專利名稱：用于加工異型曲面孔的鏜床的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種異形孔的精加工設(shè)備，尤其涉及一種用于加工非圓曲面的異形曲面孔的鏜床。
背景技術(shù)：
為了提高承載能力，要求某些承受復(fù)雜高機(jī)械及熱負(fù)荷零件(如活塞等)的銷孔必須設(shè)計(jì)為非圓(如橢圓)曲面型。由于傳遞力矩的銷軸變形的大小隨受力點(diǎn)的位置不同而變化，所以這類銷孔橫截面的理想形狀應(yīng)為橢圓形，且橢圓度的大小隨異形孔軸向位置的不同而變化，是變橢圓的；這類銷孔的軸向素線也應(yīng)是一種符合銷軸受力狀態(tài)的曲線形(即通常所說(shuō)的“喇叭口”形)。
采用傳統(tǒng)的主軸箱傾斜只能一次調(diào)整加工一個(gè)固定的橢圓，無(wú)法實(shí)現(xiàn)變橢圓孔的加工，更不能實(shí)現(xiàn)其它類型非圓孔的柔性化加工；主軸箱的傾斜，易造成刀桿與被加工孔的干涉，為了避免刀桿與被加工孔干涉，必須降低鏜刀桿的直徑，這勢(shì)必影響了刀桿的剛性，進(jìn)而影響了被加工銷孔的精度。
現(xiàn)有的國(guó)內(nèi)外異形孔機(jī)床，多數(shù)只可進(jìn)行“喇叭口”形曲線銷孔的加工，最新的異形銷孔機(jī)床可實(shí)現(xiàn)“喇叭口+橢圓”型異形銷孔的加工，而無(wú)法實(shí)現(xiàn)“喇叭口+變橢圓”型異形銷孔的加工，更無(wú)法實(shí)現(xiàn)復(fù)雜空間曲面型銷孔的加工。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用于加工異形曲面孔的鏜床。它既可實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)的喇叭口形、橢圓形、及喇叭口與橢圓組合形異形孔的一次定位加工成形，還可實(shí)現(xiàn)變橢圓復(fù)雜型面孔的精密加工，克服了采用傳統(tǒng)的主軸箱傾斜只能一次調(diào)整加工一個(gè)固定橢圓的弊端，實(shí)現(xiàn)了非圓孔的柔性化加工。
為實(shí)現(xiàn)上述目的本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案一種用于加工異型曲面孔的鏜床，它包括機(jī)床床身，床身上安裝的主軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)、主軸轉(zhuǎn)角測(cè)量裝置、工件夾緊機(jī)構(gòu)、工件定位機(jī)構(gòu)、數(shù)控裝置、縱向伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、自動(dòng)潤(rùn)滑裝置，主軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)與小孔節(jié)流式高速精密液體靜壓鏜頭聯(lián)接，其特征是在機(jī)床主軸中安裝磁致伸縮進(jìn)給機(jī)構(gòu)以及磁致伸縮進(jìn)給機(jī)構(gòu)的磁致伸縮體冷卻裝置和配送電裝置；所述鏜頭的前端安裝高頻響伺服變形體；所述縱向伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)上安裝有線性導(dǎo)軌的縱向移動(dòng)滑臺(tái)。
所述磁致伸縮進(jìn)給機(jī)構(gòu)包括磁致伸縮執(zhí)行機(jī)構(gòu)座體，該座體通過(guò)冷卻接頭與磁致伸縮體冷卻系統(tǒng)連接；該冷卻系統(tǒng)安裝于外圓帶走線槽的軸套中，并與主軸后端的高速回轉(zhuǎn)接頭聯(lián)通；在磁致伸縮執(zhí)行機(jī)構(gòu)座體內(nèi)端面安裝帶有錐形凹坑的高碳鋼頂板，在與其相對(duì)應(yīng)的彈性變形體的內(nèi)端面安裝有帶球形凹坑的高碳鋼頂板，兩頂板間安裝磁致伸縮體及其前后剛性連接件；前剛性聯(lián)接件通過(guò)安裝于其前端的鋼球與帶球形凹坑的高碳鋼頂板接觸，后剛性聯(lián)接件通過(guò)安裝于其后端的鋼球與帶錐形凹坑的高碳鋼頂板接觸；磁致伸縮體的外面，是內(nèi)孔帶有螺旋冷卻槽的絕緣線圈支架，線圈支架上繞有線圈；磁致伸縮體與絕緣線圈支架內(nèi)孔上的螺旋槽、磁致伸縮體與磁致伸縮執(zhí)行機(jī)構(gòu)座體上的腔體及彈性變形體上四個(gè)均勻分布的通氣孔一起，構(gòu)成磁致伸縮執(zhí)行機(jī)構(gòu)冷卻氣通道；冷卻氣出口在前剛性聯(lián)接件處，進(jìn)口在磁致伸縮執(zhí)行機(jī)構(gòu)座體底部的通氣孔上；在該座體中還有線圈線路通道。
