本发明涉及一种适用于大型曲轴复合加工的卧式加工机床及加工方法。
背景技术：
目前，随着发动机行业的大型化产业发展，我国发动机曲轴也变得越来越大，在长度和直径上都有了质的变化。以往在对曲轴进行加工时，往往都是采用刀具固定、工件移动，在工件上找到相应的加工位置后，再用刀具进行钻孔加工。然而，对于结构复杂，尤其是油孔数量多、分布位置及方向各异的大型曲轴而言，在进行油孔加工时，待加工的大型曲轴工件需要不断地调整位置与角度，才能够与机床上的钻孔刀具相配合进行钻孔。以往常规的深孔钻床已不能满足大型及超大型曲轴工艺的加工要求，且该种加工方式也无法实现高效及精准的加工。
技术实现要素：
本发明的目的是为了克服现有技术的缺点，提供一种适用于大型曲轴复合加工的卧式加工机床，以提高大型曲轴的加工效率及加工精度。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种适用于大型曲轴复合加工的卧式加工机床，所述加工机床包括机座、设于所述机座上的夹持组件，待加工的所述大型曲轴可绕自身轴心线旋转地夹持安装在所述夹持组件上，且所述大型曲轴的轴心线沿水平方向延伸，所述机座上还设有用于驱使所述大型曲轴绕自身轴心线进行回转运动的回转驱动装置，所述加工机床还包括设于所述机座上用于对所述大型曲轴进行加工的加工刀具组件，所述加工刀具组件包括回转座、设于所述回转座上的动力头、以及安装在所述动力头上的刀具，所述回转座的轴心线沿竖直方向延伸，所述回转座既可绕其自身轴心线作回转运动地设置在所述机座上，又可分别沿平行于所述大型曲轴的轴向、垂直于所述大型曲轴的轴向作进给运动地设置在所述机座上。
优选地，所述夹持组件包括固定地设于所述机座上且具有旋转卡盘的床头箱、可朝向或远离所述床头箱运动地设置在所述机座上且具有旋转顶针的尾座，所述旋转顶针的轴心线与所述旋转卡盘的轴心线共线延伸，待加工的所述大型曲轴的一侧轴端部通过所述旋转卡盘夹持固定且该所述大型曲轴的另一侧轴端部通过所述尾座的所述旋转顶针沿轴向顶紧而实现夹持安装。
进一步地，所述回转驱动装置包括伺服电机、与所述伺服电机相连接的减速器，所述减速器的输出轴与所述床头箱的主轴通过联轴器相连接以驱使所述旋转卡盘旋转。
进一步地，所述尾座包括滑动地安装在所述机座上的尾座体、设于所述尾座体上用于安装所述旋转顶针的移动套筒，所述移动套筒可沿所述旋转顶针的轴向相对运动地设置在所述尾座体上，所述移动套筒与所述尾座体之间设有用于驱使所述移动套筒运动的移动驱动组件。
更进一步地，所述移动驱动组件为设于所述移动套筒与所述尾座体之间的丝杠-螺母驱动组件，所述旋转顶针可绕自身轴心线旋转地设置在所述移动套筒上。
作为一种具体的实施方式，所述机座上设有齿条，所述尾座体上设有与所述齿条相配合的齿轮，所述尾座体上还设有用于驱使所述齿轮旋转以与所述齿条配合而使得所述尾座朝向或远离所述床头箱运动的驱动电机。
优选地，所述机座上设有可沿平行于所述大型曲轴的轴向运动的拖板，所述拖板上滑动地设置有横滑板，所述横滑板的滑动方向与所述拖板的运动方向相垂直以朝向或远离所述大型曲轴运动，所述回转座可绕自身轴心线旋转地设置在所述横滑板上。
优选地，所述机座包括相对固定的工件床身与刀架床身，所述夹持组件、所述回转驱动装置均设置在所述工件床身上，所述加工刀具组件均设置在所述刀架床身上。
本发明的另一目的是提供一种适用于大型曲轴复合加工的加工方法，以提高大型曲轴的加工效率及加工精度。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种适用于大型曲轴复合加工的加工方法，所述加工方法包括如下步骤：
（1）采用夹持组件将待加工的大型曲轴进行夹持安装，其中，待加工的所述大型曲轴可绕自身轴心线旋转地夹持安装在所述夹持组件上，且所述大型曲轴的轴心线沿水平方向延伸；
（2）驱动所述大型曲轴绕自身轴心线旋转，直至所述大型曲轴上的待加工位置到达预设位置；
