本發(fā)明涉及機(jī)械設(shè)備,是一種專門針對發(fā)動(dòng)機(jī)裂解式連桿大小頭孔精加工的數(shù)控機(jī)床。

背景技術(shù)：

國家重大專項(xiàng)針對汽車發(fā)動(dòng)機(jī)行業(yè)裂解連桿的加工要求，設(shè)立了開發(fā)研制成套的裂解加工工藝技術(shù)和生產(chǎn)設(shè)備的課題，包括本發(fā)明所涉及的發(fā)動(dòng)機(jī)裂解式連桿大小頭孔精加工數(shù)控機(jī)床等設(shè)備，形成擁有自主產(chǎn)權(quán)的生產(chǎn)工藝和一條年產(chǎn)量60萬件以上連桿加工生產(chǎn)線，滿足汽油發(fā)動(dòng)機(jī)15萬臺(tái)以上的配套能力，可靠性與精度等指標(biāo)達(dá)到國際先進(jìn)的水平，并實(shí)現(xiàn)市場應(yīng)用。本發(fā)明就是該課題中的重要生產(chǎn)設(shè)備。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種發(fā)動(dòng)機(jī)裂解式連桿大小頭孔精加工數(shù)控機(jī)床，專門加工發(fā)動(dòng)機(jī)連桿大小頭孔，提高質(zhì)量和效率。

發(fā)動(dòng)機(jī)裂解式連桿大小頭孔精加工數(shù)控機(jī)床，包括電氣控制系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、排屑及冷卻過濾系統(tǒng)、夾具系統(tǒng)、刀庫系統(tǒng)，數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)用一個(gè)雙位置反饋技術(shù)，其特征在于三坐標(biāo)加工單元、高精度A軸分度結(jié)構(gòu)是各自獨(dú)立的裝置，三坐標(biāo)加工單元位于高精度A軸分度機(jī)構(gòu)的正后面，刀庫系統(tǒng)與A軸分度結(jié)構(gòu)并列設(shè)置，夾具系統(tǒng)安裝在A軸分度結(jié)構(gòu)上，繞A軸旋轉(zhuǎn)，通過一套電氣控制系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、排屑及冷卻過濾系統(tǒng)構(gòu)成一臺(tái)專用數(shù)控機(jī)床；三坐標(biāo)加工單元有X軸、Y軸、Z軸三個(gè)數(shù)控軸，加工位傳動(dòng)分別由立柱、主軸箱、主床身、托板實(shí)現(xiàn)；X軸平行于地面并與Y軸和Z軸垂直，X軸是使Y軸立柱沿X軸滑鞍長度方向左右移動(dòng)的數(shù)控直線軸，以實(shí)現(xiàn)A軸夾具上工件不同位置的加工，Y軸垂直于地面、Z軸和X軸，Y軸是使主軸箱上下移動(dòng)的數(shù)控直線軸，以實(shí)現(xiàn)對工件上下不同位置的加工；Z軸平行于地面并與Y軸和X軸垂直，Z軸是使X軸滑鞍沿主床身長度方向前后移動(dòng)的數(shù)控直線軸，以實(shí)現(xiàn)A軸分度結(jié)構(gòu)上工件不同厚度位置的加工；A軸為數(shù)控回轉(zhuǎn)軸，其回轉(zhuǎn)軸線平行于X軸，A軸分度結(jié)構(gòu)是X軸、Y軸、Z軸三個(gè)數(shù)控軸的方位參照基準(zhǔn)；主軸箱上平行安裝兩個(gè)電主軸，裝上刀具同時(shí)運(yùn)動(dòng)時(shí)，能夠同時(shí)加工兩個(gè)工件；夾具系統(tǒng)固定在A軸上，兩個(gè)夾具系統(tǒng)提供兩個(gè)工位，加工位和裝載位，每個(gè)工位均可同時(shí)安裝兩個(gè)工件；數(shù)控系統(tǒng)能同時(shí)監(jiān)控電機(jī)編碼器及外部編碼器的位置，進(jìn)行雙重全閉環(huán)控制。

本發(fā)明機(jī)床將高精度A軸分度結(jié)構(gòu)與機(jī)床三坐標(biāo)結(jié)構(gòu)通過一套電氣控制、液壓、排屑及冷卻過濾系統(tǒng)、刀庫系統(tǒng)、夾具系統(tǒng)組合為一體，可以實(shí)現(xiàn)一次裝夾，同時(shí)完成兩個(gè)工件的徑向和軸向不同角度和位置的鉆削和鏜銑加工。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的數(shù)控機(jī)床主視圖；

