专利名称：专用数控立式铣床的制作方法
技术领域：
专用数控立式铣床是一种铣削特殊形状工件的机床，是加工凸轮特别是加工各种形状蜗形凸轮、圆柱凸轮的机床。
蜗形凸轮、圆柱凸轮等是形状十分复杂的空间凸轮，需要用特殊运动方式才能进行加工，采用普通机床或普通数控机床加工很困难，几乎是不可能的，即使加工出来，加工精度也难以达到要求，目前国内尚未发现有此种机床生产，西德PRAWEMA公司的KFG500型卧式专用机床虽然能加工蜗形凸轮，但结构复杂，制造较难，成本较高。
本实用新型的目的是提供一种专用数控立式机床的技术方案，它有工件旋转坐标(A轴)和主轴旋转坐标(B轴)，专用于加工各种空间凸轮、结构较简单、制造较容易，成本较低。具有普通数控立式铣床的功能。
本实用新型的实施方案是专用数控立式铣床XK5001是对江苏南通机床厂的XK－5032数控立式铣床的改进，床身、底座、升降台、工作台、润滑和冷却部分与XK－5032基本相同，它有底座、床身、升降台、工作台、工件旋转坐标(A轴)、冷却、润滑和电控部分。底座与床身刚性联接，升降台与床身前的导轨连接，手柄带动锥齿轮及升降丝杆使升降台沿导轨垂向移动，工作台通过床鞍置于升降台的水平导轨上，工件旋转坐标及尾架置于工作台上，控制箱和强电箱装在床身的两侧，有CRT显示屏的操作箱通过悬臂和转盘与控制箱活动连接，可以任意转动，控制系统有美国AROCKWELL、INTER－NATIOAL、COMPANY的A－B8400MP系统和带有RS－232C接口的外部通讯设备，有六轴控制四轴联动的功能，床身上面固定有主轴旋转坐标(B轴)，主轴旋转坐标旋转轴前端与主轴本体固定连接，主轴绕旋转轴摆动，由数控系统A－B8400MP控制，主轴旋转坐标(B轴)、工件旋转坐标(A轴)、工作台纵向进给(X轴)和横向进给(Y轴)四轴联动。旋转轴用滚珠轴承装在主轴旋转坐标本体内，主轴旋转坐标旋转轴的尾部装有高精度蜗轮，角度检测元件脉冲编码器装在伺服电机轴上，作为位置反馈(所谓半闭环控制)，B轴伺服电机通过高精度双导程蜗杆付驱动旋转轴。主轴的旋转由变频器GF控制普通异步电机无级变速，经一对圆弧齿形带轮减速直接驱动。工作台X轴和Y轴由宽调速交流伺服电机带动一对齿形带轮和滚珠丝杆付驱动，伺服电机内轴端(尾部)装有脉冲编码器。主轴摆动角度为±45°。
电控部分有强电控制回路、交流控制回路、数控系统和主轴变频驱动四大部分。冷却电机M2、润滑电机M3由交流控制回路控制启或仃，交流控制回路同时供电给主轴变频驱动器GF、伺服变压器T1和控制变压器T2，控制变压器T2给数控系统电源8410PSB提拱电源，整个系统只用一个中间继电器KA1，其它均由数控系统A－B8400MP内含可编程控制器控制。
本实用新型的主要优点是主轴传动用一对圆弧齿形带轮与普通异步电机结合，效率高、转动比准确、噪音小、传动平稳。主轴旋转坐标位置反馈信息系统为半闭环控制，性能稳定，精度高。利用工件旋转坐标(A轴)、主轴旋转坐标(B轴)和工作台进给(X轴、Y轴)特别适用于加工形状复杂的各种凸轮、蜗形空间凸轮和圆柱空间凸轮，由于采用了A－B8400MP数控系统，可控四轴联动，为用户提供了极为方便的编程能力，系统内含可编程控制器，使强电控制软件化，省去了中间继电器控制和大量连接线，增减功能改变软件即可，极为方便，整机体积较小、重量较轻、制造较容易。操作比较灵活方便，定位精度及重复定位精度高，同时具有一般数控立式铣床的功能，并还有一般数控立式机床所不具有的功能，如加工任意角度的斜面、斜孔等。
以下结合附图和实施例对本实用新型进一步说明
