CN102259196A - 一种双主轴全自动数控车床 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双主轴全自动数控车床，包括内置第一主轴的第一主轴箱，第一主轴箱通过第一主轴箱座安装在底座上，内置第二主轴的第二主轴箱，第二主轴箱安装在床身上，第一主轴和第二主轴同轴布置，所述的第一主轴箱上安装有切刀总成，切刀可沿Y轴方向运动，第二主轴***设有沿Z轴方向滑动配合的套筒，该套筒通过轴承安装在第二主轴箱内，设有用于推动第二主轴沿Z轴方向运动的液压缸。本发明数控车床的第二主轴可以伸缩，用来靠近第一主轴夹取工件。另外第二主轴内带有工件位置感应装置，原料只有精确就位，才会开启主轴和刀具进行加工，切割工件时切刀可以迅速就位，缩短加工时间，提高了生产效率。

Description

一种双主轴全自动数控车床

技术领域

本发明涉及一种数控车床，尤其涉及一种双主轴全自动数控车床。

背景技术

数控车床是机床行业的主流产品，是当代实现装备制造现代化的关键设备，日前我国高性能数控车床的数量和品种，尚不能满足国内市场的需求，特别是高技术产业，如我国的轴承制造专业厂，车轴承滚子的高效数控车床还是非常急需的，因为数控车床的加工精度高，性能先进，效率高加上辅助设备送料机，接料器可实现全自动生产，一人管理多机台，能方便地实行多机床管理，节省大量劳动力。

例如中国实用新型专利200720110246.X公开了一种加工轮毂的专用数控车床，包括一车身组件、一刀架座组件、一主轴箱组件和一工件安装座组件；车身组件和刀架座组件分别含有一X轴伺服电机、一Y轴伺服电机和一Z轴伺服电机控制着刀具的三坐标路径轨迹，主轴箱组件包括一三爪卡盘，三爪卡盘上固定一工件安装套；工件安装座组件包括一气缸和一工件套筒，工件套筒上有一顶针；主轴箱组件上的工件安装套与工件安装座组件上的顶针在轴向上定位工件并保证工件与主轴同转。

中国实用新型专利200620100195.8公开了一种主轴移动式数控车床，包括一工作台，工作台台面两侧边各固定设置一侧面板，台面中间设置有两条导轨Z轴；所述的导轨上设置Z轴导轨面板，该面板上设置一主轴箱，其顶端固定设置一主轴电机，主轴电机通过一皮带与设置在主轴箱里面的主轴连动；所述工作台两侧面板前端用螺栓固定连接X轴导轨底板，该导轨底板上面设置有两横向导轨，且在导轨上设置X轴导轨面板；所述X轴导轨面板上面设置有两纵向导轨，导轨上设置一可沿导轨作纵向移动的Y轴导轨面板。

参见图1，现有技术中数控车床一般包括位于底座上的床身，底座上还设有主轴箱座，主轴箱座上安装有带主轴的主轴箱，主轴的一端带有夹盘用于固定工件，主轴轴线方向定义为Z轴，为了切割或加工工件21还设有切刀22。床身上安装有带有倾斜导轨的支架，切刀22通过基座可沿倾斜导轨运动，由于切刀实际运动轨迹为斜线，在Y轴上的位移分量为实际运动距离×sinα，α为倾斜导轨的倾角，这样为了获得预定的Y轴位移分量，切刀22的实际运动轨相对较长，耗时多，生产效率不高。

为了切断工件，现有技术中还有另外两种常见的切刀行进方式，其中一种方式参见图2(为数控车床的俯视图)，在床身上设有可沿X轴和Z轴滑动的滑板23，滑板23上安装有刀座，切刀22水平的固定在该刀座上，切割时滑板23需要沿X轴和Z轴两个方向滑动，使切刀22从工件21的侧面靠近需要切割的部位，然后再进刀进行水平方向的切割。