圖2是本發(fā)明的數(shù)控機(jī)床左視圖；

圖3是本發(fā)明的數(shù)控機(jī)床俯視圖；

圖4是本發(fā)明的數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)軸示意圖；

圖5是主軸箱主視圖；

圖6是主軸箱俯視圖；

圖7是立柱的主視圖；

圖8是立柱的左視圖；

圖9是X軸滑鞍的俯視圖；

圖10是X軸滑鞍的A-A剖視圖；

圖11是主床身的俯視圖；

圖12是主床身的A-A剖視圖；

圖13是A軸轉(zhuǎn)臺(tái)的主視圖；

圖14是A軸轉(zhuǎn)臺(tái)的A-A剖視圖；

圖15為控制系統(tǒng)中的夾具修調(diào)界面；

圖16為機(jī)床延時(shí)設(shè)定夾具修調(diào)界面；

圖17為刀庫修調(diào)界面。

具體實(shí)施方式

發(fā)動(dòng)機(jī)裂解式連桿大小頭孔精加工數(shù)控機(jī)床，通過圖1～3可看到本機(jī)床整體，包括操作面板1、外防護(hù)2、冷卻過濾系統(tǒng)5、主軸冷卻機(jī)6、排屑系統(tǒng)7、油冷機(jī)8、及液壓系統(tǒng)9，其特征在于有X軸、Y軸、Z軸、A軸四個(gè)數(shù)控軸，平行于地面的A軸系統(tǒng)是X軸、Y軸、Z軸三個(gè)數(shù)控軸的方位參照基準(zhǔn)軸，從圖4的機(jī)床坐標(biāo)軸側(cè)圖可見，三坐標(biāo)單元位于A軸系統(tǒng)的正后面，三坐標(biāo)單元與A軸系統(tǒng)是各自獨(dú)立的裝置，共同與上刀庫15、刀庫支架16、夾具系統(tǒng)41 和一套電氣控制系統(tǒng)4，構(gòu)成一臺(tái)完整的專用數(shù)控機(jī)床；所述三坐標(biāo)單元的結(jié)構(gòu)：包括主床身10、X軸滑鞍11、Y軸立柱12、主軸箱13、主軸14，A軸系統(tǒng)；X軸直線導(dǎo)軌28沿X軸滑鞍11長度方向安裝，Y軸立柱12通過滑塊安裝面安裝在X軸直線導(dǎo)軌28的滑塊上，Y軸立柱12上的絲母座與X軸滾珠絲杠29相連,X軸滾珠絲杠29由驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)33驅(qū)動(dòng),使Y軸立柱12沿X軸方向運(yùn)動(dòng)；主軸箱13通過與X軸及地面垂直的Y軸直線導(dǎo)軌26安裝在Y軸立柱12上，并由驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)25通過Y軸滾珠絲杠21驅(qū)動(dòng)沿Y軸方向運(yùn)動(dòng)；X軸滑鞍11通過與主床身10平行的Z軸直線導(dǎo)軌36并由驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)39通過Z軸滾珠絲杠37驅(qū)動(dòng)沿Z軸方向運(yùn)動(dòng)。

如圖4所示，Z軸平行于地面是沿刀具軸線方向移動(dòng)的數(shù)控直線軸，并與水平X軸垂直、與Y軸空間垂直，以實(shí)現(xiàn)夾具系統(tǒng)上鉆削和銑削的工件不同厚度位置的加工實(shí)現(xiàn)。X軸平行于地面并Z軸水平垂直、與Y軸空間垂直，X軸是使三坐標(biāo)單元沿床身寬度方向移動(dòng)的數(shù)控直線軸，以實(shí)現(xiàn)對A軸夾具上工件不同位置的加工。Y軸垂直于地面、Z軸和X軸，Y軸是使Z軸上下移動(dòng)的數(shù)控直線軸，以實(shí)現(xiàn)工件上下不同位置的加工。A軸為數(shù)控回轉(zhuǎn)軸，其回轉(zhuǎn)軸線平行于X軸，以實(shí)現(xiàn)雙工位工件的加工。

雙主軸結(jié)構(gòu)，見圖5-8：主軸箱13上平行設(shè)有兩根電主軸14，并且設(shè)置兩個(gè)夾具系統(tǒng)41，見圖13，同時(shí)夾持兩個(gè)被加工連桿、并同時(shí)加工兩個(gè)工件。

