專利名稱：大直徑多工位可調(diào)式高效高精度數(shù)控鉆床的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及加工大直徑工件的深孔的數(shù)控鉆床，特別
是加工風(fēng)力發(fā)電機(jī)變漿軸承內(nèi)圈和外圈的深孔。屬車削、鏜削類(B23B)、控 制或調(diào)節(jié)系統(tǒng)類(G05B)。
(二) 背景技術(shù)
作為可再生能源之一的風(fēng)力發(fā)電，我國擁有巨大的儲量及可開發(fā)量，由此
對高效制造風(fēng)力發(fā)電機(jī)提上日程。風(fēng)力發(fā)電機(jī)變漿軸承直徑約為2.5M，軸承 內(nèi)圈和外圈沿周向各有一組深孔，孔徑為4>33，深度L達(dá)132mm(為軸承高度 方向通孔)，周向一組加工孔數(shù)量m為102個(gè)，位置度要求>0.4。根據(jù)以往的 生產(chǎn)規(guī)律，選用4臺搖臂鉆床，至少2名操作工，加上輔助時(shí)間需要14小時(shí) /件，而且很難達(dá)到圖樣要求，報(bào)廢率高。若采用大型加工中心進(jìn)行加工，是 可以達(dá)到生產(chǎn)要求，但是加工成本過于昂貴。由于上述問題的存在，對這種 大直徑大數(shù)量的深孔加工采用傳統(tǒng)的搖臂鉆床和大型加工中心加工既滿足不 了產(chǎn)品要求，也滿足不了用戶的需求。因此必須自行設(shè)計(jì)開發(fā)滿足加工精度、 生產(chǎn)效率和資金投入要求的新型數(shù)控鉆床。
發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型提出的大直徑多工位可調(diào)式高效高精度數(shù)控鉆床，就是解決上 述大直徑大數(shù)量的深孔加工釆用傳統(tǒng)的搖臂鉆床和大型加工中心工不能滿足 產(chǎn)品要求和用戶需求的問題。提供一種高效率高精度且資金投入低的新型數(shù) 控鉆床。其技術(shù)方案如下
A. 中心底部設(shè)由轉(zhuǎn)臺伺服電機(jī)1.1和轉(zhuǎn)動(dòng)傳動(dòng)件驅(qū)動(dòng)的數(shù)控水平轉(zhuǎn)臺1;數(shù) 控水平轉(zhuǎn)臺上放隨其轉(zhuǎn)動(dòng)的工件3和固定工件的工裝2;圍繞轉(zhuǎn)臺周向均布2-6 工位加工體，每工位加工體內(nèi)設(shè)主軸動(dòng)力頭4、立柱5以及動(dòng)力頭和立柱間裝 設(shè)的十字滑臺6;立柱5下面設(shè)下滑臺7和下滑臺安裝地板8，下滑臺7與立柱 連為一體，設(shè)驅(qū)動(dòng)立柱和動(dòng)力頭共同水平徑向X位移的徑向進(jìn)給電機(jī)7.1和徑 向傳動(dòng)件；十字滑臺6設(shè)有相對立柱豎向Z向移動(dòng)的豎向滑板6.1和水平橫向 Y移動(dòng)的橫向滑板6.2 ，其豎向滑板6.1和橫向滑板6.2放在與立柱相配合的 立柱滑槽中，十字滑臺6固定于主軸動(dòng)力頭4 ，并設(shè)驅(qū)動(dòng)豎向滑板6.1豎向進(jìn) 給移動(dòng)的豎向進(jìn)給電機(jī)6.4 、6.5和豎向傳動(dòng)件；同時(shí)設(shè)有橫向Y手動(dòng)裝置6.3 。
B. 主軸動(dòng)力頭4從上至下設(shè)有驅(qū)動(dòng)用變頻電機(jī)4.1、順次傳動(dòng)連接的傳動(dòng)裝 置4.2、鉆削頭4.3以及內(nèi)冷式機(jī)夾螺旋鉆頭刀具4.4。
上述組合鉆床控制系統(tǒng)及其它優(yōu)化具體結(jié)構(gòu)
以下結(jié)合附圖再詳細(xì)描述。
本實(shí)用新型有益效果
