CN103769677A - 差动无级调速多模式滚切机床 - Google Patents
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Abstract
本发明属于机械加工技术领域,具体涉及一种无级调速滚切机床。差动无级调速多模式滚切机床,其技术方案是:控制驱动***(26)通过数据区驱动线(40)与主轴调速电机(2)、调速电机(9)、电磁离合器(10)、横向进给工作台(14)、纵向进给工作台(15)、机床升降台(16)相连,根据输入指令控制和驱动主轴调速电机(2)与调速电机(9)的变速和变向,电磁离合器(10)的开合,横向进给工作台(14)的里外移动、纵向进给工作台(15)的左右移动、机床升降台(16)的上下移动;本发明能实现多种切削形式,能有效地降低切削力、减小切削热、提高刀具耐用度,排屑顺畅并能及时断屑。
Description
技术领域
本发明属于机械加工技术领域,具体涉及一种无级调速滚切机床。
背景技术
随着机械加工行业的发展,对加工的效率要求和自动化程度的要求越来越高。然而在高效加工工件和自动化程度提高的同时,切削力的增大、切削热的增加、刀具耐用度的降低、排屑和断屑问题严重影响了高效加工的发展。专利“难加工材料专用铣刀”(专利申请号201310013775.8)巧妙地运用了行星轮系结构,有效地降低了刀具磨损、提高了刀具使用寿命,但该专利由于本身结构的限制只能实现逆滚切切削、欠滚切切削、纯自由滚切切削、过滚切切削等四种切削模式,而且切削模式的转变是通过手动更换齿轮来实现的。
发明内容
本发明的目的是:为克服现有技术中的不足,提供一种差动无级调速多模式滚切机床,多种切削模式;
本发明的技术方案是:差动无级调速多模式滚切机床,它包括:机床、主轴调速电机、调速电机、旋转刀盘、滚切装置以及控制驱动***;
机床包括:床身以及机床底座;机床升降台与床身连接;纵向给进工作台位于机床升降台上;横向给进工作台位于纵向给进工作台上;
主轴调速电机固定安装于床身,其输出轴固定连接传动齿轮,传动齿轮与主轴齿轮啮合,主轴齿轮与主轴固定连接,主轴通过主轴上轴承安装于床身;
调速电机固定安装于床身,其输出通过电磁离合器传递至调速轴;调速轴通过一对调速轴轴承安装于床身;调速轴锥齿轮另一面与调速轴固定连接,另一方面与双联齿轮啮合;双联齿轮为套筒状,上端为锥齿轮,下端为圆柱齿轮;双联齿轮空套在主轴上,其套筒内部设有一对主轴轴承,套筒外部通过一对轴承安装与床身;
旋转刀盘与主轴固定连接,主轴构成旋转刀盘的回转中心,旋转刀盘的水平圆周面上布置有两个或两个以上的滚切装置;
滚切装置包括:差动轴、差动轴齿轮、圆形刀片轴锥齿轮以及圆形刀片;差动轴的上下两端通过一对差动轴轴承与旋转刀盘连接;上端的差动轴轴承由上轴承压盖压紧,上轴承压盖由压盖螺钉与旋转刀盘紧固,差动轴和上轴承压盖之间设有上油封;差动轴齿轮与差动轴固定连接,差动轴齿轮与双联齿轮啮合,差动轴锥齿轮一方面与差动轴固定连接,另一方面与圆形刀片轴锥齿轮相啮合;圆形刀片轴锥齿轮与圆形刀片轴固定连接,圆形刀片轴的左右两端通过一对圆形刀片轴轴承与旋转刀盘连接,左端的圆形刀片轴轴承由左轴承压盖压紧,左轴承压盖通过螺钉与旋转刀盘紧固;右端的圆形刀片轴轴承由右轴承压盖压紧,右轴承压盖通过螺钉与旋转刀盘紧固;圆形刀片轴和右轴承压盖之间设有油封,圆形刀片座通过锥孔与圆形刀片轴的外锥面配合,圆形刀片位于圆形刀片座上并通过圆形刀片压板压紧,圆螺母、圆螺母止动垫将圆形刀片、圆形刀片座、圆形刀片压板与圆形刀片轴紧固;
控制驱动***通过数据区驱动线与主轴调速电机、调速电机、电磁离合器、横向进给工作台、纵向进给工作台、机床升降台相连,根据输入指令控制和驱动主轴调速电机与调速电机的变速和变向,电磁离合器的开合,横向进给工作台的里外移动、纵向进给工作台的左右移动、机床升降台的上下移动。
