专利名称：自动落地铣镗床的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及机床技术领域，特别提供了一种自动落地铣镗床。
背景技术：
现有技术中，普通落地铣镗床是万能性机床，可对箱体、壳体、机座等大型零件进 行钻孔、镗孔、扩孔、铰孔、锪平面、铣平面、车螺纹等切削加工。产品广泛应用于能源、交通、 重型、石化机械等行业，是加工箱体类零件的关键设备。目前市场上的普通落地铣镗床，其主要结构以普通电机为动力源，通过液压机械 联动装置控制滑移变速齿轮位置变动，获得不同的转速及进给量。主轴箱内部结构复杂，齿 轮数量较多。床身普遍采用2-3条导轨，或用静压卸荷，或用机械卸荷，但老式的机械卸荷 机构不便于调整，卸荷效果差强人意；静压卸荷技术难度大，成本较高。普通落地铣镗床的电气控制采用PLC (可编程控制器)控制，驱动部分普遍使用普 通三相异步电机驱动机械传动，机床轴坐标位置靠数显表显示。这种控制方式的缺点是机 床轴不能自动定位，机床的加工完全靠手动操作，操作繁琐，加工效率低。人们期望获得一种技术效果更好的自动落地铣镗床。
实用新型内容本实用新型的目的是提供一种技术效果更好的自动落地铣镗床。为了解决上述存 在的问题，本实用新型提供一种结构简单、加工精度及加工效率高的自动落地铣镗床。本实用新型提供了一种自动落地铣镗床，其特征在于所述自动落地铣镗床包含 有下述组成部分立柱1、主轴箱2、镗轴3、主电机4、滑枕5、滑座及拖动装置6、进给减速机 7、进给伺服电机8、床身9及电气系统，其中，立柱1、主轴箱2、镗轴3、主电机4、滑枕5、进 给减速机7、进给伺服电机8和电气系统都设置在滑座及拖动装置6上，镗轴3、主电机4、滑 枕5都设置在主轴箱2上，主轴箱2能够沿着立柱1在竖直方向上下运动；滑座及拖动装置 6布置在床身9的上方，具体要求是床身9与滑座及拖动装置6 二者之间以能实现二者在水 平方向沿床身9的主要伸展方向即轴向相对运动的方式连接，所述滑座及拖动装置6中包 含有用于控制其实现运动的进给减速电机7和进给伺服电机8 ；其特征在于在主轴箱2内部设置有主轴变速传动机构，所述的主轴变速传动机 构具体包括有下述组成主电机4、变速轴14、第一传动轴13、第二传动轴15、第三传动轴 16、第四传动轴30、第五传动轴31、第六传动轴32 ；其中主电机4具体是主轴交流变频电机；主轴变频电机4的输出轴与第一传动轴13通 过联轴器29连接，第一传动轴13上的传动齿轮一 24、传动齿轮二 27与变速轴14上的变速 轴滑动齿轮25啮合，变速轴14上的传动齿轮四28与第二传动轴15上的传动齿轮六26啮 合，第二传动轴15上的传动齿轮六26与第三传动轴16上的传动齿轮七23啮合，第三传动 轴16上的传动齿轮七23与第四传动轴30上的传动齿轮八33啮合，第四传动轴30上的传 动齿轮八33与第五传动轴32上的传动齿轮九34啮合，第五传动轴32上的传动齿轮九34与第五传动轴31的传动齿轮十35啮合。本实用新型所述自动落地铣镗床，其特征在于所述的滑座及拖动装置6内部的 拖动机构具体组成如下进给伺服电机8，行星减速箱7，四个传动轴第七传动轴37、第八 传动轴40、第九传动轴43、第十传动轴47，齿轮十一 36、齿条12 ；其中进给伺服电机8通过行星减速箱7连接至第十传动轴47，第十传动轴47上 的齿轮十二 46与第九传动轴43上的齿轮十三45啮合，第九传动轴43上的齿轮十四42、齿 轮十五44分别为旋向相反且模数与齿数都相同的两个齿轮，分别于第七传动轴37、第八传 动轴40上的齿轮十六38、齿轮十七39啮合，通过旋向相反产生消隙作用；第七传动轴37、 第八传动轴40上的齿轮十一 36、齿轮十八41与齿条12啮合。本实用新型所述自动落地铣镗床中，床身9上设有两条导轨11，导轨11上镶有淬 硬钢带10，在滑座6的阴导轨上均布有11个机械卸荷机构，通过碟型弹簧48产生的预变形 对精密直线滚动单元49施加压力，产生机械卸荷作用，不但可增加机床整体刚性及承载能 力，还减小了拖动力，使机床移动平稳无爬行；本实用新型所述自动落地铣镗床，其特征在于在自动落地铣镗床中，所述的电气 系统包括控制单元56、人机界面50、手轮51、变频器52、伺服驱动器53、位置反馈54、位置 检测装置55 ；其中前述几部分相互之间通过控制总线进行通讯，控制总线在图7中即为各 部分相互之间的连接线；人机界面50和位置反馈54通过控制总线连接着变频器52和伺服 驱动器53，变频器52与主轴变频电机4连接，伺服驱动器53与进给伺服电机8连接；控制单元56分别连接着人机界面50、变频器52、伺服驱动器53、手轮51 ；位置反 馈54分别连接着伺服驱动器53、位置反馈54、位置检测装置55。