（3）调整加工刀具组件的位置，使得所述加工刀具组件上刀具的加工位置及加工方向与所述预设位置相对应而对所述大型曲轴进行加工；
（4）重复步骤（2）、步骤（3），直至所述大型曲轴的加工完成。
进一步地，采用如上述的卧式加工机床进行加工。
由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明的一种适用于大型曲轴复合加工的卧式加工机床，其中通过将加工机床设计为卧式结构，采用夹持组件将待加工的大型曲轴沿水平方向进行夹持，并通过回转驱动装置驱使大型曲轴工件绕自身轴心线旋转，同时调整加工刀具组件的位置及角度，便可使得大型曲轴上的待加工位置与加工刀具组件的位置相对应而进行加工。采用该卧式机床对大型曲轴进行加工时，只需要对大型曲轴工件进行一次装夹操作，利用刀具的更换便可实现对大型曲轴不同要求的加工。机床的整个加工过程可通过自动编程来实现，尤其适用于大型曲轴上多油孔的不同要求复合加工，其自动化程度高，且加工精度和加工效率也得到了大幅度的提高。
附图说明
附图1为本发明的加工机床的整体结构示意图。
其中：1、机座；2、工件床身；3、刀架床身；4、大型曲轴；5、床头箱；51、旋转卡盘；6、尾座；61、尾座体；62、旋转顶针；63、移动套筒；64、移动驱动组件；65、驱动电机；7、回转驱动装置；71、伺服电机；72、减速器；8、齿条；9、拖板；10、齿轮-齿条组件；11、横滑板；12、丝杠-螺母组件；13、钻孔组件；131、回转座；132、动力头；133、刀具；134、丝杠-螺母组件；14、数控系统；15、排屑器。
具体实施方式
下面结合附图和具体的实施例来对本发明的技术方案作进一步的阐述。
为便于描述和说明该加工机床上各部件的设置形式，以下关于方向的描述中，均按照操作人员所观察到的方向进行定义的，即图1中标示的前、后、左、右方向，上述的前后方向对应的为机床上的X向，左右方向对应的则为机床上的Z向。
参见图1所示的卧式加工机床，适用于对大型曲轴零件进行复合加工，如钻孔、铣面、攻丝等多种加工。该加工机床包括机座1、设于机座1上用于对待加工的大型曲轴4进行夹持安装的夹持组件、用于驱使待加工的大型曲轴4进行回转运动的回转驱动装置7、以及用于对大型曲轴4进行加工的加工刀具组件。
在本实施例中，机座1包括相对固定设置的工件床身2和刀架床身3，夹持组件和回转驱动装置7设于工件床身2上，待加工的大型曲轴4可绕自身轴心线旋转地夹持安装在夹持组件上，且大型曲轴4在夹持组件的夹持安装下其轴心线沿左右水平方向延伸；加工刀具组件采用的为用于对待加工的大型曲轴4进行钻孔加工的钻孔组件13，该钻孔组件13设置在刀架床身3上，
具体地，夹持组件包括固定地设于工件床身2上且具有旋转卡盘51的床头箱5、可沿左右方向运动的设置在工件床身2上且具有旋转顶针62的尾座6，其中旋转顶针62的轴心线与旋转卡盘51的轴心线共线延伸，待加工的大型曲轴4的左侧轴端部通过旋转卡盘51夹持固定且该大型曲轴4的右侧轴端部通过尾座6的旋转顶针62沿轴向顶紧而实现夹持安装。
尾座6包括滑动地安装在机座1上的尾座体61、设于尾座体61上用于安装旋转顶针62的移动套筒63，移动套筒63可沿旋转顶针62的轴向相对运动地设置在尾座体61上，旋转顶针62可绕自身轴心线旋转地设置在移动套筒63上。移动套筒63与尾座体61之间设有用于驱使移动套筒63运动的移动驱动组件64，移动驱动组件64可驱动移动套筒63相对尾座体61小幅度地运动。在本实施例中，移动驱动组件64为设于移动套筒63与尾座体61之间的丝杠-螺母驱动组件。
尾座体61与工件床身2之间通过齿轮-齿条结构相配合来实现相对运动。具体地，工件床身2上设有齿条，该齿条的长度延伸方向与大型曲轴4的轴线方向相平行。尾座体61上设有与齿条相配合的齿轮，尾座体61上还设有用于驱使齿轮旋转以与齿条配合而使得尾座6沿着齿条方向运动的驱动电机65，即尾座6在驱动电机65的驱动下可靠近或远离床头箱5，以满足不同大型曲轴4的长度要求。
