CN1308105C - 活塞环内外圆数控仿形立式车床 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种活塞环内外圆数控仿形立式车床，床座上设有一门式立柱，立柱内设有整体框式滑架车头、由伺服电机经升降器驱动其上下运动，在所述的车头上设有同轴心的上主轴和下主轴、由主运动伺服电机同步驱动，在所述的上主轴上还设有压紧油缸与主轴直连编码器组合装置，伺服刀架的底板装在立柱背面，伺服刀架的底板上安装有由仿形伺服电机柔性传动作水平方向运动的滑板、其上装有外圆车刀座和内圆镗杆座，所述的主运动伺服电机、仿形伺服电机和升降伺服电机由数控系统关联控制。是一种将活塞环外圆数据输入计算机，并通过快速伺服机构实现车刀的运动，达到精加工活塞环异形内外圆目的活塞环内外圆数控仿形立式车床。

Description

活塞环内外圆数控仿形立式车床

                     技术领域

本发明涉及一种数控仿形车床，特别是涉及一种活塞环内外圆数控仿形立式车床，是一种立式复杂形面特种数控活塞环加工机床，用于活塞环内外异形圆的车削。

                     背景技术

随着社会环保意识的增强，国内外的汽车尾气排放标准日趋严格，目前我国《轻型汽车污染物限值及测量方法(I)》排放限值相当于欧I限值，很快就要实行欧II限值，2005年北京，上海，广州将实施欧III限值。这就对汽车发动机提出了更高的要求。

汽车发动机的性能要求日益提高，活塞环是发动机中的关键件，新型活塞环的外圆面和内圆面设计成特定的椭圆型线，其形状和尺寸是渐变的，有正椭圆、负椭圆或变椭圆等，这类异形圆用普通的数控车床是不能加工的。

目前国内外加工活塞环异形内外圆主要靠凸轮仿形。如德国格兹公司的卧式车床，瑞士的立式活塞环内外圆车床。利用一组精密的标准凸轮，经机械传动或液压传动控制车刀车出活塞环的异形内外圆。这种方法的缺点是凸轮本身加工比较困难，成本高；所有型号的活塞环只用一组凸轮，本身就是近似的；由于磨擦传动，磨损和间隙造成的误差是不可忽略的；随着对活塞环性能要求的提高和材料、工艺的变化需要研究新的活塞环形线，凸轮仿形难以应付。

                     发明内容

本发明所要解决的技术问题是在于摆脱凸轮仿形带来的诸多弊端，提供一种将活塞环内外圆形线数据放在计算机中，并通过快速伺服机构实现车刀的运动，达到精加工活塞环异形内外圆目的的活塞环内外圆数控仿形立式车床。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种活塞环内外圆数控仿形立式车床，在床座上设有一门式箱体立柱，在所述的门式箱体立柱的门框内设有由伺服升降器驱动沿其上下滑动的整体框式滑架车头，在所述的整体框式滑架车头上垂直同轴设有由主运动伺服电机同步驱动的上主轴和下主轴，所述的整体框式滑架车头还设有主轴轴向压紧装置，所述的下主轴为空心轴，伺服刀架组合底板固装在所述的门式箱体立柱上，在所述的伺服刀架组合底板上安装有由仿形伺服电机驱动沿其水平滑动的滑板，在所述的滑板上安装有处于主轴同一径向面的外圆车刀和与所述的下主轴同轴的镗刀，所述的仿形伺服电机、主运动伺服电机、伺服升降器的伺服电机与数控系统联接，所述的伺服升降器结构是升降器箱设在所述的门式箱体立柱顶部，伺服电机设在升降器箱上，伺服电机通过传动键、小同步带轮、同步带、大同步带轮与滚动螺母传动联接，滚动螺母通过三组合轴承、套安装在升降器箱上，滚动丝杆安装在滚动螺母内并通过联接套与整体框式滑架车头联接。

作为本发明的一种改进，在所述的床座上设有铣工作台，在所述的门式箱体立柱侧壁上设有油缸驱动移动夹具沿所述的门式箱体立柱侧壁的镶钢导轨上下运动，在所述的移动夹具顶端设有将铣加工环叠压紧的随行油缸，在铣工作台上分别通过铣头位置和角度调节装置设有左铣头和右铣头。

采用上述技术方案的活塞环内外圆数控仿形立式车床，车加工的活塞环叠被压紧在上、下主轴之间，主运动伺服电机驱动活塞环叠转动；伺服升降器带动整体框式滑架车头垂直移动；仿形伺服电机驱动外圆车刀和镗刀作径向仿形运动，从而实现活塞环叠内外圆数控仿形车削加工。铣削工位设置在立柱侧壁，由油缸驱动移动夹具沿立柱左侧的镶钢导轨上下运动。夹具顶端的随行油缸将铣加工环叠压紧，左、右铣头同时铣削活塞环开口的两边。