主軸箱13可沿Y軸方向上下移動(dòng)，立柱12上設(shè)有導(dǎo)軌26，主軸箱13上面有四個(gè)滑塊27，這樣四個(gè)滑塊27連同主軸箱13在立柱導(dǎo)軌26上做上下移動(dòng)。還有兩根絲杠21穿過主軸箱，絲杠21上面的絲母把在主軸箱13上，驅(qū)動(dòng)主軸箱13上下移動(dòng)。

立柱，見圖7-8：立柱12上平行設(shè)有兩根Y軸直線導(dǎo)軌26，與Y軸直線導(dǎo)軌26并排安裝兩根Y軸滾珠絲杠21，兩根Y軸滾珠絲杠21的下端固定在立柱12下軸承座20上。當(dāng)兩個(gè)驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)25轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候帶動(dòng)兩個(gè)主動(dòng)皮帶輪24同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)，通過齒形帶23帶動(dòng)兩個(gè)從動(dòng)皮帶輪22轉(zhuǎn)動(dòng)，從動(dòng)皮帶輪22轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)兩根Y軸滾珠絲杠21轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使主軸箱13沿著Y軸直線導(dǎo)軌26做上下移動(dòng)，構(gòu)成主機(jī)的Y軸移動(dòng)。

見圖9-10：X軸滑鞍11上設(shè)有兩根X軸導(dǎo)軌28，一個(gè)軸承座30安裝在兩根X軸導(dǎo)軌28一端之間，一根X軸絲杠29的一端固定在軸承座30上，一端浮動(dòng)，四個(gè)滑塊35固定在X軸滑鞍11上。一個(gè)從動(dòng)皮帶輪31，一根齒形帶32，一個(gè)主動(dòng)皮帶輪34和一個(gè)驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)33安裝在X軸滑鞍11寬端上。當(dāng)驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)33轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候帶動(dòng)主動(dòng)皮帶輪34同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)，通過齒形帶32帶動(dòng)從動(dòng)皮帶輪31轉(zhuǎn)動(dòng)，從動(dòng)皮帶輪31轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)X軸絲杠29轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使立柱12沿著X軸導(dǎo)軌28做左右移動(dòng)，構(gòu)成主機(jī)的X軸移動(dòng)。

主床身，見圖11-12：主床身10上通過軸承座38設(shè)置兩根平行Z軸直線導(dǎo)軌36，Z軸滾珠絲杠37的一端固定在軸承座38上，通過聯(lián)軸節(jié)40與驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)39相連，另一端浮動(dòng)；當(dāng)驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)39轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候通過聯(lián)軸節(jié)40直接帶動(dòng)Z軸滾珠絲杠37轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使X軸滑鞍11沿著Z軸直線導(dǎo)軌36做前后移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)主機(jī)的Z軸移動(dòng)。

高精度A軸分度結(jié)構(gòu)，見圖13、圖14：由A軸轉(zhuǎn)臺(tái)17、轉(zhuǎn)臺(tái)尾座18、A軸基座19組成，A軸轉(zhuǎn)臺(tái)17、轉(zhuǎn)臺(tái)尾座18并排放置在A軸基座19上，A軸轉(zhuǎn)臺(tái)17、轉(zhuǎn)臺(tái)尾座18之間安裝兩個(gè)夾具系統(tǒng)41夾持被加工零件，A軸轉(zhuǎn)臺(tái)17轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)尾座18一起轉(zhuǎn)動(dòng)，他們的公共軸線構(gòu)成主機(jī)的A軸運(yùn)動(dòng)。

液壓系統(tǒng)、排屑及冷卻過濾系統(tǒng)按機(jī)床行業(yè)常規(guī)技術(shù)要求配置，通過管路連接到達(dá)各執(zhí)行元件。

電氣控制系統(tǒng)采用數(shù)字控制系統(tǒng)用于各加工軸的位置控制，液壓系統(tǒng)用于各旋轉(zhuǎn)數(shù)控軸的到位鎖緊及夾具的鎖緊松開，排屑及冷卻過濾系統(tǒng)的設(shè)計(jì)滿足深孔加工刀具的使用要求。

