數控管子車床的製作方法

2023-10-18 02:00:09

專利名稱：數控管子車床的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種管子車床的結構。
技術背景數控管子車床是一種專門加工管螺紋的車床，目前，用於普遍採用的管子螺紋加 工方式是工件裝夾在主軸的雙卡盤中隨主軸旋轉刀具安裝在刀架上作與管子軸線平行或 垂直的直線移動，採用種形式的管子螺紋加工工具機，如果加工管件口徑較大(Φ200πιπι以 上)且較長(5000 10000mm)的管子時，存在較大缺陷由於管件長，質量大，管子必須從 主軸中心穿過、採用雙卡盤裝卡大尺寸管子，操作比較困難，若主軸帶動管子做旋轉運動， 會產生很大的振動，影響加工精度和表面質量，也難以提高生產效率。為此也有企業開發出管子不旋轉而刀具旋轉切削的管子螺紋加工工具機，但據資料 介紹的這種工具機，在實現刀具旋轉的同時能夠徑向進給，都在徑向進給傳動鏈設置機械結 構差動機構。其目的是藉助機械結構差動機構的功能實現當刀具旋轉時，如果徑向進給電 機不轉，刀具不會產生徑向移動。在控制徑向進給電機的旋轉速度時不考慮刀具旋轉的影 響。採用機械結構差動機構的優點是徑向進給電機的旋轉速度容易控制，但是，由於機械結 構差動機構的存在著增加了工具機機械結構的製造難度的問題；同時，由於機械結構差動機 構的存在增加了進給傳動鏈的傳動環節，增加了傳動誤差
實用新型內容
本實用新型的目的在於避免現有技術的不足，提供一種數控管子車床，管子不動， 刀具旋轉並具備徑向進給功能的數控工具機，這種工具機可以在刀具旋轉的同時實現刀具的徑 向進給。從而，實現管子固定不動的情況下，進行車外圓、車端面、車螺紋、倒角、切槽等車削 加工。本實用新型實現這種工具機功能，但在進給傳動鏈中不採用機械結構差動機構，而是通 過數控系統、通過軟體實現差動機構的功能，用電子傳動鏈代替機械傳動鏈。簡化了機械結 構，減少了進給傳動鏈的機械誤差。為實現上述目的，本實用新型採取的技術方案為一種數控管子車床，包括有床身 (18)，在床身(18)的一端設有主軸箱(4)，在另一端設有管子裝夾裝置(14)，其主要特點是 機械傳動包括有在工具機主軸箱(4)的外側設有主電機(1)，主電機(1)的輸出軸通過變速裝 置的輸出齒輪與主傳動大齒輪(7)嚙合，主傳動大齒輪(7)與主軸(6)固連，主軸(6)的端 部固連有平旋盤(9)；徑向進給傳動軸(5)設於主軸(6)的內孔中，與主軸(6)為同一軸線， 其尾部設有徑向進給伺服電機(2)，徑向進給傳動軸(5)的末端與錐齒輪副(10)的主動錐 齒輪固連。錐齒輪副(10)的從動錐齒輪固連於徑向進給絲槓(20)，徑向進給絲槓(20)與 平旋盤(9)固連；滑板(11)固連於與徑向進給絲槓(20)配合的螺母上，滑板(11)上設有 徑向刀架(12)；旋轉編碼器(19)通過同步齒形帶機構(21)與主軸(6)固連。所述的數控管子車床，所述的管子裝夾裝置(14)設在可實現自動定心的夾具滑 板(15)上。[0007]所述的數控管子車床，還包括有徑向進給運動的運動合成控制裝置，所述的徑向 進給運動的運動合成控制裝置為人機界面(101)與數控系統(102)連接，數控系統(102) 的接口連接主電機(103)、徑向進給電機(104)和軸向進給電機(115)，主電機(103)的輸 出端通過連接主傳動鏈(105)連接運動合成機構(108)，徑向進給電機(104)的輸出端通過 連接進給傳動鏈(106)連接運動合成機構(108)；軸向進給電機(115)輸出端通過連接軸 向進給傳動鏈(114)連接軸向進給絲槓(113)，連接主軸箱滑板(112)連接刀架(111)；旋 轉編碼器(107)連接在主傳動鏈(105)的末端，將主軸的角位移值傳輸給數控系統(102)； 主軸箱滑板(112)的位移量通過位置傳感器(117)將信息反饋給數控系統(102)，運動合 成機構(108)通過錐齒輪(109)、徑向進給絲槓(110)連接刀架(111)。