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发动机裂解式 连杆大小头孔精加工数控机床

阅读：5发布：2020-05-13

专利汇可以提供发动机裂解式连杆大小头孔精加工数控机床专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且发动机裂解式连杆大小头孔精加工数控机床，其特征在于三坐标加工单元、高精度 A轴分度结构是各自独立的装置，三坐标加工单元位于高精度A轴分度机构的正后面刀库系统与A轴分度结构并列设置，夹具系统安装在A轴分度结构上，通过一套电气控制系统、液压系统、排屑及冷却过滤系统构成一台专用数控机床；加工位传动分别由立柱、主轴箱、主床身、X轴平行于地面并与Y轴和Z轴垂直，X轴使Y轴立柱沿X轴滑鞍长度左右移动，Y轴使主轴箱上下移动，Z轴是使X轴滑鞍沿主床身长度方向前后移动的数控直线轴，以实现A轴分度结构上工件不同厚度位置的加工，可以实现一次装夹，同时完成两个工件的径向和轴向不同角度和位置的钻削和镗铣加工。，下面是发动机裂解式连杆大小头孔精加工数控机床专利的具体信息内容。

权利要求

1.发动机裂解式连杆大小头孔精加工数控机床，包括电气控制系统、液压系统、排屑及冷却过滤系统、夹具系统、刀库系统，数控系统应用一个双位置反馈技术，其特征在于三坐标加工单元、高精度A轴分度结构是各自独立的装置，三坐标加工单元位于高精度A轴分度机构的正后面，刀库系统与A轴分度结构并列设置，夹具系统安装在A轴分度结构上，绕A轴旋转，通过一套电气控制系统、液压系统、排屑及冷却过滤系统构成一台专用数控机床；三坐标加工单元有X轴、Y轴、Z轴三个数控轴，加工位传动分别由立柱、主轴箱、主床身、托板实现；X轴平行于地面并与Y轴和Z轴垂直，X轴是使Y轴立柱沿X轴滑鞍长度方向左右移动的数控直线轴，以实现A轴夹具上工件不同位置的加工，Y轴垂直于地面、Z轴和X轴，Y轴是使主轴箱上下移动的数控直线轴，以实现对工件上下不同位置的加工；Z轴平行于地面并与Y轴和X轴垂直，Z轴是使X轴滑鞍沿主床身长度方向前后移动的数控直线轴，以实现夹具系统上工件不同厚度位置的加工；A轴为数控回转轴，其回转轴线平行于X轴，A轴分度结构是X轴、Y轴、Z轴三个数控轴的方位参照基准轴；主轴箱上平行安装两个电主轴，装上刀具同时运动时，能够同时加工两个工件；夹具系统提供两个工位，加工位和装载位，每个工位均可同时安装两个工件；数控系统能同时监控电机编码器及外部编码器的位置，进行双重全闭环控制。
2.根据权利要求1所述的发动机裂解式连杆大小头孔精加工数控机床，其特征在于三坐标加工单元的结构：X轴直线导轨(28)沿X轴滑鞍(11)长度方向安装，Y轴立柱(12)通过滑块安装面安装在X轴直线导轨(28)的滑块上，Y轴立柱(12)上的丝母座与X轴滚珠丝杠(29)相连,X轴滚珠丝杠(29)由驱动伺服电机(33)驱动,使Y轴立柱(12)沿X轴方向运动；主轴箱(13)通过与X轴及地面垂直的Y轴直线导轨(26)安装在Y轴立柱(12)上，并由驱动伺服电机(25)通过Y轴滚珠丝杠(21)驱动沿Y轴方向运动；X轴滑鞍(11)通过与主床身(10)平行的Z轴直线导轨(36)并由驱动伺服电机(39)通过Z轴滚珠丝杠(37)驱动沿Z轴方向运动。
3.根据权利要求1所述的发动机裂解式连杆大小头孔精加工数控机床，其特征在于高精度A轴分度结构：A轴转台(17)、转台尾座(18)并排放置在A轴基座(19)上，A轴转台(17)、转台尾座(18)之间安装两个夹具系统(41)夹持被加工零件，A轴转台(17)转动带动转台尾座(18)一起转动，他们的公共轴线构成主机的A轴运动。
4.根据权利要求1所述的发动机裂解式连杆大小头孔精加工数控机床，其特征在于双主轴结构：主轴箱(13)上平行设有两根电主轴(14)，并且设置两个夹具系统(41)，同时夹持两个被加工连杆、并同时加工两个工件。
5.根据权利要求1所述的发动机裂解式连杆大小头孔精加工数控机床，其特征在于高精度A轴分度结构：A轴转台(17)、转台尾座(18)并排放置在A轴基座(19)上，A轴转台(17)、转台尾座(18)之间安装两个夹具系统(41)夹持被加工零件，A轴转台(17)转动带动转台尾座(18)一起转动，他们的公共轴线构成主机的A轴运动。
6.根据权利要求1所述的发动机裂解式连杆大小头孔精加工数控机床，其特征在于2个电主轴，6个伺服轴，M代码控制油缸电磁换向阀的电磁铁，实现油缸运动，G代码为系统基本功能指令，控制伺服电机及X、Y1、Y2、Z、TM、A轴伺服电机和电主轴电机，控制伺服轴移动与差补。
7.根据权利要求1所述的发动机裂解式连杆大小头孔精加工数控机床，其特征在于机床PLC程序：机床刀库自动换刀时的时序和互锁；机床控制系统的人机交互界面：机床操作人员能够利用人机交互界面检查机床的各控制开关、检测元件、运行部件的状态，也能对夹具状态、换刀机构、冷却液的运行进行控制。