回转驱动装置7包括伺服电机71、减速器72，其中伺服电机71与减速器72相连接，减速器72的输出轴与床头箱5的主轴通过联轴器相连接，以在床头箱5的主轴旋转时驱使旋转卡盘51带动待加工的大型曲轴4绕自身轴心线旋转。采用上述的回转驱动装置7可带动旋转卡盘61以1-50r/min的低速高精度回转，从而带动大型曲轴4以同样的速度回转，使得大型曲轴4准确地转动到待加工位置，满足大型曲轴4的大惯量回转要求。当大型曲轴4旋转至设定的待加工位置时，伺服电机71停止，抱闸抱住伺服电机71，使大型曲轴4达到锁止状态，以配合钻孔组件13对其进行钻孔加工。
参见图1所示，具体在夹持安装待加工的大型曲轴4时，先将待加工的大型曲轴4的左侧端部通过旋转卡盘51夹持固定后，然后通过驱动电机65驱使尾座6整体朝向床头箱5向左运动，直至旋转顶针62沿轴向顶紧在大型曲轴4的右侧轴端面上。接着，尾座6上的丝杠-螺母驱动组件驱使移动套筒63运动，以使得旋转顶针62小幅度地接近大型曲轴4的右端面，从而使得尾座6对待加工的大型曲轴4沿轴向的抵紧力保持在合适的范围内，进而确保夹持组件对待加工的大型曲轴4的稳定有效夹持。待上述夹持工作完成后，回转驱动装置7的伺服电机71工作而驱使旋转卡盘61以设定速度回转，从而带动大型曲轴4转动，直至大型曲轴4旋转至待加工位置。
参见图1所示，钻孔组件13包括回转座131、设于回转座131上的动力头132，钻孔用刀具133安装于动力头132上。该回转座131既可绕自身轴心线做回转运动地设置在刀架床身3上，又可分别沿平行于大型曲轴4的轴向（即沿左右方向）、垂直于大型曲轴4的轴向（即沿前后方向）作进给运动地设置在刀架床身3上，以使得动力头132带动刀具133调整到与大型曲轴4上待钻孔的位置及角度相一致而实现钻孔加工。
参见图1所示，刀架床身3上设有可沿左右方向运动的拖板9，通过在拖板9与刀架床身3之间设置齿轮-齿条组件来实现拖板9的左右运动，具体地，刀架床身3上设有沿左右方向的齿条8，拖板9底部设有和齿条8相啮合的齿轮，驱动该齿轮旋转便可使得拖板9沿刀架床身3左右运动；拖板9上设有可沿前后方向运动的横滑板11，该横滑板11与拖板9之间设有丝杠-螺母组件12，以使得横滑板11在拖板9上前后运动；回转座131可绕自身轴心线旋转地设置在横滑板11上，横滑板11与回转座131之间设置用用于驱使回转座131进行精确回转的驱动件（图中未示出）。
参见图1所示，钻孔组件13上，回转座131上设有用于安装动力头132的刀座，该刀座与动力头132之间设有用于驱使动力头132沿钻孔刀具133轴向运动的丝杠-螺母组件134，以驱使刀具133前进或后退来实现加工进给。动力头132通过其后方的主轴电机带动动力主轴实现动力主轴以0-4000r/min的高速回转，以驱使刀具133实现对大型曲轴4的钻孔加工。
该加工机床上，位于刀架床身3与工件床身2之间还设置有排屑器15，加工过程中的切屑由排屑器15收集处理。
在刀架床身3上可设置一组或多组相互独立工作的钻孔组件13。在本实施例中，同时设置了2组可同时对大型曲轴4进行独立加工的钻孔组件13。2组钻孔组件13由2个数控系统14分别控制，对大型曲轴4的加工互不影响，从而可对大型曲轴4进行多工位同时加工，且多个工位之间的加工互不影响，大大地提高了加工效率。
当需要对大型曲轴4进行如铣面、攻丝、铣成型孔、磨孔等其他加工时，也可以在该卧式加工机床上完成，只需将钻孔组件13上的动力头132及刀具133进行相应更换即可。这样，通过对大型曲轴4的一次夹持安装，便可实现对其多工序、多位置、多角度的复合加工，机床的整个加工过程可通过自动编程来实现，自动化程度高，有利于大幅提高大型曲轴4的加工精度与加工效率。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。