數控張合式外廓拉床的製作方法

2023-12-03 00:42:46 1

專利名稱：數控張合式外廓拉床的製作方法
技術領域：
本發明涉及用拉刀加工一些機械零件內外成型表面的工具機，尤其涉及一種以數控
張合式拉刀為刀具的拉削細長軸類零件的外部廓形的拉床，屬於工具機技術領域。
背景技術：
拉床是使用拉刀加工一些機械零件的內外成型表面的工具機，主要由床身、刀夾、刀具、牽引部件和電器控制系統等機構組成，拉床一般採用液壓傳動。按工作性質的不同，拉床可分為內拉床和外拉床。製造業中有大量零件的內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量較高。拉削是一種高生產率的成形切削加工方法。與其它切削方法相比，通用拉削的特點有隻有主運動，沒有進給運動，因此工具機結構簡單；拉刀是多刃刀具， 一次行程即可完成粗、精加工，生產率很高，大批量生產時，成本低，用於加工大批特殊形狀的內、外表面時，效果更顯著；拉削過程平穩，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。 現有的通用拉削工藝的局限主要在於不能加工盲孔或有凸臺的外廓；拉刀結構複雜。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，導致拉床結構較大；2、多齒拉刀為固定的結構形式，使得在實際應用領域內，大量的軸類零件具有特殊形狀但帶有凸臺，傳統拉削方法無法應用，只能使用低效率的銑削等製造工藝加工此類零件。

發明內容
本發明的目的就是針對上述現有技術所存在的不足，提供一種數控張合式外廓拉床，拉削主運動由工件運動實現，通過安裝在刀架內的成形刀具的附加運動，高效完成複雜外廓且帶有凸臺的細長軸類機械零件的拉削加工，替代這類零件加工中一直沿用的低效率的銑削工藝。 本發明的目的是通過對現有的拉床的改進實現的。數控張合式外廓拉床，包括安
裝在床身上的拉刀、牽引機構和數控系統，其特徵是設有支承工件的中心架，中心架設置在
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，刀架上設有若干個
垂直於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，可
在傳動機構的驅動下沿滑槽作張合運動；刀片通過定位和夾緊結構裝夾在刀體上，並能隨
刀體一起作張合運動，完成拉削和對凸臺的避讓運動；所述的牽引機構是由液壓油馬達、
滾筒、鋼索組成的柔索牽引機構，柔索牽引機構設置在床身的一端，液壓油馬達驅動連接滾
筒，鋼索一端圈繞在滾筒，另一端設有牽引工件運動的螺旋連接接頭。 所述的刀架內可安裝由刀體和刀片組成的一組或數組活動刀具。 本發明為了解決上述技術問題，在臥式或立式拉床中，1、將工件靜止、拉刀移動的
拉削主運動改變為工件運動、拉刀靜止的拉削主運動；2、將液壓油缸牽引拉刀實現拉削運動改變為液壓油馬達通過鋼索牽引機構牽引工件實現拉削運動；3、多齒固定式刀具改變為刀具安裝在固定刀架滑槽內形成可張合的活動刀具。工具機中所有運動控制由數控系統實現。
通過工件運動形成拉削主運動 現有拉床的拉削運動，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，固定的多齒結構拉刀的體積較大，大質量的拉刀在高效拉削運動中，要求工具機剛性好，因此工具機體積大。同時，拉削產生的大量切屑，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工具機的剛性要求降低，減小了工具機的體積。拉削過程中，拉刀的質心靜止，其張合是小距離的輔助運動，只在遇到工件凸臺結構時作退讓，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，拉刀設計與製造難度極大降低。機械夾固式可分離的刀具不僅降低了製造難度，且可實現刀具磨損後的局部更換，反覆使用，刀具製造、使用費用極大降低。
拉削過程中，根據細長軸類工件長度情況，將其安裝在數量不同的中心架的支承上，中心架的支承點通過數控方式移動，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。當工件上的凸臺接近支承點或拉刀刀刃時，傳感器發出信號，數控系統控制支承機構或拉刀張開，其它支承和刀刃位置不變；凸臺移過後，支承或刀具視需要合攏、重新支承或保持退讓。
柔索牽引機構 柔索牽引機構設置在拉床的一端，牽引的驅動力為液壓油馬達，油馬達的特點為結構緊湊、體積小、牽引力大、運動平穩，速度調節範圍廣。拉削時，油馬達帶動與其同軸的
滾筒旋轉，滾筒巻繞其上的鋼索，鋼索一端配置螺紋結構連接在細長工件的端部，帶動工件沿軸線平移。鋼索巻繞時，拉直部分通過排線結構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，有利於保護拉刀的刀刃免受振動損壞；柔索牽引機構更適合長距離拉削，可使工具機結構極大簡化。工件越長，工具機相對製造成本的降低
越顯著。 刀具張合運動的實現機構 固定刀架的一組滑槽內可分別安裝可張合的刀體，張合形式為閘式，運動方向垂直於工件運動方向。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。刀片經過定位以機械夾固方式裝夾在刀體上並跟隨其一起運動，刀體和刀片一起組成活動刀具。一組活動刀具既可以設計為漸進式拉削方式，又可以設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，完全取決於經濟性和效率原則。機械夾固式活動刀具結構使刀具的製造成本下降。活動刀具分組的一般方式為粗拉、精拉和校準拉削。由於活動刀具裝夾部分結構與尺寸統一，若校準活動刀具的刀刃磨後尺寸超差，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後可經刃磨用作粗拉活動刀具。由於校準拉削前的切削實際上是屬於去除餘量的切削，因此，活動刀具製造中，只需嚴格控制校準活動刀具的刀齒精度，方便了刀具製造。 活動刀具製造時的刃磨在專用數控磨床上進行。專用數控磨床採用三軸聯動結構，可用軸聯動方式修整出成形砂輪，進行刀齒成形磨削。活動刀具磨損後只對前刀面進行修磨即可重新使用。


