀轴上，变频电机通过同步机械传动装置和铣刀轴相连，并设有铣刀轴位置上下和前后调整机构。

本发明具有突出的有益效果：它克服了已有技术之不足，很好解决了现有技术中长期以来存在并一直未能解决的问题，其结构简单，操作方便，由于它采用了半刚性、半柔性外张式夹具及整组铣切式加工，不仅有效消除了活塞环卡紧所产生的内应力，大大提高了活塞环的加工精度、质量，大大提高了成品率，降低了废品率，而且大大提高了生产效率，减轻了劳动强度，降低了成本，大大提高了经济效率。用途广，本发明可用于活塞环筒体切片或双体环切片等，切完可为等厚环也可以是非等厚环，可对不同系列、规格的活塞环进行切片。本发明可为手动、半手动、数控机床或非数控机床等。

本发明与现有技术相比：

1)采用半刚性卡具，消除卡紧产生的内应力，确保成品活塞环不漏光，增强了发动机的动力，节约能源。解决传统双体活塞环用车床分切存在的漏光率高，废品率高的问题。

2)解决传统的单片加工，实现成组加工，既能提高生产效率，又可以降低操作者劳动强度。可实现双体环的整组加工，每组可切双体环5-10片。并且可以根据活塞环毛坯的不同选用不同的刀具及刀具排列，从而切出不同种类的活塞环单片。所加工单片环的平行度可达0.02-0.05，环高差0.02-0.05(最小值与最小值相比)。该设备加工效率可以是是传统加工方式的四倍。以6110型活塞环为例，班产可达2000片，而传统加工方式班产为500片。

3)解决传统活塞环切片后平面度、平行度、粗糙度差的问题，去掉粗磨和半精磨两道工序直接进入精磨工序。实现毛坯加工完后直接进入精磨工序。

4)减少成本。以粗磨、半精磨每道工序1.5元/片成本计算，一个年产量5000万片的中型活塞环厂，年可节约工序成本1、5亿元。大大降低劳动力成本。操作使用简便可靠，操作者只需上下料即可。

5)可以挽救铸造废品。由于可根据毛坯情况进行特殊刀具排列，可以有效降低因铸造缺陷造成的废品，从而提高铸造可用率。

以下结合附图及实施例作详述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1是本发明一个实施例的切削位置示意图。

图2a是图1中工件主轴4和5的半柔性夹具的结构示意图。

图2b是图2a的E-E剖面图。

图3是图1中并列组合式铣刀的结构示意图。

图4是图1中铣刀主轴1的传动调速结构示意图。

图5是图1中铣刀主轴1所在的进给滑台的传动结构示意图。

图6是图1的液压拉紧结构示意图。

图7-1～图7-11是图1的电气原理图。

图8是为图1的液压原理图。

图1～图6中标号说明：1-铣刀轴，2-铣刀片，3-活塞环，4-(左)工件主轴，5-(右)工件主轴，6-固定盘，7-套，8-导向套，9-拉杆，91-调节杆，10-涨紧套，11-滑动块，12-拨轴，13-弹性套1，14-弹性套2，15-压盖，16-压紧杆，17-蝶簧，18-拉簧，19-锥套，20-锥盘，21-蝶簧调节锁母，22-挡螺母，23-刀垫，24-铣刀杆，25-端盖，26-套筒，27-套，28-主轴箱，29-拉杆，30-长定位套，31-套，32-套，33-套，34-螺母，35-支架，36-螺套，37-螺杆，38锁母，39-端盖，40套，41-固定盘，42-刻度盘，43-手，44-锁母，45-压块，46-定位套，47-锁母，48-套，49-压盖，50-减载套，51-同步带轮，52-电机支架，53-同步带轮，54-变频电机，55-调整螺轴，56-套，57-刻度盘，58-定位盘，59-锁母，60-螺套，61-支架，62-锁母，63-伺服电机，64-联轴器，65-螺母，66-压盖，67-套，68-套，69-定位套，70-滚珠丝杠，71-滚珠丝杠螺母，72-联接块，73-垫，74-下滑台，75-盖板，76-套，77-套，78-套，79-盖，80-螺母，81-上滑台，82-油缸盖，83-螺母，84-活塞，85-缸体，86-活塞杆，87-过渡支架，88-定位套，89-锁母，90-回转套，91-过渡拉杆，92-床身。

