CN102554269A - 一种机床车磨中心 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种机床车磨中心，要解决的技术问题是，为提高加工石油钻头牙爪的效率及精度。本发明的技术要点是：它由三坐标拖动单元、卧式回转工作台、立式回转工作台及U轴加工进给单元组成；配置了电动刀库和机械手装置和自动探测装置；采用西门子840Dsl控制***，实现六轴五联动；各直线轴配以直线光柵尺、旋转轴采用高分辨率角度编码器，闭环控制提高机床精度。本发明可实现一次装卡情况下自动探测工件均布加工余量并自动加工复杂回转曲面，达到以车削加工代替成型磨加工异型工件牙爪的效果，具备加工精度高、自动化程度高的特点，满足了高效、高精加工的要求。

Description

一种机床车磨中心

技术领域

本发明涉及一种机床车磨中心，具体是在线自动探测并均布加工余量、U轴加工进给单元带动刀具在主轴径向移动、刀具旋转车削复杂回转曲面、代替传统成型磨加工的机床车磨中心。

背景技术

牙爪是石油钻头中的关键件，该件的轴颈部分是钻头钻井时的主要受力部位，因此该部位材料硬度高、外形复杂、加工精度及表面粗糙度要求高。对加工该部位的设备的基本要求如下：能够加工高硬度材料（HRC58~62）；保证复杂曲面加工的轮廓度；加工面表面粗糙度要高于0.8μm，关键面高于0.6μm；加工效率高、加工稳定性好，适合批量加工生产。

传统的加工工艺多采用成型磨进行磨削加工，该加工方式的缺点：首先，加工效率低，加工一件工件需要60分钟；其次，需要对磨头进行修型。另外一种加工方法就是采用大型卧式车床配以特殊卡具进行车削加工，该加工方式的缺点：第一，需要前序为该序加工装卡基准面；第二，该工件为异型件，需要特殊卡具进行装卡并实现动平衡配重，卡具体过于庞大而刚性差；第三，加工部件直径较小、机床转速低，车削线速度低而导致表面粗糙度差；第四，加工量小，加工效率低，加工一件工件需要40分钟。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种专为加工石油钻头牙爪的机床车磨中心，实现一次装卡情况下自动探测工件均布加工余量并自动车削加工复杂回转曲面，以代替传统成型磨加工的机床车磨中心。

本机床主要由三坐标拖动单元（X、Y、Z轴）、卧式回转工作台（A轴）、立式回转工作台（B轴）及U轴加工进给单元组成。机床为T字型平床身结构，床身上安装X轴和Z轴，Y轴安装在高强度的Z轴斜滑鞍上，带U轴的主轴安装在Y轴滑板上，立、卧组合回转工作台可在X轴方向移动。为提高加工效率，机床配置了电动刀库和机械手装置，实现自动快速换刀；安装在卧式回转工作台（A轴）上的牙爪专用液压卡具可实现工件的快速装卡及预定位。自动探测装置分为探测头和信号接收器两部分，探测头安装在标准刀柄上，通过机械手实现其与刀具的自动更换，信号接收器安装在Z轴斜滑鞍上。本机床采用西门子840Dsl控制***，各直线轴配以直线光柵尺、旋转轴采用高分辨率角度编码器，实现全闭环反馈控制。X、Y、Z轴定位精度0.01mm、快移速度20m/min，A、B轴定位精度12秒。

与现有技术相比，本发明的积极效果是：它可实现一次装卡情况下自动探测工件均布加工余量并自动车削加工复杂回转曲面，达到代替成型磨磨削加工的效果。将工件放入带有定位基准面的液压卡具后，即可启动循环程序进行自动加工。机械手将探测头安装在主轴上，机床A、B、X、Y轴联动将工件摆在探测工作区内，通过X、Y、Z轴联动实现探测头对工件的探测，由计算程序对探测数据进行分析并反馈工件位置误差值给***，由***自动通过A、B、X、Y轴联动摆正工件；机械手自动换刀，进行多次换刀自动加工直至加工完成。本设计的机床具备加工精度高、自动化程度高的特点，加工时间由40~60分钟缩短至15分钟，加工件表面粗糙度高于0.6μm，满足了高效、高精加工的要求。

附图说明

图1是车磨中心整体结构的示意图。

图2是图1中的T字型平床身的结构示意图。

图3是图1中的卡具示意图。

图4是图1中的带U轴的主轴结构示意图。

具体实施方式

车磨中心整体结构，为加工石油钻头牙爪而设计的专用结构，实现一次装卡情况下自动探测工件均布加工余量并自动车削加工复杂回转曲面，达到代替成型磨加工的效果，其特征在于以下部分：