所述磁致伸縮體冷卻裝置結(jié)構(gòu)為中間是通冷卻氣的銅管，銅管的前端通過(guò)擴(kuò)口式管接頭，與磁致伸縮座體后端相聯(lián)，銅管的后端連接有插入式密封接頭，該插入式密封接頭直接插入高速回轉(zhuǎn)接頭連接套中；在插入式密封接頭上，安裝有O形密封圈；高速回轉(zhuǎn)接頭連接套通過(guò)緊頂螺釘，與主軸的后端固定在一起；在主軸的最外端為高速旋轉(zhuǎn)接頭，該高速旋轉(zhuǎn)接頭通過(guò)密封螺紋，與高速回轉(zhuǎn)接頭連接套聯(lián)結(jié)為一體。
所述配送電裝置包括主軸后端安裝驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)子漲緊套以及主軸電機(jī)轉(zhuǎn)子和主軸電機(jī)定子，所述漲緊套通過(guò)鎖緊螺母與主軸聯(lián)接；在所述轉(zhuǎn)子和定子的外端主軸上安裝高速電刷供電部件，該供電部件外端為主軸齒形帶輪，該主軸齒形帶輪上通過(guò)同步帶與編碼器齒形帶輪聯(lián)接，編碼器齒形帶輪與編碼器傳動(dòng)軸聯(lián)接，編碼器傳動(dòng)軸)安裝在滾動(dòng)軸承中，編碼器傳動(dòng)軸末端與主軸脈沖編碼器聯(lián)接；主軸的內(nèi)部裝有帶走線槽的軸套；軸套里面安裝有GMA大行程磁致伸縮體冷卻系統(tǒng)。
所述高速電刷供電部件包括安裝在主軸上的電刷滑環(huán)支架，該滑環(huán)支架用絕緣材料制成，兩高速滑環(huán)安裝在滑環(huán)支架上，中間用絕緣隔套將其隔離，兩鎖緊螺母將電刷滑環(huán)支架、兩高速滑環(huán)、兩絕緣隔套及高速主軸固定在一起；兩高速滑環(huán)分別與帶走線槽的軸套中的導(dǎo)線聯(lián)接；電刷組件安裝在電刷滑環(huán)支架上，其內(nèi)部有碳刷供電線，高速滑環(huán)與磁致伸縮線圈導(dǎo)線的連接線；電刷滑環(huán)支架安裝在主軸電機(jī)外殼上；在主軸電機(jī)外殼側(cè)面為電刷組件密封蓋；碳刷供電線通過(guò)電刷組件支架上的過(guò)孔，與控制磁致伸縮的專用控制系統(tǒng)相連；螺釘將電刷組件支架與主軸電機(jī)外殼聯(lián)接在一起，電刷組件壓蓋安裝在電刷組件支架上。
所述主軸齒形帶輪通過(guò)矩形鍵與主軸聯(lián)接，高速旋轉(zhuǎn)接頭通過(guò)聯(lián)接套與主軸聯(lián)接，該聯(lián)接套中有電刷滑環(huán)供電線和磁致伸縮線圈的引出線引出線聯(lián)接端口。
所述鏜頭包括安裝在主軸箱中的主軸，主軸前端安裝在小孔節(jié)流式高速精密液體靜壓軸承中，在該軸承的外端為前軸承蓋，前壓力表、小孔節(jié)流器及壓力油過(guò)濾部件安裝于主軸箱上平面的前部，實(shí)現(xiàn)前軸承壓力油腔的供油及下油腔油壓檢測(cè)；主軸的后端安裝在后軸承上，后壓力表、后軸承節(jié)流器及壓力油過(guò)濾器聯(lián)接安裝于主軸箱上平面的后部，實(shí)現(xiàn)后軸承壓力油腔的供油及下油腔油壓檢測(cè)；在主軸的后端還與主驅(qū)動(dòng)電機(jī)聯(lián)接。
所述高頻響伺服變形體安裝在主軸前端，它包括彈性體的擺動(dòng)部分與固定部分，通過(guò)通孔的縫隙分開(kāi)；彈性體材料為彈簧鋼；彈性體的固定部分通過(guò)安裝于沉孔中的螺釘與機(jī)床主軸連結(jié)為一體；鏜刀桿通過(guò)螺釘孔，與彈性體的擺動(dòng)部分聯(lián)結(jié)為一體；GMA大行程磁致伸縮進(jìn)給機(jī)構(gòu)通過(guò)彈性體的固定部分上的過(guò)孔，直接作用在彈性體的擺動(dòng)部分上，使其繞通孔的擺動(dòng)軸線擺動(dòng)；彈性體的擺動(dòng)部分的擺動(dòng)，使安裝于其端面的鏜刀桿產(chǎn)生徑向位移，實(shí)現(xiàn)了徑向進(jìn)刀。
本發(fā)明采用磁致伸縮微進(jìn)給機(jī)構(gòu)及其控制技術(shù)、適應(yīng)橢圓孔高速加工的高頻響伺服變形機(jī)構(gòu)、電刷式高速主軸內(nèi)磁致伸縮體配送電技術(shù)及其冷卻技術(shù)、專用的數(shù)控系統(tǒng)、高精度精密線形導(dǎo)軌滑臺(tái)等，與以前的異形孔鏜床相比，該發(fā)明不但能實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)的喇叭口形、橢圓形、及喇叭口與橢圓組合形異形孔的一次定位加工成形，其獨(dú)到之處在于該發(fā)明還可實(shí)現(xiàn)變橢圓復(fù)雜型面孔的精密加工，即被加工的異形孔，其橫截面橢圓度的大小沿異形孔軸線方向可呈直線或任意曲線規(guī)律變化，克服了采用傳統(tǒng)的主軸箱傾斜只能一次調(diào)整加工一個(gè)固定橢圓的弊端，且通過(guò)圓周角度編程，還可將活塞銷孔橫截面形狀加工成其他復(fù)雜的形狀，實(shí)現(xiàn)了非圓孔的柔性化數(shù)控加工；其縱截面素線也可被加工成任意曲線形，實(shí)現(xiàn)真正意義上的復(fù)雜曲面形異形孔的精密加工，尤其適合于各類活塞異形銷孔的精密加工。