图7-1～图7-11中各符号说明如下：L1、L2、L3、L11、L21、L31、1L1、1L2、1L3、2L1、2L2、2L3、3L1、3L2、3L3、4L1、4L2、4L3、5L1、5L2、5L3、5L11、5L21、5L31、6L1、6L2、6L3、6L11、6L21、6L31、7L1、7N1、7L11、7N11、7L21、41、7L31、7N10、7N21、7L11、8N3、8L3、8N3、X01、X1、X2、X13、X14、X15、X16、X17、X20、X21、X22、X23、X24、X25、X26、X32、X33、RD、ALM、TC、X41、X42、X43、X411、X421、X431、Y3、Y4、Y5、Y6、Y7、Y10、Y11、Y12、Y13、Y14、Y15、Y16、Y17、Y20、Y22、Y23、Y24、Y25、Y26、Y27-线号，LW26-3/63GS-电源开关，QF1、QF2、QF3、QF4、QF5、QF6、QF7、QF8、QF9-空气开关，KM1、KM2、KM3、KM31、KM32、KM4、KM41、KM42、KM5、KM6-交流接触器，TB0、TB1-接线板，U1、V1、W1、U2、V2、W2、U3、V3、W3、U31、V31、W31、U4、V4、W4、U41、V41、W41、U5、V5、W5-接线板接口，M1-液压电动机，M2-水泵电动机，M3-左工件轴电机，M4-右工件轴电机，M51-冷却风扇电动机，M5-主轴电动机，BP-变频器，Y3-PLC输出端，X37-PLC输入端，J2S-伺服放大器，M-伺服电机，AC220V/2XDC24V-直流开关电源，SAD-机床灯开关，FX1N-60MT-PLC，SB01、SA1、SB2、SB15、SA16、SB17、SBFC、SBRC、SA22-按钮，LSF1、LSR1-限位开关，L1MF、MLMR-NPN三线常开型接近开关，LS1、LS0-接近开关，KA4、KA5、KA6、KA7、KA10、KA11、KA12、KA13、KA14、KA16、KA17-DC24V继电器，COM0、COM1、COM2、COM3、COM4、COM5、COM6、COM7-PLC输出端，H1、H2、H3-信号灯，H24、H25、H26、H27-塔灯，YV1、YV2、YV3-直流电磁阀，TPC7062K-昆仑通态7寸触摸屏。

图8中各符号说明如下：①-油泵电机，②-油泵，③-滤油器，④-叠加溢流阀，⑤-叠加单向阀，⑥-叠加压力继电器，⑦-电磁换向阀，⑧-压力表开关，⑨-压力表，⑩-叠加阀多联底板块左块，-叠加阀多联底板块右块。

具体实施方式

参见图1～图6，该活塞环数控铣切片专用机床，包括床身、工件夹具部分、切削刀具部分及动力传动装置，其特征在于夹具部分设有半刚性、半柔性外张式夹具，其结构为：具有拉杆9，拉杆9的外面设有导向套8、7及其固定盘6，拉杆9上设有凸轮式结构，凸轮式结构(可为3个斜滑槽等结构)的周围至少设有3瓣与凸轮式结构配合的外涨式滑块，外涨式滑块的周围设有可将其外面的活塞环涨紧的弹性材料涨紧套；并设有并列组合式铣刀。所述的弹性材料涨紧套具有弹性内套13和弹性外套14，弹性内套13由橡胶或塑胶制成，弹性外套14由尼龙或塑料制成。外涨式滑块的结构为：具有4瓣滑块11和瓣数对应的涨紧套10，其间通过连接柱12相连。外涨式滑块的外端面设有锥套19，拉杆9的另一端连有锥盘20，锥盘20和锥套19的内锥面配合，锥套19至少分为3瓣，锥套19外周设有拉簧18。拉杆9的另一端设有盲孔，盲孔中装有压紧杆16，压紧杆16和盲孔间装有蝶簧17，调节杆91的外端设有蝶簧调节锁母21和挡螺母22。列组合式铣刀2数量为11把，刀具厚度范围为1.0-3.0mm。工件夹具部分为两个工件主轴及其夹具，并列组合式铣刀2通过进刀机构装在可左右滑动的进给滑台81上，切削刀具的前后位置可保证使切削刀具分别在两个工位所夹旋转工件的侧面沿活塞环侧向进刀铣削，铣刀轴中心与两个工件轴中心连线不在同一条直线上，铣刀轴中心与两个工件轴中心连线前后中心距A调整范围为82-160mm，铣刀主轴转速n1范围为60-1800转/分，活塞环主轴转速n2范围为5-60转/分。拉杆9和液压装置相连。进给滑台81通过滚珠丝杠螺母71和滚珠丝杠70相连，带有伺服放大器的伺服电机63通过弹性联轴器64与滚珠丝杠70轴相连；所述的进刀机构的结构为：并列组合式铣刀2装在铣刀杆24上，铣刀杆24装在铣刀轴1上，变频电机54通过同步机械传动装置和铣刀轴1相连，并设有铣刀轴位置上下和/或前后调整机构。

液压拉紧结构中，油缸85固定于过渡支架87上，再一起固定于床身92，工件涨紧时即拉杆9拉紧时活塞84在如图下侧位置，过渡拉杆91联接活塞杆86与拉杆9，由于回转套90内侧采用了双向推力球轴承，虽然拉杆9随工件主轴一起回转，但活塞杆86不会在工件主轴回转时产生转动.

