大型迴轉體精密加工工具機及利用其進行精密加工的方法

2023-06-14 21:04:56

專利名稱：大型迴轉體精密加工工具機及利用其進行精密加工的方法
技術領域：
本發明屬於 迴轉體精密加工技術領域，具體涉及一種可用於大型迴轉體精密加工的工具機及利用該工具機進行大型迴轉體的精密加工的方法。
背景技術：
在大型的物料輸送和起重設備中，迴轉體常被用作設備的支撐和迴轉部件，如三峽工程中塔帶機的基礎節和標準節、港口碼頭塔機的迴轉支撐迴轉體，以及電廠和水泥廠的圓形堆取料機的迴轉體等等。對迴轉體鑄件或迴轉體鍛件的進一步加工以擴大孔徑，提高精度，糾正原來孔軸線的偏斜，減小表面粗糙度是迴轉體加工必不可少的。目前，對於大型機械零件的加工，主要依靠重型複合加工工具機大型迴轉體零件通常採用重型立式車削複合工具機在機械加工車間的廠房內完成零件的精密加工，然後再將其運輸到用戶所需使用場所。這種加工方法不可避免有以下幾點問題(1)這類大型迴轉體零件由於其幾何尺寸超長超大、甚至超重，從生產企業到用戶目的地，沿途受橋梁、隧道、公路、彎道、路邊房屋、樹木、電纜、電線等在高度和寬度方面的限制，根本無法把這類大型迴轉體零件運輸到用戶指定地點；即使能夠運輸到用戶所需地點，沿途運輸所需開銷極大，而且還需要花費大量的時間去排除沿途障礙，有時甚至花費數月的時間。(2)對於生產企業來說，需要有重型的臥式或立式複合加工工具機，才能完成這類大型迴轉體零件的加工。前期投入巨大，技術裝備要求強，加工成本高。(3)對於一些薄壁的大型迴轉體零件，由於其徑向剛度很弱，無法在重型的臥式或立式複合加工工具機上進行定位和夾緊。由於採用大型立式或臥式車床和鏜床有以上幾點問題，也有採用託輥支撐大型迴轉體，電機驅動託輥轉動，從而利用摩擦力帶動迴轉體旋轉，使用進給量可調的銑削頭對迴轉體進行加工的方案，但由於迴轉體外圓有形位誤差，刀具與迴轉體相對位置一直在變化，很難對刀具進給量進行精確控制，使得迴轉體內外輪廓加工精度難以得到保證。

發明內容
本發明是鑑於上述情況而進行的，其目的之一是提供一種可用於大型迴轉體精密加工的工具機，該工具機結構緊湊、尺寸較小，而且加工精度和加工效率較高，適用於大型迴轉體的精密加工。實現本發明目的的技術方案如下。一種用於中空迴轉體精密加工的工具機，包括託輥底座，其上設置有對稱布置的至少兩個託輥，用於可轉動地支撐待加工的迴轉體；內輪廓加工部分，用於中空迴轉體內輪廓的加工，其包括支架、橫梁、內輪廓加工主軸頭、主軸滑臺驅動電機、固定底座、可移動底座，其中所述固定底座和可移動底座對置於託輥底座兩側，所述支架立於工具機兩端，分別固定在可移動底座和固定底座上，所述橫梁軸向穿過待加工的迴轉體，其兩端架設在支架上，內輪廓加工主軸頭安裝在橫梁上，主軸滑臺驅動電機設置在橫梁的一端，內輪廓加工主軸頭可在主軸滑臺電機的驅動下在橫梁上縱向移動，實現對迴轉體內輪廓的加工；外輪廓加工部分，用於中空迴轉體外輪廓的加工，其包括外輪廓加工部分底座、軌道、外輪廓加工主軸頭、滑臺機構、絲槓及外圓主軸滑臺驅動電機組成，其中，所述外輪廓加工部分底座設置在工具機底座上，所述軌道安裝在工具機底座上，外輪廓加工主軸頭與滑臺機構固定連接，外輪廓主軸滑臺驅動電機安裝在導軌末端，其可通過絲槓帶動滑臺機構在導軌上縱向移動，實現迴轉體外輪廓的加工。作為本發明的改進，所述外輪廓加工主軸頭以及內輪廓加工主軸上安裝有位移傳感器，分別用於檢測迴轉體外輪廓和內輪廓。作為本發明的改進，所述工具機固定底座上的託輥之間設置有限位塊，用於限定迴轉體的位置。本發明的主軸頭為複合主軸頭，既能實現刀具旋轉，又能實現主軸垂直方向進給， 其垂直方向進給由伺服系統控制，主軸頭刀具可換，以完成銑削、磨削、鑽孔、攻絲等複合加工。