本发明的有益效果是:(1)本发明通过控制驱动***的调节能够实现“普通切削”、“自滚切切削”、“逆滚切切削”、“欠滚切切削”、“纯自由滚切切削”、“过滚切切削”和“变滚切速率比切削”多种切削形式;其中“普通切削”和“自滚切切削”为已有加工方法,其他五种加工方法即:“逆滚切切削”、“欠滚切切削”、“纯自由滚切切削”、“过滚切切削”和“变滚切速率比切削”为本发明能够实现的新的加工方法。
(2)本发明设置纵向给进工作台、机床升降台、横向给进工作台实现了三向移动功能;
(3)本发明能有效地降低切削力、减小切削热、提高刀具耐用度,排屑顺畅并能及时断屑。
附图说明
图1是本发明的结构示意图;
图2是图1的B向视图;
图3是图1的A-A局部视图;
图4是本发明圆形刀片的运动示意图。
其中,1-传动齿轮、2-主轴调速电机,3-主轴、4-主轴上轴承、5-主轴齿轮、6-调速轴锥齿轮、7-调速轴轴承、8-调速轴、9-调速电机、10-电磁离合器、11-轴承、12-旋转刀盘、13-床身、14-横向进给工作台、15-纵向进给工作台、16-机床升降台、17-机床底座、18-圆形刀片、19-圆形刀片轴锥齿轮、20-差动轴锥齿轮、21-差动轴轴承、22-差动轴齿轮、23-差动轴、24-双联齿轮、25-主轴轴承、26-控制驱动***、27-压盖螺钉、28-上轴承压盖、29-上油封、30-螺钉、31-左轴承压盖、32-圆形刀片轴、33-圆形刀片轴轴承、34-右轴承压盖、35-圆形刀片座、36-圆形刀片压板、37-圆螺母止动垫、38-圆螺母、39-油封、40-数据驱动线。
具体实施方式
参见附图1,差动无级调速多模式滚切机床,它包括:机床、主轴调速电机2、调速电机9、旋转刀盘12、滚切装置以及控制驱动***26;
机床包括:床身13以及机床底座17;机床升降台16与床身13连接并沿其上下移动;纵向给进工作台15位于机床升降台16上,并沿其左右移动;横向给进工作台14位于纵向给进工作台15上,并沿其里外移动;
主轴调速电机2固定安装于床身13,其输出轴固定连接传动齿轮1,传动齿轮1与主轴齿轮5啮合,主轴齿轮5与主轴3固定连接,主轴3通过主轴上轴承4安装于床身13;
调速电机9固定安装于床身13,其输出通过电磁离合器10传递至调速轴8;调速轴8通过一对调速轴轴承7安装于床身13;调速轴锥齿轮6一面与调速轴8固定连接,另一方面与双联齿轮24啮合;双联齿轮24为套筒状,上端为锥齿轮,下端为圆柱齿轮;双联齿轮24空套在主轴3上,其套筒内部设有一对主轴轴承25,套筒外部通过一对轴承11安装与床身13;
参见附图2,旋转刀盘12与主轴3固定连接,主轴3构成旋转刀盘12的回转中心,旋转刀盘12的水平圆周面上布置有两个或两个以上的滚切装置;
参见附图3,滚切装置包括:差动轴23、差动轴齿轮22、圆形刀片轴锥齿轮19以及圆形刀片18;差动轴23的上下两端通过一对差动轴轴承21与旋转刀盘12连接;上端的差动轴轴承21由上轴承压盖28压紧,上轴承压盖28由压盖螺钉27与旋转刀盘12紧固,差动轴23和上轴承压盖28之间设有上油封29;差动轴齿轮22与差动轴23固定连接,差动轴齿轮22与双联齿轮24啮合,差动轴锥齿轮20一方面与差动轴23固定连接,另一方面与圆形刀片轴锥齿轮19相啮合;圆形刀片轴锥齿轮19与圆形刀片轴32固定连接,圆形刀片轴32的左右两端通过一对圆形刀片轴轴承33与旋转刀盘12连接,左端的圆形刀片轴轴承33由左轴承压盖31压紧,左轴承压盖31通过螺钉30与旋转刀盘12紧固;右端的圆形刀片轴轴承33由右轴承压盖34压紧,右轴承压盖34通过螺钉30与旋转刀盘12紧固;圆形刀片轴32和右轴承压盖34之间设有油封39,圆形刀片座35通过锥孔与圆形刀片轴32的外锥面配合,圆形刀片18位于圆形刀片座35上并通过圆形刀片压板36压紧,圆螺母38、圆螺母止动垫37将圆形刀片18、圆形刀片座35、圆形刀片压板36与圆形刀片轴32紧固;