本发明在同一床身上设有活塞环内外圆车削和活塞环开口铣削两个工位。车削工位包括整体框式滑架车头、伺服升降器、液压平衡装置、伺服刀架组合和液压驱动的移动夹具等。铣削工位包括移动夹具及其驱动装置、铣头、调控装置等。数控系统软硬件具有良好的人机界面并保证机床各部件按相应程序协调工作。

本发明的特点是：取消以往惯用的凸轮及其传动机构，机床结构大大简化，工件的加工精度、辅助调试工作都得到改善；将活塞环内外圆数据放在计算机里，每一型号的活塞环对应一种数据，调用方便，而且可以根据实际情况随时修改数据，以提高活塞环的使用性能；伺服刀架组合采用交流伺服电机和无间隙的柔性传动，精度高、响应快；机床为多工位，车铣在同一机床上，操作方便，生产效率高；采用整体框式滑架车头，改善机床的刚度和使用寿命。

主运动伺服电机装在门式箱体立柱顶上，经减速机由联轴器将运动输入整体框式滑架车头的传动输入轴，传动轴上、下两个齿轮分别经中间过轮传动整体框式滑架车头中的上、下主轴。

伺服升降器也装在门式箱体立柱顶上，由滚动丝杆带动整体框式滑架车头上、下移动。

与整体框式滑架车头联接的平衡油缸安装在立柱顶部，可调节油压力来设定油缸的拉力，平衡整体框式滑架车头的重力，减小伺服升降器的负荷。

伺服刀架组合底板从背面装入门式箱体立柱。调节丝杆装在门式箱体立柱的右后角，配有刻度盘，用来调节车加工直径尺寸。伺服电机接受数控系统的指令转动一定的角度，偏心轴套和板形柔性传动件的作用是将电机转角转换为滑板的直线位移，改变镗刀和车刀相对于活塞环叠的径向位置。伺服电机的转角规律转换为活塞环的内外圆形线。

所述的主轴轴向压紧装置为在滑架本体内设有与上主轴同轴的中心轴，在中心轴与滑架本体之间设有油缸，活塞与上主轴同轴套装在所述的中心轴上。

综上所述，本发明是一种将活塞环内外圆形线数据放在计算机中，并通过快速伺服机构实现车刀的运动，达到精加工活塞环异形内外圆目的的活塞环内外圆数控仿形立式车床。

                     附图说明

图1是本发明结构示意图；

图2是本发明结构侧面示意图；

图3是整体框式滑架车头结构示意图；

图4是图3中B--B向剖视图；

图5是图4中A--A向剖视图；

图6是伺服升降器结构示意图；

图7是伺服升降器结构俯视示意图；

图8是伺服刀架组合底板结构示意图；

图9是伺服刀架组合底板结构俯视图。

                      具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细说明。

参见图1，床座1为宽体箱形铸件，是机床的基础件，车削工位和铣削工位均设置在床座上，床座里设置了冷却液排屑通道。

门式箱体立柱2是一个由优质钢板焊接而成的门式箱体，安装在床座1上。其左侧是活塞环铣开口工位，立面上的镶钢导轨用来安装移动夹具15；中间是活塞环车削工位，门内设有左滚动导轨39和右滚动导轨31，整体框式滑架车头5就在其中运动。

活塞环内外圆伺服刀架组合的伺服刀架组合底板3从背面装入门式箱体立柱2，伺服刀架组合底板3的滑板110上装有镗杆座19和外圆刀夹13，分别用来装夹内圆镗杆和外圆车刀。

调节丝杆4装在门式箱体立柱2的右后侧，用来调节车加工直径尺寸。

整体框式滑架车头5能沿门式箱体立柱2内侧的左、右滚动导轨39、31上下移动，主伺服电机8的运动经减速机7和联轴器59输入整体框式滑架车头5的传动输入轴35。传动输入轴35上下两个齿轮分别经中间过轮将运动传到整体框式滑架车头5中的上下主轴33、79。