圖1為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為鏜頭的組裝圖；圖3為磁致伸縮進(jìn)給機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為高速電刷供電部件結(jié)構(gòu)示意圖；
圖5為高頻響伺服變形體結(jié)構(gòu)示意圖。
1、機(jī)床床身，2、自動(dòng)潤(rùn)滑裝置，3、主軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)，4、磁致伸縮體冷卻裝置，5、主軸轉(zhuǎn)角測(cè)量裝置，6、鏜頭，7、高頻響變形體，8、工件夾緊機(jī)構(gòu)，9、工件定位機(jī)構(gòu)，10、數(shù)控裝置，11、縱向伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，12、線性導(dǎo)軌的縱向移動(dòng)滑臺(tái)，13、主軸，14、主軸箱，15、小孔節(jié)流式高速精密液體靜壓軸承，16、前軸承蓋，17、前壓力表，18、小孔節(jié)流器及壓力油過(guò)濾部件，19、后軸承，20、后壓力表，21、后軸承節(jié)流器及壓力油過(guò)濾器，22、驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)子漲緊套，23、主軸電機(jī)轉(zhuǎn)子，24、主軸電機(jī)定子，25、鎖緊螺母，26、高速電刷供電部件，27、主軸齒形帶輪，28、編碼器齒形帶輪，29、編碼器傳動(dòng)軸、30、滾動(dòng)軸承，31、主軸脈沖編碼器，32、帶有走線槽的軸套，33、GMA大行程磁致伸縮進(jìn)給機(jī)構(gòu)，34、碳刷引出線，35、磁致伸縮體冷卻管路，36、編碼器支座，37、高速旋轉(zhuǎn)接頭，38、插入式密封接頭，39、緊頂螺釘，40、磁致伸縮執(zhí)行機(jī)構(gòu)座體，41、高速回轉(zhuǎn)接頭連接套，42、O型密封圈，43、冷卻接頭，44、帶錐形凹坑的高碳鋼頂板，45、帶球形凹坑的高碳鋼頂板，46、磁致伸縮體，47、前剛性連接件，48、后剛性連接件，49、鋼球，50、絕緣線圈支架，51、磁致伸縮體線圈，52、螺旋冷卻槽，53、冷卻氣通道，54、冷卻氣出口，55、線圈線路通道，56、電刷滑環(huán)支架，57、電刷組件，58、碳刷供電線，59、主軸電機(jī)外殼，60、電刷組件密封蓋，61、電刷組件支架，62、螺釘，63、電刷組件壓蓋，64、矩形鍵，65、連接線端口，66、電刷滑環(huán)引出線，67、磁致伸縮體線圈引出線，68、彈性體的擺動(dòng)部分，69、彈性體的固定部分，70、通孔，71、沉孔，72、絕緣隔套，73、同步帶。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
從圖1可以看出機(jī)床床身1一側(cè)安裝有自動(dòng)潤(rùn)滑裝置2，其上部為主軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)3，它與小孔節(jié)流式高速精密液體靜壓鏜頭6聯(lián)接，在主軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)3的外側(cè)連接磁致伸縮體冷卻進(jìn)氣裝置4和主軸轉(zhuǎn)角測(cè)量裝置5。所述鏜頭6的前端安裝高頻響伺服變形體7。在機(jī)床床身1中縱向伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)11，其上安裝有線性導(dǎo)軌的縱向移動(dòng)滑臺(tái)12，數(shù)控裝置10安裝在床身1上。工件夾緊機(jī)構(gòu)8及工件定位機(jī)構(gòu)9安裝在機(jī)床縱向進(jìn)給滑臺(tái)12上。