控制驱动***26通过数据区驱动线40与主轴调速电机2、调速电机9、电磁离合器10、横向进给工作台14、纵向进给工作台15、机床升降台16相连,根据输入指令控制和驱动主轴调速电机2与调速电机9的变速和变向,电磁离合器10的开合,横向进给工作台14的里外移动、纵向进给工作台15的左右移动、机床升降台16的上下移动。
主轴可调速电机2的转动通过传动齿轮1、主轴齿轮5传递到主轴3,主轴3带动与其固连的旋转刀盘12旋转。主轴可调速电机2在控制驱动***26的控制驱动下可实现无级调速,因此旋转刀盘12旋转可实现无级调速。旋转刀盘12带动其上的圆形刀片18切削工件。
在电磁离合器10闭合的状态下,调速电机9的转动通过电磁离合器10、调速轴8、调速轴锥齿轮6传动到双联齿轮24,这样调速电机9的转动就传递到了由双联齿轮24下端的圆柱齿轮(太阳轮)、旋转刀盘12(行星架)和差动轴齿轮22(行星轮)组成差动轮系中。根据差动轮系的性质,当旋转刀盘12(行星架)转速一定时可通过改变调速电机9的转速使差动轴23得到不同的转速,也可以在旋转刀盘12(行星架)转速、转向一定时通过控制调速电机9使差动轴23得到不同的转向,差动轴23通过差动轴锥齿轮20、圆形刀片轴锥齿轮19将转动传递到圆形刀片轴32,圆形刀片轴32带动与其固连的圆形刀片18旋转。
这样圆形刀片18除随旋转刀盘12一起做走刀运动外还绕自身轴线主动旋转,而且当旋转刀盘12转速一定时可通过控制调速电机9使圆形刀片18绕自身轴线主动旋转得到不同的转速和转向。圆形刀片18一边随旋转刀盘12一起做走刀运动一边绕自身轴线主动旋转并配合横向进给工作台14、纵向进给工作台15、机床升降台16的里外、左右、上下移动完成对工件的滚切加工如图4。
参见附图4,将旋转刀盘12的转速记为n,圆形刀片18绕自身轴线主动旋转的转速记为nt,圆形刀片18的旋转线速度Vt与削速度V的比值为滚切速率比k,即其中,r为圆形刀片18半径,R为旋转刀盘12回转半径;
当断开电磁离合器10时,调速电机9不给圆形刀片18提供动力,圆形刀片18随旋转刀盘12一起做走刀运动时,圆形刀片18在工件、切屑摩擦力的推动下沿自身轴线被动旋转,此时的切削状态为“自滚切切削”;
自滚切切削处于理想状态,即只考虑工件、切屑摩擦力对圆形刀片18的推动,不考虑摩擦阻力及各转动件的转动惯量的影响时的k值记为ky,此时nt的转向定义为正向,nt的转向为正向时k为正值反之为负值;
k<0时的切削状态为“逆滚切切削”;
k=0时的切削状态为“普通切削”;
0<k<ky时的切削状态为“欠滚切切削”;
k趋近ky时的切削状态为“自滚切切削”;
k=ky时的切削状态为“纯自由滚切切削”;
k>ky时的切削状态为“过滚切切削”;
滚切加工时,k不断变化的切削状态为“变滚切速率比切削”。
每一种切削状态都有自身的规律和特点,例如“过滚切切削”时,圆形刀片18旋转线速度大小Vt大于切屑的排屑速度,因此圆形刀片18会从切屑的底部沿排屑方向给切屑一个摩擦力,从而及时断屑,同时圆形刀片18是一边随旋转刀盘12一起做走刀运动一边绕自身轴线主动旋转完成对工件的滚切加工的,所以圆形刀片18切削刃上的每一点在走刀方向的运动轨迹为螺旋线,因此可有效地降低切削力且有利散热,刀具的磨损量被均化到整个圆周上提高刀具耐用度。即差动无级调速多模式滚切机床能实现多种切削形式,能有效地降低切削力、减小切削热、提高刀具耐用度,及时排屑和断屑。
Claims (2)
1.差动无级调速多模式滚切机床,它包括:机床、主轴调速电机(2)、调速电机(9)、旋转刀盘(12)、滚切装置以及控制驱动***(26),其特征是:
所述机床包括:床身(13)以及机床底座(17);机床升降台(16)与床身(13)连接;纵向给进工作台(15)位于机床升降台(16)上;横向给进工作台(14)位于纵向给进工作台(15)上;