另外一种方式参见图3(为数控车床的俯视图)，在床身上设有可沿X轴和Z轴滑动的滑板23，滑板23上安装有刀座，切刀22竖直的固定在该刀座上，切割时滑板23需要沿X轴和Z轴两个方向滑动，使切刀33处于工件21需要切割部位的正上方，然后再进刀进行Y轴竖直方向的切割。

但是以上两种方式需要首先完成工件外圆的加工，然后再进行切割，相当于两个工序，才能完成全部工件的加工，效率较低。

一些数控车床采用了双主轴结构，同轴或并列的布置两个主轴，加工同一工件的两端时，需要利用两个主轴分别进行，加工完一侧时，需要手动的将工件从一个主轴上取下安装到另外一个主轴上，另外，为了完成一个工件的加工需要下料、平头、外圆加工、切割四个工序，需要四名操作者利用四台数控车床才能完成。设备和劳动力占用率高，加大了生产成本。

在加工件原料长度较长时，需要将加工好的零件从原料(棒材)上切割下来，然后再从第一主轴向第二主轴方向推动原料，现有技术中送料的长度一般通过送料液压缸的行程来控制，但当原料略有倾斜或弯曲时，尽管送料液压缸的行程已经达到预定值，但相对于第二主轴，原料并没有精确就位，如果此时开动两个主轴进行加工，必然会产生不合格品。

发明内容

本发明提供一种双主轴全自动数控车床，利用可伸缩的第二主轴与第一主轴相配合，高效率的对工件进行加工和切割，并实现了对工件位置的自动感应。

一种双主轴全自动数控车床，包括底座、位于底座上的第一主轴总成和床身，位于床身上的第二主轴总成，所述的第一主轴总成包括内置第一主轴的第一主轴箱，第一主轴箱通过第一主轴箱座安装在底座上，所述的第二主轴总成包括内置第二主轴的第二主轴箱，第二主轴箱安装在床身上，第一主轴和第二主轴同轴布置，所述的第一主轴箱上安装有切刀总成，切刀总成包括沿Y轴方向布置的第一导轨、与该第一导轨滑动配合的切刀座、切刀座的驱动机构以及固定在切刀座上的切刀，所述的第二主轴***设有沿Z轴方向滑动配合的套筒，该套筒通过轴承安装在第二主轴箱内，第二主轴总成中设有液压缸，液压缸的缸体相对第二主轴箱固定，缸体内的活塞杆与第二主轴连接，用于驱动第二主轴沿Z轴方向运动。

作为数控车床，设有必要的数控控制***，各个电动部件以及必要的传感器、仪表等都接入并受控于数控控制***。

所述的切刀总成中，设有固定在第一主轴箱顶部的沿Z轴方向布置的第二导轨，以及与第二导轨滑动配合的传动箱，所述的第一导轨固定在传动箱侧壁。切刀位于加工部件正上方，切刀沿Y轴运动时，实际运动距离即是Y轴位移，因此切割工件时切刀可以迅速就位，缩短加工时间，提高了生产效率。

传动箱接有驱动机构，用于带动传动箱沿第二导轨滑动。

所述的切刀座的驱动机构包括位于传动箱内的丝杠及其驱动电机，该丝杠螺纹配合有导向螺母，所述的切刀座与导向螺母固定连接。为了提高加工精度所述的驱动电机一般采用伺服电机，驱动电机的输出轴与丝杠之间通过同步带传动。

所述的第二主轴的外壁与套筒的内壁之间设有沿Z轴方向布置的键槽结构。第二主轴与套筒之间仅可以沿Z轴的轴向相互运动，而无法相对转动，这样在套筒转动时，就可以带动第二主轴转动。

第二主轴总成中的液压缸固定在第二主轴箱的侧面，另外第二主轴远离第一主轴的一端套有通过轴承转动配合的尾缸，该液压缸内的活塞杆固定连接在尾缸上。由于尾缸通过轴承套在第二主轴外部，可以通过尾缸推动第二主轴在套筒内滑动，而不影响第二主轴的转动。

