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車銑復合機床的核心

【摘要】:
刀塔(也稱刀架)是數控機床上所使用的最關鍵核心部件,目前的傳統刀塔(也稱刀架)只能安裝車刀或鏜刀進行最基本的車削加工。利用單個內藏式伺服電機實現控制刀塔精確轉位(也稱換刀)和控制旋轉刀具高速旋轉兩種功能,集車銑加工功能于一體。?傳統刀塔在其刀盤的圓周上有多個安裝平面和安裝槽,用于固定車刀刀座或鏜刀刀座,與刀塔的內部結構是完全隔離的。傳統刀塔的電機置于箱體的外面,通過同步帶把動力傳給驅動軸,驅動軸的
刀塔 ( 也稱刀架 ) 是數控機床上所使用的最關鍵核心部件,目前的傳統刀塔 ( 也稱刀架 ) 只能安裝車刀或鏜刀進行最基本的車削加工。利用單個內藏式伺服電機實現控制刀塔精確轉位 ( 也稱換刀 ) 和控制旋轉刀具高速旋轉兩種功能,集車銑加工功能于一體。?

傳統刀塔在其刀盤的圓周上有多個安裝平面和安裝槽,用于固定車刀刀座或鏜刀刀座,與刀塔的內部結構是完全隔離的。傳統刀塔的電機置于箱體的外面,通過同步帶把動 力傳給驅動軸,驅動軸的端部與第一齒輪固定連接在一起,刀盤與第二齒輪固定連接在一 起,第一齒輪和第二齒輪相嚙合,
 
從而實現電機轉動帶動刀盤轉動的目的,控制單元通過電 機內置的編碼器反饋信息進行控制電機的轉速、圈數和旋轉角度,來實現刀盤的轉位控制。 刀座通過定位鍵和螺釘固定在刀盤的圓周各刀位上,刀座上可安裝車刀或鏜刀,但此類刀 具只能實現直線進給進行車削加工的要求,且外形尺寸較大。改變了傳統刀塔各安 裝刀具位置的結構,使每個刀具位置既可安裝車刀,又可安裝旋轉刀具。
 
基本功能——刀塔轉位 ( 也稱換刀 ) :
當離合器活動轉齒與離合器固定轉齒嚙合時,是電機動力傳遞給旋轉刀具的必須 條件 ;當離合器活動轉齒與離合器固定轉齒脫離時,電機動力就不再驅動旋轉刀具旋轉,此 狀態下正是離合器活動轉齒通過其圓周齒輪與刀塔轉位齒輪 ( 即第一齒輪 ) 進行嚙合的狀 態,達到電機旋轉帶動刀塔轉位的目的。概括地說,通過控制離合器活動轉齒的兩個位置 ( 即嚙合與脫離狀態 ),達到電機動力輸出給刀塔轉位或輸出給旋轉刀具旋轉的目的。
 
旋轉刀具旋轉的實現如下 : 首先離合器活動轉齒與離合器固定轉齒的嚙合,使刀塔處于刀具旋轉狀態,控制 單元通過外置的編碼器 5 反饋信息進行控制電機的轉速、啟停和正反轉動,來實現刀具任 意速度的正轉、反轉及停止 ;另外,該動力刀塔采用的動力刀柄為尾部扁尾結構,因此,在旋 轉刀具停止時需要停止在固定的角度位置上,才能保證下一把旋轉刀具順利地插入槽中, 刀具的固定角度停止功能靠編碼器的角度反饋來實現。?

