CN104816160B - 一种车钻复合机床 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种用于大直径法兰盘等各类盘类零件加工的车钻复合机床，该复合机床包括底盘、床身、车削大拖板、钻削大拖板、主轴箱、主轴、液压卡盘、编码器、联轴器、减速机、旋转油缸、四刀位数控刀台、排屑机构、伺服电机、两个钻主轴箱、电控***、液压站、液压盘式制动器、复合钻头和吊装装置。该复合机床在一台机床上不需要配置多孔头就可以完成各种规格、类型的法兰盘的多孔加工，从而取代了多孔钻(多孔头)的专用机床，同时加工精度比专用机床加工明显提高。用该机床加工的产品精度高，孔的位置度、分度圆及孔径误差小。该复合机床减少人力、减少厂房占地面积、减少加工机床。
Description
技术领域
本发明涉及一种车钻复合机床，该车钻复合机床属于机械冷加工卧式高档重型数控机床(重约37吨)类，主要用于直径600～2400mm法兰盘的加工。还可以自动加工各类盘类零件，如齿圈，靠背轮等。
背景技术
现有法兰盘加工技术大体有两种：
1、通用机床的加工：即在车床(车削)和钻床(钻孔)两种机床完成，其缺点是：工件经过多次装卡定位精度低，在装卡时需多人辅助校正卡紧工件，校正精度低、用时长。而且，在校正时使用大锤敲打工件，造成工件变形大，对机床的损坏严重。加工时，每台机床至少应配备两个具有多年工作经验的操作工。当法兰盘上具有多个孔时，加工各孔时的分度精度低，也就是现有车削及钻孔的生产方式不但效率低而且还存在产品质量低、占用厂房面积大、用员工过多等缺点。
2、专用机床的加工(多孔钻床或多孔头)，其缺点是：
(1)设计、制造周期长、成本高。
(2)由于多孔加工切削力大，所以要求机床的刚性大、耗能大。
(3)需要大量的、多种规格的多孔头(采用可调式多孔头，调节麻烦、加工孔的精度低)。
(4)除了只解决孔的加工外，其余大体上仍存在通用机床的加工缺点。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明提供一种车钻复合机床，对诸如大型法兰盘的盘类零件可实现车钻一体加工，实现了一台机床相当于一个加工厂的现代机床设计理念，即在一台机床上一个零件一次性装夹就可完成零件的全部加工，这样消除了传统的法兰盘加工工艺及专用机床的缺陷。
为实现上述目的，本发明的车钻复合机床包括底盘、床身、车削大拖板、钻削大拖板、主轴箱、主轴、液压卡盘、编码器、联轴器、传动轴、主轴减速机、旋转油缸、四刀位数控刀台、排屑机构、伺服电机、两个钻主轴箱、电控***、液压站、液压盘式制动器、吊装装置和复合钻头，液压卡盘的转动及变速由伺服电机通过主轴减速机及电控***完成，液压卡盘的分度由伺服电机及电控***完成，液压卡盘的分度精度控制由编码器及电控***完成，液压盘式制动器及电控***控制主轴的夹紧和松开，床身安装于底盘上，车削大拖板和钻削大拖板均安装于床身上，主轴安装于主轴箱上，车削大拖板的上部设有中拖导轨，车削中拖板安装在车削大拖板的上面，吊装装置用于安装工件毛坯以及拆卸成品件，液压卡盘、主轴、传动轴和旋转油缸依次连接，编码器与主轴连接，主轴减速机安装于传动轴上，伺服电机与主轴减速机连接，四刀位数控刀台安装于车削中拖板上，在钻削大拖板设有两个中拖板，在中拖板上设置有小拖板，液压盘式制动器安装于主轴和传动轴的连接位置，联轴器用于连接主轴和传动轴，排屑机构是用于收集车钻复合机床产生的各种金属和非金属废屑，两个钻主轴箱安装于小拖板上，复合钻头安装于钻主轴箱上，液压站与旋转油缸、液压卡盘以及液压盘式制动器均连接。
另外，本发明的车钻复合机床还包括龙门式起吊设施，龙门式起吊设施包括用于安装工件毛坯的小车、和用于拆卸成品件的小车。