说明书全文

发动机裂解式 连杆大小头孔精加工数控机床

技术领域

[0001] 本发明涉及机械设备,是一种专门针对发动机裂解式连杆大小头孔精加工的数控机床。

背景技术

[0002] 国家重大专项针对汽车发动机行业裂解连杆的加工要求，设立了开发研制成套的裂解加工工艺技术和生产设备的课题，包括本发明所涉及的发动机裂解式连杆大小头孔精加工数控机床等设备，形成拥有自主产权的生产工艺和一条年产量60万件以上连杆加工生产线，满足汽油发动机15万台以上的配套能力，可靠性与精度等指标达到国际先进的水平，并实现市场应用。本发明就是该课题中的重要生产设备。

发明内容

[0003] 本发明的目的是提供一种发动机裂解式连杆大小头孔精加工数控机床，专门加工发动机连杆大小头孔，提高质量和效率。

[0004] 发动机裂解式连杆大小头孔精加工数控机床，包括电气控制系统、液压系统、排屑及冷却过滤系统、夹具系统、刀库系统，数控系统应用一个双位置反馈技术，其特征在于三坐标加工单元、高精度A轴分度结构是各自独立的装置，三坐标加工单元位于高精度A轴分度机构的正后面，刀库系统与A轴分度结构并列设置，夹具系统安装在A轴分度结构上，绕A轴旋转，通过一套电气控制系统、液压系统、排屑及冷却过滤系统构成一台专用数控机床；三坐标加工单元有X轴、Y轴、Z轴三个数控轴，加工位传动分别由立柱、主轴箱、主床身、托板实现；X轴平行于地面并与Y轴和Z轴垂直，X轴是使Y轴立柱沿X轴滑鞍长度方向左右移动的数控直线轴，以实现A轴夹具上工件不同位置的加工，Y轴垂直于地面、Z轴和X轴，Y轴是使主轴箱上下移动的数控直线轴，以实现对工件上下不同位置的加工；Z轴平行于地面并与Y轴和X轴垂直，Z轴是使X轴滑鞍沿主床身长度方向前后移动的数控直线轴，以实现A轴分度结构上工件不同厚度位置的加工；A轴为数控回转轴，其回转轴线平行于X轴，A轴分度结构是X轴、Y轴、Z轴三个数控轴的方位参照基准；主轴箱上平行安装两个电主轴，装上刀具同时运动时，能够同时加工两个工件；夹具系统固定在A轴上，两个夹具系统提供两个工位，加工位和装载位，每个工位均可同时安装两个工件；数控系统能同时监控电机编码器及外部编码器的位置，进行双重全闭环控制。

[0005] 本发明机床将高精度A轴分度结构与机床三坐标结构通过一套电气控制、液压、排屑及冷却过滤系统、刀库系统、夹具系统组合为一体，可以实现一次装夹，同时完成两个工件的径向和轴向不同角度和位置的钻削和镗铣加工。附图说明

