CN103111673B - 轴向双螺旋面半自动铣削机 - Google Patents

Abstract

本发明轴向双螺旋面半自动铣削机，用于加工螺旋端面轴；包括：可置于车间工作台上的卧式机身；设置在卧式机身上的水平滑台，可相对于卧式机身纵向滑动；设置在水平滑台一端的靠模旋转机构，其主轴端安装的快速弹性锁夹用于夹持待加工工件的轴端，其主轴端外周安装的靠模凸轮环与主轴同时转动时决定待加工工件的轴向位移；安装在水平滑台另一端的快速顶心机构，其活顶尖用于顶紧待加工工件的轴尾；设置在卧式机身侧上方的双刀铣削机构，其双轴铣刀对应于待加工工件的中部，用于同时切削工件的轴向两个相同的螺旋面。降低了产品加工费用，产品的一致性和可靠性也可以得到很好的控制。

Description

轴向双螺旋面半自动铣削机

技术领域

本发明属于自动化技术领域，涉及仪表仪器零件加工技术，尤其涉及轴向双螺旋端面的精密加工设备。

背景技术

待加工的工件，螺旋端面轴如图1所示，轴向距离12mm有两个完全相同的螺旋面，螺旋面与轴柱面交线为标准螺旋线，分为左旋和右旋，螺距为P=4，0.5圈，左螺旋面A和右螺旋面B过相交线的面对称。该轴用于角度位移传感器制作，轴的12mm的柱面对应固定的感应线圈，轴的旋转使对应线圈的柱面面积发生变化，导致线圈感应的电感参数发生变化，且与旋转夹角成一定的关系式。这就要求螺旋面加工后边线二维展开线为一条标准直线，等距的两螺旋面要求完全平行，加工后12mm柱面边线平滑无凸跳，无毛刺。螺旋面相交处刀具圆角尽可能小。

目前现有技术没有专门加工此类零件的专用机床，为获得螺旋面的高精度加工要求，一般都是用CNC3轴坐标加工，但是三轴坐标加工其铣头是做三维插补运动，切削螺旋端面效果不佳，螺旋边线跳动大，不符合精度要求。

还有一种方式是用4轴或5轴CNC加工，通过工件旋转和铣头二维运动的联动加工，这样加工才符合角度位移传感器使用的要求，但是成本高，效率低，由于机床的非专用，设备利用率低。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对上述现有的小型螺旋面加工技术存在的不足，提供一种低成本高效率的小型化专用加工设备，提高设备利用率，降低产品加工费用，产品的一致性和可靠性也可以得到很好的控制。

本发明针对上述问题而提出的技术方案是：轴向双螺旋面半自动铣削机，用于加工螺旋端面轴；包括：卧式机身，为半自动铣削机的基础件，可置于车间的工作台上；水平滑台，设置在卧式机身上，可相对于卧式机身纵向滑动；靠模旋转机构，设置在水平滑台的一端，其主轴端安装的快速弹性锁夹用于夹持待加工工件的轴端，其主轴端外周安装的靠模凸轮环与主轴同时转动时决定待加工工件的轴向位移；快速顶心机构，安装在水平滑台的另一端，其活顶尖用于顶紧待加工工件的轴尾；双刀铣削机构，设置在卧式机身的侧上方，其双轴铣刀对应于待加工工件的中部，用于同时切削工件的轴向两个相同的螺旋面。

其中，所述靠模旋转机构包括：快速弹性锁夹，安装在主轴的端部，可以快速夹持待加工工件；靠模凸轮环，与快速弹性锁夹同轴转动，其环形工作曲面呈轴向起伏；顶轮滚子，安装在卧式机身上，与靠模凸轮环的环形工作曲面接触，环形工作曲面的轴向起伏决定待加工工件的两个待加工面相对于双轴铣刀的轴向位置；复位弹簧，作用在靠模凸轮环与卧式机身之间，保持靠模凸轮环的环形工作曲面与顶轮滚子的无间隙接触；减速电机，通过涡轮减速***驱动靠模凸轮环和快速弹性锁夹匀速旋转。

其中，所述双刀铣削机构包括：铣削动力头，其下部垂直安装双轴铣刀，为双轴铣刀提供切削旋转力；立柱滑台，固定在卧式机身中部的侧上方，为铣削动力头提供垂直的滑道；滚珠丝杆副，与铣削动力头连接，带动铣削动力头沿立柱滑台上下移动；步进电机，安装在立柱滑台的顶端，与滚珠丝杆副连接，通过铣削动力头驱动双轴铣刀的垂直进给运动。