圖2給出了所述鏜頭6的結(jié)構(gòu)示意圖。小孔節(jié)流式高速精密液體靜壓鏜頭6包括安裝在主軸箱14中的主軸13，主軸13前端安裝在小孔節(jié)流式高速精密液體靜壓軸承15中，在該軸承15的外端為前軸承蓋16，以及GMA大行程磁致伸縮執(zhí)行部件33、高頻響變形體7，前壓力表17、小孔節(jié)流器及壓力油過(guò)濾部件18安裝于主軸箱14上平面的前部，實(shí)現(xiàn)前軸承壓力油腔的供油及下油腔油壓檢測(cè)；主軸13的后端安裝在后軸承19上，后壓力表20、后軸承節(jié)流器及壓力油過(guò)濾器21安裝于主軸箱14上平面的后部，實(shí)現(xiàn)后軸承壓力油腔的供油及下油腔油壓檢測(cè)；在主軸13的后端還與主驅(qū)動(dòng)電機(jī)3聯(lián)接，其中主軸13后端安裝驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)子漲緊套22以及主軸電機(jī)轉(zhuǎn)子23和主軸電機(jī)定子24，所述漲緊套22通過(guò)鎖緊螺母25與主軸13聯(lián)接；在所述轉(zhuǎn)子23和定子24的外端主軸13上安裝高速電刷供電部件26，該供電部件26外端為主軸齒形帶輪27，該主軸齒形帶輪27上通過(guò)同步帶73與編碼器齒形帶輪28聯(lián)接，編碼器齒形帶輪28與編碼器傳動(dòng)軸29聯(lián)接，編碼器傳動(dòng)軸29安裝在滾動(dòng)軸承30中，滾動(dòng)軸承30安裝在編碼器支座36上，編碼器傳動(dòng)軸29末端與主軸脈沖編碼器31聯(lián)接。在主軸13的內(nèi)部裝有帶走線槽的軸套32以及磁致伸縮體冷卻管路35；軸套32里面還安裝有GMA大行程磁致伸縮體冷卻系統(tǒng)。主軸齒形帶輪27通過(guò)矩形鍵64與主軸13聯(lián)接，高速旋轉(zhuǎn)接頭37通過(guò)聯(lián)接套41與主軸13聯(lián)接，該聯(lián)接套41中有引出線聯(lián)接端口65，電刷滑環(huán)供電線66和磁致伸縮體線圈51的引出線由此引出，并在此連接。
磁致伸縮機(jī)構(gòu)如圖3所示，磁致伸縮執(zhí)行機(jī)構(gòu)座體40，通過(guò)冷卻接頭43與磁致伸縮體冷卻系統(tǒng)連接；該冷卻系統(tǒng)安裝于外圓帶走線槽的軸套32中，并與主軸13后端的高速回轉(zhuǎn)接頭37聯(lián)通；在磁致伸縮執(zhí)行機(jī)構(gòu)座體40內(nèi)端面安裝帶有錐形凹坑的高碳鋼頂板44，在與其相對(duì)應(yīng)的彈性變形體的內(nèi)端面安裝有帶球形凹坑的高碳鋼頂板45，兩頂板間安裝磁致伸縮體46及其前剛性連接件47和后剛性連接件48；前剛性聯(lián)接件47通過(guò)安裝于其前端的鋼球49與帶球形凹坑的高碳鋼頂板45接觸，后剛性聯(lián)接件48通過(guò)安裝于其后端的鋼球49與帶錐形凹坑的高碳鋼頂板44接觸；磁致伸縮體46的外面，是內(nèi)孔帶有螺旋冷卻槽的絕緣線圈支架50，線圈支架50上繞有線圈51；磁致伸縮體46與絕緣線圈支架50內(nèi)孔上的螺旋槽52，磁致伸縮體46與磁致伸縮執(zhí)行機(jī)構(gòu)座體40上的腔體53及彈性變形體上4個(gè)均勻分布的通氣孔54一起，構(gòu)成磁致伸縮執(zhí)行機(jī)構(gòu)冷卻氣通道；冷卻氣出口54在變形體7上，進(jìn)口在磁致伸縮執(zhí)行機(jī)構(gòu)座體40底部的通氣孔上；在該座體40中還有線圈線路通道55。
磁致伸縮體線圈51的引出線67從主軸13的后端，經(jīng)軸套32上面的走線槽及線圈通道55，到達(dá)線圈51，實(shí)現(xiàn)線圈51的供電；冷卻氣由冷卻接頭43，經(jīng)冷卻通道53，從高頻響伺服變形體7前端輸出。該冷卻氣一方面可實(shí)現(xiàn)磁性伸縮體46冷卻，另一方面可從鏜刀桿中輸出，實(shí)現(xiàn)鏜刀加工過(guò)程中的氣冷，有利于穩(wěn)定加工尺寸。鏜刀桿固定在變形體7的前端，通過(guò)變形體7的伺服擺動(dòng)，實(shí)現(xiàn)鏜刀的徑向進(jìn)刀運(yùn)動(dòng)。
大行程磁致伸縮體冷卻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2、圖3、圖4所示主軸13中間是通冷卻氣的銅管，銅管的前端通過(guò)擴(kuò)口式管接頭，與磁致伸縮座體40后端相聯(lián)，銅管的后端連接有插入式密封接頭43，該插入式密封接頭43直接插入高速回轉(zhuǎn)接頭連接套41中；插入式密封接頭43上，安裝有O形密封圈42；高速回轉(zhuǎn)接頭連接套41通過(guò)緊頂螺釘39，與主軸13的后端固定在一起；在主軸13的最外端為高速旋轉(zhuǎn)接頭37，該高速旋轉(zhuǎn)接頭37通過(guò)密封螺紋，與高速回轉(zhuǎn)接頭連接套41聯(lián)結(jié)為一體。
