专利名称：提高自动转换铣头分度精度的驱动及传动方法
技术领域：
本发明属于数控铣床技术领域，尤其是数控铣床的自动转换铣头的驱动及传动技术领域。
背景技术：
自动立-卧旋转铣头是数控铣床的重要功能部件。装配了自动立-卧旋转铣头的数控铣床，能在一次装夹工件后，完成铣、镗、钻孔工序和各种复杂轮廓表面、型腔工件的加工；具有用途广泛、一机多用、加工刚性强等特点。现有的自动转换铣头的自动旋转分度的驱动工作方法首先是使自动立一卧旋转铣头在液压油缸驱动下，通过齿条、齿轮和齿圈等传动机构的运动，实现铣头的立一卧旋转转换。另外还采用齿条活塞传动，通过调整活塞两端的直线行程定位，间接控制铣头的旋转角度定位。这种方法的优点是铣头立一卧旋转的结构及操作都较为简单。缺点是活塞直线行程定位为间接定位，与铣头旋转角位移的实际需求定位间有较长的传动链，并且，齿条活塞的直线往复运动是由液压油的推动来实现的，油压系统的油压刚度对铣头的旋转精度影响非常大。油液在温度一定时压力增加体积缩小，具有一定的压缩性，因压缩性微小，一般忽略不计，即认为油液是不可压缩的，而空气是可压缩的，且压缩性很大，因此，当液压系统中侵入了空气后，其中一部分空气溶解于压力油中，另一部分则形成气泡浮游在压力油里。当液压系统产生压缩时，油液中的空气因压缩性大，使得液压传动刚度严重下降，它所产生的压力难以克服运动件的惯性力，使得运动件暂时维持原有运动状态(停止状态)，只有当空气被压缩到一定程度时，才能有足够的力来克服运动件的惯性力而使运动状态(启动)。当液压系统停止工作后，由于惯性作用，运动件不会立即停止，而是延续原运动状态继续前行一段距离后才会停下来，使得压力油中的空气膨胀。因此，随着液压系统工作循环而产生反复的压缩和膨胀，这样就使油缸推动精密机械运动时会出现时走时停或时快时慢的爬行问题。
发明内容
本发明的目的是解决上述现有技术存在的不足，提供一种可提高自动转换铣头分度精度的驱动及传动方法，通过电气和液压油路联合控制自动转换铣头的机械传动系统，且机械传动系统的活塞直线行程定位采用直接定位，以实现对铣头自动旋转分度的精确控制，提高铣头的旋转精度。本发明的目的通过如下技术方案实现。提高自动转换铣头分度精度的驱动及传动方法，该方法通过电气和液压油路联合控制自动转换铣头的机械传动系统，实现对铣头自动旋转分度的控制；所述电气和液压油路包括沿油路设置的油泵、二位四通电磁换向阀、三位四通电磁换向阀，在从三位四通电磁换向阀进出液压油缸两侧腔体的油路上分别设置有第一单向可调节流阀和第二单向可调节流阀，在油泵至二位四通电磁换向阀之间的油路上设置有顺序调压阀和溢流阀，在二位四通电磁换向阀至油泵之间的油路上设置有单向阀，油泵与电机电连接，二位四通电磁换向阀和三位四通电磁换向阀与电控系统连接；所述机械传动系统包括内部设置有齿条活塞的液压油缸，与齿条活塞哨合的齿轮传动系统、与齿轮传动系统哨合的齿圈，齿圈与自动转换铣头旋转部分紧固连接；在齿条活塞的两端分别设置有沉孔，对应在液压油缸的两端头内壁分别设置有可插入沉孔的圆柱凸台，在圆柱凸台内部从外端至内端依次设置有可横向位移的调整螺钉、弹簧和微调锥阀以及与微调锥阀相对的通向沉孔的回油孔；在圆柱凸台的侧壁上与微调锥阀的前锥段对应的位置开设有通向回油路径的通孔，回油路径与开设于液压油缸缸壁上的通向回油系统的油孔相通。本发明在电气和液压油路上电连接有自动控制系统。在电气和液压油路上位于油泵前方设置有精滤器，在电气和液压油路上设置有油压表。本发明采用电气和液压油路联合控制自动转换铣头的机械传动系统，通过精确控制铣头旋转工作速度、缓冲定位速度和提高液压传动系统的驱动刚度，实现了铣头自动旋转分度的驱动和精确传动控制。
图1是数控统床自动转换统头机械传动系统示意 图2是内部设置齿条活塞的液压油缸局部结构示意 图3是使用本发明方法的电气和液压油路联合控制示意 图4是本发明的一个电气控制实施例的示意图。