其中，所述快速顶心机构包括：活顶尖，作用在待加工工件轴尾的中心孔；快速手柄，与活顶尖连接，用于拉动活顶尖，使其快速顶紧在待加工工件的轴尾。

进一步的，所述水平滑台通过滚珠滑轨安装在卧式机身上。

与现有的技术相比较，采用本发明技术方案的优点是：

1.靠模凸轮环的轴向起伏与工件的旋转之间的机械联动关系，通过双轴铣刀(4)可以同时自动铣削工件轴上两个等距的对称螺旋面，自动化程度高，加工曲面一致性好，人为控制误差小，加工精度高、效率高。

2.工件装夹快速，整机简单实用。

3.与数控CNC机床加工相比，设备利用率高，大大降低加工成本，作为仪表核心零件，降低仪表的制造成本起了很大作用。

附图说明

下面对本说明书附图所表达的内容及图中的标记作简要说明：

图1是本发明轴向双螺旋面半自动铣削机待加工工件的三视图。

图2是本发明轴向双螺旋面半自动铣削机实施例的主视示意图。

图3是本发明轴向双螺旋面半自动铣削机实施例的俯视示意图。

图中各部分名称：1-卧式机身、2-滚珠滑轨、3-活顶尖、4-双轴铣刀、5-工件、6-快速弹性锁夹、7-顶轮滚子、8-水平滑台、9-减速电机、10-进给感应片、11-进给接近开关、12-靠模旋转机构、13-靠模凸轮环、14-立柱滑台、15-步进电机、16-联轴器、17-滚珠丝杆副、18-限位接近开关、19-感应片、20-铣削动力头、21-冷却***、22-快速顶心机构、23-快速手柄、24-复位弹簧、25-挡板、26-弹簧调节螺母。

具体实施方式

为了进一步说明本发明的原理和结构，现结合附图对本发明的优选实施例进行详细说明。

本发明轴向双螺旋面半自动铣削机，用于加工螺旋端面轴。图2是轴向双螺旋面半自动铣削机实施例的主视示意图；图3是该实施例的俯视示意图。

图中包括：可置于车间工作台上的卧式机身1，为半自动铣削机的基础件；卧式机身1上装有水平滑台8，水平滑台8与卧式机身1通过滚珠滑轨2连接，可在水平面相对于卧式机身1作纵向自由滑动。水平滑台8的一端固定有夹持工件5的靠模旋转机构12，其主轴端安装的快速弹性锁夹6用于夹持待加工的工件5的轴端；工件5的轴尾设置有手动的快速顶心机构22，快速顶心机构22固定于水平滑台8的另一端，快速顶心机构22的活顶尖3用于顶紧待加工的工件5轴尾的中心孔；设置在卧式机身1侧上方的双刀铣削机构的铣削动力头20，其下部垂直安装的双轴铣刀4对应于待加工工件5的中部，用于同时切削工件5的轴向两个相同的螺旋面。

内置蜗轮蜗杆减速的靠模旋转机构12主轴端外周安装装有与工件5要加工的螺旋端面形状一致的靠模凸轮环13，靠模凸轮环13与快速弹性锁夹6同轴安装，并与快速弹性锁夹6一起转动。靠模凸轮环13的轴向起伏的环形工作曲面紧靠顶轮滚子7，顶轮滚子7固定于卧式机身1上，通过环形工作曲面的轴向起伏决定待加工的工件5相对于双轴铣刀4的轴向位置。水平滑台8的顶端安装有复位弹簧24，复位弹簧24尾端紧靠在固定在卧式机身1的挡板25上，作用在靠模凸轮环13与卧式机身1之间，保持靠模凸轮环13的环形工作曲面与顶轮滚子7的无间隙接触。

靠模旋转机构12配有一套动力装置减速电机9，通过蜗轮蜗杆带动快速弹性锁夹6夹持的工件5及靠模凸轮环13、快速顶心机构22上的活顶尖3做连续同轴的匀速旋转运动，靠模凸轮环13旋转使整个水平滑台8轴向移动即纵向滑动，在复位弹簧24弹力的作用下，靠模凸轮环13在旋转的同时其环形工作曲面紧靠顶轮滚子7，使整个水平滑台8在工件5旋转的同时做轴向有规律的往复移动。