位置檢測傳感器 (116)在工具機停機的狀態下，檢測刀架(111)的位置精度並傳輸給數控系統(102)。所述的數控管子車床，包括有數控裝置，所述的數控裝置包括有人機界面(201) 與數控系統(202)連接，數控系統(202)的輸出端連接接口(203)，接口(203)的輸出端分 別連接主電機(205)、軸向進給伺服電機(209)、徑向進給伺服電機(212)，主電機(205)通 過主傳動鏈(206)連接主軸(207)，連接主軸(207)的旋轉編碼器(204)的輸出端與接口 (203)的輸入端連接；軸向進給伺服電機(209)通過軸向進給傳動鏈(210)連接軸向移動 滑板(211)，連接軸向移動滑板(211)的位置編碼器(208)的輸出端與接口(203)的 輸入端 連接；徑向進給伺服電機(212)通過徑向進給傳動鏈(213)連接徑向進給移動滑板(214)， 連接徑向進給傳動鏈(213)的輸出端連接旋轉編碼器(215)，旋轉編碼器(215)的輸出端與 接口(203)的輸入端連接。本實用新型所述的刀具在進行旋轉切削的主運動時具有徑向進給功能的管子車 床，其技術核心是工具機主軸的前端安裝有平旋盤，平旋盤與主軸同步旋轉，平旋盤中設置 有可實現徑向進給運動的滑板，徑向進給伺服電機通過傳動軸帶動錐齒輪傳動，錐齒輪傳 動使運動改變方向後，帶動平旋盤中的徑向傳動滾珠絲槓轉動，驅動徑向進給滑板移動，徑 向進給滑板上裝有刀架，從而在刀具旋轉時實現刀具的徑向進給運動。車床的滑板上安裝 有自動定心夾具，使管子加緊後其中心線與車床主軸軸線重合。車削時管子夾具滑板在軸 向進給伺服電機的驅動下，通過軸向進給滾珠絲槓，驅動主軸箱滑板做平行於工具機主軸方 向的移動動。從而完成管子不旋轉的條件下，對管子端部的進行車削加工。工具機主軸箱固定安裝在可在床身上移動的縱向移動滑板上，管子夾具可實現管子 的自動定心加緊功能。所述的工具機主軸箱的外側設有的主電機通過皮帶輪把動力傳遞到主傳動大齒輪 上，主傳動大齒輪和主軸通過鍵連接固定在一起。進給伺服電機安裝在主軸箱的尾部，其軸 線與主軸軸線同軸。因此，當主傳動大齒輪旋轉時就會帶動主軸做運動轉動，此時平旋盤也 與主軸做同步轉動。徑向進給傳動軸靠軸承安裝在主軸的中空部分，與主軸是空套結構，即 主軸及徑向進給傳動軸各自獨立轉動。工具機主軸的尾部通過同步齒形帶機構帶動旋轉編碼器轉動，旋轉編碼器轉動及時 檢測到主軸的轉動情況，並把此數據傳輸給數控系統。當主軸轉動時，如果徑向進給伺服電 機不轉動，徑向進給傳動軸也不會轉動，但是安裝在平旋盤中的被動錐齒輪會轉動，徑向進 給絲槓會轉動，徑向移動滑板便會做徑向移動。在採用機械結構的工具機中是藉助機械結構 差動機構解決這個問題的，本實用新型中的旋轉編碼器及時檢測主軸轉動的數據，數控系統讀取這個數據後，根據進給傳動鏈的傳動關係，用軟體給徑向進給伺服電機發出基本旋 轉速度的數據，這個徑向進給伺服電機的基本速度保證主軸旋轉時徑向移動滑板不會在平 旋盤中做徑向運動。當徑向移動滑板需要做徑向移動時，數控系統給徑向進給伺服電機發 出工作進給速度數據，通過軟體將徑向進給伺服電機的基本速度數據與進給速度數據合成 為工作速度。通過以上技術以及軟體實現了運動合成，代替了機械結構的差動機構。主軸箱滑板在數控系統的控制下可以完成普通羅紋的加工，這是所有的數控工具機 都具備的基本技術，本實用新型不再贅述。本實用新型使刀具在主軸旋轉、主軸做軸向移動 的同時，具備徑向移動的功能，從而使工具機具備加工圓錐管螺紋、切斷面、切槽的功能。本實用新型的有益效果採用電子傳動鏈代替機械傳動鏈，實現平旋盤中的徑向 合成。從而創造出一種簡捷的管螺紋加工工具機，對大直徑的管螺紋實現了管子不轉刀具旋 轉的切削運動，簡化了裝夾工作，提高了生產效率。

圖1是本實用新型的結構示意圖；圖2是實現刀具徑向進給運動的運動合成的控制流程圖。圖3是本實用新型的控制流程圖。圖4是實現刀具徑向進給運動的運動合成的計算框圖。
具體實施方式