另外，本发明的车钻复合机床还包括通过液压缸及机械定心机构组合的工件安装时辅助装置，工件安装时辅助装置由液压缸、导向座、导向套、导向杆、万向调整体、支撑杆、调整座、调整块、可调定位块组成，导向套设置于导向座内，导向杆安装于导向套内，液压缸、导向杆、万向调整体、调整座及调整块顺次设置，导向杆的一端与液压缸连接，导向杆的另一端与支撑杆和万向调整体连接，支撑杆和万向调整体均固定安装于调整座上，调整座与调整块固定连接，可调定位块设置于调整块上远离调整座的一端。
复合钻头是钻孔、扩孔、镗孔的复合钻头。
车钻复合机床，法兰盘的直径为600～2400mm，选用钻孔、扩孔、镗孔的复合钻头，一次加工仅同时钻两个孔。
本发明的车钻复合机床具有下述优点：
1、在一台机床上不需要配置多孔头就可以完成各种规格、类型的法兰盘的多孔加工，从而取代了多孔钻(多孔头)的专用机床，与此同时加工精度比专用机床加工明显提高。
2、机床设置了工件毛坯自动安装、成品件自动拆卸装置，为确保工件毛坯安装快捷、定位准、节省人力，机床设置了辅助装置。
3、解决了孔加工分度问题(即液压卡盘在0°～360°内可获得任意角度)。
4、产品精度高，孔的位置度、分度圆及孔径误差均可达到±0.02mm。
5、自行设计了钻孔、扩孔、镗孔的复合钻头。
6、可实现单人同时操纵5～8台机床。
7、减少人力、减少厂房占地面积、减少加工机床。
附图说明
图1是本发明涉及的车钻复合机床的主视图。
图2是车钻复合机床的俯视图。
图3是工件的吊装图。
图4是显示工件顶紧机构的图。
图5是车钻复合机床的剖视图。
图6a、6b是显示法兰盘零件的视图，其中图6a是法兰盘零件的剖视图，图6b是法兰盘零件的主视图。
具体实施方式
下文，根据附图描述本发明的实施方式。
本发明的车钻复合机床包括底盘1、床身2、车削大拖板3、钻削大拖板4、主轴箱15、主轴16、液压卡盘17、编码器25、联轴器、传动轴37、主轴减速机22、旋转油缸23、四刀位数控刀台6、排屑机构、伺服电机21、两个钻主轴箱、电控***、液压站、液压盘式制动器24、工件安装时辅助装置14、吊装装置和复合钻头，主轴16安装于主轴箱15上，液压卡盘17、主轴16、传动轴37和旋转油缸23依次连接，编码器25与主轴16连接，伺服电机21与主轴减速机22连接，四刀位数控刀台6安装于车削中拖板5上，液压盘式制动器24安装于主轴16和传动轴37的连接位置，联轴器用于连接主轴16和传动轴37，排屑机构是用于收集车钻复合机床产生的各种金属和非金属废屑，两个钻主轴箱安装于小拖板9和10上，复合钻头安装于钻主轴箱上，液压站与旋转油缸23、液压卡盘17以及液压盘式制动器24均连接。
其中，底盘1由HT200铸铁整体铸造而成，床身2由HT300制成，其详细结构可参见图5。床身导轨的结构是自行设计的非标导轨，在保证良好的纵向导向性能的同时加大了横向负荷，导轨表面采用超音频淬火。为了提高导轨的耐磨性，加有耐磨的金属材料，车削大拖板3和钻削大拖板4在淬火硬度HRC60～65°的导轨上纵向移动。
在车削大拖板3的下部设有滑板、上部设有中拖导轨，车削中拖板5装在车削大拖板3的上面。车削时的纵向进给由车削大拖板3下部滑板与床身2上部导轨完成，横向进给由车削大拖板3上部导轨与车削中拖板5下部滑板完成，导轨的技术性能与床身导轨相同。工件的所有车削工序均由四刀位数控刀台6完成，其横、纵移动均由伺服电机及滚珠丝杆完成。
钻削大拖板4设有两个中拖板7、8(参照图5)，每个中拖板各设有小拖板9、10(参照图5)，两中拖板的作用是调整两孔中心距(即工件的分度圆直径)，各个小拖板的作用是完成工件钻孔时钻头进给(纵向)，中拖板的横向移动及小拖板的纵向移动均由伺服电机、滚珠丝杆完成，大拖板的纵向移动也由伺服电机及滚珠丝杆完成，其作用主要是调整钻削大拖板4的纵向位置。