工件5上方设置有双刀铣削机构的铣削动力头20，配有第二套动力装置，带动铣削动力头20下部垂直安装有两把铣刀的双轴铣刀4同步旋转，用于同时切削工件5的轴向两个相同的螺旋端面。铣削动力头20安装于立柱滑台14上，立柱滑台14固定在卧式机身1中部的侧上方，为铣削动力头20提供垂直的滑道。立柱滑台14的顶端装有第三套动力装置步进电机15，通过滚珠丝杆副17带动铣削动力头20沿立柱滑台14上下移动，作为双轴铣刀4的垂直进给运动，控制工件5的径向加工深度。铣削动力头20下部的双轴铣刀4与工件5的初始相对位置由调机前固定好。

加工工件5时，第一套动力装置减速电机9只负责驱动靠模旋转机构12带动工件5旋转，同时由于靠模凸轮环13作用在顶轮滚子7上与工件5旋转的机械联动关系，工件5同步作轴向往复有规律的位移运动。第二套动力装置只负责双轴铣刀4的旋转切削。第三套动力装置步进电机15负责双轴铣刀4的切削工件5的进给量，在靠模旋转机构12上装有进给接近开关11，控制步进电机15在工件5旋转一周后进给一次，进给量通过PLC控制程序设置控制步进电机15的转速来预先设定。立柱滑台14上装有起始点的限位接近开关18，当步进电机15按所编好的程式加工完工件后，快速返回，通过限位接近开关18停止于初始起点处，等待第二次工作指令。

本发明轴向双螺旋面半自动铣削机的实施例如图2所示，包括卧式机身1，卧式机身1上装有滚珠滑轨2，滚珠滑轨2上装有水平滑台8，水平滑台8上装有靠模旋转机构12、快速顶心机构22，以及工件5。工件5与靠模旋转机构12和快速顶心机构22同轴装夹，随水平滑台8可以整体水平移动。

卧式机身1上还装有立柱滑台14，立柱滑台14上装有步进电机15，铣削动力头20，步进电机15通过联轴器16、滚珠丝杠17与铣削动力头20相连，步进电机15带动铣削动力头20做上下竖直运动。铣削动力头20上装有双轴铣刀4和冷却***21。

卧式机身1上装有顶轮滚子7，靠模旋转机构12主轴端外周的转盘上装有靠模凸轮环13，顶轮滚子7与靠模凸轮环13通过靠模旋转机构12的复位弹簧24紧靠在一起，复位弹簧24的末端固定在卧式机身1上设置的挡板25上，通过弹簧调节螺母26可以调节复位弹簧24的压缩量，从而调节靠模凸轮环13与顶轮滚子7的接触力，来到达复位及克服铣刀切削的震动影响。

靠模旋转机构12上分别装有进给感应片10和进给接近开关11，进给感应片10与靠模旋转机构12的主轴一同旋转，进给接近开关11通过进给感应片10感知工件5加工一周后触发一次脉冲信号。同样在立柱滑台14上也装有限位接近开关18，铣削动力头20上装有限位感应片19，限位接近开关18和限位感应片19组成了铣削动力头20向上移动复位时的限位装置。

工作时，工件5螺旋端面轴用快速弹性锁夹6装于靠模旋转机构12的主轴上，用手扳动与活顶尖3连接的快速手柄23，拉动活顶尖3使其快速顶紧在待加工工件5的轴尾。手动调节铣削动力头20下部的双轴铣刀4与工件5的距离，调整好后，启动加工启动按钮，靠模旋转机构12在减速电机9的驱动下主轴通过快速弹性锁夹6带动工件5旋转，同时铣削动力头20在步进电机15的驱动向下作进给运动，进给感应片10与工件5同轴旋转，转一周后通过进给接近开关11感知工件旋转一周的信号，同时通过PLC控制步进电机15向下进给一定加工量，然后停止进给直到工件5加工完一周后再次接到信号继续向下进给，直到工件加工完成，步进电机15按照预设的PLC程序快速返回到限位接近开关18设置的起始点处停止，完成一次加工任务。

本发明轴向双螺旋面半自动铣削机加工时，工件5装夹于内置蜗轮蜗杆减速的靠模旋转机构12主轴端的快速弹性锁夹6上，自动定位定角度，推动快速顶尖机构22顶紧工件5，打开电源启动三套动力装置，工件5在快速弹性锁夹6的带动下作匀速圆周运动。

