專利名稱：數(shù)控張合式外廓拉床的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用拉刀加工一些機(jī)械零件內(nèi)外成型表面的機(jī)床，尤其涉及一種以數(shù)控
張合式拉刀為刀具的拉削細(xì)長軸類零件的外部廓形的拉床，屬于機(jī)床技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
拉床是使用拉刀加工一些機(jī)械零件的內(nèi)外成型表面的機(jī)床，主要由床身、刀夾、刀具、牽引部件和電器控制系統(tǒng)等機(jī)構(gòu)組成，拉床一般采用液壓傳動。按工作性質(zhì)的不同，拉床可分為內(nèi)拉床和外拉床。制造業(yè)中有大量零件的內(nèi)表面和外表面需要加工，一直以來拉削是利用一種帶有許多刀齒的整體拉刀運動，通過固定的工件時，逐齒依次切下薄薄的金屬層，工件的尺寸精度和表面粗糙度質(zhì)量較高。拉削是一種高生產(chǎn)率的成形切削加工方法。與其它切削方法相比，通用拉削的特點有只有主運動，沒有進(jìn)給運動，因此機(jī)床結(jié)構(gòu)簡單；拉刀是多刃刀具， 一次行程即可完成粗、精加工，生產(chǎn)率很高，大批量生產(chǎn)時，成本低，用于加工大批特殊形狀的內(nèi)、外表面時，效果更顯著；拉削過程平穩(wěn)，每個刀齒切層很薄，加工表面精度高；對操作人員的要求較低。 現(xiàn)有的通用拉削工藝的局限主要在于不能加工盲孔或有凸臺的外廓；拉刀結(jié)構(gòu)復(fù)雜。拉削工藝及拉刀有兩個最顯著的特點1、拉削工藝的主運動由拉刀的運動來實現(xiàn)，導(dǎo)致拉床結(jié)構(gòu)較大；2、多齒拉刀為固定的結(jié)構(gòu)形式，使得在實際應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)，大量的軸類零件具有特殊形狀但帶有凸臺，傳統(tǒng)拉削方法無法應(yīng)用，只能使用低效率的銑削等制造工藝加工此類零件。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是針對上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足，提供一種數(shù)控張合式外廓拉床，拉削主運動由工件運動實現(xiàn)，通過安裝在刀架內(nèi)的成形刀具的附加運動，高效完成復(fù)雜外廓且?guī)в型古_的細(xì)長軸類機(jī)械零件的拉削加工，替代這類零件加工中一直沿用的低效率的銑削工藝。 本發(fā)明的目的是通過對現(xiàn)有的拉床的改進(jìn)實現(xiàn)的。數(shù)控張合式外廓拉床，包括安
裝在床身上的拉刀、牽引機(jī)構(gòu)和數(shù)控系統(tǒng)，其特征是設(shè)有支承工件的中心架，中心架設(shè)置在
床身上，所述的拉刀由刀架、刀體、刀片三部分組成，刀架固定在床身上，刀架上設(shè)有若干個
垂直于工件運動方向的滑槽；刀體由剖分為對稱的兩部分組成，刀體裝在刀架的滑槽內(nèi)，可
在傳動機(jī)構(gòu)的驅(qū)動下沿滑槽作張合運動；刀片通過定位和夾緊結(jié)構(gòu)裝夾在刀體上，并能隨
刀體一起作張合運動，完成拉削和對凸臺的避讓運動；所述的牽引機(jī)構(gòu)是由液壓油馬達(dá)、
滾筒、鋼索組成的柔索牽引機(jī)構(gòu)，柔索牽引機(jī)構(gòu)設(shè)置在床身的一端，液壓油馬達(dá)驅(qū)動連接滾
筒，鋼索一端圈繞在滾筒，另一端設(shè)有牽引工件運動的螺旋連接接頭。 所述的刀架內(nèi)可安裝由刀體和刀片組成的一組或數(shù)組活動刀具。 本發(fā)明為了解決上述技術(shù)問題，在臥式或立式拉床中，1、將工件靜止、拉刀移動的