① 實(shí)現(xiàn)了大直徑工件多工位的鉆孔加工，提高加工效率2-6倍，且總體結(jié)構(gòu) 簡單，為滿足所需求的高效率和低投入提供了一種優(yōu)化組合的組合鉆床。
② 可調(diào)式功能可通過以下方式實(shí)現(xiàn)設(shè)十字滑板，通過其內(nèi)豎向滑板6.1用
進(jìn)給電機(jī)調(diào)整不同工件厚度時(shí)鉆頭高度位置；并可單獨(dú)用手動(dòng)裝置6.3通過橫 向滑板6.2調(diào)整鉆頭與工件相對周向(Y向)位置，以適應(yīng)工件孔距變化。通過 手動(dòng)裝置7.2調(diào)正下滑臺徑向位置，立柱和主軸動(dòng)力頭在下滑臺的拖動(dòng)下沿水 平徑向移動(dòng)以適應(yīng)工件直徑的變化，下滑臺的行程為630mm，所以可加工工件 的尺寸范圍是(1.5m-3.5m)。靈活地實(shí)現(xiàn)加工不同葺徑、中心距孔距和厚度的 工件，達(dá)到專機(jī)多用目的。
③ 由于要達(dá)到專機(jī)多用目的，結(jié)合鉆頭的轉(zhuǎn)速要求，不同孔徑的工件對鉆 頭的轉(zhuǎn)速要求也是不同的，所以為保證加工的高效性和靈活性，主軸選用7.5kw 交流變頻電機(jī)4.1進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的無級調(diào)速。
④ 鉆頭釆用內(nèi)冷式機(jī)夾螺旋鉆頭，平均線切削速度為80-100m/min，每圈 進(jìn)給0.07-0.lmm/r，以達(dá)到快速進(jìn)給的目的。
⑤ 數(shù)控水平轉(zhuǎn)臺用蝸輪蝸桿傳動(dòng)，分度精度小于15"。
⑥ 采用先進(jìn)的802C數(shù)控系統(tǒng)可精確控制轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)精度和提高整臺設(shè)備的 可靠性。
⑦ 為實(shí)現(xiàn)高速鉆孔加工必須具備轉(zhuǎn)臺的轉(zhuǎn)動(dòng)和刀具的移動(dòng)，這兩個(gè)控制部 分可是獨(dú)立的，但為了提高效率和方便操作工的操作可把兩個(gè)部分結(jié)合起來， 統(tǒng)一控制。在設(shè)計(jì)時(shí)將802C系統(tǒng)CNC處理器和可編程序控制器PLC端口連 接，使前者接受后者信號，便實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)運(yùn)動(dòng)部分的協(xié)同運(yùn)動(dòng)。采用智能數(shù)控 系統(tǒng)控制，使2-6個(gè)立柱鉆頭與回轉(zhuǎn)工作臺在數(shù)控系統(tǒng)地統(tǒng)一控制下，進(jìn)行連 續(xù)精確的高速鉆孔，有效保證了加工過程的高精度，高效性。
⑧單個(gè)鉆頭的加工工時(shí)計(jì)算如下 S = fn = 0.07x 900 = 63mm/min; t=L/S=l 32/63-2.1 minT = fxm=2.1x102 = 215min
整臺設(shè)備加工完一套工件的工時(shí)為T1=T/3 = 72min (3工位)加上輔助時(shí)間 30min所以加工完一套工件的時(shí)間大概為100分鐘。通過以上設(shè)計(jì)，采用本專 用鉆床加工的零件，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過工藝要求。加工時(shí)間由原來的28小時(shí)/套，減
少到現(xiàn)在的100分種/套，工效提高了16.7倍。如每天加工6套零件，按二班 制生產(chǎn)，需要24臺原鉆床12名操作人員，才能達(dá)到用戶需求，現(xiàn)在采用本 專用鉆床僅需要1名操作人員，1臺鉆床就可以完成任務(wù),且產(chǎn)品各項(xiàng)精度指 標(biāo)均超過圖樣要求，由此采用本實(shí)用新型大直徑多工位可調(diào)式高效高精度數(shù) 控鉆床，節(jié)約了加工時(shí)間，減少加工人力，降低整個(gè)加工成本。