本機(jī)床應(yīng)用數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行控制，本數(shù)控系統(tǒng)采用超高速處理器，用CNC內(nèi)部高速化的總線傳送高速數(shù)字信號(hào)，使用最尖端的硬件大幅度提高CNC性能。基于DSC(動(dòng)態(tài)伺服控制)閉環(huán)位置控制技術(shù)確保機(jī)床獲得最佳的動(dòng)態(tài)性能，能實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的表面加工質(zhì)量這種控制方式能夠?qū)崿F(xiàn)高精度快速定位，同時(shí)更方便與機(jī)械調(diào)整。中心控制系統(tǒng)的PLC輸出口，通過驅(qū)動(dòng)繼電器的觸點(diǎn)分別與相對應(yīng)的液壓回路中換向電磁閥及其它電器件進(jìn)行連接,實(shí)現(xiàn)對液壓及冷卻系統(tǒng)的作業(yè)控制。機(jī)床中心控制系統(tǒng)在MDA或自動(dòng)狀態(tài)使用T碼為刀具調(diào)用指令。機(jī)床共有2個(gè)電主軸，6個(gè)伺服軸，M代碼控制油缸電磁換向閥的電磁鐵，實(shí)現(xiàn)油缸運(yùn)動(dòng)，G代碼為系統(tǒng)基本功能指令，控制伺服電機(jī)及X、Y1、Y2、Z、TM、A軸伺服電機(jī)和電主軸電機(jī)，控制伺服軸移動(dòng)與差補(bǔ)。

數(shù)控系統(tǒng)有兩大部分，一是NC、二是PLC。

第一部分：由NC實(shí)現(xiàn)刀具相對于工件各坐標(biāo)軸幾何運(yùn)動(dòng)規(guī)律的數(shù)字控制。

第二部分：機(jī)床輔助設(shè)備的控制是由PLC來完成。它是在數(shù)控機(jī)床運(yùn)行過程中，根據(jù)CNC內(nèi)部標(biāo)志以及機(jī)床的各控制開關(guān)、檢測元件、運(yùn)行部件的狀態(tài)，按照程序設(shè)定的控制邏輯對諸如刀庫運(yùn)動(dòng)、換刀機(jī)構(gòu)、冷卻液等的運(yùn)行進(jìn)行控制。

機(jī)床自動(dòng)換刀的PLC程序里面編寫了機(jī)床刀庫換刀時(shí)的時(shí)序和互鎖：

自動(dòng)換刀程序段1.使動(dòng)刀庫到達(dá)目標(biāo)刀位、換新刀、主軸上有舊刀的換刀、XY軸或Z軸在等待位、或換刀位、第一主軸、第二主軸在換刀位松開或夾緊；程序段2.實(shí)施抓刀、換刀；程序段3.NC,PLC數(shù)據(jù)交換實(shí)施換新刀并從主軸上換下舊刀；程序段4.新刀定位：自動(dòng)換刀重新啟動(dòng)刀庫定位；程序段5.刀庫需要移動(dòng)，與舊刀刀庫當(dāng)前刀位交換位置，自動(dòng)換刀重新啟動(dòng)刀庫定位。程序段6.刀庫不需要移動(dòng)：刀庫當(dāng)前刀位號(hào)交換位置，刀庫移動(dòng)目標(biāo)刀位；程序段7.刀庫需要移動(dòng)，程序段8.自動(dòng)換刀定位；程序段9.刀庫定位完成，刀庫移動(dòng)目標(biāo)刀位，自動(dòng)換刀定位到目標(biāo)位置完成；程序段10.刀庫FC18TM自動(dòng)定位完成，按程序執(zhí)行。當(dāng)前刀庫換刀位置有刀，當(dāng)前刀位檢測到刀具，跳轉(zhuǎn)到不能執(zhí)行，進(jìn)給禁止；程序段11.XY軸在等待位/換刀位；程序段12.Z軸在等待位/換刀位；程序段13.第一主軸定向在換刀位且主軸松開/夾緊；程序段14.第二主軸定向在換刀位且主軸松開/夾緊；程序段15.換刀門打開到位；程序段16.刀庫換刀門打開；程序段17.主軸有刀夾緊到位；程序段18.自動(dòng)換刀程序運(yùn)行MCP鍵重置。為了便與機(jī)床操作與調(diào)試，數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)了人機(jī)交互界面，例如圖15所示，是夾具修調(diào)控制界面：夾具1修調(diào)--大頭松開、夾緊，大頭高壓、低壓壓緊輸入、小頭高壓、低壓壓緊輸入、抽芯伸出、退回，脹銷伸出、退回；夾具2修調(diào)—大頭松開、夾緊，大頭高壓、低壓壓緊輸入、小頭高壓、低壓壓緊輸入、抽芯伸出、退回，脹銷伸出、退回，并設(shè)各功能選擇鍵；

圖16為刀庫修調(diào)界面，在此界面中可以觀測主軸松夾模擬量和刀庫實(shí)時(shí)信息，還可以在修調(diào)模式下對刀庫調(diào)試。

圖17為機(jī)床延時(shí)設(shè)定界面，可以調(diào)整潤滑時(shí)間，潤滑間隔等時(shí)間繼電器。