图1－1是专用数控立式铣床正视图，图中9、工作台，10、强电箱，11、升降台升降手柄，13、底座，14、床身，15、工件旋转坐标(A轴)，16、显示操作箱，17、电气控制箱，工作台通过床鞍置于升降台的水平导轨上，升降台与床身前的矩形导轨连接，通过升降台升降手柄带动锥齿轮及升降丝杆使升降台沿矩形导轨垂向移动，底座与床身刚性连接，工件旋转坐标及尾架置于工作台上，可以装或拆，不影响其它任何轴，控制箱和强电箱装在床身的两侧，显示操作箱通过悬臂和转盘与控制箱活动连接，可任意转动。
图1－2是专用数控立式铣床侧视图，图中1、水平调节螺栓，2、主轴升降调节手柄，3、主轴本体，4、矩形导轨，5、主轴旋转坐标本体，6、异步电机，7、升降台，8、B轴伺服电机，12、配重，底座上有4只水平调节螺栓用于调整水平，主轴升降调节手轮经蜗轮、蜗杆带动主轴升降齿轮实现主轴升降，变频调速电机的变频器受数控系统主控制器控制，采用正控制电压值方式调速，经一对圆弧齿形带轮减速直接驱动主轴。
图1－3是专用数控立式铣床传动示图，图中18、齿形带主动轮，19、主轴旋转坐标旋转轴，20、蜗轮，21、双导程蜗杆，22、升降台主动锥齿轮，23、升降台从动锥齿轮，24、升降台丝杆，25、升降台螺母，26、齿形带从动轮，27、主轴，28、主轴套筒，29、主轴升降齿轮，30、主轴升降蜗杆，31、主轴升降蜗轮，32、X轴滚珠丝杆，33、X轴齿形带从动轮，34、X轴齿形带主动轮，35、Y轴滚珠丝杆螺母，36、升降台手摇轴，37、Y轴滚珠丝杆。B轴伺服电机8的伺服放大器受数控系统主控制器控制，通过一对高精度双导程蜗轮(20)蜗杆(21)付驱动主轴旋转坐标的旋转轴19(B轴)，带动主轴绕旋转轴摆动，旋转轴的尾部装有高精度蜗轮和B轴限位开关，检测角度的脉冲编码器装在伺服电机轴上，作为位置信息的反馈，构成半闭环控制，编码器所得信息反馈给数控系统主控制器，并控制伺服放大器和伺服电机，提高了控制精度，五级精度的双导程蜗轮蜗杆付是由烟台机床附件厂生产的。
图1－4是主轴旋转坐标结构示图，图中38、轴承压盖，39、密封圈，40、外套筒，41、内套筒，42、吊环，43、轴承，44、螺母，45、紧定螺钉，46、防松压块，47、主轴旋转坐标本体，48、主轴旋转坐标旋转轴，49、轴承，50、蜗轮箱，51、螺母，52、垫圈，53、透盖，54、外罩，55、密封圈，56、限位开关，57、限位开关撞块，58、罩，59、闷盖，60，螺母，61、键。主轴旋转坐标本体固定于床身上面，主轴旋转坐标旋转轴的前端用螺钉与主轴本体固定连接。
图1－5是主轴结构示图，图中62、标尺螺杆，63、游标罩，64、轴承；
图1－6是升降台结构示图，图中65、升降台锁紧手柄，66、Y轴锁紧手柄，67、Y轴进给手轮，67a、伺服电机，67b、传动带；
图1－7是工作台结构示图，图中68、X轴进给手柄，69、刻度盘，70、床鞍，71、X轴伺服电机，72、带轮箱体。X轴伺服电机71为宽调速交流伺服电机，X轴伺服电机尾部装有脉冲编码器，构成半闭环控制系统。编码器的位置及速度信息送入数控系统主控制器。伺服电机经内齿轮带动滚珠丝杆付32驱动工作台。
工件旋转坐标(A轴)，是一个完全独立的座标，即安装或拆除不影响其他轴，它由宽调速交流伺服电机、数控分度头和脉冲编码器构成，编码器所得位置和速度信息反馈给主控制器去控制伺服放大器和伺服电机，伺服电机通过锥齿轮和蜗轮蜗杆付驱动A轴。
冷却系统由冷却泵、出水管、回水管、开关及喷嘴组成，冷却泵安装在机床底座内腔里，底座内还有储液池。
润滑系统由自动间歇润滑油泵、分油器、节流阀、油管组成，润滑方式有自动润滑和周期润滑，工作台导轨、床鞍导轨、X轴和Y轴丝杠均为自动润滑。
图2－1为电气控制原理框图，图中OE为外部通讯设备，如IBMPC计标机等。控制系统采用美国AROCKWELLINTERNATIONALCOM－PUNY的A－B8400MP系统，该系统有主控制器CPU／CRT、显示器及键盘C／K、系统电源8410PSB、伺服电源与放大器1389P／1389A、伺服电机1326、输入／输出模板I／O、伺服变压器T1、控制变压器T2及编码器U。GF为变频器，M1为普通异步电机。