具体实施例方式提高自动转换铣头分度精度的驱动及传动方法，该方法通过电气和液压油路联合控制自动转换铣头的机械 传动系统，实现对铣头自动旋转分度的控制。如图1-图4所示，本发明的电气和液压油路包括沿油路设置的油泵2、二位四通电磁换向阀7、三位四通电磁换向阀8，在从三位四通电磁换向阀8进出液压油缸12两侧腔体的油路上分别设置有第一单向可调节流阀10和第二单向可调节流阀11，在油泵2至二位四通电磁换向阀7之间的油路上设置有顺序调压阀5和溢流阀6，在二位四通电磁换向阀7至油泵2之间的油路上设置有单向阀9，油泵2与电机3电连接，二位四通电磁换向阀7和三位四通电磁换向阀8与电控系统连接。在电气和液压油路上电连接有自动控制系统。在电气和液压油路上位于油泵2前方设置有精滤器1，在电气和液压油路上设置有油压表4。机械传动系统包括内部设置有齿条活塞13的液压油缸12，与齿条活塞13啮合的齿轮传动系统14、与齿轮传动系统啮合的齿圈15，齿圈15与自动转换铣头旋转部分紧固连接；在齿条活塞13的两端分别设置有沉孔13-1，对应在液压油缸12的两端头内壁分别设置有可插入沉孔的圆柱凸台12-5，在圆柱凸台内部从外端至内端依次设置有可横向位移的调整螺钉12-1、弹簧12-2和微调锥阀12-3以及与微调锥阀相对的通向沉孔的回油孔12-4 ;在圆柱凸台的侧壁上与微调锥阀的前锥段对应的位置开设有通向回油路径12-7的通孔12-6，回油路径12-7与开设于液压油缸12缸壁上的通向回油系统的油孔12-8相通。如图1所示的数控统床自动转换统头机械传动系统示意图，在液压油缸12驱动下，齿条活塞13左、右运动，依次通过齿轮传动系统14的齿轮14-1、14-2、14-3、14-4最后拨动齿圈15旋转，齿圈与铣头旋转部分紧固在一起，齿圈旋转带动铣头实现自动转换。在工作过程中，为了使齿条活塞13左、右运动得更加平稳，工作精度更高，采用了可调速快速工作行程和可微量调速慢速缓冲行程二个部分。可调速快速工作行程是根据铣头实际旋转速度需要，通过调整图3中的第一单向可调节流阀10和第二单向可调节流阀11实现。可调速慢速缓冲行程是铣头旋转接近到所需位置时，为减轻旋转惯性力对旋转传动系统以及定位机构的冲击而设置的。如图2所示，当齿条活塞13向左移动，至圆柱凸台12-5进入沉孔13-1后，沉孔13-1中的液压油需经过回油孔12-4并依次经过通孔12-6、回油路径12_7、油孔12-8进入回油系统流走，为了控制齿条活塞13的最后行程L的缓冲速度，通过旋转调整螺钉12-1，调整弹簧12-2对微调锥阀12-3的压紧力，使流过回油孔12_4的回油得到控制，达到微量调控减缓齿条活塞13在L段行程的运动速度，实现微量调控旋转铣头的速度。为了提高铣头的旋转工作精度，就要提高油压系统的油压刚度。为此需要消除液压系统中渗入的气体，在开机时通过电控系统自动启动油缸排气程序进行排气。图3为铣头自动立卧转换时的电气和液压油路联合控制示意图。精滤器I用于过滤油中杂质，油泵2为液压油路提供压力油，电机3带动高压油泵工作，油压表4用于监测油路压力，顺序调压阀5用于调整油缸腔体排气工况下的液压大小，溢流阀6用于限定整个液压系统驱动铣头旋转工作时的最高油液工作压力，二位四通电磁换向阀7用于控制油路进入排气工况或进入驱动铣头旋转的工况，三位四通电磁换向阀8处于4DT时，使油缸12处于待机状态，三位四通电磁换向阀8处于3DT或5DT时，使油路分别向左腔或右腔注油，实现油缸左、右腔排气或驱动齿条活塞左、右移动以带动齿轮旋转铣头实现立、卧正向或反向旋转，单向阀9用于封堵油路中的液压在非工作状态时流回油箱，避免油管中渗入空气，第一单向可调节流阀10和第二单向可调节流阀11分别用于调节流出液压油缸左、右腔的油液流速，使油缸工作时有一定的背压，提高油缸运行平稳性。本发明的工作过程如下:电机3启动后带动油泵2开始工作，当二位四通电磁换向阀7处于IDT状态时，整个油路处于排气工作状态，通过三位四通电磁换向阀8经多次循环换向至3DT或5DT位置， 将有一定压力的油导入油缸腔体二侧将空气排出。为了使排气时间又短效果又好，需调整进入油缸腔体排气的油液有一定的压力，压力越高排气效果越好。然而，进入排气工况时，齿条活塞及齿轮传动系统因铣头功能需要，处于自锁状态，机构受力过大会造成损坏。而压力过低，则排气时间过长，且收效不明显。为此，本发明在油路上设置了顺序调压阀5，通过调整油压至较佳状态，以保证排气效果，使油缸推动精密机械工作时能得到平稳的运动、精确的定位和可靠的工作效果。当二位四通电磁换向阀7处于2DT状态时，整个油路处于驱动铣头实现立、卧旋转的工作状态，通过三位四通电磁换向阀8至3DT或5DT位置，将溢流阀6调定的高压油导入油缸的左腔或右腔，推动齿条活塞、齿轮传动系统带动铣头正、反旋转，实现立、卧状态的工况转换。