(四)
圖l本實(shí)用新型總體布置示意圖(俯視) 圖2圖1 A向視歐每工位加工體視圖) 圖3十字滑板6中豎向滑板6.1滑動(dòng)位置示意圖 圖4十字滑板6中橫向滑板6.2滑動(dòng)位置示意圖 '圖5內(nèi)冷式機(jī)夾螺旋鉆頭4.4圖示 圖6 控制系統(tǒng)電路框圖 圖7 控制系統(tǒng)流程圖
具體實(shí)施方式
見圖1，圖2，本實(shí)施例采用三工位數(shù)控鉆床，總結(jié)構(gòu)布置如下 中心底部設(shè)轉(zhuǎn)臺電機(jī)1.1和高精度蝸輪蝸桿驅(qū)動(dòng)的數(shù)控水平轉(zhuǎn)臺1,轉(zhuǎn)臺下 面有轉(zhuǎn)臺安裝底板1.2;轉(zhuǎn)臺上放可隨其轉(zhuǎn)動(dòng)的工件3和固定工件的工裝2;圍 繞轉(zhuǎn)臺周向均布三工位加工體，每工位加工體內(nèi)設(shè)主軸動(dòng)力頭4、立柱5和在 兩者間的十字滑臺6。立柱下面裝下滑臺7和下滑臺安裝地板8。下滑臺7與 立柱5連為一體。加工時(shí)，水平徑向進(jìn)給是由徑向進(jìn)給電機(jī)7.1驅(qū)動(dòng)，經(jīng)徑向傳 動(dòng)件絲杠帶動(dòng)立柱和主軸動(dòng)力頭一同水平徑向(X向)位移而實(shí)現(xiàn)。當(dāng)加工工件 直徑變化，如風(fēng)力發(fā)電軸承內(nèi)圈通孔和外圈通孔所處直徑變化，可用手動(dòng)裝置 7.2調(diào)整下滑臺徑向位移，并配有鎖緊裝置。下滑臺7徑向移動(dòng)是相對下滑臺 安裝地板8移動(dòng)。
見圖2、圖3和圖4，十字滑臺6內(nèi)設(shè)有相對立柱豎向Z向移動(dòng)的豎向滑板 6.1和水平橫向Y向移動(dòng)的橫向滑板6.2,兩者放在與立柱上相配合滑動(dòng)的立柱 滑槽中，整個(gè)十字滑臺6固定于主軸動(dòng)力頭4上。加工時(shí),豎向滑板6.1的豎向 進(jìn)給移動(dòng)(見圖3，豎向行程Z6)由豎向進(jìn)給電機(jī)6.4和6.5驅(qū)動(dòng)經(jīng)豎向傳動(dòng)件絲 杠帶動(dòng)鉆頭4.4快進(jìn)和工進(jìn)；當(dāng)工件的厚度變化時(shí)，控制進(jìn)給電機(jī)6.5調(diào)整鉆頭 高度位置。當(dāng)加工工件的孔距變化(如風(fēng)力發(fā)電軸承內(nèi)圈通孔和外圈通孔孔距變 化)，則用手動(dòng)裝置6.3調(diào)整橫向滑板6.2橫向Y向移動(dòng)(見圖4，橫向行程Y6)， 即使主軸動(dòng)力頭4相對立柱5周向移動(dòng)，然后鎖緊。
見圖2,主軸動(dòng)力頭4從上至下設(shè)有驅(qū)動(dòng)用變頻電機(jī)4.1、順次傳動(dòng)連接的 傳動(dòng)裝置4.2、鉆削頭4.3以及內(nèi)冷式機(jī)夾螺旋鉆頭刀具4.4,鉆削頭4.3可采用 特制鉆削頭4.3(現(xiàn)市場有賣)。
變頻電機(jī)4.1采用7.5kw交流變頻電機(jī)，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的無級調(diào)速。見圖5 ,切削 用的鉆頭采用內(nèi)冷式機(jī)夾螺旋鉆頭4.4，當(dāng)?shù)毒吖ぷ鲿r(shí)，外部的冷卻液通過內(nèi)置 在鉆頭4.4刀體4.41的冷卻孔4.43流進(jìn)刀體，切屑及冷卻液通過排屑槽4.42 流出。保證刀具切削熱能及時(shí)冷卻，提高切削速度，此鉆頭的平均線切削速度 為80-100m/min，進(jìn)給量0.07-0.lmm/r，以達(dá)到快速進(jìn)給目的。