图2－2为强电路图，图中QF1为总电源开关，M2是液冷电机，图2－3是交流电源控制图，M3是润滑电机，图2－4是直流电路控制图，SB1是急停开关，FR1、FR2、FR3分别是M1、M2、T1的相应热保护开关，KA1是中间继电器，图2－5是主轴转向控制线路，图2－6是伺服驱动线路，其中每个轴一个1389－A伺服放大单元和1326伺服电机，主控制器的驱动端dr0、dr1、dr2、dr3、dr5、分别对应X、Y、Z、A、B轴，FBR为测速引线端，PWR为电机引线端。图2－7是编码器接线图，其中引线端Fb0、Fb1、Fb2、Fb3、Fb5分别对应X、Y、Z、A、B轴，图2－8是主轴驱动图。8410PSB系统电源向主控制器CPU／CRT提供＋5V、＋15V、－15V及向输入／输出模板I／O提供＋5V电源，8410PSB还提供＋24V给直流控制电路，CPU与CRT接口P1与P2的两两对应连接，CRT接口P6、P7及CPU接口连到I／O，CRT接口P1接到C／K的相应插孔，C／K的接口P7连到I／O，电手轮连到CRT的Fb6。图2－9是操作面板图。
系统动作过程通常情况QF2和QF3处于闭合状态，接通总电源开关QF1后，系统自行诊断，若一切正常，几秒钟后可进入正常工作，按EXIT键，键入用户码，拉出急停开关SB1，KA1和KM1得电，完成伺服启动，允许主轴转动，同时液冷电机、润滑电机运转；按进急停开关，伺服系统断开，主轴停转，处于急停状态。
权利要求1.专用数控立式铣床有底坐、床身、升降台、工作台、工件旋转坐标、冷却、润滑和电控部分，底坐与床身刚性连接，升降台与床身前的导轨连接，工作台通过床鞍置于升降台的水平导轨上，工件旋转坐标及尾架置于工作台上，控制箱和强电箱装在床身的两侧，有CRT显示屏的操作箱用悬臂和转盘与控制箱活动连接，数控系统有美国A-B8400MP和带有RS-232接口的外部设备，其特征是床身上面固定有主轴旋转坐标，主轴旋转坐标旋转轴前端与主轴本体固定连接，主轴绕旋转轴摆动，由数控系统A-B8400MP控制，主轴旋转坐标、工件旋转坐标、工作台纵向进给与横向进给四轴联动。
2.按照权利要求1所述的专用数控立式铣床，其特征是旋转轴用滚珠轴承装在主轴旋转坐标本体内，主轴旋转坐标旋转轴的尾部装有高精度蜗轮，角度验测元件脉冲编码器装在伺服电机轴上，B轴伺服电机通过高精度双导程蜗杆付驱动旋转轴。
3.按照权利要求1所述的专用数控立式铣床，其特征是主轴的旋转由变频器GF控制普通异步电机无级变速，经一对圆弧齿形带轮减速直接驱动。
4.按照权利要求1所述的专用数控立式铣床，其特征是主轴摆动角度为±45°。
专利摘要专用数控立式铣床是一种铣削特殊形状工作的机床，是加工凸轮特别是加工各种高精度蜗形凸轮、圆柱凸轮的机床。它有工件旋转坐标和主轴旋转坐标，主轴旋转坐标固定在床身上，主轴旋转坐标转轴(B轴)首端与主轴本体固定连接，主轴绕转轴摆动。主轴旋转坐标、工件旋转坐标、工作台纵向进给和横向进给四轴联动，采用美国A-B8400MP数控系统，专用于加工各种空间凸轮，结构较简单、制作较容易、成本较低，同时具有普通数控立式铣床的功能。
文档编号B23C3/00GK2129191SQ9221361
公开日1993年4月7日 申请日期1992年4月9日 优先权日1992年4月9日
发明者刘昌祺, 周兰泉, 江宝雄, 朱玲, 刘兴国, 陈立群, 彭国勋, 柴逸永, 李树明, 陈强, 袁太炎, 金立中, 曹巨江, 徐建南, 刘书平 申请人:南通机床厂, 西北轻工业学院