本發明迴轉件放在託輥上，橫梁穿過迴轉體，固定底座上有限位塊，限制迴轉體縱向移動，託輥由電機帶動，靠迴轉體自重及摩擦帶動迴轉體轉動。本發明外圓加工工具機上滑臺固定在兩個基座上，滑臺上裝有專用銑削動力頭加工迴轉件外輪廓。滑臺可在橫向及垂直方向移動以滿足對不同直徑迴轉體的加工。本發明的目的之二在於提供一種利用上述工具機進行迴轉體輪廓精加工的方法，其通過對迴轉體輪廓與標準輪廓的實時檢測和比較，確定加工誤差，從而控制刀具進給量實現精密加工，該方法具體步驟如下(I)託輥帶動迴轉體旋轉，使用位移傳感器檢測刀具加工位置處迴轉體輪廓的半徑誤差，獲得迴轉體輪廓曲線；(2)對迴轉體輪廓曲線均勻採樣，確定出加工迴轉體基準輪廓；(3)計算迴轉體輪廓上的點到基準輪廓的相應點的距離，得到各點的輪廓半徑誤差;(4)根據所述輪廓半徑誤差確定刀具的進給量，進而獲得刀具在迴轉體輪廓不同位置的進給量，根據上述進給量控制加工主軸對迴轉體輪廓進行精密加工。作為本發明的改進，所述確定迴轉體橫截面的加工基準輪廓的具體過程為在待加工的輪廓圓弧上獲得η個均勻採樣點Ptl, P1, P2……Ρη_1;其中Ptl點的半徑坐標為IV角坐標為0，點Ptl的坐標記為(IV0)，任意第i個點Pi的半徑坐標為Γ(ι+ Δr,( Ari為點Pi相對點P0的半徑誤差)，角坐標是Θ J = 2 31 /n,設該點Pi的平面直角坐標為(Xi, Yi),則Xi = (r0+Ari) cos Θ i7 Yi = Crtl+Ari) sin Θ i;根據下述公式即可得到輪廓基準圓的圓心O1 (a, b)
fπ-1
i 2V
a ^ — > Xi n彳.3
v i=0
基準圓半徑根據加工目標確定，即基準圓半徑等於加工目標圓半徑r。作為本發明的進一步改進，所述的得到各刀位點的輪廓半徑誤差的具體過程為工件輪廓上的任一點Pi (Xi, Yi)到基準圓圓心的距離可用公式
權利要求
1.一種用於中空迴轉體精密加工的工具機，包括 託輥底座(13)，其上設置有對稱布置的至少兩個託輥(12)，用於可轉動地支撐待加工的迴轉體(11); 內輪廓加工部分，用於中空迴轉體內輪廓的加工，其包括支架(I)、橫梁(2)、內輪廓加工主軸頭(3)、主軸滑臺驅動電機(9)、固定底座(10)和可移動底座(14)，其中所述固定底座(10)和可移動底座(14)對置於託輥底座(13)兩側，所述支架(I)立於工具機兩端，分別固定在可移動底座(14)和固定底座(10)上，所述橫梁軸向穿過待加工的迴轉體(11 )，其兩端架設在支架(I)上，內輪廓加工主軸頭(3)安裝在橫梁(2)上，主軸滑臺驅動電機(9)設置在橫梁(2)的一端，內輪廓加工主軸頭(3)可在主軸滑臺驅動電機(9)的驅動下在橫梁(2)上軸向移動，實現對迴轉體內輪廓的加工； 外輪廓加工部分，用於中空迴轉體外輪廓的加工，其包括外輪廓加工底座(5)、軌道(6)、外輪廓加工主軸頭(7)、滑臺機構(15)、絲槓(16)及外圓主軸滑臺驅動電機(17)，其中，所述軌道(6)安裝在外輪廓加工底座(5)上，外輪廓加工主軸頭(7)與滑臺機構(15)固定連接，外輪廓主軸滑臺驅動電機(17)安裝在導軌(6)末端，其可通過絲槓(16)帶動滑臺機構(15 )在導軌(6 )上縱向移動，實現迴轉體外輪廓的加工。
2.根據權利要求I所述的一種用於中空迴轉體精密加工的工具機，其特徵在於，所述外輪廓加工主軸頭(7)以及內輪廓加工主軸(3)上安裝有位移傳感器(8)，用於中空迴轉體(11)的外輪廓和內輪廓的輪廓檢測。