车加工活塞环叠6压紧在整体框式滑架车头5的上、下主轴的上、下顶盘41、43之间。

平衡油缸9安装在门式箱体立柱2顶部，可调节油压力来设定油缸的拉力，平衡整体框式滑架车头5的重力。

伺服升降器11装在门式箱体立柱2顶上，伺服电机10经同步带轮带动滚丝杆副的滚动螺母，使丝杆上下移动，经联结器带动整体框式滑架车头5上下移动，实现车削走刀。

操作平台17的设置是为了便于活塞环叠工位之间的转换，减轻劳动强度。

铣台座20紧靠门式箱体立柱2左侧固定在床座1上。

参见附图2，右铣头18和左铣头25成对地装在铣工作台26上并分别设有角度调节转板和位置调节滑板。

铣削工位设置在立柱左侧，由油缸12驱动移动夹具15沿门式箱体立柱2左侧的镶钢导轨上下运动。移动夹具15顶端的随行油缸14将铣加工环叠16压紧，左铣头25和右铣头18同时铣削活塞环开口的两边，两个铣头各有一个电机驱动，铣头固定在铣工作台上26，铣头的位置和角度可以分别调节。调速控制阀24用来控制铣削工进和快进。

液压系统泵站27，为本机床提供液压动力：车工位活塞环压紧、滑架车头的重力平衡、铣工位活塞环叠压紧、铣工位移动夹具的送刀。

机床的全封闭外防护21用来保证安全清洁生产，美化造型。悬挂式按纽站22位于机床左前方，开门气缸23，移动夹具的调速控制阀24，铣加工状态的活塞环叠16，是液压系统泵站27。

参见附图3、图4和图5，整体框式滑架车头5的滑架本体28是一个封闭的框形铸钢件箱体，通过四个滚动滑块30、32、40、42，左右滚动导轨39、31与机床门式箱体立柱2连接。传动轴35装在滑架本体28中。中心轴38的上端安装有主轴编码器37。与中心轴38相连的有主油缸固定套36、上主轴承座34、上主轴33和上顶盘41。滑架本体28下方装有下顶盘43和下法兰盘44。传动轴35通过轴承安装在滑架本体28中，其顶端通过联轴器59与主伺服电机8和减速机7相接，传动轴35的装有上传动齿轮48和下传动齿轮47。上中间轴57和下中间轴81上分别装有中间齿轮54、46。油缸68装在油缸固定套36内，活塞64用定位销61防止转动。上主轴套齿轮71与上传动齿轮48啮合，并通过键70将扭矩传递给上主轴33。中心轴38固定在油缸68上，其下端装有圆螺母55，止推轴承58，复位弹簧53。上顶盘41联接在上主轴33的定心止口上，并采用了定位传动销72。

下主轴79通过轴承77、80、75，下主轴承座74与滑架本体28相连，下主轴79为能同轴穿过镗杆117的空心轴，下主轴套齿轮76与中间齿轮46啮合，并通过键将扭矩传递给下主轴79。下顶盘43联接在下主轴79的定心止口上，并采用了定位传动销50。

51是定位传动法兰，52是滚动花键副，63是支承滚动花键的滚动轴承，65是支承上主轴套的滚动轴承，66是推力圆柱滚子轴承，67是轴承座，69是滚动轴承。

主伺服电机8的转动经联轴器59和减速机7输入传动轴35，传动轴35上的上传动齿轮48和下传动齿轮47经中间齿轮54、46分别传动上主轴套齿轮71和下主轴套齿轮76。上、下主轴套71、76齿轮由传动键将运动分别传递给上主轴33和下主轴79。

活塞环叠6置于上、下顶盘41、43中间，当压力油从定向销孔61进入油缸，推动活塞64沿中心轴38下移，推动轴承座67、推力圆柱滚子轴承66下移，将压紧力传传递给上主轴33至上顶盘41，便将活塞环叠6压紧，并依靠压紧力形成的摩擦力使活塞环叠6与上、下顶盘41、43同步转动。

另由伺服升降器11驱动整体框式滑架车头5在左、右滚动导轨39、31中上、下移动，形成车削运动。

参见图6和图7，伺服电机93设在升降器箱82上，伺服电机93通过传动键98、小同步带轮97、同步带99、大同步带轮100与滚动螺母85传动联接，滚动螺母85通过三组合轴承88、套90安装在升降器箱82上，滚动丝杆92安装在滚动螺母85内并通过联接套83与整体框式滑架车头5联接。

升降器箱82的伺服电机93由控制指令驱动，经同步带99传递到滚动螺母85，滚动螺母85转动使丝杆92升降，由联接套83带动整体框式滑架车头5按控制指令升降运动。

参见图8和图9，伺服刀架组合底板3通过螺钉106固定在机床门式箱体立柱2的后侧，在伺服刀架组合底板3上安装两条水平直线导轨副的导轨113。滑板110上安装四个直线导轨副的滑块112，在滑板110上装有外圆车刀座111和镗杆座19，外圆车刀座111上安装外圆刀夹13和外圆车刀115，镗杆座19上安装镗杆117和镗刀116。仿形伺服电机102安装在伺服刀架组合底板3上，在仿形伺服电机102的输出轴上装有偏心轴套107，连接件109的内孔与偏心轴套用轴承108连接，其另一端用螺钉104、定位销105与板形柔性传动件103固联。板状柔性传动件103的另一端用螺钉和定位销与滑板110连接。