高速電刷供電部件如圖4所示，包括安裝在主軸13上的電刷滑環(huán)支架56，該滑環(huán)支架56用絕緣材料制成，兩高速滑環(huán)安裝在滑環(huán)支架56上，中間用絕緣隔套將其隔離，兩鎖緊螺母將電刷滑環(huán)支架56、兩高速滑環(huán)、兩絕緣隔套72及高速主軸13固定在一起；兩高速滑環(huán)分別與帶走線槽的軸套32中的導(dǎo)線聯(lián)接；電刷組件57安裝在電刷支架61上，其內(nèi)部有碳刷供電線58；電刷組件支架61安裝在主軸電機(jī)外殼59上；在主軸電機(jī)外殼59側(cè)面為電刷組件密封蓋60；碳刷供電線58、34通過(guò)電刷組件支架61上的過(guò)孔，與控制磁致伸縮的專用控制系統(tǒng)相連；螺釘62將電刷組件支架61與主軸電機(jī)外殼59聯(lián)接在一起，電刷組件壓蓋63安裝在電刷組件支架61上。此組件的主要作用，是實(shí)現(xiàn)高速情況下，主軸13內(nèi)部磁致伸縮線圈51的供電及冷卻。計(jì)算機(jī)輸出的控制電流通過(guò)兩根碳刷供電線，施加到主軸13內(nèi)部磁致伸縮線圈51上，實(shí)現(xiàn)磁致伸縮位移量的伺服控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)刀具位移量的伺服控制。
高頻響伺服變形體7如圖5所示，它安裝在主軸13前端，它包括彈性體的擺動(dòng)部分68與固定部分69，通過(guò)通孔70的縫隙分開(kāi)；彈性體材料為彈簧鋼，彈性體的固定部分69通過(guò)安裝于沉孔71中的螺釘與機(jī)床主軸13連結(jié)為一體；鏜刀桿通過(guò)螺釘孔與彈性體的擺動(dòng)部分68聯(lián)結(jié)為一體；GMA大行程磁致伸縮執(zhí)行部件8通過(guò)彈性體的固定部分69上的過(guò)孔，直接作用在彈性體的擺動(dòng)部分68上，使其繞通孔70的擺動(dòng)軸線擺動(dòng)；彈性體的擺動(dòng)部分68的擺動(dòng)，使安裝于其端面的鏜刀桿產(chǎn)生徑向位移，實(shí)現(xiàn)了徑向進(jìn)刀。
本發(fā)明的工作原理如下①高速鏜削運(yùn)動(dòng)的形成，圖1從圖1中我們可以看出鏜桿固定在變形體7上，變形體7與機(jī)床主軸13相連，主軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)3帶動(dòng)機(jī)床主軸13高速旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)了鏜刀桿的高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)了鏜床的高速鏜削運(yùn)動(dòng)。
②微徑向進(jìn)刀運(yùn)動(dòng)的形成從圖4中，我們可以看出計(jì)算機(jī)輸出的控制電流通過(guò)兩根碳刷供電線，施加到主軸13內(nèi)部磁致伸縮線圈51，實(shí)現(xiàn)磁致伸縮位移量的伺服控制；從圖3中，我們可以看出磁致伸縮體46的位移使彈性體變形，實(shí)現(xiàn)了鏜刀桿的擺動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)刀具位移量的伺服控制。
③喇叭口銷孔的加工成形從圖1中，我們可以看出縱向伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)11，驅(qū)動(dòng)采用精密線形導(dǎo)軌的滑臺(tái)12作機(jī)床的縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。所以，磁致伸縮體46控制的鏜刀位移量的伺服控制與伺服電機(jī)11驅(qū)動(dòng)的精密滑臺(tái)12作插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)，可完成各種喇叭口形異形孔的精密加工成形。
異形孔縱截面曲線形素線的加工，是通過(guò)鏜刀的徑向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)與機(jī)床的縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)插補(bǔ)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，所以，異形孔縱向型線的插補(bǔ)，實(shí)際上是機(jī)床的縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)與磁致伸縮控制線圈偏置電流值的插補(bǔ)，是一種隨機(jī)床的縱向運(yùn)動(dòng)而進(jìn)行的低頻控制電流。