设有用于驱动第二主轴以及其外部套筒的电机。所述的套筒外壁固定连接有皮带轮，所述的电机通过皮带与皮带轮联动，当然为了驱动第二主轴以及套筒的转动也可以采用其他联动方式。

第二主轴沿Z轴运动时，可以改变与第一主轴之间的距离，结合第一主轴和第二主轴端部的卡爪的张合，实现将工件由第一主轴转移到第二主轴。

所述的第一主轴和第二主轴均带有轴向的通孔，在第一主轴远离第二主轴的一侧设有与第一主轴的通孔位置相对应的送料机构，较长的棒状原料可以通过送料机构的推动伸入第一主轴的通孔，送料机构可以采用常见的液压推动装置，实现棒状原料沿Z轴运动。

所述的第二主轴的通孔内依次安装有伸缩顶杆和感应开关，伸缩顶杆至少一部分延伸出该通孔朝向第一主轴一侧的开口，感应开关的信号线沿该通孔从远离第一主轴一侧的开口延伸出第二主轴，再接入数控车床的数控控制***，当工件相对于第二主轴就位时，工件的端头挤压伸缩顶杆触发感应开关。

所述的第二主轴的通孔的内壁设有限位台阶，在伸缩顶杆和限位台阶之间设有复位弹簧，对伸缩顶杆施加朝向第一主轴方向的推力。

送料时，原料逐渐靠近第二主轴端面(即定位端面)，并开始挤压伸缩顶杆，使伸缩顶杆压缩复位弹簧缩入第二主轴的通孔内，当原料端头接触第二主轴端面时，即伸缩顶杆也处于极限位置并触发感应开关，数控车床的数控控制***收到就位信号后，开始对就位的原料进行加工。

本发明数控车床的第二主轴可以伸缩，用来靠近第一主轴夹取工件，通过改变第二主轴的转速或转动方向，可以在需要时与第一主轴合力扭断工件间残留的连接部分，而后利用刀具加工工件的另一侧，自动化程度更高。另外第二主轴内带有工件位置感应装置，相对于第二主轴，原料只有精确就位，才会开启主轴和刀具进行加工，提高了产品合格率。

另外，在加工工件外圆的同时就可以进行切割，使加工外圆的车刀与切刀的机动时间重合，不仅如此，切刀沿Y轴运动时，实际运动距离即是Y轴位移分量，因此切割工件时切刀可以迅速就位，缩短了加工时间，提高了生产效率。

附图说明

图1为现有技术中数控车床切刀部位的结构示意图；

图2为现有技术中一种数控车床切刀行进方式的示意图；

图3为现有技术中另一种数控车床切刀行进方式的示意图；

图4为本发明一种双主轴全自动数控车床的结构示意图；

图5为切刀总成的结构示意图；

图6为第二主轴总成的结构示意图；

图7为第二主轴总成中卡爪部位的结构示意图，其中待加工的工件尚未与伸缩顶杆接触；

图8为图7中待加工的工件刚刚与伸缩顶杆接触的示意图；

图9为图7中待加工的工件挤压伸缩顶杆直至极限位置时的示意图；

图10为第二主轴总成中感应开关部位的结构示意图；

图11为待加工的工件的示意图。

具体实施方式

参见图4，本发明一种双主轴全自动数控车床，包括底座1、位于底座1上的第一主轴总成3和床身2，床身2上装有第二主轴总成6。

第一主轴总成3包括内置第一主轴的第一主轴箱，第一主轴端部带有用于夹持工件7的卡爪。第一主轴箱通过第一主轴箱座安装在底座1上，第二主轴总成6包括内置第二主轴的第二主轴箱，第二主轴箱安装在床身2上，第一主轴和第二主轴同轴布置。

床身2上还设有可沿X轴和Z轴滑动的滑板，该滑板上安装有刀具总成5，一般可以用来加工工件的外圆和端面。

第一主轴箱上安装有切刀总成4，参见图5，切刀总成包括沿Y轴方向布置的第一导轨48、与该第一导轨48滑动配合的切刀座47、切刀座47的驱动机构以及固定在切刀座47上的切刀49。

