蔣輝東 尹建賀 鄭勝華 胡勝來

（宣城市建林機(jī)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(duì)機(jī)加工精度的要求也越來越高，傳統(tǒng)機(jī)加工設(shè)備早已無法滿足日益嚴(yán)格的工藝需求，因此，誕生了數(shù)控機(jī)床這種自動(dòng)化程度極高的機(jī)加工設(shè)備，數(shù)控機(jī)床采用數(shù)控系統(tǒng)自動(dòng)控制機(jī)床的切削、進(jìn)給等動(dòng)作，能夠?qū)崿F(xiàn)切削量的精準(zhǔn)控制，同時(shí)能夠大大提高生產(chǎn)效率。加工中心是一種自動(dòng)化程度更高的數(shù)控機(jī)床，能夠?qū)娤?、鉆孔等對(duì)種工序相結(jié)合，多工序一次性切削成型，自動(dòng)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(tái)加工中心的售價(jià)往往高達(dá)上百萬，一般的中小企業(yè)無法承擔(dān)如此高昂的成本。基于此，研發(fā)一種小型化、成本低、多用途的鉆攻中心具有現(xiàn)實(shí)意義。

2 設(shè)計(jì)技術(shù)方案

一種鉆攻中心，包括底座上設(shè)置的十字滑臺(tái)，以及十字滑臺(tái)上方沿豎直方向往復(fù)運(yùn)動(dòng)的機(jī)頭，所述機(jī)頭包括機(jī)箱以及轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)置在機(jī)箱上的刀盤，機(jī)箱上還設(shè)有用于驅(qū)動(dòng)刀盤轉(zhuǎn)動(dòng)的第一驅(qū)動(dòng)單元，所述刀盤的周面上間隔設(shè)置有多個(gè)用于裝夾刀具的切削主軸，各切削主軸沿刀盤徑向轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)置且各切削主軸內(nèi)端均設(shè)有齒輪；所述刀盤沿自身軸線方向伸縮設(shè)置，且機(jī)箱上設(shè)有用于驅(qū)動(dòng)刀盤伸縮的第二驅(qū)動(dòng)單元；所述機(jī)箱上還設(shè)有過渡齒輪，所述過渡齒輪與機(jī)箱上設(shè)置的第三驅(qū)動(dòng)單元構(gòu)成傳動(dòng)配合，所述第一驅(qū)動(dòng)單元、第二驅(qū)動(dòng)單元驅(qū)動(dòng)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(shí)施方式

如圖2、5、6、8所示，一種鉆攻中心，包括底座50上設(shè)置的十字滑臺(tái)53，以及十字滑臺(tái)53上方沿豎直方向往復(fù)運(yùn)動(dòng)的機(jī)頭，如圖3、4所示，所述機(jī)頭包括機(jī)箱10以及轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)置在機(jī)箱10上的刀盤20，機(jī)箱上還設(shè)有用于驅(qū)動(dòng)刀盤20轉(zhuǎn)動(dòng)的第一驅(qū)動(dòng)單元30，所述刀盤20的周面上間隔設(shè)置有多個(gè)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(dòng)設(shè)置且各切削主軸23內(nèi)端均設(shè)有齒輪24；刀盤20沿自身軸線方向伸縮設(shè)置，且機(jī)箱10上設(shè)有用于驅(qū)動(dòng)刀盤20伸縮的第二驅(qū)動(dòng)單元；機(jī)箱10上還設(shè)有過渡齒輪41，過渡齒輪41與機(jī)箱上設(shè)置的第三驅(qū)動(dòng)單元40構(gòu)成傳動(dòng)配合，第一驅(qū)動(dòng)單元30、第二驅(qū)動(dòng)單元驅(qū)動(dòng)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(jìn)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(dòng)、軸向滑動(dòng)設(shè)置在機(jī)箱10上，第一驅(qū)動(dòng)單元30驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)軸11周向轉(zhuǎn)動(dòng)，第二驅(qū)動(dòng)單元驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)軸11軸向滑動(dòng)，機(jī)箱10上固定設(shè)置有與轉(zhuǎn)軸11同軸的定齒盤17，轉(zhuǎn)軸11或刀盤20上設(shè)置有動(dòng)齒盤27，動(dòng)齒盤27與轉(zhuǎn)軸11和刀盤20相對(duì)固定，當(dāng)轉(zhuǎn)軸11沿軸向滑動(dòng)時(shí)，能夠使動(dòng)齒盤27和定齒盤17嚙合或分離。動(dòng)齒盤27和定齒盤17相互嚙合能夠確保各切削主軸23精準(zhǔn)定位，在加工過程中刀盤20不會(huì)產(chǎn)生任何轉(zhuǎn)動(dòng)，加工精度得到保證。

如圖5、6所示，第二驅(qū)動(dòng)單元包括機(jī)箱10上設(shè)置的與機(jī)箱10殼體一體式加工成型的液壓缸缸體12，轉(zhuǎn)軸11上設(shè)有活塞13，所述活塞13在缸體12內(nèi)與缸體12構(gòu)成滑動(dòng)配合，如圖4所示，機(jī)箱10殼體內(nèi)部設(shè)有用于連通缸體12內(nèi)腔與液壓源的液壓管路14。本設(shè)計(jì)的液壓缸與機(jī)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(yùn)動(dòng)精度得以保證。