[0006] 图1是本发明的数控机床主视图；

[0007] 图2是本发明的数控机床左视图；

[0008] 图3是本发明的数控机床俯视图；

[0009] 图4是本发明的数控机床坐标轴示意图；

[0010] 图5是主轴箱主视图；

[0011] 图6是主轴箱俯视图；

[0012] 图7是立柱的主视图；

[0013] 图8是立柱的左视图；

[0014] 图9是X轴滑鞍的俯视图；

[0015] 图10是X轴滑鞍的A-A剖视图；

[0016] 图11是主床身的俯视图；

[0017] 图12是主床身的A-A剖视图；

[0018] 图13是A轴转台的主视图；

[0019] 图14是A轴转台的A-A剖视图；

[0020] 图15为控制系统中的夹具修调界面；

[0021] 图16为机床延时设定夹具修调界面；

[0022] 图17为刀库修调界面。

具体实施方式

[0023] 发动机裂解式连杆大小头孔精加工数控机床，通过图1～3可看到本机床整体，包括操作面板1、外防护2、冷却过滤系统5、主轴冷却机6、排屑系统7、油冷机8、及液压系统9，其特征在于有X轴、Y轴、Z轴、A轴四个数控轴，平行于地面的A轴系统是X轴、Y轴、Z轴三个数控轴的方位参照基准轴，从图4的机床坐标轴侧图可见，三坐标单元位于A轴系统的正后面，三坐标单元与A轴系统是各自独立的装置，共同与上刀库15、刀库支架16、夹具系统41 和一套电气控制系统4，构成一台完整的专用数控机床；所述三坐标单元的结构：包括主床身10、X轴滑鞍11、Y轴立柱12、主轴箱13、主轴14，A轴系统；X轴直线导轨28沿X轴滑鞍11长度方向安装，Y轴立柱12通过滑块安装面安装在X轴直线导轨28的滑块上，Y轴立柱12上的丝母座与X轴滚珠丝杠29相连,X轴滚珠丝杠29由驱动伺服电机33驱动,使Y轴立柱12沿X轴方向运动；主轴箱13通过与X轴及地面垂直的Y轴直线导轨26安装在Y轴立柱12上，并由驱动伺服电机
25通过Y轴滚珠丝杠21驱动沿Y轴方向运动；X轴滑鞍11通过与主床身10平行的Z轴直线导轨
36并由驱动伺服电机39通过Z轴滚珠丝杠37驱动沿Z轴方向运动。

[0024] 如图4所示，Z轴平行于地面是沿刀具轴线方向移动的数控直线轴，并与水平X轴垂直、与Y轴空间垂直，以实现夹具系统上钻削和铣削的工件不同厚度位置的加工实现。X轴平行于地面并Z轴水平垂直、与Y轴空间垂直，X轴是使三坐标单元沿床身宽度方向移动的数控直线轴，以实现对A轴夹具上工件不同位置的加工。Y轴垂直于地面、Z轴和X轴，Y轴是使Z轴上下移动的数控直线轴，以实现工件上下不同位置的加工。A轴为数控回转轴，其回转轴线平行于X轴，以实现双工位工件的加工。

[0025] 双主轴结构，见图5-8：主轴箱13上平行设有两根电主轴14，并且设置两个夹具系统41，见图13，同时夹持两个被加工连杆、并同时加工两个工件。

[0026] 主轴箱13可沿Y轴方向上下移动，立柱12上设有导轨26，主轴箱13上面有四个滑块27，这样四个滑块27连同主轴箱13在立柱导轨26上做上下移动。还有两根丝杠21穿过主轴箱，丝杠21上面的丝母把在主轴箱13上，驱动主轴箱13上下移动。

[0027] 立柱，见图7-8：立柱12上平行设有两根Y轴直线导轨26，与Y轴直线导轨26并排安装两根Y轴滚珠丝杠21，两根Y轴滚珠丝杠21的下端固定在立柱12下轴承座20上。当两个驱动伺服电机25转动的时候带动两个主动皮带轮24同时转动，通过齿形带23带动两个从动皮带轮22转动，从动皮带轮22转动带动两根Y轴滚珠丝杠21转动，从而使主轴箱13沿着Y轴直线导轨26做上下移动，构成主机的Y轴移动。

[0028] 见图9-10：X轴滑鞍11上设有两根X轴导轨28，一个轴承座30安装在两根X轴导轨28一端之间，一根X轴丝杠29的一端固定在轴承座30上，一端浮动，四个滑块35固定在X轴滑鞍11上。一个从动皮带轮31，一根齿形带32，一个主动皮带轮34和一个驱动伺服电机33安装在X轴滑鞍11宽端上。当驱动伺服电机33转动的时候带动主动皮带轮34同时转动，通过齿形带
32带动从动皮带轮31转动，从动皮带轮31转动带动X轴丝杠29转动，从而使立柱12沿着X轴导轨28做左右移动，构成主机的X轴移动。