④橢圓及變橢圓形銷孔的加工成形磁致伸縮體46的變形量，與線圈的電流的大小，具有線性關(guān)系；通過(guò)線圈的電流的大小，可通過(guò)PWM脈寬調(diào)制來(lái)實(shí)現(xiàn)。脈寬調(diào)制后的電流的大小與PWM占空比之間具有一定的函數(shù)關(guān)系(近似線性關(guān)系)。按一定的關(guān)系，通過(guò)控制PWM不同的占空比，實(shí)現(xiàn)磁致伸縮位移量的伺服控制。
橢圓異形孔的加工，是在鏜削動(dòng)力頭主軸13高速旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，經(jīng)過(guò)磁致伸縮線圈51的電流與主軸轉(zhuǎn)角進(jìn)行橢圓插補(bǔ)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，磁致伸縮線圈51中電流的大小，是鏜床主軸轉(zhuǎn)角的函數(shù)。由于鏜床主軸轉(zhuǎn)速較高，所以，經(jīng)過(guò)磁致伸縮控制線圈的電流是一種隨鏜床主軸轉(zhuǎn)角高速變化的高頻電流。對(duì)應(yīng)一個(gè)異形孔的軸向位置，即對(duì)應(yīng)一個(gè)具體的橢圓度數(shù)值。磁致伸縮體46控制的鏜刀位移量的伺服控制，與鏜床主軸轉(zhuǎn)角進(jìn)行插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)各類橢圓形及其它曲線形孔的精密加工。插補(bǔ)軌跡的運(yùn)算，由專用的數(shù)控系統(tǒng)來(lái)完成。
所謂變橢圓的異形孔，是指被加工孔的橢圓度的大小，沿孔的軸線方向按某一規(guī)律(一般為直線規(guī)律)變化。即變橢圓銷孔的加工過(guò)程中，橢圓度的大小，是活塞銷孔軸向進(jìn)給坐標(biāo)的函數(shù)。對(duì)應(yīng)一個(gè)橢圓度的值，即對(duì)應(yīng)一個(gè)磁致伸縮控制線圈中的電流值，所以，變橢圓孔的加工過(guò)程，實(shí)際上是實(shí)現(xiàn)線圈控制電流與機(jī)床縱向滑臺(tái)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)控制的活塞銷孔軸向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)插補(bǔ)的過(guò)程。插補(bǔ)過(guò)程中，磁致伸縮線圈51中的電流在以異形孔的軸向坐標(biāo)為自變量的同時(shí)，又受鏜床主軸轉(zhuǎn)角的約束，最終反映的是一種高頻變化的電流。
⑤喇叭口與變橢圓組合形異形孔的加工成形橢圓與變橢圓異形孔的加工，要求磁致伸縮線圈51的電流是一種高頻變化的電流；異形孔縱截面曲線形素線的加工，是一種隨機(jī)床的縱向運(yùn)動(dòng)而進(jìn)行的低頻控制電流。兩種控制電流都以異形孔的軸線坐標(biāo)為自變量，實(shí)現(xiàn)線性疊加，將疊加后的控制電流輸入到磁致伸縮線圈51，實(shí)現(xiàn)了刀具高頻與低頻運(yùn)動(dòng)的疊加。這種疊加的刀具進(jìn)刀與機(jī)床縱向滑臺(tái)控制的異形孔軸向方向運(yùn)動(dòng)進(jìn)行插補(bǔ)，完成了喇叭口與橢圓及變橢圓組合形異形孔的精密加工成形。
⑥采用高精度線形導(dǎo)軌的精密運(yùn)動(dòng)滑臺(tái)高精度線形導(dǎo)軌的采用，優(yōu)化了機(jī)床縱向滑臺(tái)移動(dòng)的低速穩(wěn)定性，使被加工異形孔素線線性好，表面粗糙度高。
權(quán)利要求
1.一種用于加工異型曲面孔的鏜床，它包括機(jī)床床身(1)，床身(1)上安裝的主軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)(3)、主軸轉(zhuǎn)角測(cè)量裝置(5)、工件夾緊機(jī)構(gòu)(8)、工件定位機(jī)構(gòu)(9)、數(shù)控裝置(10)、縱向伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)(11)、自動(dòng)潤(rùn)滑裝置(2)，主軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)(3)與小孔節(jié)流式高速精密液體靜壓鏜頭(6)聯(lián)接，其特征是在機(jī)床主軸(13)中安裝磁致伸縮進(jìn)給機(jī)構(gòu)(33)以及磁致伸縮進(jìn)給機(jī)構(gòu)(33)的磁致伸縮體冷卻裝置(4)和配送電裝置；所述鏜頭(6)的前端安裝高頻響伺服變形體(7)；所述縱向伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