第一驅(qū)動(dòng)單元30為伺服電機(jī)，伺服電機(jī)的主軸通過第一減速齒輪組31與轉(zhuǎn)軸11上設(shè)置的從動(dòng)齒輪32構(gòu)成傳動(dòng)配合；轉(zhuǎn)軸11上還設(shè)有信號(hào)輪15，機(jī)箱10上設(shè)有傳感器16，信號(hào)輪15與轉(zhuǎn)軸11相對(duì)固定設(shè)置，信號(hào)輪15的外環(huán)面呈階梯狀，且信號(hào)輪15其中一個(gè)端面的邊緣處設(shè)有一軸向延伸的凸塊151，傳感器16包括與信號(hào)輪15端面相對(duì)的第一傳感器161，與信號(hào)輪15外環(huán)面相對(duì)的第二傳感器162，以及與凸塊151相對(duì)的第三傳感器163，傳感器16的信號(hào)輸出端以及伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸入端均與數(shù)控系統(tǒng)相連。伺服電機(jī)配合數(shù)控系統(tǒng)能夠精準(zhǔn)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(shè)備的穩(wěn)定性。第一傳感器161通過檢測(cè)信號(hào)輪15端面的位移來檢測(cè)刀盤20的鎖緊動(dòng)作（即動(dòng)齒盤與定齒盤的嚙合動(dòng)作）；第二傳感器162通過檢測(cè)信號(hào)輪15臺(tái)階面的位移來檢測(cè)刀盤20的脫開動(dòng)作（即動(dòng)齒盤與定齒盤的分離動(dòng)作），第三傳感器163通過檢測(cè)凸塊151的位置來檢測(cè)刀盤20的零點(diǎn)位置，用于刀盤20復(fù)位。

轉(zhuǎn)軸11貫穿機(jī)箱10內(nèi)腔且轉(zhuǎn)軸11兩端分別從機(jī)箱10前后兩端懸伸而出，刀盤20安裝在機(jī)箱10前端懸伸的轉(zhuǎn)軸11上，液壓缸缸體12位于機(jī)箱10后端，信號(hào)輪15及活塞13安裝在機(jī)箱10后端懸伸的轉(zhuǎn)軸11上，從動(dòng)齒輪32及第一減速齒輪組31均位于機(jī)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(jī)箱10所在一側(cè)懸伸設(shè)置，各切削主軸20均安裝在該環(huán)狀殼體22上，動(dòng)齒盤27安裝在該環(huán)狀殼體22內(nèi)端，定齒盤17固定在機(jī)箱10前端的殼壁上。

如圖6、7所示，環(huán)狀殼體22與機(jī)箱10前端殼壁之間設(shè)有動(dòng)密封裝置，動(dòng)密封裝置包括定齒盤17外圍的機(jī)箱10殼壁上設(shè)置的密封環(huán)18，密封環(huán)18外端設(shè)有環(huán)形凸部，環(huán)狀殼體22內(nèi)端設(shè)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(shè)有環(huán)形槽，該環(huán)形槽內(nèi)設(shè)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(jìn)入機(jī)箱10內(nèi)部會(huì)導(dǎo)致傳動(dòng)機(jī)構(gòu)加速磨損，設(shè)置動(dòng)密封裝置能夠避免鐵削從刀盤20與機(jī)箱10之間的縫隙中進(jìn)入機(jī)箱10內(nèi)部。機(jī)箱10前端的殼壁上還設(shè)有過渡齒輪座19，過渡齒輪座19包括機(jī)箱10殼壁上凸伸設(shè)置的套管，套管的下方外壁上設(shè)有向下凸伸的短軸191，過渡齒輪41安裝在該短軸191上，機(jī)箱10前端殼壁上還設(shè)有與過渡齒輪41位置相對(duì)應(yīng)的條形孔，過渡齒輪41通過該條形孔與機(jī)箱10內(nèi)設(shè)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(jī)相連，該主軸電機(jī)即為第三驅(qū)動(dòng)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(dòng)設(shè)置圖

圖4 圖3數(shù)控鉆攻機(jī)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(shè)有立式支架51，立式支架51上設(shè)有兩條相互平行且豎直設(shè)置的滑軌52，機(jī)頭的背側(cè)設(shè)有與滑軌52配合的滑槽，機(jī)頭與立式支架51之間設(shè)有用于驅(qū)動(dòng)機(jī)頭上下滑動(dòng)的絲桿螺母機(jī)構(gòu)55。如圖1所示，十字滑臺(tái)53四周設(shè)有圍板56，其中前側(cè)的圍板56上設(shè)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(shí)刀具的位置。

圖7 動(dòng)密封裝置圖

圖8 鉆攻中心圖

4 實(shí)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(shí)施不同種類的加工工序，本設(shè)計(jì)換刀節(jié)奏平穩(wěn)，且傳動(dòng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用成本較低，適合推廣應(yīng)用。

5 結(jié)論

社會(huì)的發(fā)展促進(jìn)了生產(chǎn)力的提高，但目前生產(chǎn)力的進(jìn)一步提高受現(xiàn)有機(jī)械設(shè)備的限制，現(xiàn)有機(jī)械設(shè)備運(yùn)營(yíng)成本高，且型號(hào)大，不利于大面積推廣，而本文出于對(duì)這些方面的考慮，設(shè)計(jì)一種鉆攻中心，其具有小型化、成本低的特點(diǎn)，在很大程度上可以促進(jìn)生產(chǎn)力進(jìn)一步提高。本設(shè)計(jì)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(shí)施不同種類的加工工序，本設(shè)計(jì)研究換刀節(jié)奏平穩(wěn)，且傳動(dòng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，有利于在生產(chǎn)中大面積推廣。