拉削主運動改變?yōu)楣ぜ\動、拉刀靜止的拉削主運動；2、將液壓油缸牽引拉刀實現(xiàn)拉削運動改變?yōu)橐簤河婉R達(dá)通過鋼索牽引機(jī)構(gòu)牽引工件實現(xiàn)拉削運動；3、多齒固定式刀具改變?yōu)榈毒甙惭b在固定刀架滑槽內(nèi)形成可張合的活動刀具。機(jī)床中所有運動控制由數(shù)控系統(tǒng)實現(xiàn)。
通過工件運動形成拉削主運動 現(xiàn)有拉床的拉削運動，都以工件固定，拉刀運動形成主切削運動。拉削工藝決定了拉刀一定是多齒形式，固定的多齒結(jié)構(gòu)拉刀的體積較大，大質(zhì)量的拉刀在高效拉削運動中，要求機(jī)床剛性好，因此機(jī)床體積大。同時，拉削產(chǎn)生的大量切屑，夾在刀齒間擁擠的切屑容易造成刀刃崩碎，排屑十分重要但較困難。本發(fā)明拉床的拉削主運動是由工件運動形成的，工件一般不像刀具的刀刃那樣脆弱，運動中不易損傷。工件作主運動的拉削對機(jī)床的剛性要求降低，減小了機(jī)床的體積。拉削過程中，拉刀的質(zhì)心靜止，其張合是小距離的輔助運動，只在遇到工件凸臺結(jié)構(gòu)時作退讓，且多個刀具分別運動。因此，拉刀體積可以加大，使容屑空間加大，排屑方便，拉刀設(shè)計與制造難度極大降低。機(jī)械夾固式可分離的刀具不僅降低了制造難度，且可實現(xiàn)刀具磨損后的局部更換，反復(fù)使用，刀具制造、使用費用極大降低。
拉削過程中，根據(jù)細(xì)長軸類工件長度情況，將其安裝在數(shù)量不同的中心架的支承上，中心架的支承點通過數(shù)控方式移動，退讓工件凸臺。工件被牽引時，在支承的約束下，一旦切入刀齒，就只能沿軸線方向移動。當(dāng)工件上的凸臺接近支承點或拉刀刀刃時，傳感器發(fā)出信號，數(shù)控系統(tǒng)控制支承機(jī)構(gòu)或拉刀張開，其它支承和刀刃位置不變；凸臺移過后，支承或刀具視需要合攏、重新支承或保持退讓。
柔索牽引機(jī)構(gòu) 柔索牽引機(jī)構(gòu)設(shè)置在拉床的一端，牽引的驅(qū)動力為液壓油馬達(dá)，油馬達(dá)的特點為結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、牽引力大、運動平穩(wěn)，速度調(diào)節(jié)范圍廣。拉削時，油馬達(dá)帶動與其同軸的
滾筒旋轉(zhuǎn)，滾筒巻繞其上的鋼索，鋼索一端配置螺紋結(jié)構(gòu)連接在細(xì)長工件的端部，帶動工件沿軸線平移。鋼索巻繞時，拉直部分通過排線結(jié)構(gòu)始終保持與工件同軸，保證輸出拉力的有效分力最大。柔索牽引比液壓缸牽引更具柔性，有利于保護(hù)拉刀的刀刃免受振動損壞；柔索牽引機(jī)構(gòu)更適合長距離拉削，可使機(jī)床結(jié)構(gòu)極大簡化。工件越長，機(jī)床相對制造成本的降低
越顯著。 刀具張合運動的實現(xiàn)機(jī)構(gòu) 固定刀架的一組滑槽內(nèi)可分別安裝可張合的刀體，張合形式為閘式，運動方向垂直于工件運動方向。刀體運動時，其形狀中心始終保持不變，即與工件的軸線同軸。刀片經(jīng)過定位以機(jī)械夾固方式裝夾在刀體上并跟隨其一起運動，刀體和刀片一起組成活動刀具。一組活動刀具既可以設(shè)計為漸進(jìn)式拉削方式，又可以設(shè)計為綜合輪切式拉削方式，按照工件總切削深度的不同，可以使用一組活動刀具完成加工，又可以使用多組活動刀具完成加工，完全取決于經(jīng)濟(jì)性和效率原則。機(jī)械夾固式活動刀具結(jié)構(gòu)使刀具的制造成本下降。活動刀具分組的一般方式為粗拉、精拉和校準(zhǔn)拉削。由于活動刀具裝夾部分結(jié)構(gòu)與尺寸統(tǒng)一，若校準(zhǔn)活動刀具的刀刃磨后尺寸超差，可以安裝在精拉位置上作為精拉活動刀具使用；同理若精拉活動刀具的刀刃磨損后可經(jīng)刃磨用作粗拉活動刀具。由于校準(zhǔn)拉削前的切削實際上是屬于去除余量的切削，因此，活動刀具制造中，只需嚴(yán)格控制校準(zhǔn)活動刀具的刀齒精度，方便了刀具制造。 活動刀具制造時的刃磨在專用數(shù)控磨床上進(jìn)行。