所述主轴调速电机(2)固定安装于床身(13),其输出轴固定连接传动齿轮(1),传动齿轮(1)与主轴齿轮(5)啮合,主轴齿轮(5)与主轴(3)固定连接,主轴(3)通过主轴上轴承(4)安装于床身(13);
所述调速电机(9)固定安装于床身(13),其输出通过电磁离合器(10)传递至调速轴(8);调速轴(8)通过一对调速轴轴承(7)安装于床身(13);调速轴锥齿轮(6)另一面与调速轴(8)固定连接,另一方面与双联齿轮(24)啮合;双联齿轮(24)为套筒状,上端为锥齿轮,下端为圆柱齿轮;双联齿轮(24)空套在主轴(3)上,其套筒内部设有一对主轴轴承(25),套筒外部通过一对轴承(11)安装与床身(13);
所述旋转刀盘(12)与主轴(3)固定连接,主轴(3)构成旋转刀盘(12)的回转中心,旋转刀盘(12)的水平圆周面上布置有两个或两个以上的滚切装置;
所述滚切装置包括:差动轴(23)、差动轴齿轮(22)、圆形刀片轴锥齿轮(19)以及圆形刀片(18);差动轴(23)的上下两端通过一对差动轴轴承(21)与旋转刀盘(12)连接;上端的差动轴轴承(21)由上轴承压盖(28)压紧,上轴承压盖(28)由压盖螺钉(27)与旋转刀盘(12)紧固,差动轴(23)和上轴承压盖(28)之间设有上油封(29);差动轴齿轮(22)与差动轴(23)固定连接,差动轴齿轮(22)与双联齿轮(24)啮合,差动轴锥齿轮(20)一方面与差动轴(23)固定连接,另一方面与圆形刀片轴锥齿轮(19)相啮合;圆形刀片轴锥齿轮(19)与圆形刀片轴(32)固定连接,圆形刀片轴(32)的左右两端通过一对圆形刀片轴轴承(33)与旋转刀盘(12)连接,左端的圆形刀片轴轴承(33)由左轴承压盖(31)压紧,左轴承压盖(31)通过螺钉(30)与旋转刀盘(12)紧固;右端的圆形刀片轴轴承(33)由右轴承压盖(34)压紧,右轴承压盖(34)通过螺钉(30)与旋转刀盘(12)紧固;圆形刀片轴(32)和右轴承压盖(34)之间设有油封(39),圆形刀片座(35)通过锥孔与圆形刀片轴(32)的外锥面配合,圆形刀片(18)位于圆形刀片座(35)上并通过圆形刀片压板(36)压紧,圆螺母(38)、圆螺母止动垫(37)将圆形刀片(18)、圆形刀片座(35)、圆形刀片压板(36)与圆形刀片轴(32)紧固;
所述控制驱动***(26)通过数据区驱动线(40)与主轴调速电机(2)、调速电机(9)、电磁离合器(10)、横向进给工作台(14)、纵向进给工作台(15)、机床升降台(16)相连,根据输入指令控制和驱动主轴调速电机(2)与调速电机(9)的变速和变向,电磁离合器(10)的开合,横向进给工作台(14)的里外移动、纵向进给工作台(15)的左右移动、机床升降台(16)的上下移动。
2.如权利要求1所述的差动无级调速多模式滚切机床,其特征是:将旋转刀盘(12)的转速记为n,圆形刀片(18)绕自身轴线主动旋转的转速记为nt,圆形刀片(18)的旋转线速度Vt与削速度V的比值为滚切速率比k,即其中,r为圆形刀片(18)半径,R为旋转刀盘(12)回转半径;
当断开电磁离合器(10)时,调速电机(9)不给圆形刀片(18)提供动力,圆形刀片(18)随旋转刀盘(12)一起做走刀运动时,圆形刀片(18)在工件、切屑摩擦力的推动下沿自身轴线被动旋转,此时的切削状态为“自滚切切削”;
自滚切切削处于理想状态,即只考虑工件、切屑摩擦力对圆形刀片(18)的推动,不考虑摩擦阻力及各转动件的转动惯量的影响时的k值记为ky,此时nt的转向定义为正向,nt的转向为正向时k为正值反之为负值;
k<0时的切削状态为“逆滚切切削”;
k=0时的切削状态为“普通切削”;
0<l<ky时的切削状态为“欠滚切切削”;
k趋近ky时的切削状态为“自滚切切削”;
k=ky时的切削状态为“纯自由滚切切削”;
k>ky时的切削状态为“过滚切切削”;
滚切加工时,k不断变化的切削状态为“变滚切速率比切削”。
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