柔性夹具图中，当前状态为松开状态。工作时拉杆9向下拉紧，带动涨块沿斜槽移动实现径向尺寸的增大，同时涨块外侧的弹性套1、弹性套2发生弹性变形直径增大，进而撑紧活塞环，液压保证在铣削加工状态中活塞环不松动。上侧拉簧圆周固定的挡盘用于防止活塞环在夹紧过程产生轴向位移。拉紧时最上面锥盘向下压紧挡盘。内侧弹性套1为圆形，外层弹性套2则是仿活塞环行线，以保证均匀夹紧。双体环摞高最高为100mm。拉紧时涨块沿斜槽移动实现径向尺寸的增大，同时带动涨块外侧的弹性套发生弹性变形增大，进而撑紧活塞环，液压保证在铣削加工状态中活塞环不松动。左右侧夹紧松开液压单独控制，这也进而保证加工的循环进行，保证信号准确确保操作者安全操作。半刚性、半柔性外张式夹具，可使活塞环行线所受压力均匀较分布，防止活塞环在加工过程中变形。

特殊刀具排列：可以根据活塞环毛坯高度的不同选用不同厚度的刀具及刀具排列，选用不同厚度的刀垫，从而切出不同要求的活塞环单片。刀具厚度范围1.0-3.0mm，刀具数量为5-21把每组。刀具直径范围为90-130mm。

伺服进给机构中，通过有伺服放大器的伺服电机驱动，弹性联轴器连接电机轴与滚珠丝杠轴，滚珠丝杠转动即带动滚珠丝杠螺母前后移动，而工作滑台与滚珠丝杠螺母联结为一体同步运动，这样通过伺服放大器位置控制，就实现了工作台的数控精确进给。

铣刀主轴变频调速机构中，由变频电机驱动，经过一级同步带传动减速，即可实现铣刀主轴的无级精确调速，可根据活塞环毛坯情况选取适当的铣削刀具转速。可以实现无级变速，刀具主轴可以根据活塞环直径的变化，选择60-1800转/分的切削转速；并且铣刀主轴设计有上下、前后调整结构，便于加工时对刀及扩大加工范围。

切削时铣刀主轴在伺服滑台驱动下向左、向右移动，移动过程中从侧面切削，沿活塞环短轴切线方向切透。铣刀轴与工件轴前后中心距A调整范围为82-160mm，铣刀主轴转速n1范围为60-1800转/分，活塞环主轴转速n2范围为5-60转/分。铣刀轴可前后、上下调整，用来方便对刀及加大可加工活塞环直径范围。可加工活塞环名义直径为90-160mm。根据活塞环毛坯的不同，进行不同的刀具及刀具排列变化，可切出不同环高的活塞环，所加工单片环的平行度可达0.02-0.05，环高差0.02-0.05(最小值与最小值相比)。

该设备加工效率是传统加工方式的四倍。以6110型活塞环为例，班产可达2000片，而传统加工方式班产为500片。该设备操作使用简便可靠，操作者只需上下料即可。实现毛坯加工完后可直接进入精磨工序。将伺服、PLC\工业计算机通过组态的有机结合，实现品种、刀具、产量、工装管理。由于可根据毛坯情况进行特殊刀具排列，可以有效降低因铸造缺陷造成的废品，从而提高铸造可用率。

此数控机床所用电路，本领域的一般技术人员根据具体要求和已有技术均可设计及实施。本例作为数控机床的一个实施例，所用电路也不是唯一的情况；本实施例还同时设有手动自动按钮；手动用于调试，自动用于循环加工。手动时信号灯黄灯亮，自动循环时信号灯绿灯亮，发生故障时红灯亮，预停时信号灯闪烁。

还可利用带有触摸屏的工业计算机与伺服、PLC通过组态有机结合，实现品种、刀具、产量、工装管理，避免人为因素造成的质量废品、成本升高、产量不稳定以及消耗的增大。可实现自动加工，操作过程自动控制，按动自动控制按钮之后，铣刀主轴切削完一侧工件主轴的工件后，自动移动到另一侧切削另一侧的工件，循环进行。