主轴箱15的作用主要是用支撑主轴16，在主轴的前端安装有液压卡盘17，由于卧式机床卡盘及夹持的工件很重(卡盘及最重工件约3吨左右)，在配置轴承18、19的同时，配置大直径轴承20(型号：NU3184，内径420mm、外径700mm)，还配置了液压卡盘的辅助配置。
主轴电机21采用伺服电机，功率15～22KW，具体功率可根据用户实情而定。
主轴减速机22采用孔输出减速机，便于在传动轴37尾端安装旋转油缸23。
液压盘式制动器24用于防止因在钻孔时工件转动而影响产品质量并用于保护刀具，它是通过松紧主轴来实现上述功能，也就是钻孔时夹紧主轴，分度或车削时松开主轴，其结构采用长闭式。
编码器25用来检测工件分度误差，并通过其反馈信号，控制***自动调整误差。
下文参照图2和图4说明工件安装时辅助装置
工件安装时辅助装置14由液压缸26、导向座27、导向套28、导向杆29、万向调整体30、支撑杆31、调整座32、调整块33和34、可调定位块35和36组成，其前后移动由液压缸及导向体完成，根据要夹持工件的直径由可调定位调整完成(手动)。由于工件夹持直径的范围大(600～2400mm)，所以调整块33、34两层次的调整加大了调整范围(手动)，定位块35用于夹持工件外径，定位块36用于撑工件内孔，万向调整体及支撑杆用于自动调整工件的倾斜度。导向杆29的自动往复运动被液压站自动控制，并由液压缸26完成，导向套设置于导向座内，导向杆安装于导向套内，液压缸、导向杆、万向调整体、调整座及调整块顺次设置，导向杆的一端与液压缸连接，导向杆的另一端与支撑杆和万向调整体连接，支撑杆和万向调整体均固定安装于调整座上，调整座与调整块固定连接，可调定位块设置于调整块上远离调整座的一端。
复合钻头是钻孔、扩孔、镗孔的复合钻头。
车钻复合机床，法兰盘的直径为600～2400mm，选用钻孔、扩孔、镗孔的复合钻头，一次加工仅同时钻两个孔。
下文参照图3介绍工件的吊装装置。
龙门吊11上面的小车12用于安装工件毛坯，小车13用于拆卸成品件，它们的横向及上下定位均由***自动控制。
下文参照图3和图4介绍工件毛坯的装夹及成品的拆卸。
工件毛坯的装夹：由小车12吊动工件自动快速移至液压卡盘卡爪旁，图4所示的工件安装辅助装置分预顶、紧顶两个动作将毛坯件顶入卡爪内，然后液压卡盘分预夹紧、夹紧两个过程将工件夹紧。成品件拆卸是由小车13完成的，小车12、13均由自动定位设置。
下文参照图1和图2来说明液压卡盘17。
其中，液压卡盘17的松开与夹紧是油路通过旋转油缸23再经过传动轴37和主轴16的内腔注入液压卡盘，传动轴37和主轴16的内腔油管装有防止油管缠绕设置，液压自动控制由液压站的自动化***完成。
而且，液压卡盘17的分度是由伺服电机21及电控***完成。
而且，液压卡盘17的分度精度控制是由编码器25及电控***完成。
液压卡盘17的转动及变速是由伺服电机21通过主轴减速机22及电控***完成。
在进行钻孔加工时，由液压盘式制动器24及电控***控制来防止工件的转动。即工作时夹紧主轴，分度及车削加工时松开主轴。
下文对各种电机功率进行简单说明。
车主轴电机功率为15～22KW(根据客户需求而定)。钻主轴伺服电机功率为11KW。钻纵向进给伺服电机3KW。车削横、纵向进给电机均为3KW。
下文介绍工件的车削加工：
工件的车削：分两道工序。(见图6a、6b法兰盘零件)
第一道工序：撑持工件毛坯内孔。
A：粗车端面见光
B：(1)、粗车外圆留精余量1mm(单面)。
(2)、精车外圆Ф2425至尺寸要求。
(3)、倒角至要求。
C：(1)、精车端至尺寸要求。
(2)、车台阶深6mm，保证尺寸Ф2092。
第二道工序：夹持外圆Ф2425处。