3.根據權利要求I或2所述的一種用於中空迴轉體精密加工的工具機，其特徵在於，所述託輥(12)之間設置有限位塊(4)，用於對中空迴轉體(11)進行限位。
4.根據權利要求1-3之一所述的一種用於中空迴轉體精密加工的工具機，其特徵在於，所述的外輪廓加工主軸頭(7)和內輪廓加工主軸頭(3)均安裝有刀具，該刀具可實現沿主軸的旋轉或沿垂直主軸方向的進給。
5.應用權利要求1-4之一所述的工具機進行迴轉體輪廓精加工的方法，其通過將迴轉體輪廓與標準輪廓的實時檢測和比較，確定加工誤差，從而控制刀具進給量對迴轉體輪廓進行精加工，該方法具體步驟如下 (1)託輥(12)帶動迴轉體(11)旋轉，通過主軸頭(3)上的位移傳感器(8)檢測刀具加工位置處迴轉體(11)輪廓的半徑誤差，獲得迴轉體輪廓曲線； (2)對所述的迴轉體輪廓曲線進行均勻採樣，獲得加工迴轉體基準輪廓； (3)計算迴轉體輪廓上的點到基準輪廓的相應點的距離，得到各點的輪廓半徑誤差； (4)根據所述輪廓半徑誤差獲得刀具的進給量，進而獲得刀具在迴轉體輪廓不同位置的進給量，根據上述進給量控制刀具對迴轉體輪廓進行精密加工。
6.根據權利要求5所述的方法，其特徵在於，所述步驟(2)中獲得迴轉體基準輪廓的具體過程為 首先，在待加工的輪廓曲線上獲得n個均勻採樣點Ptl, P1, P2,…，Plri ； 然後，獲得各採樣點的坐標值令其中第一個採樣點P。的半徑坐標為IV角坐標為0，點P0的坐標記為(4，0)，則任意第i個點Pi的半徑坐標為a+ Ari, Ari為點Pi相對點Ptl的半徑之差，角坐標是Q i = 2i /n,點Pi的平面直角坐標為(Xi, Yi),則Xi= (r0+A Ti) cos 0 i；Yi = Cr0+Ari) sin 0 4 ；最後，利用下述公式得到輪廓基準圓的圓心O1 (a, b) 該基準圓半徑等於加工目標圓半徑r。
7.根據權利要求5或6所述的方法，其特徵在於，所述步驟(3)中，得到各點的輪廓半徑誤差的具體過程為 首先，確定工件輪廓上的任一點Pi Cxi, yi)到基準圓圓心O1的距離，其通過如下公式計算得到A=O1P J=V(Xi-B)2 + Cyi -b)2 其中 Xi = (r0+ A ri) cos 0 j, Yi = (r0+ A ri) sin 0 j ； 則刀具在點Pi和點Pi+1處的輪廓半徑誤差為Zi = Cli — r。
8.根據權利要求7所述的方法，其特徵在於，所述刀具的進給量即為輪廓半徑誤差Zi=Cli — r。
9.根據權利要求5-8之一所述的方法，其特徵在於，所述的迴轉體為中空迴轉體，所述的迴轉體輪廓可以為迴轉體外輪廓或內輪廓。
全文摘要
本發明公開了一種用於中空迴轉體精密加工的工具機，包括工具機底座，內輪廓加工部分，其包括支架、橫梁、內輪廓加工主軸頭、主軸滑臺驅動電機、固定底座和可移動底座；外輪廓加工部分，包括外輪廓加工底座、軌道、外輪廓加工主軸頭、滑臺機構、絲槓及外圓主軸滑臺驅動電機，外輪廓加工底座設置在工具機底座上，軌道安裝在外輪廓加工底座上，外輪廓加工主軸頭與滑臺機構固定連接，外輪廓主軸滑臺驅動電機安裝在導軌末端。本發明還公開了利用上述工具機進行迴轉體輪廓精加工的方法。本發明的工具機可用於大型迴轉體精密加工的工具機，結構緊湊、尺寸較小，而且加工精度和加工效率較高，適用於大型迴轉體的精密加工，本發明的方法具有高的加工精度和加工效率。
文檔編號B23Q1/26GK102729098SQ20121018663
公開日2012年10月17日 申請日期2012年6月7日 優先權日2012年6月7日
發明者於嵐旭, 吳勝, 周伯華, 喻道遠, 崔海斌, 張三強, 沈大為, 邵新宇, 鄭金來, 龔文明 申請人:江蘇高精機電裝備有限公司