見圖6,控制系統(tǒng)如下組成
①設(shè)置802C數(shù)控系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)數(shù)字控制CNC處理器，接上輸入設(shè)備和輸 出設(shè)備。802C數(shù)控系統(tǒng)可采用德國西門子系列。②設(shè)可編程序控制器PLC， 將CNC處理器和可編程序控制器PLC連接，由此CNC處理器就可以接受可編 程序控制器PLC的信號。③設(shè)操作面板與可編程程序控制器PLC的輸入模塊 連接。④可編程序控制器PLC通過接口電路接機(jī)床本體，使機(jī)床本體信號成為 PLC可以接受的電平信號。⑤設(shè)水平轉(zhuǎn)臺單元(即為轉(zhuǎn)臺伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng)器) 分別與802C的CNC處理器和轉(zhuǎn)臺伺服電機(jī)1.1連接，控制水平轉(zhuǎn)臺1的分度 轉(zhuǎn)動(dòng)。⑥可編程序控制器PLC的輸出模塊通過程序分別驅(qū)動(dòng)豎向快進(jìn)電機(jī)6.4、 工進(jìn)電機(jī)6.5、徑向進(jìn)給電機(jī)7.1和變頻電機(jī)4.1，并分別通過豎向傳動(dòng)件絲杠、 徑向傳動(dòng)件絲杠和傳動(dòng)裝置4.2帶動(dòng)主軸動(dòng)力頭4和下滑臺7完成預(yù)定的動(dòng)作。 見圖7，本實(shí)用新型控制系統(tǒng)流程包括如下步驟 M0.1:鉆床開機(jī)回原點(diǎn)。M0.2:下滑臺7移動(dòng)到目標(biāo)位置。M0.3:下滑臺 7鎖緊、鎖緊指示。M0.4:十字滑臺豎向滑板6.2快速進(jìn)給。M0.5:十字 滑臺豎向滑板6.2工進(jìn)，進(jìn)行鉆削。M0.6:十字滑臺豎向滑板6.2快速退 回原位。M0.7:水平迥轉(zhuǎn)工作臺1放松。M1.0:水平迥轉(zhuǎn)工作臺1按設(shè)定 角轉(zhuǎn)動(dòng)。M1.1:水平迥轉(zhuǎn)工作臺1夾緊。然后回到M0.3重復(fù)加工循環(huán)。M1.2: 下滑臺7放松，退回。
圖7中I0.1-I0.7，11.1，為PLC的輸入模塊的接口，輸入模塊的接n與機(jī)床 信號連接保證整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。輸入接口的定義如下IO.l—啟動(dòng)按鈕， 10.2—行程開關(guān)，10.3—豎向滑板快速啟動(dòng)信號用定時(shí)器實(shí)現(xiàn)，10.4—行程開 關(guān)I0.5—行程開關(guān)，10.6—轉(zhuǎn)臺放松信號接受傳感器的輸入，可用定時(shí)器實(shí)現(xiàn)， 10.7-定時(shí)器信號11.1—轉(zhuǎn)臺鎖緊信號，接受傳感器的輸入，C60—計(jì)數(shù)器輸 入，控制鉆削循環(huán)次數(shù)。
權(quán)利要求1.大直徑多工位可調(diào)式高效高精度數(shù)控鉆床，其特征是A.