)(11)上安裝有線性導(dǎo)軌的縱向移動(dòng)滑臺(tái)(12)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于加工異型曲面孔的鏜床，其特征是所述磁致伸縮進(jìn)給機(jī)構(gòu)包括磁致伸縮執(zhí)行機(jī)構(gòu)座體(40)，該座體通過(guò)冷卻接頭(43)與磁致伸縮體冷卻系統(tǒng)連接；該冷卻系統(tǒng)安裝于外圓帶走線槽的軸套(32)中，并與主軸(13)后端的高速回轉(zhuǎn)接頭(37)聯(lián)通；在磁致伸縮執(zhí)行機(jī)構(gòu)座體(40)內(nèi)端面安裝帶有錐形凹坑的高碳鋼頂板(44)，在與其相對(duì)應(yīng)的彈性變形體的內(nèi)端面安裝有帶球形凹坑的高碳鋼頂板(45)，兩頂板間安裝磁致伸縮體(46)及其前后剛性連接件；前剛性聯(lián)接件(47)通過(guò)安裝于其前端的鋼球(49)與帶球形凹坑的高碳鋼頂板(45)接觸，后剛性聯(lián)接件(48)通過(guò)安裝于其后端的鋼球(49)與帶錐形凹坑的高碳鋼頂板(44)接觸；磁致伸縮體(46)的外面，是內(nèi)孔帶有螺旋冷卻槽的絕緣線圈支架(50)，線圈支架上繞有線圈(51)；磁致伸縮體(46)與絕緣線圈支架(50)內(nèi)孔上的螺旋槽(52)、磁致伸縮體(46)與磁致伸縮執(zhí)行機(jī)構(gòu)座體(40)上的腔體(53)及彈性變形體上四個(gè)均勻分布的通氣孔(54)一起，構(gòu)成磁致伸縮執(zhí)行機(jī)構(gòu)冷卻氣通道；冷卻氣出口(54)在前剛性聯(lián)接件(47)處，進(jìn)口在磁致伸縮執(zhí)行機(jī)構(gòu)座體(40)底部的通氣孔上；在該座體中還有線圈線路通道(55)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于加工異型曲面孔的鏜床，其特征是所述磁致伸縮體冷卻裝置(4)結(jié)構(gòu)為中間是通冷卻氣的銅管，銅管的前端通過(guò)擴(kuò)口式管接頭，與磁致伸縮座體(40)后端相聯(lián)，銅管的后端連接有插入式密封接頭(43)，該插入式密封接頭(43)直接插入高速回轉(zhuǎn)接頭連接套(41)中；在插入式密封接頭(43)上，安裝有O形密封圈(42)；高速回轉(zhuǎn)接頭連接套(41)通過(guò)緊頂螺釘(39)，與主軸(13)的后端固定在一起；在主軸(13)的最外端為高速旋轉(zhuǎn)接頭(37)，該高速旋轉(zhuǎn)接頭(37)通過(guò)密封螺紋，與高速回轉(zhuǎn)接頭連接套(41)聯(lián)結(jié)為一體。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于加工異型曲面孔的鏜床，其特征是所述配送電裝置包括主軸(13)后端安裝驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)子漲緊套(22)以及主軸電機(jī)轉(zhuǎn)子(23)和主軸電機(jī)定子(24)，所述漲緊套(22)通過(guò)鎖緊螺母(25)與主軸(13)聯(lián)接；在所述轉(zhuǎn)子和定子的外端主軸上安裝高速電刷供電部件(26)，該供電部件右端為主軸齒形帶輪(27)，該主軸齒形帶輪(27)上通過(guò)同步帶(73)與編碼器齒形帶輪(28)聯(lián)接，編碼器齒形帶輪(28)與編碼器傳動(dòng)軸(29)聯(lián)接，編碼器傳動(dòng)軸(29)安裝在滾動(dòng)軸承(30)中，編碼器傳動(dòng)軸(29)末端與主軸脈沖編碼器(31)聯(lián)接；主軸(13)的內(nèi)部裝有帶走線槽的軸套(32)；軸套里面安裝有GMA大行程磁致伸縮體冷卻系統(tǒng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于加工異型曲面孔的鏜床，其特征是所述高速電刷供電部件(26)包括安裝在主軸(13)上的電刷滑環(huán)支架(56)，該滑環(huán)支架用絕緣材料制成，兩高速滑環(huán)安裝在滑環(huán)支架(56)上，中間用絕緣隔套(72)將其隔離，兩鎖緊螺母(25)將電刷滑環(huán)支架(56)、兩高速滑環(huán)、兩絕緣隔套(72)及高速主軸(13)固定在一起；兩高速滑環(huán)分別與帶走線槽的軸套(32)中的導(dǎo)線聯(lián)接；電刷組件(57)安裝在電刷滑環(huán)支架(56)上，其內(nèi)部有碳刷供電線(58、34)，磁致伸縮線圈導(dǎo)線與高速滑環(huán)(66)的連接線；電刷滑環(huán)支架(56)安裝在主軸電機(jī)外殼(59)上；在主軸電機(jī)外殼(59)側(cè)面為電刷組件