仿形伺服电机接受数控系统的指令转动一定的角度，偏心轴套107和板形柔性传动件103的作用是将电机转角转换为滑板110的直线位移，改变镗刀116和车刀115相对于活塞环叠6的径向位置。仿形伺服电机102的转角规律转换为活塞环的内外圆形线。

润滑与密封是机床上的重要设置，本机床设置了自动润滑泵站，运动件、传动件各润滑的点采用自动润滑。

为了做到清洁生产，加工区全封闭防护、大流量冷却液冲刷排屑，冷却。

本机床可以配置在线测量装置。

机床的操作与编程是由控制系统来进行的，本机床控制系统采用精密数控系统和一体化工作站的组合，要求界面友好，接口灵活，编程容易，操作简单，而且系统可靠性高，稳定性好。

编程和测量工作都是在机床上进行的。起动程序，按活塞环图纸要求输入活塞环参数和选择加工参数，数控系统自动形成加工时的控制数据(已加工过的产品只需调用原数据)；加工后利用在线测量装置测量实际加工尺寸，可以显示加工误差；可以根据误差修正控制数据，以提高工件的加工精度。

加工活塞环叠内外圆、铣开口工步过程如下：

车工位：

(N1)将待加工活塞环在理环器上理料后用环夹夹持置于滑架位于原位的上、下顶盘41、43之间定位，→(N2)预压紧检查→(N3)检查无误起压压紧→(N4)关闭防护门→(N5)程序启动→(N6)主运动伺服电机8启动→(N7)仿形伺服电机102启动→(N8)检测零位和刀位→(N9)升降伺服电机启动下行到零位→(N10)开车削冷却水→(N11)升降伺服电机工进→(N12)工进到位→(N13)主运动伺服电机减速→(N14)主运动伺服电机定角零点停车→(N15)仿形伺服电机跟随停车→(N16)升降伺服电机快速返回→(N17)关车削冷却水→(N18)回零位自动开车工位门→(N19)人工用夹环器定位夹紧已车活塞环→(N20)手动按纽松开下环完成一组车加工→(N1)装上下一叠件待车加工的活塞环叠。

铣工位：

(N1)将车加工完的活塞环叠环夹持置于铣工位零位的上、下压板之间定位，→(N2)压紧→(N3)关自动门→(N4)铣切冷却开→(N5)左、右铣头同时启动→(N6)夹具下行快进→(N7)夹具下行工进→(N8)夹具工进到位停→(N9)夹具上行快退至原位→(N10)铣刀电机停→(N11)铣切冷却停→(N12)开门，取下加工完成的一叠活塞环→(N1)装上下一叠件待铣加工的活塞环叠。

Claims (2)

1、一种活塞环内外圆数控仿形立式车床，在床座(1)上设有一门式箱体立柱(2)，在所述的门式箱体立柱(2)的门框内设有由伺服升降器(11)驱动沿其上下滑动的整体框式滑架车头(5)，在所述的整体框式滑架车头(5)上垂直同轴设有由主运动伺服电机(8)同步驱动的上主轴(33)和下主轴(79)，所述的下主轴(79)为空心轴，所述的整体框式滑架车头(5)还设有主轴轴向压紧装置，伺服刀架组合底板(3)固装在所述的门式箱体立柱(2)上，在所述的伺服刀架组合底板(3)上安装有由仿形伺服电机(102)驱动水平滑动的滑板(110)，在所述的滑板(110)上安装有处于主轴同一径向面的外圆车刀(115)和与所述的下主轴(79)同轴的镗刀(116)，所述的仿形伺服电机(102)、主运动伺服电机(8)、伺服升降器(11)的伺服电机(10)与数控系统联接，其特征是：所述的伺服升降器(11)结构是升降器箱(82)设在所述的门式箱体立柱(2)顶部，伺服电机(93)设在升降器箱(82)上，伺服电机(93)通过传动键(98)、小同步带轮(97)、同步带(99)、大同步带轮(100)与滚动螺母(85)传动联接，滚动螺母(85)通过三组合轴承(88)、套(90)安装在升降器箱(82)上，滚动丝杆(92)安装在滚动螺母(85)内并通过联接套(83)与整体框式滑架车头(5)联接。

2、根据权利要求1所述的活塞环内外圆数控仿形立式车床，其特征是：所述的主轴轴向压紧装置为在滑架本体(28)内设有与上主轴(33)同轴的中心轴(38)，在中心轴(38)与滑架本体(28)之间设有油缸(68)，活塞(64)与上主轴(33)同轴套装在所述的中心轴(38)上。

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