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车铣复合机床的核心

【摘要】:
刀塔(也称刀架)是数控机床上所使用的最关键核心部件,目前的传统刀塔(也称刀架)只能安装车刀或镗刀进行最基本的车削加工。利用单个内藏式伺服电机实现控制刀塔精确转位(也称换刀)和控制旋转刀具高速旋转两种功能,集车铣加工功能于一体。
传统刀塔在其刀盘的圆周上有多个安装平面和安装槽,用于固定车刀刀座或镗刀刀座,与刀塔的内部结构是完全隔离的。传统刀塔的电机置于箱体的外面,通过同步带把动力传给驱动轴,驱动轴的
刀塔 ( 也称刀架 ) 是数控机床上所使用的最关键核心部件,目前的传统刀塔 ( 也称刀架 ) 只能安装车刀或镗刀进行最基本的车削加工。利用单个内藏式伺服电机实现控制刀塔精确转位 ( 也称换刀 ) 和控制旋转刀具高速旋转两种功能,集车铣加工功能于一体。


传统刀塔在其刀盘的圆周上有多个安装平面和安装槽,用于固定车刀刀座或镗刀刀座,与刀塔的内部结构是完全隔离的。传统刀塔的电机置于箱体的外面,通过同步带把动 力传给驱动轴,驱动轴的端部与第一齿轮固定连接在一起,刀盘与第二齿轮固定连接在一 起,第一齿轮和第二齿轮相啮合,
 
从而实现电机转动带动刀盘转动的目的,控制单元通过电 机内置的编码器反馈信息进行控制电机的转速、圈数和旋转角度,来实现刀盘的转位控制。 刀座通过定位键和螺钉固定在刀盘的圆周各刀位上,刀座上可安装车刀或镗刀,但此类刀 具只能实现直线进给进行车削加工的要求,且外形尺寸较大。改变了传统刀塔各安 装刀具位置的结构,使每个刀具位置既可安装车刀,又可安装旋转刀具。
 
基本功能——刀塔转位 ( 也称换刀 ) :
当离合器活动转齿与离合器固定转齿啮合时,是电机动力传递给旋转刀具的必须 条件 ;当离合器活动转齿与离合器固定转齿脱离时,电机动力就不再驱动旋转刀具旋转,此 状态下正是离合器活动转齿通过其圆周齿轮与刀塔转位齿轮 ( 即第一齿轮 ) 进行啮合的状 态,达到电机旋转带动刀塔转位的目的。概括地说,通过控制离合器活动转齿的两个位置 ( 即啮合与脱离状态 ),达到电机动力输出给刀塔转位或输出给旋转刀具旋转的目的。
 
旋转刀具旋转的实现如下 : 首先离合器活动转齿与离合器固定转齿的啮合,使刀塔处于刀具旋转状态,控制 单元通过外置的编码器 5 反馈信息进行控制电机的转速、启停和正反转动,来实现刀具任 意速度的正转、反转及停止 ;另外,该动力刀塔采用的动力刀柄为尾部扁尾结构,因此,在旋 转刀具停止时需要停止在固定的角度位置上,才能保证下一把旋转刀具顺利地插入槽中, 刀具的固定角度停止功能靠编码器的角度反馈来实现。


车铣复合加工机床用的动力刀塔 ( 也称刀架 ),传统刀塔 ( 也称刀架 ) 只能安装车刀或镗刀,进行最基本的车削加工,本发明打破了原传统刀塔在功能和结 构的限制,同时具备了安装车刀、镗刀和旋转刀具 ( 如铣刀、钻头、丝锥等 ) 的功能,可实现 车削加工和铣削、钻削、攻丝等加工,是车铣复合加工机床上必备的功能部件。因具备了刀具旋转加工,故称之为动力刀塔。
 
传统刀塔在其刀盘的圆周上有多个安装平面和安装槽,用于固定车刀刀座或镗刀刀座,与刀塔的内部结构是完全隔离的。传统刀塔的电机置于箱体的外面,通过同步带把动 力传给驱动轴,驱动轴的端部与第一齿轮固定连接在一起,刀盘与第二齿轮固定连接在一 起,第一齿轮和第二齿轮相啮合,从而实现电机转动带动刀盘转动的目的,控制单元通过电 机内置的编码器反馈信息进行控制电机的转速、圈数和旋转角度,来实现刀盘的转位控制。 刀座通过定位键和螺钉固定在刀盘的圆周各刀位上,刀座上可安装车刀或镗刀,但此类刀 具只能实现直线进给进行车削加工的要求,且外形尺寸较大。改变了传统刀塔各安 装刀具位置的结构,使每个刀具位置既可安装车刀,又可安装旋转刀具。
 
利用单个内藏式伺服电机实现控制刀塔精确转位 ( 也称换刀 ) 和控制旋转 刀具高速旋转两种功能,涉及到了复杂的机械传动、互锁、定位机构和合理巧妙的电气、气 动、液压控制技术。 作为车铣复合加工机床上所使用的最关键核心部件—动力刀塔,目前尚无专业厂家生产,刀塔生产厂家都以生产传统车削功能的刀塔 ( 或称刀架 ) 为主,这深深制约了我国车铣复合加工机床的发展,导致车铣复合机床也只能依靠进口。车铣复合加工机床是集 成车削加工和铣削加工于一身的高档加工设备,被加工的零件一次装夹在机床上,可实现 车削、铣削、钻孔、攻丝镗孔、扩孔等多种加工,解决了加工一个零件需要多台加工设备的问 题,且可显著提高被加工零件的精度和加工效率,是车床的延伸和发展方向。具有高刚性、重切削、体积小、集成化等优点。
 
为实现旋转刀具的 旋转,需解决动力源问题,特设计了一套机械传动机构与电机连接。电机为内藏式电机,电机定子固定连接在刀塔的箱体上,电机转子和中空花键轴固定连接在一起 ;离合器活动转 齿与中空花键轴连接在一起,并可沿中空花键轴的轴向移动 ;离合器固定转齿通过涨套与 第一传动轴紧固在一起 ;中空花键轴通过离合器的啮合与其内部的第一传动轴间接相连 ; 第一传动轴通过一对螺旋伞齿轮 ( 即第一螺旋伞齿轮和第二螺旋伞齿轮 ) 与第二传动轴连 接,实现传动方向的 90 度转向 ;第二传动轴与旋转刀具的连接处为凹槽结构,可与旋转刀 具尾部的扁尾结构进行紧密啮合 ;通过上述传动链,电机转子的旋转动力便可传递给旋转 刀具,实现电机与旋转刀具的同步同转速旋转。
 
为实现传统刀塔具备的所有功能,通过离合器活动转齿沿中空花键轴的轴向移 动,使离合器活动转齿与第一齿轮进行啮合,同时与离合器固定转齿脱离,从而把电机的动 力传递给与第一齿轮连接成一体的第三传动轴,第三传动轴与第二齿轮是一体的,第二齿 轮与第三齿轮相啮合,因刀盘固定连接在第三齿轮上,所以电机最终把动力传递给了刀盘, 电机的旋转会带动刀盘旋转,达到刀盘的转位控制。
 
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