切削方式：活塞环数控铣切片专用机床有两个工件主轴，可实现自动及手动加工。以确保设备始终处于不间断的工作状态，提高劳动效率手动加工方法为：将活塞环毛坯装入左工件主轴，启动左侧按钮，工件主轴通过下侧液压拉杆拉紧带动夹具运动活塞环夹紧，夹紧后液压发信号铣刀主轴向已夹紧的左侧工件主轴一侧移动，通过伺服***位置控制伺服滑台带动刀具主轴先快进再工进，工进过程中铣刀对该侧工件主轴的毛坯进行侧向铣削，直至沿活塞环短轴切断，再有3-5mm超越行程，然后伺服位置发信号刀具主轴返回中心位置，即伺服零点。同样，启动向右手动按钮，右侧工件主轴夹紧，铣刀主轴向右侧移动，对右侧工件主轴的毛坯进行铣削，直至铣削完成再回伺服零点。如此刀具主轴交替对两侧工件主轴上的毛坯进行铣削，一侧工件主轴铣切时，另一侧工件主轴装料；所述铣刀主轴的转速为60～1800转/分，工件主轴的转速为5～60转/分。

Claims (9)

1.一种活塞环数控铣切片专用机床，包括床身、工件夹具部分、切削刀具部分及动力传动装置，其特征在于主要是夹具部分设有半刚性、半柔性外张式夹具，其结构为：具有拉杆(9)，拉杆(9)的外面设有导向套(8、7)及其固定盘(6)，拉杆(9)上设有凸轮式结构，凸轮式结构的周围至少设有3瓣外涨式滑块，外涨式滑块的周围设有可将其外面的活塞环涨紧的弹性材料涨紧套；并设有并列组合式铣刀。

2.根据权利要求1所述的活塞环数控铣切片专用机床，其特征在于所述的弹性材料涨紧套具有弹性内套(13)和弹性外套(14)，弹性内套(13)由橡胶或塑胶制成，弹性外套(14)由尼龙、聚氨酯或塑料制成。

3.根据权利要求1所述的活塞环数控铣切片专用机床，其特征在于所述的外涨式滑块的结构为：具有至少3瓣滑块(11)和瓣数对应的涨紧套(10)，其间通过连接柱(12)相连。

4.根据权利要求1所述的活塞环数控铣切片专用机床，其特征在于所述的外涨式滑块的外端面设有锥套(19)，拉杆(9)的另一端连有锥盘(20)，锥盘(20)和锥套(19)的内锥面配合，锥套(19)至少分为3瓣，锥套(19)外周设有拉簧(18)。

5.根据权利要求4所述的活塞环数控铣切片专用机床，其特征在于所述的拉杆(9)的另一端设有盲孔，盲孔中装有压紧杆(16)，压紧杆(16)和盲孔间装有蝶簧(17)，压紧杆(16)的外端设有蝶簧调节锁母(21)和挡螺母(22)。

6.根据权利要求5所述的活塞环数控铣切片专用机床，其特征在于所述的并列组合式铣刀(2)数量为5-21把，刀具厚度范围为0.8-3.0mm。

7.根据权利要求1所述的活塞环数控铣切片专用机床，其特征在于所述的工件夹具部分为两个工件主轴及其夹具，并列组合式铣刀(2)通过进刀机构装在可左右滑动的进给滑台(81)上，切削刀具的前后位置可保证使切削刀具分别在两个工位所夹旋转工件的侧面沿活塞环切线进刀铣削，铣刀轴与工件轴前后中心距A调整范围为82-160mm，铣刀主轴转速n1范围为60-1800转/分，活塞环主轴转速n2范围为5-60转/分。

8.根据权利要求1所述的活塞环数控铣切片专用机床，其特征在于所述的拉杆(9)和液压拉紧结构相连。

9.根据权利要求1、2、3、4、5、6、7或8所述的活塞环数控铣切片专用机床，其特征在于所述的进给滑台(81)通过滚珠丝杠螺母(71)和滚珠丝杠(70)相连，带有伺服放大器的伺服电机(63)通过弹性联轴器(64)与滚珠丝杠(70)轴相连；所述的进刀机构的结构为：并列组合式铣刀(2)装在铣刀杆(24)上，铣刀杆(24)装在铣刀轴(1)上，变频电机(54)通过同步机械传动装置和铣刀轴(1)相连，并设有铣刀轴位置上下和/或前后调整机构。

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