1、整体结构

如图1所示，机床床身1为T字型平床身结构，立式回转工作台（B轴）2安装在床身1的X轴导轨9上，卧式回转工作台（A轴）3坐落在立式回转工作台（B轴）2上，专用液压卡具4安装在卧式回转工作台（A轴）3上，被加工件装卡在卡具4上后，可实现绕A轴、B轴旋转及X轴方向移动的三个自由度；Z轴斜滑鞍6安装在床身1的Z轴导轨10上，主轴箱7通过Y轴滑板13安装在Y轴导轨11上，U轴加工进给单元5安装在主轴箱7上，刀库8通过螺钉固定在床身1上，机械手15安固定在刀库8上且位于U轴加工进给单元5和刀库8之间，由机械手15将刀具12或探测头14自动安装在U轴加工进给单元5或刀库8上，安装在U轴加工进给单元5上的刀具12或探测头14可实现Y轴、Z轴及U轴方向移动的三个自由度，换刀动作快速而稳定。

车磨中心整体结构的设计实现了被加工件与刀具12和探测头14之间的六个相对自由度，满足了探测及加工的需要。

2、T字型平床身1结构

如图2所示，T字型平床身1由X轴床身16和Z轴床身17按T形拼接而成，之间由螺钉把合，通过两个双楔面键18调整两床身之间的高度差并增强连接刚性；床身1通过十七组调整垫铁19调整水平后由地脚螺栓固定；X轴光栅尺20和Z轴光栅尺21分别安装在X轴床身16和Z轴床身17的内侧，保证光栅尺的清洁稳定。

3、卡具4结构

如图3所示，卡具4为特殊自制液压卡具，卡具底板22为120°V型面，用于对工件进行初定位，液压缸23通过双拉杆24带动卡压块25卡压住工件，卡压块25在工件上的作用力点在卡具底板22 V型面120°角平分线上，从而使工件卡紧牢固可靠。该卡具4整体安装在摇篮26上，摇篮26与卧式回转工作台（A轴）3连接，从而实现工件可绕A轴轴线旋转。

4、带U轴的主轴结构

如图4所示，U轴加工进给单元5安装在主轴箱7上，主轴27为中空结构，拉杆28从主轴27中心穿过与U轴加工进给单元5连接，从而通过拉杆28驱动U轴加工进给单元5实现驱动U轴进给。丝杠30由电机31通过电机皮带轮32、同步皮带33、丝杠皮带轮34驱动，丝杠30带动丝杠箱29实现轴向数控移动，丝杠箱29与拉杆28之间通过角接触球轴承35连接，从而实现拉杆29跟随主轴27的旋转运动和跟随丝杠箱29轴向运动的运动集成。

Claims (4)

1.一种机床车磨中心，其特征在于：床身（1）为T字型平床身结构，立式回转工作台（2）安装在床身的X轴导轨（9）上，卧式回转工作台（3）坐落在立式回转工作台（2）上，专用液压卡具（4）安装在卧式回转工作台（3）上；Z轴斜滑鞍（6）安装在床身的Z轴导轨（10）上，主轴箱（7）通过Y轴滑板（13）安装在Y轴导轨（11）上，U轴加工进给单元（5）安装在主轴箱上，刀库（8）通过螺钉固定在床身（1）上，机械手（15）安固定在刀库（8）上且位于U轴加工进给单元（5）和刀库（8）之间。

2.根据权利要求1所述的一种机床车磨中心，其特征在于T字型平床身由X轴床身（16）和Z轴床身（17）按T形拼接而成，之间由螺钉把合，通过两个双楔面键（18）调整两床身之间的高度差并增强连接刚性；床身通过十七组调整垫铁（19）调整水平后由地脚螺栓固定；X轴光栅尺（20）和Z轴光栅尺（21）分别安装在X轴床身（16）和Z轴床身（17）的内侧。

3.根据权利要求1所述的一种机床车磨中心，其特征是卡具的底板（22）为120°V型面，液压缸（23）通过双拉杆（24）带动卡压块（25）卡压住工件，卡压块在工件上的作用力点在卡具底板V型面120°角平分线上，卡具整体安装在摇篮（26）上，摇篮与卧式回转工作台（3）连接。

4.根据权利要求1所述的一种机床车磨中心，其特征在于U轴加工进给单元（5）安装在主轴箱（7）上，主轴（27）为中空结构，拉杆（28）从主轴中心穿过与U轴加工进给单元连接，丝杠（30）由电机（31）通过电机皮带轮（32）、同步皮带（33）、丝杠皮带轮（34）驱动，丝杠箱（29）与拉杆（28）之间通过角接触球轴承（35）连接。

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