切刀总成中还设有固定在第一主轴箱31顶部的沿Z轴方向布置的第二导轨41，以及与第二导轨41滑动配合的传动箱42，第一导轨48固定在传动箱42侧壁。切刀座47的驱动机构包括位于传动箱42内的丝杠45及其驱动电机43，该丝杠45螺纹配合有导向螺母46，切刀座47与导向螺母46固定连接。为了提高加工精度驱动电机43采用伺服电机，其输出轴与丝杠45之间通过同步带44传动。

切刀49位于加工部件正上方，切刀沿Y轴运动时，实际运动距离即是Y轴位移，因此切割工件时切刀49可以迅速就位，缩短加工时间，提高了生产效率。

另外作为数控车床，设有必要的数控控制***，各个电动部件以及必要的传感器、仪表等都接入并受控于数控控制***。

参见图6，第二主轴63***设有沿Z轴方向滑动配合的套筒62，套筒62通过轴承安装在第二主轴箱61内，设有液压缸65，液压缸65的缸体固定在第二主轴箱61侧壁。

第二主轴63末端套有通过轴承转动配合的尾缸64，缸体内的活塞杆66固定连接在尾缸64上，用于驱动第二主轴63沿Z轴方向运动。由于尾缸64通过轴承套在第二主轴63外部，活塞杆66运动时，通过尾缸64推动第二主轴63在套筒62内滑动，而不影响第二主轴63的转动。

第二主轴63的外壁与套筒62的内壁之间设有沿Z轴方向布置的键槽结构(图中未显示)，使第二主轴63与套筒62之间仅可以沿Z轴的轴向相互运动，而无法相互转动，这样在套筒62转动时，就可以带动第二主轴63转动。

设有用于驱动第二主轴63以及其外部套筒62的电机(图中未显示)，套筒62外壁固定连接有皮带轮69，电机通过皮带60与皮带轮69联动。

第二主轴63靠近第一主轴的一端设有卡盘67以及位于卡盘67上的用于固定工件的卡爪68。

第一主轴和第二主轴均带有轴向的通孔，在第一主轴远离第二主轴的一侧设有与第一主轴的通孔位置相对应的送料机构，较长的棒状原料可以通过送料机构的推动伸入第一主轴的轴向通孔，送料机构可以采用液压推动装置，实现棒状原料沿Z轴运动。

尾缸64为行程较短的液压缸***，其中活塞杆66可以带动尾缸64整体运动，第二主轴的通孔内装有连杆，连杆一端与尾缸64内的活塞杆连接，另一端与卡盘67的三个卡爪68连接，卡爪68与卡盘的配合面为斜面，当连杆拉动卡爪68时，该斜面使三个卡爪68收拢紧固工件7。

第二主轴的通孔内设有用于感应工件位置的感应装置8，参见图8～10，第二主轴的通孔内依次安装有伸缩顶杆82和感应开关84，伸缩顶杆82至少一部分延伸出该通孔朝向第一主轴一侧的开口，感应开关84的信号线85沿该通孔从远离第一主轴一侧的开口延伸出第二主轴，再接入数控车床的数控控制***，第二主轴的通孔的内壁设有限位台阶，在伸缩顶杆82和限位台阶之间设有复位弹簧81，复位弹簧81对伸缩顶杆82施加朝向第一主轴方向的推力。

在第二主轴转动时，为了保持感应开关84和信号线85相对静止，可以在通孔内通过轴承安装一套管，将感应开关84和信号线85固定在套管内，第二主轴尾部还通过轴承装有尾套，套管与尾套相对固定且均与第二主轴通过轴承配合，尾套再直接或间接的与第二主轴箱保持圆周向的固定。