圖1是本發明的結構示意圖； 圖2是本發明的中心架結構示意圖； 圖3是本發明的工件裝夾加工示意圖； 圖4是本發明的工件牽引連接結構示意圖； 圖5是本發明的柔索牽引機構示意圖； 圖6是圖1的左視結構示意圖； 圖7是本發明的活動刀片示意圖； 圖8是本發明的刀架和活動刀具結構示意圖； 圖9是利用本發明加工的工件示例圖。 圖中1床身、2數控系統、3柔索牽引機構、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
下面結合附圖，詳細敘述本發明的實施。 數控張合式外廓拉床，在床身1上安裝拉刀4、中心架5、柔索牽引機構3並配備數控系統2，工件6支承在中心架上。拉刀由三部分組成刀架11——固定在工具機床身上，其上包含若干個垂直於工件運動方向的滑槽；刀體10——每隻剖分為對稱的兩部分，裝在刀架的滑槽內，可以在傳動機構的驅動下沿滑槽作張合運動；刀片9——通過定位和夾緊結構裝夾在刀體上，並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，刀具安裝在刀架內構成拉刀機構，刀具中心線與中心架上安裝的工件軸線同軸。柔索牽引機構由液壓油馬達、滾筒7、鋼索8組成，安裝在床體的一端，液壓油馬達驅動連接滾筒，鋼索一端圈繞在滾筒上，另一端設有螺旋接頭與工件聯接。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計為漸進式拉削方式，又可以設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，對本發明進一步敘述。
如圖9所示的漸開線齒形花鍵軸，通常達數米之長，其毛坯是細長的帶臺肩的光軸，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併與牽引方向一致，工件在工具機上安裝和進入拉刀的示意如圖3。工件端部有如圖4所示的工藝螺孔，與柔索牽引機構中鋼索端部的螺旋接頭旋接，柔索牽引機構如圖5所示，牽引時液壓油馬達驅動滾筒，滾筒旋轉時收緊纏繞在其上的鋼絲繩，帶動工件逐步進入固定在床身上的數把拉刀，拉刀刀刃逐齒遞升，分層切出軸上的漸開線花鍵廓形，最後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。 當工件上的凸臺接近中心架支承點時，由非接觸式傳感器發出信號，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，支承回復至定位約束位置。同樣，活動刀具也是剖分式結構(圖7)，安裝在刀架滑槽內，當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於切削至工件越程槽內或是越程圓弧半徑內。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控系統控制伺服電機與機械傳動機構實現的。 由於鋼索牽引具有柔性，並能以簡單的結構實現長距離的力的傳輸，所以拉床結構十分簡單，拉削時振動很小，可以延長刀具的使用壽命。柔索牽引機構固定在工具機的一端，工作時，液壓油馬達驅動滾輪旋轉，其上的鋼索在拉動工件沿軸線平移時，受到排線機構的約束，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)活動刀架的數量一般設計為8-10個，為可剖分的兩半結構，張合運動由數控方式實現。活動刀具數量受極限拉削力限制，可按粗、精加工分為刀組。活動刀具安裝在刀架滑槽內，組成拉刀。刀片刃磨後其實體逐漸減小，減小到一定程度，可將校準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。活動刀片製作的最終工藝採用數控成型磨削，即利用數控產生的軌跡，修整出所需的成形砂輪，磨削出活動刀片的齒形，活動刀片的後續磨削，即切削磨損後的磨削，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量完全取決於實際情況，可根據材料硬度，表面質量和精度要求十分靈活地配置。
權利要求
一種數控張合式外廓拉床，包括安裝在床身上的拉刀、牽引機構和數控系統，其特徵是設有支承工件的中心架，中心架設置在床身上，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，刀架上設有若干個垂直於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，可在傳動機構的驅動下沿滑槽作張合運動；刀片通過定位和夾緊結構裝夾在刀體上，並能隨刀體一起作張合運動，完成拉削和對凸臺的避讓運動；所述的牽引機構是由液壓油馬達、滾筒、鋼索組成的柔索牽引機構，柔索牽引機構設置在床身的一端，液壓油馬達驅動連接滾筒，鋼索一端圈繞在滾筒，另一端設有牽引工件運動的螺旋連接接頭。
2. 根據權利要求1所述的數控張合式外廓拉床，其特徵是所述的刀架內可安裝由刀體和刀片組成的一組或數組活動刀具。
全文摘要
數控張合式外廓拉床，屬於工具機技術領域。由安裝在床身上的拉刀、中心架、牽引機構和數控系統等構成。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工具機床身上，其上包含若干個垂直於工件運動方向的滑槽；每隻刀體剖分為對稱的兩部分，裝在刀架的滑槽內，可沿滑槽作張合運動；刀片通過定位和夾緊結構裝夾在刀體上，並能隨刀體一起作張合運動，完成拉削和對凸臺的避讓運動。工件運動由牽引機構拉動，牽引機構由液壓油馬達、滾筒、鋼索組成，具有柔性。牽引機構設置在床身一端。本發明結構簡單，能高效實現複雜外廓且帶有凸臺的細長軸類機械零件的拉削加工，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 優先權日2010年3月12日
發明者唐春陽, 孫釗 申請人:揚州大學