專用數(shù)控磨床采用三軸聯(lián)動結(jié)構(gòu)，可用軸聯(lián)動方式修整出成形砂輪，進(jìn)行刀齒成形磨削?；顒拥毒吣p后只對前刀面進(jìn)行修磨即可重新使用。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是本發(fā)明的中心架結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3是本發(fā)明的工件裝夾加工示意圖； 圖4是本發(fā)明的工件牽引連接結(jié)構(gòu)示意圖； 圖5是本發(fā)明的柔索牽引機(jī)構(gòu)示意圖； 圖6是圖1的左視結(jié)構(gòu)示意圖； 圖7是本發(fā)明的活動刀片示意圖； 圖8是本發(fā)明的刀架和活動刀具結(jié)構(gòu)示意圖； 圖9是利用本發(fā)明加工的工件示例圖。 圖中1床身、2數(shù)控系統(tǒng)、3柔索牽引機(jī)構(gòu)、4拉刀、5中心架、6工件、7滾筒、8鋼索、9刀片、10刀體、11刀架。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖，詳細(xì)敘述本發(fā)明的實施。 數(shù)控張合式外廓拉床，在床身1上安裝拉刀4、中心架5、柔索牽引機(jī)構(gòu)3并配備數(shù)控系統(tǒng)2，工件6支承在中心架上。拉刀由三部分組成刀架11——固定在機(jī)床床身上，其上包含若干個垂直于工件運動方向的滑槽；刀體10——每只剖分為對稱的兩部分，裝在刀架的滑槽內(nèi)，可以在傳動機(jī)構(gòu)的驅(qū)動下沿滑槽作張合運動；刀片9——通過定位和夾緊結(jié)構(gòu)裝夾在刀體上，并能隨刀體一起作張合運動，完成拉削和對凸臺的避讓運動。刀體和刀片組成刀具，刀具安裝在刀架內(nèi)構(gòu)成拉刀機(jī)構(gòu)，刀具中心線與中心架上安裝的工件軸線同軸。柔索牽引機(jī)構(gòu)由液壓油馬達(dá)、滾筒7、鋼索8組成，安裝在床體的一端，液壓油馬達(dá)驅(qū)動連接滾筒，鋼索一端圈繞在滾筒上，另一端設(shè)有螺旋接頭與工件聯(lián)接。刀體和刀片組成活動刀具，刀架上至少安裝有一組活動刀具。當(dāng)安裝有二組或二組以上的活動刀具時，排列為粗拉活動刀具、精拉活動刀具和校準(zhǔn)拉削活動刀具。圖1、圖3中的拉刀的刀架中可安裝一組或多組活動刀具。所述的每組活動刀具既可以設(shè)計為漸進(jìn)式拉削方式，又可以設(shè)計為綜合輪切式拉削方式。 下面以使用廣泛的長漸開線花鍵軸拉削加工為例，對本發(fā)明進(jìn)一步敘述。
如圖9所示的漸開線齒形花鍵軸，通常達(dá)數(shù)米之長，其毛坯是細(xì)長的帶臺肩的光軸，將光軸支承在若干個如圖2所示的中心架上，各中心架的中心線重合并與牽引方向一致，工件在機(jī)床上安裝和進(jìn)入拉刀的示意如圖3。工件端部有如圖4所示的工藝螺孔，與柔索牽引機(jī)構(gòu)中鋼索端部的螺旋接頭旋接，柔索牽引機(jī)構(gòu)如圖5所示，牽引時液壓油馬達(dá)驅(qū)動滾筒，滾筒旋轉(zhuǎn)時收緊纏繞在其上的鋼絲繩，帶動工件逐步進(jìn)入固定在床身上的數(shù)把拉刀，拉刀刀刃逐齒遞升，分層切出軸上的漸開線花鍵廓形，最后一組活動刀具為齒形校正刀具，其精度決定了齒廓的精度。由圖l可以看出整個拉床十分簡潔。 當(dāng)工件上的凸臺接近中心架支承點時，由非接觸式傳感器發(fā)出信號，中心架上的三個活動支承均勻退縮避讓工件的凸臺，直至工件凸臺部位完全通過，支承回復(fù)至定位約束位置。同樣，活動刀具也是剖分式結(jié)構(gòu)(圖7)，安裝在刀架滑槽內(nèi)，當(dāng)工件凸臺接近刀刃時，如圖8所示的剖分式活動刀具向兩邊張開，活動刀具張開時的位置始終處于切削至工件越程槽內(nèi)或是越程圓弧半徑內(nèi)。工件的這一部位是非配合部位，這種加工方法完全能滿足精度要求。