以下對本實用新型的原理和特徵進行描述，所舉實例只用於解釋本實用新型，並 非用於限定本實用新型的範圍。實施例1 見圖1，一種數控管子車床，包括有床身18，在床身18的一端設有主軸 箱4，在另一端設有管子裝夾裝置14，在工具機主軸箱4的外側設有主電機1，主電機1的輸出 軸通過變速裝置的輸出齒輪與主傳動大齒輪7嚙合，主傳動大齒輪7與主軸6固連，主軸6 的端部固連有平旋盤9 ；徑向進給傳動軸5設於主軸6的內孔中，與主軸6為同一軸線，其 尾部設有進給伺服電機2，其端部與錐齒輪副10的主動錐齒輪固連，錐齒輪副10的從動錐 齒輪固連於徑向進給絲槓20，徑向進給絲槓20與平旋盤9固連；滑板11固連於與徑向進 給絲槓10配合的螺母上，滑板11上設有徑向刀架12 ；旋轉編碼器19通過同步齒形帶機 構21與主軸6固連。所述的管子裝夾裝置14設在可實現自動定心功能的夾具滑板15上。實施例2 見圖2，所述的數控管子車床，還包括有徑向進給運動的運動合成控制 裝置，所述的徑向進給運動的運動合成控制裝置為人機界面101與數控系統102連接，數控 系統102的接口連接主電機103、徑向進給電機104和軸向進給電機115，主電機103的輸 出端通過連接主傳動鏈105連接運動合成機構108，徑向進給電機104的輸出端通過連接 進給傳動鏈106連接運動合成機構108 ；軸向進給電機115輸出端通過連接軸向進給傳動 鏈114連接軸向進給絲槓113，連接主軸箱滑板112連接刀架111 ；旋轉編碼器107連接在 主傳動鏈105的末端，將主軸的角位移值傳輸給數控系統102 ；主軸箱滑板112的位移量通 過位置傳感器117將信息反饋給數控系統102，運動合成機構108通過錐齒輪109、徑向進 給絲槓110連接刀架111。位置檢測傳感器116在工具機停機的狀態下，檢測刀架111的位置精度並傳輸給數控系統102。實施例3 見圖3，一種數控管子車床，包括有數控裝置，所述的數控裝置包括有人 機界面201與數控系統202連接，數控系統202的輸出端連接接口 203，接口 203的輸出端 分別連接主電機205、軸向進給伺服電機209、徑向進給伺服電機212，主電機205通過主傳 動鏈206連接主軸207，連接主軸207的旋轉編碼器204的輸出端與接口 203的輸入端連 接；軸向進給伺服電機209通過軸向進給傳動鏈210連接軸向移動滑板211，連接軸向移動 滑板211的位置編碼器208的輸出端與接口 203的輸入端連接；徑向進給伺服電機212通 過徑向進給傳動鏈213連接徑向進給移動滑板214，連接徑向進給傳動鏈213的輸出端連接 旋轉編碼器215，旋轉編碼器215的輸出端與接口 203的輸入端連接。使用時，本實用新型的運動合成的計算見圖4，由於徑向進給滑板是在平旋盤旋轉 的情況下，做沿平旋盤的徑向進給運動。因此徑向進給伺服電機的轉速！!^^由兩部分組成， 即與平旋盤的轉速保持同步的伺服電機轉速Iiawi,與平旋盤轉速為零的情況下實現徑向進 給的伺服電機轉速n_。η實際=η基本+η工作其中η實際——進給伺服電機的實際轉速；η^——平旋盤旋轉時，刀架滑板保持不做徑向移動時徑向進給伺服電機的轉速。
η基本=η主軸η工&——平旋盤旋轉為零的情況下滑板實現徑向進給的徑向進給伺服電機的轉 速。《工作=f χ〗進給χ "主軸(此例中i進給=1 1，即錐齒輪副的傳動比)其中s—刀具徑向進給量mm/主軸每轉； t——徑向進給絲槓螺距_ ；i進給——徑向進給傳動鏈的減速比；應用例管螺紋進給的實例本實例以加工密封管螺紋GB7306-87型為例來闡述加工螺紋進給原理，這種管螺 紋的錐度是1 16，即斜度為1 32。η實際=η基本+η工作其中η實際——進給伺服電機的實際轉速；η^——平旋盤旋轉時，刀架滑板保持不做徑向移動時徑向進給伺服電機的轉速。 η基本=η主軸=100轉/分(以中間轉速為例)η工&——平旋盤旋轉為零的情況下滑板實現徑向進給的徑向進給伺服電機的轉
速。"工作=y Χ Ζ 進給Χ 」主軸其中s—刀具徑向進給量mm/主軸每轉； t——徑向進給絲槓螺距_ ；——徑向進給傳動鏈的減速比。(此例中 1，即錐齒輪副的傳動 比)；查《機械設計手冊》，口徑為6英寸(152. 4mm)的管制螺紋的螺距為2. 309，每英寸牙數是11。因此，由錐度和斜度的定義可知