車銑復合加工機床用的動力刀塔 ( 也稱刀架 ),傳統刀塔 ( 也稱刀架 ) 只能安裝車刀或鏜刀,進行最基本的車削加工,本發明打破了原傳統刀塔在功能和結 構的限制,同時具備了安裝車刀、鏜刀和旋轉刀具 ( 如銑刀、鉆頭、絲錐等 ) 的功能,可實現 車削加工和銑削、鉆削、攻絲等加工,是車銑復合加工機床上必備的功能部件。因具備了刀具旋轉加工,故稱之為動力刀塔。
 
傳統刀塔在其刀盤的圓周上有多個安裝平面和安裝槽,用于固定車刀刀座或鏜刀刀座,與刀塔的內部結構是完全隔離的。傳統刀塔的電機置于箱體的外面,通過同步帶把動 力傳給驅動軸,驅動軸的端部與第一齒輪固定連接在一起,刀盤與第二齒輪固定連接在一 起,第一齒輪和第二齒輪相嚙合,從而實現電機轉動帶動刀盤轉動的目的,控制單元通過電 機內置的編碼器反饋信息進行控制電機的轉速、圈數和旋轉角度,來實現刀盤的轉位控制。 刀座通過定位鍵和螺釘固定在刀盤的圓周各刀位上,刀座上可安裝車刀或鏜刀,但此類刀 具只能實現直線進給進行車削加工的要求,且外形尺寸較大。改變了傳統刀塔各安 裝刀具位置的結構,使每個刀具位置既可安裝車刀,又可安裝旋轉刀具。
 
利用單個內藏式伺服電機實現控制刀塔精確轉位 ( 也稱換刀 ) 和控制旋轉 刀具高速旋轉兩種功能,涉及到了復雜的機械傳動、互鎖、定位機構和合理巧妙的電氣、氣 動、液壓控制技術。 作為車銑復合加工機床上所使用的最關鍵核心部件—動力刀塔,目前尚無專業廠家生產,刀塔生產廠家都以生產傳統車削功能的刀塔 ( 或稱刀架 ) 為主,這深深制約了我國車銑復合加工機床的發展,導致車銑復合機床也只能依靠進口。車銑復合加工機床是集 成車削加工和銑削加工于一身的高檔加工設備,被加工的零件一次裝夾在機床上,可實現 車削、銑削、鉆孔、攻絲鏜孔、擴孔等多種加工,解決了加工一個零件需要多臺加工設備的問 題,且可顯著提高被加工零件的精度和加工效率,是車床的延伸和發展方向。具有高剛性、重切削、體積小、集成化等優點。
 
為實現旋轉刀具的 旋轉,需解決動力源問題,特設計了一套機械傳動機構與電機連接。電機為內藏式電機,電機定子固定連接在刀塔的箱體上,電機轉子和中空花鍵軸固定連接在一起 ;離合器活動轉 齒與中空花鍵軸連接在一起,并可沿中空花鍵軸的軸向移動 ;離合器固定轉齒通過漲套與 第一傳動軸緊固在一起 ;中空花鍵軸通過離合器的嚙合與其內部的第一傳動軸間接相連 ; 第一傳動軸通過一對螺旋傘齒輪 ( 即第一螺旋傘齒輪和第二螺旋傘齒輪 ) 與第二傳動軸連 接,實現傳動方向的 90 度轉向 ;第二傳動軸與旋轉刀具的連接處為凹槽結構,可與旋轉刀 具尾部的扁尾結構進行緊密嚙合 ;通過上述傳動鏈,電機轉子的旋轉動力便可傳遞給旋轉 刀具,實現電機與旋轉刀具的同步同轉速旋轉。
 
為實現傳統刀塔具備的所有功能,通過離合器活動轉齒沿中空花鍵軸的軸向移 動,使離合器活動轉齒與第一齒輪進行嚙合,同時與離合器固定轉齒脫離,從而把電機的動 力傳遞給與第一齒輪連接成一體的第三傳動軸,第三傳動軸與第二齒輪是一體的,第二齒 輪與第三齒輪相嚙合,因刀盤固定連接在第三齒輪上,所以電機最終把動力傳遞給了刀盤, 電機的旋轉會帶動刀盤旋轉,達到刀盤的轉位控制。
 
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