中心架支承爪和活動刀具的張合都是由數(shù)控系統(tǒng)控制伺服電機(jī)與機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)實現(xiàn)的。 由于鋼索牽引具有柔性，并能以簡單的結(jié)構(gòu)實現(xiàn)長距離的力的傳輸，所以拉床結(jié)構(gòu)十分簡單，拉削時振動很小，可以延長刀具的使用壽命。柔索牽引機(jī)構(gòu)固定在機(jī)床的一端，工作時，液壓油馬達(dá)驅(qū)動滾輪旋轉(zhuǎn)，其上的鋼索在拉動工件沿軸線平移時，受到排線機(jī)構(gòu)的約束，鋼索的伸直部分的中心線始終與工件的軸心線保持同軸，有效拉力最大。
張合式(剖分式)活動刀架的數(shù)量一般設(shè)計為8-10個，為可剖分的兩半結(jié)構(gòu)，張合運動由數(shù)控方式實現(xiàn)?；顒拥毒邤?shù)量受極限拉削力限制，可按粗、精加工分為刀組?；顒拥毒甙惭b在刀架滑槽內(nèi)，組成拉刀。刀片刃磨后其實體逐漸減小，減小到一定程度，可將校準(zhǔn)活動刀片用作精拉活動刀片、精拉活動刀片用作粗拉活動刀片，增加了拉刀的使用壽命?；顒拥镀谱鞯淖罱K工藝采用數(shù)控成型磨削，即利用數(shù)控產(chǎn)生的軌跡，修整出所需的成形砂輪，磨削出活動刀片的齒形，活動刀片的后續(xù)磨削，即切削磨損后的磨削，則只需簡單地修磨活動刀片的前刀面即可。工件拉削所需的活動刀具組數(shù)量完全取決于實際情況，可根據(jù)材料硬度，表面質(zhì)量和精度要求十分靈活地配置。
權(quán)利要求
一種數(shù)控張合式外廓拉床，包括安裝在床身上的拉刀、牽引機(jī)構(gòu)和數(shù)控系統(tǒng)，其特征是設(shè)有支承工件的中心架，中心架設(shè)置在床身上，所述的拉刀由刀架、刀體、刀片三部分組成，刀架固定在床身上，刀架上設(shè)有若干個垂直于工件運動方向的滑槽；刀體由剖分為對稱的兩部分組成，刀體裝在刀架的滑槽內(nèi)，可在傳動機(jī)構(gòu)的驅(qū)動下沿滑槽作張合運動；刀片通過定位和夾緊結(jié)構(gòu)裝夾在刀體上，并能隨刀體一起作張合運動，完成拉削和對凸臺的避讓運動；所述的牽引機(jī)構(gòu)是由液壓油馬達(dá)、滾筒、鋼索組成的柔索牽引機(jī)構(gòu)，柔索牽引機(jī)構(gòu)設(shè)置在床身的一端，液壓油馬達(dá)驅(qū)動連接滾筒，鋼索一端圈繞在滾筒，另一端設(shè)有牽引工件運動的螺旋連接接頭。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)控張合式外廓拉床，其特征是所述的刀架內(nèi)可安裝由刀體和刀片組成的一組或數(shù)組活動刀具。
全文摘要
數(shù)控張合式外廓拉床，屬于機(jī)床技術(shù)領(lǐng)域。由安裝在床身上的拉刀、中心架、牽引機(jī)構(gòu)和數(shù)控系統(tǒng)等構(gòu)成。拉削主運動為工件運動、刀具靜止。拉刀由三部分組成刀架固定在機(jī)床床身上，其上包含若干個垂直于工件運動方向的滑槽；每只刀體剖分為對稱的兩部分，裝在刀架的滑槽內(nèi)，可沿滑槽作張合運動；刀片通過定位和夾緊結(jié)構(gòu)裝夾在刀體上，并能隨刀體一起作張合運動，完成拉削和對凸臺的避讓運動。工件運動由牽引機(jī)構(gòu)拉動，牽引機(jī)構(gòu)由液壓油馬達(dá)、滾筒、鋼索組成，具有柔性。牽引機(jī)構(gòu)設(shè)置在床身一端。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，能高效實現(xiàn)復(fù)雜外廓且?guī)в型古_的細(xì)長軸類機(jī)械零件的拉削加工，排屑方便，延長了刀具使用壽命。
文檔編號B23D41/00GK101774044SQ20101012645
公開日2010年7月14日 申請日期2010年3月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月12日
發(fā)明者唐春陽, 孫釗 申請人:揚州大學(xué)