基于自動換刀裝置的數(shù)控鉆攻中心研究

蔣輝東 尹建賀 鄭勝華 胡勝來

（宣城市建林機械有限公司，宣城 242057）

1 研究背景

隨著科技水平的發(fā)展，制造業(yè)對機加工精度的要求也越來越高，傳統(tǒng)機加工設備早已無法滿足日益嚴格的工藝需求，因此，誕生了數(shù)控機床這種自動化程度極高的機加工設備，數(shù)控機床采用數(shù)控系統(tǒng)自動控制機床的切削、進給等動作，能夠?qū)崿F(xiàn)切削量的精準控制，同時能夠大大提高生產(chǎn)效率。加工中心是一種自動化程度更高的數(shù)控機床，能夠?qū)娤鳌@孔等對種工序相結(jié)合，多工序一次性切削成型，自動化程度極高，然而，這種突出的優(yōu)越性也注定其制造和使用成本較高，一臺加工中心的售價往往高達上百萬，一般的中小企業(yè)無法承擔如此高昂的成本?；诖?，研發(fā)一種小型化、成本低、多用途的鉆攻中心具有現(xiàn)實意義。

2 設計技術(shù)方案

一種鉆攻中心，包括底座上設置的十字滑臺，以及十字滑臺上方沿豎直方向往復運動的機頭，所述機頭包括機箱以及轉(zhuǎn)動設置在機箱上的刀盤，機箱上還設有用于驅(qū)動刀盤轉(zhuǎn)動的第一驅(qū)動單元，所述刀盤的周面上間隔設置有多個用于裝夾刀具的切削主軸，各切削主軸沿刀盤徑向轉(zhuǎn)動設置且各切削主軸內(nèi)端均設有齒輪；所述刀盤沿自身軸線方向伸縮設置，且機箱上設有用于驅(qū)動刀盤伸縮的第二驅(qū)動單元；所述機箱上還設有過渡齒輪，所述過渡齒輪與機箱上設置的第三驅(qū)動單元構(gòu)成傳動配合，所述第一驅(qū)動單元、第二驅(qū)動單元驅(qū)動刀盤旋轉(zhuǎn)、伸縮的過程中，能夠使各切削主軸內(nèi)端的齒輪與所述過渡齒輪交替嚙合。

3 實施方式

如圖2、5、6、8所示，一種鉆攻中心，包括底座50上設置的十字滑臺53，以及十字滑臺53上方沿豎直方向往復運動的機頭，如圖3、4所示，所述機頭包括機箱10以及轉(zhuǎn)動設置在機箱10上的刀盤20，機箱上還設有用于驅(qū)動刀盤20轉(zhuǎn)動的第一驅(qū)動單元30，所述刀盤20的周面上間隔設置有多個用于裝夾刀具的切削主軸23，各切削主軸23沿刀盤20徑向轉(zhuǎn)動設置且各切削主軸23內(nèi)端均設有齒輪24；刀盤20沿自身軸線方向伸縮設置，且機箱10上設有用于驅(qū)動刀盤20伸縮的第二驅(qū)動單元；機箱10上還設有過渡齒輪41，過渡齒輪41與機箱上設置的第三驅(qū)動單元40構(gòu)成傳動配合，第一驅(qū)動單元30、第二驅(qū)動單元驅(qū)動刀盤20旋轉(zhuǎn)、伸縮的過程中，能夠使各切削主軸23內(nèi)端的齒輪24與所述過渡齒輪41交替嚙合。

進一步來說，如圖5、6所示，所述刀盤20與一轉(zhuǎn)軸11同軸固定，轉(zhuǎn)軸11周向轉(zhuǎn)動、軸向滑動設置在機箱10上，第一驅(qū)動單元30驅(qū)動轉(zhuǎn)軸11周向轉(zhuǎn)動，第二驅(qū)動單元驅(qū)動轉(zhuǎn)軸11軸向滑動，機箱10上固定設置有與轉(zhuǎn)軸11同軸的定齒盤17，轉(zhuǎn)軸11或刀盤20上設置有動齒盤27，動齒盤27與轉(zhuǎn)軸11和刀盤20相對固定，當轉(zhuǎn)軸11沿軸向滑動時，能夠使動齒盤27和定齒盤17嚙合或分離。動齒盤27和定齒盤17相互嚙合能夠確保各切削主軸23精準定位，在加工過程中刀盤20不會產(chǎn)生任何轉(zhuǎn)動，加工精度得到保證。

如圖5、6所示，第二驅(qū)動單元包括機箱10上設置的與機箱10殼體一體式加工成型的液壓缸缸體12，轉(zhuǎn)軸11上設有活塞13，所述活塞13在缸體12內(nèi)與缸體12構(gòu)成滑動配合，如圖4所示，機箱10殼體內(nèi)部設有用于連通缸體12內(nèi)腔與液壓源的液壓管路14。本設計的液壓缸與機箱10一體式鑄造成型，結(jié)構(gòu)緊湊，避免產(chǎn)生裝配誤差，運動精度得以保證。