權利要求一種數控管子車床，包括有床身(18)，在床身(18)的一端設有主軸箱(4)，在另一端設有管子裝夾裝置(14)，其特徵是包括有在工具機主軸箱(4)的外側設有主電機(1)，主電機(1)的輸出軸通過變速裝置的輸出齒輪與主傳動大齒輪(7)嚙合，主傳動大齒輪(7)與主軸(6)固連，主軸(6)的端部固連有平旋盤(9)；徑向進給傳動軸(5)設於主軸(6)的內孔中，與主軸(6)為同一軸線，其尾部設有進給伺服電機(2)，徑向進給傳動軸的末端與主動錐齒輪固連並與錐齒輪副(10)嚙合從動錐齒輪固連於徑向進給絲槓(20)，徑向進給絲槓(20)與平旋盤(9)固連；滑板(11)固連於與徑向進給絲槓(20)配合的螺母上，滑板(11)上設有徑向刀架(12)；旋轉編碼器(19)通過同步齒形帶機構(21)與主軸(6)固連。
2.如權利要求1所述的數控管子車床，其特徵包括有所述的管子裝夾裝置(14)設在可 實現自動定心的夾具滑板(15)上。
3.如權利要求1所述的數控管子車床，其特徵是還包括有徑向進給運動的運動合成控 制裝置，所述的徑向進給運動的運動合成控制裝置為人機界面(101)與數控系統(102)連 接，數控系統(102)的接口連接主電機(103)、徑向進給電機(104)和軸向進給電機(115)， 主電機(103)的輸出端通過連接主傳動鏈(105)連接運動合成機構(108)，徑向進給電機 (104)的輸出端通過連接進給傳動鏈(106)連接運動合成機構(108)；軸向進給電機(115) 輸出端通過連接軸向進給傳動鏈(114)連接軸向進給絲槓(113)，連接主軸箱滑板(112)連 接刀架(111)；旋轉編碼器(107)連接在主傳動鏈(105)的末端，將主軸的角位移值傳輸給 數控系統(102)；主軸箱滑板(112)的位移量通過位置傳感器(117)將信息反饋給數控系 統(102)，運動合成機構(108)通過錐齒輪(109)、徑向進給絲槓(110)連接刀架(111)。位 置檢測傳感器(116)在工具機停機的狀態下，檢測刀架(111)的位置精度並傳輸給數控系統 (102)。
4.如權利要求1所述的數控管子車床，其特徵還包括有數控裝置，所述的數控裝置包 括有人機界面(201)與數控系統(202)連接，數控系統(202)的輸出端連接接口(203)， 接口(203)的輸出端分別連接主電機(205)、軸向進給伺服電機(209)、徑向進給伺服電機 (212)，主電機(205)通過主傳動鏈(206)連接主軸(207)，連接主軸(207)的旋轉編碼器 (204)的輸出端與接口(203)的輸入端連接；軸向進給伺服電機(209)通過軸向進給傳動 鏈(210)連接軸向移動滑板(211)，連接軸向移動滑板(211)的位置編碼器(208)的輸出端 與接口(203)的輸入端連接；徑向進給伺服電機(212)通過徑向進給傳動鏈(213)連接徑 向移動滑板(214)，連接徑向進給傳動鏈(213)的輸出端連接旋轉編碼器(215)，旋轉編碼 器(215)的輸出端與接口(203)的輸入端連接。
專利摘要本實用新型涉及一種管子車床的結構。一種數控管子車床，包括有床身，在床身的一端設有主軸箱，在另一端設有管子裝夾裝置，其主要特點是包括有在工具機主軸箱的外側設有主電機，主電機的輸出軸通過變速裝置的輸出齒輪與主傳動大齒輪嚙合，主傳動大齒輪與主軸固連，主軸的端部固連有平旋盤；徑向進給傳動軸設於主軸的內孔中，與主軸為同一軸線，其尾部設有進給伺服電機，徑向進給傳動軸的末端與錐齒輪副的主動錐齒輪固連。錐齒輪副的從動錐齒輪固連於徑向進給絲槓，徑向進給絲槓與平旋盤固連；滑板固連於與徑向進給絲槓配合的螺母上，滑板上設有徑向刀架；旋轉編碼器通過同步齒形帶機構與主軸固連。
文檔編號B23G1/22GK201693259SQ201020219380
公開日2011年1月5日 申請日期2010年6月8日 優先權日2010年6月8日
發明者代曉進, 俞偉源, 劉勝, 常軍, 王宏, 田振強 申請人:蘭州工具機廠