密封蓋(60)；碳刷供電線(58、34)通過(guò)電刷組件支架(61)上的過(guò)孔，與控制磁致伸縮的專用控制系統(tǒng)相連；螺釘將電刷組件支架(61)與主軸電機(jī)外殼(59)聯(lián)接在一起，電刷組件壓蓋(63)安裝在電刷組件支架上(61)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于加工異型曲面孔的鏜床，其特征是所述主軸齒形帶輪(27)通過(guò)矩形鍵(64)與主軸(13)聯(lián)接，高速旋轉(zhuǎn)接頭(37)通過(guò)聯(lián)接套(41)與主軸(13)聯(lián)接，該聯(lián)接套中有電刷滑環(huán)供電線和磁致伸縮線圈的引出線引出線聯(lián)接端口(65)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于加工異型曲面孔的鏜床，其特征是所述鏜頭(6)包括安裝在主軸箱(14)中的主軸(13)，主軸(13)前端安裝在小孔節(jié)流式高速精密液體靜壓軸承(15)中，在該軸承的外端為前軸承蓋(16)，前壓力表(17)、小孔節(jié)流器及壓力油過(guò)濾部件(18)安裝于主軸箱(14)上平面的前部，實(shí)現(xiàn)前軸承壓力油腔的供油及下油腔油壓檢測(cè)；主軸(13)的后端安裝在后軸承(19)上，后壓力表(20)、后軸承節(jié)流器及壓力油過(guò)濾器(21)安裝于主軸箱(14)上平面的后部，實(shí)現(xiàn)后軸承壓力油腔的供油及下油腔油壓檢測(cè)；在主軸(13)的后端還與主驅(qū)動(dòng)電機(jī)(3)聯(lián)接。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于加工異型曲面孔的鏜床，其特征是所述高頻響伺服變形體(7)安裝在主軸(13)前端，它包括彈性體的擺動(dòng)部分(68)與固定部分(69)，兩部分通過(guò)通孔(70)的縫隙分開(kāi)；彈性體材料為彈簧鋼；彈性體的固定部分(69)通過(guò)安裝于沉孔(71)中的螺釘與機(jī)床主軸(13)連結(jié)為一體；鏜刀桿通過(guò)螺釘孔，與彈性體的擺動(dòng)部分(68)聯(lián)結(jié)為一體；GMA大行程磁致伸縮進(jìn)給機(jī)構(gòu)(33)通過(guò)彈性體的固定部分(69)上的過(guò)孔，直接作用在彈性體的擺動(dòng)部分(68)上，使其繞通孔(70)的擺動(dòng)軸線擺動(dòng)；彈性體的擺動(dòng)部分(68)的擺動(dòng)，使安裝于其端面的鏜刀桿產(chǎn)生徑向位移，實(shí)現(xiàn)了徑向進(jìn)刀。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種用于加工異型曲面孔的鏜床。它解決了現(xiàn)有鏜床無(wú)法實(shí)現(xiàn)“喇叭口+變橢圓”型異形銷孔的加工，更無(wú)法實(shí)現(xiàn)復(fù)雜空間曲面型銷孔加工的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜曲面形異形孔的精密加工，尤其適合于各類活塞異形銷孔的精密加工。其結(jié)構(gòu)為它包括機(jī)床床身，床身上安裝的主軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)、主軸轉(zhuǎn)角測(cè)量裝置、工件夾緊機(jī)構(gòu)、工件定位機(jī)構(gòu)、數(shù)控裝置、縱向伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、自動(dòng)潤(rùn)滑裝置，主軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)與小孔節(jié)流式高速精密液體靜壓鏜頭聯(lián)接，其特征是在機(jī)床主軸中安裝磁致伸縮進(jìn)給機(jī)構(gòu)以及磁致伸縮進(jìn)給機(jī)構(gòu)的磁致伸縮體冷卻裝置和配送電裝置；所述鏜頭的前端安裝高頻響伺服變形體；所述縱向伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)上安裝有線性導(dǎo)軌的縱向移動(dòng)滑臺(tái)。
文檔編號(hào)B23Q11/12GK1743111SQ20051004479
公開(kāi)日2006年3月8日 申請(qǐng)日期2005年9月22日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月22日
發(fā)明者翟鵬, 張承瑞, 王海濤 申請(qǐng)人:山東大學(xué)