第一驅(qū)動單元30為伺服電機，伺服電機的主軸通過第一減速齒輪組31與轉(zhuǎn)軸11上設置的從動齒輪32構(gòu)成傳動配合；轉(zhuǎn)軸11上還設有信號輪15，機箱10上設有傳感器16，信號輪15與轉(zhuǎn)軸11相對固定設置，信號輪15的外環(huán)面呈階梯狀，且信號輪15其中一個端面的邊緣處設有一軸向延伸的凸塊151，傳感器16包括與信號輪15端面相對的第一傳感器161，與信號輪15外環(huán)面相對的第二傳感器162，以及與凸塊151相對的第三傳感器163，傳感器16的信號輸出端以及伺服電機的驅(qū)動信號輸入端均與數(shù)控系統(tǒng)相連。伺服電機配合數(shù)控系統(tǒng)能夠精準控制旋轉(zhuǎn)角度，省去了傳統(tǒng)刀盤的分度結(jié)構(gòu)，提高了設備的穩(wěn)定性。第一傳感器161通過檢測信號輪15端面的位移來檢測刀盤20的鎖緊動作（即動齒盤與定齒盤的嚙合動作）；第二傳感器162通過檢測信號輪15臺階面的位移來檢測刀盤20的脫開動作（即動齒盤與定齒盤的分離動作），第三傳感器163通過檢測凸塊151的位置來檢測刀盤20的零點位置，用于刀盤20復位。

轉(zhuǎn)軸11貫穿機箱10內(nèi)腔且轉(zhuǎn)軸11兩端分別從機箱10前后兩端懸伸而出，刀盤20安裝在機箱10前端懸伸的轉(zhuǎn)軸11上，液壓缸缸體12位于機箱10后端，信號輪15及活塞13安裝在機箱10后端懸伸的轉(zhuǎn)軸11上，從動齒輪32及第一減速齒輪組31均位于機箱10內(nèi)部。

刀盤20包括與轉(zhuǎn)軸11端部固接的端板21，以及安裝在該端板21上的環(huán)狀殼體22，環(huán)狀殼體22向機箱10所在一側(cè)懸伸設置，各切削主軸20均安裝在該環(huán)狀殼體22上，動齒盤27安裝在該環(huán)狀殼體22內(nèi)端，定齒盤17固定在機箱10前端的殼壁上。

如圖6、7所示，環(huán)狀殼體22與機箱10前端殼壁之間設有動密封裝置，動密封裝置包括定齒盤17外圍的機箱10殼壁上設置的密封環(huán)18，密封環(huán)18外端設有環(huán)形凸部，環(huán)狀殼體22內(nèi)端設有環(huán)形卡槽，環(huán)形凸部插接在環(huán)形卡槽內(nèi)且二者構(gòu)成間隙配合，環(huán)形凸部的側(cè)壁上設有環(huán)形槽，該環(huán)形槽內(nèi)設有密封圈181。加工中心所處環(huán)境中往往存在鐵削等雜物，這些雜物進入機箱10內(nèi)部會導致傳動機構(gòu)加速磨損，設置動密封裝置能夠避免鐵削從刀盤20與機箱10之間的縫隙中進入機箱10內(nèi)部。機箱10前端的殼壁上還設有過渡齒輪座19，過渡齒輪座19包括機箱10殼壁上凸伸設置的套管，套管的下方外壁上設有向下凸伸的短軸191，過渡齒輪41安裝在該短軸191上，機箱10前端殼壁上還設有與過渡齒輪41位置相對應的條形孔，過渡齒輪41通過該條形孔與機箱10內(nèi)設置的第二減速齒輪組42的末端齒輪43嚙合，該第二減速齒輪組42的輸入端與一主軸電機相連，該主軸電機即為第三驅(qū)動單元40。

圖1 數(shù)控鉆攻中心圖

圖2 數(shù)控鉆攻底座圖

圖3 數(shù)控鉆攻轉(zhuǎn)動設置圖

圖4 圖3數(shù)控鉆攻機頭圖

圖5 液壓缸缸體圖

圖6 液壓缸缸體平面圖

如圖2所示，底座50上設有立式支架51，立式支架51上設有兩條相互平行且豎直設置的滑軌52，機頭的背側(cè)設有與滑軌52配合的滑槽，機頭與立式支架51之間設有用于驅(qū)動機頭上下滑動的絲桿螺母機構(gòu)55。如圖1所示，十字滑臺53四周設有圍板56，其中前側(cè)的圍板56上設有移門57，圍板56的上邊緣位于立式支架51的中段，略高于切削主軸23工作狀態(tài)時刀具的位置。

圖7 動密封裝置圖

圖8 鉆攻中心圖

4 實施效果

刀盤上可安裝多種不同類型的刀具，加工過程中，切換不同地切削主軸與過渡齒輪嚙合，就能實施不同種類的加工工序，本設計換刀節(jié)奏平穩(wěn)，且傳動結(jié)構(gòu)簡單，使用成本較低，適合推廣應用。

5 結(jié)論

社會的發(fā)展促進了生產(chǎn)力的提高，但目前生產(chǎn)力的進一步提高受現(xiàn)有機械設備的限制，現(xiàn)有機械設備運營成本高，且型號大，不利于大面積推廣，而本文出于對這些方面的考慮，設計一種鉆攻中心，其具有小型化、成本低的特點，在很大程度上可以促進生產(chǎn)力進一步提高。本設計在加工過程中可以切換不同地切削主軸與過渡齒輪嚙合，實施不同種類的加工工序，本設計研究換刀節(jié)奏平穩(wěn)，且傳動結(jié)構(gòu)簡單，有利于在生產(chǎn)中大面積推廣。