中心底部設(shè)由轉(zhuǎn)臺伺服電機(jī)(1.1)和轉(zhuǎn)動(dòng)傳動(dòng)件驅(qū)動(dòng)的數(shù)控水平轉(zhuǎn)臺(1)；數(shù)控水平轉(zhuǎn)臺上放隨其轉(zhuǎn)動(dòng)的工件(3)和固定工件的工裝(2)；圍繞轉(zhuǎn)臺周向均布2-6工位加工體，每工位加工體內(nèi)設(shè)主軸動(dòng)力頭(4)、立柱(5)以及主軸動(dòng)力頭和立柱間裝設(shè)的十字滑臺(6)；立柱(5)下面設(shè)下滑臺(7)和下滑臺安裝地板(8)，下滑臺(7)與立柱連為一體，設(shè)驅(qū)動(dòng)下滑臺并帶動(dòng)立柱和主軸動(dòng)力頭共同水平徑向X位移的徑向進(jìn)給電機(jī)(7.1)和徑向傳動(dòng)件；十字滑臺(6)內(nèi)設(shè)有相對立柱豎向Z移動(dòng)的豎向滑板(6.1)和水平橫向Y移動(dòng)的橫向滑板(6.2)，其豎向滑板(6.1)和橫向滑板(6.2)放在與立柱相配合的立柱滑槽中，十字滑臺(6)固定于主軸動(dòng)力頭(4)，并設(shè)驅(qū)動(dòng)豎向滑板(6.1)豎向進(jìn)給移動(dòng)的豎向進(jìn)給電機(jī)(6.4)、(6.5)和豎向傳動(dòng)件；同時(shí)設(shè)有橫向Y手動(dòng)裝置(6.3)。B.主軸動(dòng)力頭(4)從上至下設(shè)有驅(qū)動(dòng)用變頻電機(jī)(4.1)、順次傳動(dòng)連接的傳動(dòng)裝置(4.2)、鉆削頭(4.3)以及內(nèi)冷式機(jī)夾螺旋鉆頭刀具(4.4)。
2. 按權(quán)利要求1所述數(shù)控鉆床，其特征是:數(shù)控水平轉(zhuǎn)臺(l)周向均布3工位 加工體。
3. 按權(quán)利要求1所述數(shù)控鉆床，其特征是:設(shè)置802C數(shù)控系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)數(shù)字 控制CNC處理器，通過水平轉(zhuǎn)臺單元連接并控制轉(zhuǎn)臺伺服電機(jī)(l.l);同時(shí)設(shè)置 可接收CNC處理器信號的可編程序控制器PLC ，連接并控制豎向進(jìn)給電機(jī)(6.4) 和(6.5)、變頻電機(jī)(4.1)以及徑向進(jìn)給電機(jī)(7.1)。
4. 按權(quán)利要求1所述數(shù)控鉆床，其特征是轉(zhuǎn)動(dòng)傳動(dòng)件采用蝸輪蝸桿。
5. 按權(quán)利要求1所述數(shù)控鉆床，其特征是設(shè)有徑向X手動(dòng)裝置(7.2)。
專利摘要大直徑多工位可調(diào)式高效高精度數(shù)控鉆床。設(shè)數(shù)控轉(zhuǎn)臺，其上放工件和工裝；周向設(shè)2-6工位，每工位有主軸動(dòng)力頭、立柱、兩者間的十字滑臺、下滑臺和安裝地板；動(dòng)力頭有變頻電機(jī)、傳動(dòng)裝置、特制鉆削頭及內(nèi)冷式機(jī)夾螺旋鉆頭。多工位功效提高。內(nèi)冷鉆頭切削速度達(dá)80-100m/min?？烧{(diào)節(jié)下滑臺和十字滑板內(nèi)橫向和豎向滑板滿足不同直徑、中心距孔和厚度工件的加工，實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用的可調(diào)式。用分度精度高的轉(zhuǎn)臺、先進(jìn)的802C數(shù)控系統(tǒng)并與可編程序控制器相結(jié)合使轉(zhuǎn)盤分度和鉆頭移動(dòng)協(xié)同控制，保證整杌連續(xù)精確的高速鉆孔，實(shí)現(xiàn)高效高精度加工。與現(xiàn)有搖臂鉆床比加工同樣數(shù)量工件，本實(shí)用新型僅需1臺1人而原鉆床需24臺12名人員?？捎糜诖笾睆缴羁准庸ぃ貏e是風(fēng)力發(fā)電變槳軸承內(nèi)、外圈深孔的加工。
文檔編號B23Q1/26GK201175774SQ20082006200
公開日2009年1月7日 申請日期2008年1月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月28日
發(fā)明者宇 文 申請人:宇 文