铣削动力头20带动双轴铣刀4工作，手动启动步进电机15和铣削动力头20，在步进电机15驱动下垂直运动，手动调整双轴铣刀4与工件5初始位置，使双轴铣刀4端部刚好接触工件5的待加工表面，启动预设好的PLC加工控制程序启动按钮，打开冷却***21，半自动铣削机开始自动工作，铣削动力头20由靠模旋转机构12的主轴上的进给接近开关11触发，使其工件5旋转一周，双轴铣刀4按设置好的加工量进给一次，直到加工到要求的深度，铣削动力头20快速返回初始位置，靠模旋转机构12及铣削动力头20及冷却***21自动关闭，完成工件的加工，加工工时大约15分钟。

本发明轴向双螺旋面半自动铣削机，工件5装夹简单快速，加工效率高，人为控制误差小，加工精度高。与数控CNC机床加工相比，设备利用率高，大大降低加工成本，作为仪表核心零件，降低仪表的制造成本起了很大作用。

上述内容，仅为本发明的较佳实施例，并非用于限制本发明的实施方案，本领域普通技术人员根据本发明的主要构思和精神，可以十分方便地进行相应的变通或修改，故本发明的保护范围应以权利要求书所要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.轴向双螺旋面半自动铣削机，用于加工螺旋端面轴；包括：

卧式机身(1)，为半自动铣削机的基础件，可置于车间的工作台上；

水平滑台(8)，设置在卧式机身(1)上，可相对于卧式机身(1)纵向滑动；

快速顶心机构(22)，安装在水平滑台(8)的另一端，其活顶尖(3)用于顶紧待加工工件(5)的轴尾；

其特征是，所述半自动铣削机还包括：

靠模旋转机构(12)，设置在水平滑台(8)的一端，其主轴端安装的快速弹性锁夹(6)用于夹持待加工工件(5)的轴端，其主轴端外周安装的靠模凸轮环(13)与主轴同时转动时决定待加工工件(5)的轴向位移；

双刀铣削机构，设置在卧式机身(1)的侧上方，其双轴铣刀(4)对应于待加工工件(5)的中部，用于同时切削工件(5)的轴向两个相同的螺旋面。

2.依据权利要求1所述的半自动铣削机，其特征是，所述靠模旋转机构(12)包括：

快速弹性锁夹(6)，安装在主轴的端部，可以快速夹持待加工工件(5)；

靠模凸轮环(13)，与快速弹性锁夹(6)同轴转动，其环形工作曲面呈轴向起伏；

顶轮滚子(7)，安装在卧式机身(1)上，与靠模凸轮环(13)的环形工作曲面接触，环形工作曲面的轴向起伏决定待加工工件(5)的两个待加工面相对于双轴铣刀(4)的轴向位置；

复位弹簧(24)，作用在靠模凸轮环(13)与卧式机身(1)之间，保持靠模凸轮环(13)的环形工作曲面与顶轮滚子(7)的无间隙接触；

减速电机(9)，通过涡轮减速***驱动靠模凸轮环(13)和快速弹性锁夹(6)匀速旋转。

3.依据权利要求2所述的半自动铣削机，其特征是，所述双刀铣削机构包括：

铣削动力头(20)，其下部垂直安装双轴铣刀(4)，为双轴铣刀(4)提供切削旋转力；

立柱滑台(14)，固定在卧式机身(1)中部的侧上方，为铣削动力头(20)提供垂直的滑道；

滚珠丝杆副(17)，与铣削动力头(20)连接，带动铣削动力头(20)沿立柱滑台(14)上下移动；

步进电机(15)，安装在立柱滑台(14)的顶端，与滚珠丝杆副(17)连接，通过铣削动力头(20)驱动双轴铣刀(4)的垂直进给运动。

4.依据权利要求3所述的半自动铣削机，其特征是，所述快速顶心机构(22)包括：

活顶尖(3)，作用在待加工工件(5)轴尾的中心孔；

快速手柄(23)，与活顶尖(3)连接，用于拉动活顶尖(3)，使其快速顶紧在待加工工件(5)的轴尾。

5.依据权利要求3所述的半自动铣削机，其特征是，所述水平滑台(8)通过滚珠滑轨(2)安装在卧式机身(1)上。