[0029] 主床身，见图11-12：主床身10上通过轴承座38设置两根平行Z轴直线导轨36，Z轴滚珠丝杠37的一端固定在轴承座38上，通过联轴节40与驱动伺服电机39相连，另一端浮动；当驱动伺服电机39转动的时候通过联轴节40直接带动Z轴滚珠丝杠37转动，从而使X轴滑鞍
11沿着Z轴直线导轨36做前后移动，实现主机的Z轴移动。

[0030] 高精度A轴分度结构，见图13、图14：由A轴转台17、转台尾座18、A轴基座19组成，A轴转台17、转台尾座18并排放置在A轴基座19上，A轴转台17、转台尾座18之间安装两个夹具系统41夹持被加工零件，A轴转台17转动带动转台尾座18一起转动，他们的公共轴线构成主机的A轴运动。

[0031] 液压系统、排屑及冷却过滤系统按机床行业常规技术要求配置，通过管路连接到达各执行元件。

[0032] 电气控制系统采用数字控制系统用于各加工轴的位置控制，液压系统用于各旋转数控轴的到位锁紧及夹具的锁紧松开，排屑及冷却过滤系统的设计满足深孔加工刀具的使用要求。

[0033] 本机床应用数控系统进行控制，本数控系统采用超高速处理器，用CNC内部高速化的总线传送高速数字信号，使用最尖端的硬件大幅度提高CNC性能。基于DSC(动态伺服控制)闭环位置控制技术确保机床获得最佳的动态性能，能实现最优的表面加工质量这种控制方式能够实现高精度快速定位，同时更方便与机械调整。中心控制系统的PLC输出口，通过驱动继电器的触点分别与相对应的液压回路中换向电磁阀及其它电器件进行连接,实现对液压及冷却系统的作业控制。机床中心控制系统在MDA或自动状态使用T码为刀具调用指令。机床共有2个电主轴，6个伺服轴，M代码控制油缸电磁换向阀的电磁铁，实现油缸运动，G代码为系统基本功能指令，控制伺服电机及X、Y1、Y2、Z、TM、A轴伺服电机和电主轴电机，控制伺服轴移动与差补。

[0034] 数控系统有两大部分，一是NC、二是PLC。

[0035] 第一部分：由NC实现刀具相对于工件各坐标轴几何运动规律的数字控制。

[0036] 第二部分：机床辅助设备的控制是由PLC来完成。它是在数控机床运行过程中，根据CNC内部标志以及机床的各控制开关、检测元件、运行部件的状态，按照程序设定的控制逻辑对诸如刀库运动、换刀机构、冷却液等的运行进行控制。

[0037] 机床自动换刀的PLC程序里面编写了机床刀库换刀时的时序和互锁：

[0038] 自动换刀程序段1.使动刀库到达目标刀位、换新刀、主轴上有旧刀的换刀、XY轴或Z轴在等待位、或换刀位、第一主轴、第二主轴在换刀位松开或夹紧；程序段2.实施抓刀、换刀；程序段3.NC,PLC数据交换实施换新刀并从主轴上换下旧刀；程序段4.新刀定位：自动换刀重新启动刀库定位；程序段5.刀库需要移动，与旧刀刀库当前刀位交换位置，自动换刀重新启动刀库定位。程序段6.刀库不需要移动：刀库当前刀位号交换位置，刀库移动目标刀位；程序段7.刀库需要移动，程序段8.自动换刀定位；程序段9.刀库定位完成，刀库移动目标刀位，自动换刀定位到目标位置完成；程序段10.刀库FC18TM自动定位完成，按程序执行。当前刀库换刀位置有刀，当前刀位检测到刀具，跳转到不能执行，进给禁止；程序段11.XY轴在等待位/换刀位；程序段12.Z轴在等待位/换刀位；程序段13.第一主轴定向在换刀位且主轴松开/夹紧；程序段14.第二主轴定向在换刀位且主轴松开/夹紧；程序段15.换刀门打开到位；程序段16.刀库换刀门打开；程序段17.主轴有刀夹紧到位；程序段18.自动换刀程序运行MCP键重置。为了便与机床操作与调试，数控系统设计了人机交互界面，例如图15所示，是夹具修调控制界面：夹具1修调--大头松开、夹紧，大头高压、低压压紧输入、小头高压、低压压紧输入、抽芯伸出、退回，胀销伸出、退回；夹具2修调—大头松开、夹紧，大头高压、低压压紧输入、小头高压、低压压紧输入、抽芯伸出、退回，胀销伸出、退回，并设各功能选择键；

[0039] 图16为刀库修调界面，在此界面中可以观测主轴松夹模拟量和刀库实时信息，还可以在修调模式下对刀库调试。

[0040] 图17为机床延时设定界面，可以调整润滑时间，润滑间隔等时间继电器。

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