A：粗、精车内孔Ф2000至尺寸要求。
B：粗、精车端面至要求，保证尺寸198。
C：粗、精锥面至尺寸要求，保证尺寸Ф2150。
D：各部倒角至要求尺寸。
下文介绍工件的钻孔：
钻头的选择：选择自行设计的钻孔、扩孔、镗孔的复合钻头。
A：钻削部分采用双螺旋内孔冷浅孔钻。
B：硬质合金可转位刀片采用模块式。
C：刀片的供应商根据加工件的实情而定。
钻孔工序：
A、制动器夹紧主轴。
B、两钻头通过钻中拖快速移至工件。
C、钻头慢速切入工件。
D、两钻头正常切削。
E、钻头慢速切出工件。
F、钻头退出工件。
G、制动器松开。
H、液压卡盘通过伺服电机按设定角度分度。
I、钻头再次切入工件，依次循环，直至完成各孔加工。
Claims (5)
1.一种车钻复合机床，包括底盘(1)、床身(2)、车削大拖板(3)、钻削大拖板(4)、主轴箱、主轴、传动轴、液压卡盘、编码器、联轴器、主轴减速机、旋转油缸、四刀位数控刀台、排屑机构、伺服电机、两个钻主轴箱、电控***、液压站、液压盘式制动器、吊装装置和复合钻头，所述床身安装于所述底盘上，所述车削大拖板和所述钻削大拖板均安装于所述床身上，所述主轴安装于所述主轴箱上，所述液压卡盘、所述主轴、所述传动轴和所述旋转油缸依次连接，所述主轴箱用于支撑所述主轴，所述编码器与所述主轴连接，所述主轴减速机安装于所述传动轴上，所述伺服电机与所述主轴减速机连接，所述车削大拖板(3)的上部设有中拖导轨，车削中拖板(5)安装在所述车削大拖板的上面，所述四刀位数控刀台安装于所述车削中拖板上，所述液压盘式制动器安装于所述主轴和所述传动轴的连接位置，所述吊装装置用于安装工件毛坯以及拆卸成品件，所述液压卡盘的转动及变速由所述伺服电机通过所述主轴减速机及所述电控***完成，所述液压卡盘的分度由所述伺服电机及所述电控***完成，所述液压卡盘的分度精度控制由所述编码器及所述电控***完成，所述液压盘式制动器及所述电控***控制所述主轴的夹紧和松开，在钻削大拖板(4)设有两个中拖板(7、8)，在所述中拖板上设置有小拖板(9、10)，所述联轴器用于连接所述主轴和所述传动轴，所述排屑机构是用于收集车钻复合机床产生的各种金属和非金属废屑，两个所述钻主轴箱安装于小拖板(9、10)上，所述复合钻头安装于所述钻主轴箱上，所述液压站与所述旋转油缸、所述液压卡盘以及所述液压盘式制动器均连接。
2.根据权利要求1所述的车钻复合机床，其特征在于，所述吊装装置是龙门式起吊设施(11)，所述龙门式起吊设施包括用于安装工件毛坯的小车(12)、和用于拆卸成品件的小车(13)。
3.根据权利要求1所述的车钻复合机床，其特征在于，还包括工件安装时辅助装置(14)，所述工件安装时辅助装置由液压缸、导向座、导向套、导向杆、万向调整体、支撑杆、调整座、调整块、可调定位块组成，所述导向套设置于所述导向座内，所述导向杆安装于所述导向套内，所述液压缸、所述导向杆、所述万向调整体、所述调整座及所述调整块顺次设置，所述导向杆的一端与所述液压缸连接，所述导向杆的另一端与所述支撑杆和所述万向调整体连接，所述支撑杆和所述万向调整体均固定安装于所述调整座上，所述调整座与所述调整块固定连接，所述可调定位块设置于所述调整块上远离所述调整座的一端。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的车钻复合机床，其特征在于，所述复合钻头是钻孔、扩孔、镗孔的复合钻头。
5.一种法兰盘的车钻加工方法，其特征在于，使用权利要求1中所述的车钻复合机床，法兰盘的直径为600～2400mm，选用钻孔、扩孔、镗孔的复合钻头，一次加工仅同时钻两个孔。
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