送料时，工件7逐渐靠近第二主轴端面，并开始挤压伸缩顶杆82，伸缩顶杆82压缩复位弹簧81，并缩入通孔内，当工件7端头接触卡盘的端面83时，即伸缩顶杆82也处于极限位置并触发感应开关84，伸缩顶杆82处于极限位置时与感应开关84之间的距离为W，即至少保证进入触发感应开关84的感应区内，数控车床的数控控制***收到就位信号后，开始对就位的工件7进行加工。

参见图11，加工时首先将棒状原料71工件固定于第一主轴，首先利用刀具加工工件的第一端面72，在加工第一端面72时，根据工件形状的要求，有时还需要加工出端面的凹槽以及端面边缘的倒角，然后再加工工件外圆73，在加工外圆73的同时切刀沿Y轴运动进行切割，直至工件与棒状原料71之间仅剩余直径4mm左右的残留段74。

然后进行送料，送料时第二主轴沿轴向靠近第一主轴直至到达预定的接料位置，然后将原料从第一主轴推向第二主轴，当感应装置感应到工件相对于第二主轴精确定位后，利用第二主轴的卡爪紧固工件，调整第一主轴与第二主轴之间的相对转向或转速，将残留段74扭断，第二主轴沿轴向运动远离第一主轴复位，再利用刀具加工工件的第二端面75，即完成工件的加工，最后可利用机械手自动的将工件移出数控车床。

Claims (8)

1.一种双主轴全自动数控车床，包括底座、位于底座上的第一主轴总成和床身，位于床身上的第二主轴总成，所述的第一主轴总成包括内置第一主轴的第一主轴箱，第一主轴箱通过第一主轴箱座安装在底座上，所述的第二主轴总成包括内置第二主轴的第二主轴箱，第二主轴箱通过第二主轴箱座安装在床身上，第一主轴和第二主轴同轴布置，其特征在于，所述的第一主轴箱外壁安装有切刀总成，切刀总成包括沿Y轴方向布置的第一导轨、与该第一导轨滑动配合的切刀座、切刀座的驱动机构以及固定在切刀座上的切刀，所述的第二主轴***设有沿Z轴方向滑动配合的套筒，该套筒通过轴承安装在第二主轴箱内，第二主轴总成中设有液压缸，液压缸的缸体相对第二主轴箱固定，缸体内的活塞杆与第二主轴连接。

2.如权利要求1所述的双主轴全自动数控车床，其特征在于，所述的切刀总成中，设有固定在第一主轴箱顶部的沿Z轴方向布置的第二导轨，以及与第二导轨滑动配合的传动箱，所述的第一导轨固定在传动箱侧壁。

3.如权利要求2所述的双主轴全自动数控车床，其特征在于，所述的切刀座的驱动机构包括位于传动箱内的丝杠以及用于驱动该丝杠的伺服电机，该丝杠螺纹配合有导向螺母，所述的切刀座与导向螺母固定连接。

4.如权利要求3所述的双主轴全自动数控车床，其特征在于，所述的第二主轴远离第一主轴的一端套有通过轴承转动配合的尾缸，所述的活塞杆固定连接在尾缸上。

5.如权利要求4所述的双主轴全自动数控车床，其特征在于，所述的第二主轴的外壁与套筒的内壁之间设有沿Z轴方向布置的键槽结构。

6.如权利要求5所述的双主轴全自动数控车床，其特征在于，所述的第一主轴和第二主轴均带有轴向的通孔，在第一主轴远离第二主轴的一侧设有与第一主轴的通孔位置相对应的送料机构。

7.如权利要求6所述的双主轴全自动数控车床，其特征在于，所述的第二主轴的通孔内依次安装有伸缩顶杆和感应开关，伸缩顶杆至少一部分延伸出该通孔朝向第一主轴一侧的开口，感应开关的信号线沿该通孔从远离第一主轴一侧的开口延伸出第二主轴，再接入数控车床的数控控制***。

8.如权利要求7所述的双主轴全自动数控车床，其特征在于，所述的第二主轴的通孔的内壁设有限位台阶，在伸缩顶杆和限位台阶之间设有复位弹簧，对伸缩顶杆施加朝向第一主轴方向的推力。

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