对排气液压循环油路上的自动控制，可根据需要采取电气控制或数字控制或其他可行的控制方式。图4所示是一个与液压油路自动排气相配套的电气控制系统。图中。KA2和KA3是图3中三位四通电磁换向阀8分别向左或右换向的继电器，KTU KT2是控制三位四通电磁换向阀8左、右换向的动作计数器，KT3是控制自动排气循环程序进入或结束的计数器。按下SB2按钮，电机3启动运行，同时继电器KA2得电，KA2的辅助接点动作，常闭触电断开，常开触点闭合，电磁阀3DT线圈得电,三位四通电磁换向阀5DT位置排气一次，同时时间继电器KT1，KT3线圈得电开始计时，当KTl计时若干秒后，KTI的辅助触点开始动作，常闭触点断开，KA2线圈失电，三位四通电磁换向阀5DT位置排气结束，常开触点闭合，KA3线圈得电，KA3辅助常开触点闭合，电磁阀5DT线圈得电，三位四通电磁换向阀3DT位置排气一次，同时，时间继电器KT2线圈得电计时若干秒，当KT2计时若干秒后，KT2的辅助常闭触点动作断开，时间继电器KTI断电复位，KA2开始动作，三位四通电磁换向阀5DT位置排气第二次，三位四通电磁换向阀开始循环排气，循环若干次后，时间计数器KT3线圈得电，KT3的常开触电动作，时间继电器KAlO线圈得电，KAlO常开辅助触点闭合实现自保，KAlO常闭辅助触点断开，自动断开三位·四通电磁换向阀排气控制线路。
权利要求
1.提高自动转换铣头分度精度的驱动及传动方法，其特征在于，该方法通过电气和液压油路联合控制自动转换铣头的机械传动系统，实现对铣头自动旋转分度的控制；所述电气和液压油路包括沿油路设置的油泵(2)、二位四通电磁换向阀(7)、三位四通电磁换向阀(8)，在从三位四通电磁换向阀(8)进出液压油缸(12)两侧腔体的油路上分别设置有第一单向可调节流阀(10)和第二单向可调节流阀(11)，在油泵(2)至二位四通电磁换向阀(7)之间的油路上设置有顺序调压阀(5)和溢流阀(6)，在二位四通电磁换向阀(7)至油泵(2)之间的油路上设置有单向阀(9)，油泵(2)与电机(3)电连接，二位四通电磁换向阀(7)和三位四通电磁换向阀(8)与电控系统连接；所述机械传动系统包括内部设置有齿条活塞(13)的液压油缸(12)，与齿条活塞(13)啮合的齿轮传动系统(14)、与齿轮传动系统啮合的齿圈(15)，齿圈(15)与自动转换铣头旋转部分紧固连接；在齿条活塞(13)的两端分别设置有沉孔(13-1)，对应在液压油缸(12)的两端头内壁分别设置有可插入沉孔的圆柱凸台(12-5)，在圆柱凸台内部从外端至内端依次设置有可横向位移的调整螺钉(12-1)、弹簧(12-2)和微调锥阀(12-3)以及与微调锥阀相对的通向沉孔的回油孔(12-4);在圆柱凸台的侧壁上与微调锥阀的前锥段对应的位置开设有通向回油路径(12-7)的通孔(12-6)，回油路径(12-7)与开设于液压油缸(12)缸壁上的通向回油系统的油孔(12-8)相通。
2.根据权利要求1所述提高自动转换铣头分度精度的驱动及传动方法，其特征在于，在电气和液压油路上电连接有自动控制系统。
3.根据权利要求1或2所述提高自动转换铣头分度精度的驱动及传动方法，其特征在于，在电气和液压油路上 位于油泵(2)前方设置有精滤器(1)，在电气和液压油路上设置有油压表(4)。
全文摘要
提高自动转换铣头分度精度的驱动及传动方法，电气和液压油路包括油泵、二位四通电磁换向阀、三位四通电磁换向阀，在从三位四通电磁换向阀进出液压油缸两侧腔体的油路上分别设置有第一单向可调节流阀和第二单向可调节流阀，在油泵至二位四通电磁换向阀之间的油路上设置有顺序调压阀和溢流阀，在二位四通电磁换向阀至油泵之间的油路上设置有单向阀，油泵与电机连接，二位四通电磁换向阀和三位四通电磁换向阀与电控系统连接；机械传动系统包括内部设置有齿条活塞的液压油缸，与齿条活塞啮合的齿轮传动系统、与齿轮传动系统啮合的齿圈，齿圈与自动转换铣头旋转部分紧固连接。本发明通过电气和液压油路联合控制机械传动系统，机械传动系统的活塞直线行程定位采用直接定位，可实现对铣头自动旋转分度的精确控制，提高铣头旋转精度。
文档编号B23Q5/12GK103240635SQ20131018706
公开日2013年8月14日 申请日期2013年5月20日 优先权日2013年5月20日
发明者董跃, 师如华, 李再参, 徐敏, 蒋杰, 罗庆丰, 蒲宏毅 申请人:云南省机械研究设计院