本实用新型所述自动落地铣镗床的主运动由变频交流电机驱动，进给运动由各轴 所连接的伺服电机驱动，能够实现主轴转速无级调速、进给速度无级调速、单个轴自动定 位；同时控制系统内设计了自动铣平面循环、镗孔循环、钻孔循环、攻丝循环，使操作大为简 化，生产效率显著提高，是具有自动加工功能的落地式铣镗床。本实用新型的有益效果1、本实用新型通过采用交流变频电机，使机床转速可以在区间内无级变速并且可 通过触摸屏操作面板来选取转速及进给量。通过主轴变频电机、各轴的进给伺服电机分别 控制主轴旋转运动、各轴的进给运动。与现有技术相比，本实用新型取消原有机床结构中的 液压预选变速装置以及主轴操纵机构，采用电气系统根据屏幕输入自动输出信号，联动液 压实现主轴正转、反转、停车、变速等动作，零部件数量减少70%左右，大大简化了结构，降 低了机床故障率。2、床身采用铸铁导轨镶嵌淬硬钢带的技术，并且采用碟型弹簧、精密直线导轨块 卸荷的结构，不但避免的两种老式卸荷方式的缺点，还在一定程度上提高了机床的整体刚 性，提升了机床的运动精度，使机床拖动平稳，无爬行。3、滑座拖动采用进给伺服电机连接高精度行星减速箱在连接双齿轮消隙减速箱 的结构，不但可以降低产品的成本，并且提高的了机床的拖动精度，定位精度。4、通过进给伺服电机代替普通进给电机，使本实用新型能够实现自动定位，自动 加工，大大提高了加工精度和加工效率。本实用新型相对于普通镗床的操作大为简化，自动化程度高。并且机床进给轴实
4现定位功能，定位准确；用户不必编程，通过设定加工参数的形式就可以完成简单的自动加工。
以下结合附图及实施方式对本实用新型作进一步详细的说明
图1是自动落地铣镗床的结构示意图；图2是自动落地铣镗床主轴变速传动机构剖视图(主轴箱内)；图3是自动落地铣镗床主轴变速传动机构剖视图(滑枕内)；图4是自动落地铣镗床的床身与滑座连接结构图；图5是自动落地铣镗床滑座双齿轮消隙减速箱结构图；图6是自动落地铣镗床卸荷机构结构图；图7是自动落地铣镗床的电气系统原理图；图8是自动落地铣镗床自动循环程序流程图。
具体实施方式
附图标记说明立柱1、主轴箱2、镗轴3、主电机4 主轴交流变频电机、滑枕5、滑座及拖动装置6、 进给减速机7、进给伺服电机8、床身9 ；变速轴14、变速轴14、第一传动轴13、第二传动轴15、第三传动轴16、第四传动轴 30、第五传动轴31、第六传动轴32 ；联轴器29、传动齿轮一 24、传动齿轮二 27、变速轴滑动齿轮25、传动齿轮四28、传 动齿轮六26、传动齿轮七23、传动齿轮八33、传动齿轮九34、传动齿轮十35 ；第七传动轴37、第八传动轴40、第九传动轴43、第十传动轴47，齿轮十一 36、齿条 12 ；齿轮十二 46、齿轮十三45、齿轮十四42、齿轮十五44、齿轮十六38、齿轮十七39、 齿轮十八41 ；导轨11、淬硬钢带10、碟型弹簧48、精密直线滚动单元49，控制单元56、人机界面50、手轮51、变频器52、伺服驱动器53、位置反馈54、位置 检测装置55 (两个分别针对X轴、Y轴)。实施例1自动落地铣镗床，其包含有下述组成部分立柱1、主轴箱2、镗轴3、主电机4、滑枕 5、滑座及拖动装置6、进给减速机7、进给伺服电机8注X、Y、Z、ff各轴都包含一个进给伺 服电机，在此不一一注明、床身9及电气系统，其中，立柱1、主轴箱2、镗轴3、主电机4、滑枕 5、进给减速机7、进给伺服电机8和电气系统都设置在滑座及拖动装置6上，镗轴3、主电机 4、滑枕5都设置在主轴箱2上，主轴箱2能够沿着立柱1在竖直方向上下运动；滑座及拖动 装置6布置在床身9的上方，具体要求是床身9与滑座及拖动装置6 二者之间以能实现二 者在水平方向沿床身9的主要伸展方向即轴向相对运动的方式连接，所述滑座及拖动装置 6中包含有用于控制其实现运动的进给减速电机7和进给伺服电机8 ；需要重点说明的是在主轴箱2内部设置有主轴变速传动机构，所述的主轴变速传动机构具体包括有下述组成主电机4、变速轴14、第一传动轴13、第二传动轴15、第三传 动轴16、第四传动轴30、第五传动轴31、第六传动轴32 ；其中主电机4具体是主轴交流变频电机；主轴变频电机4的输出轴与第一传动轴13通 过联轴器29连接，第一传动轴13上的传动齿轮一 24、传动齿轮二 27与变速轴14上的变速 轴滑动齿轮25啮合，变速轴14上的传动齿轮四28与第二传动轴15上的传动齿轮六26啮 合，第二传动轴15上的传动齿轮六26与第三传动轴16上的传动齿轮七23啮合，第三传动 轴16上的传动齿轮七23与第四传动轴30上的传动齿轮八33啮合，第四传动轴30上的传 动齿轮八33与第五传动轴32上的传动齿轮九34啮合，第五传动轴32上的传动齿轮九34 与第五传动轴31的传动齿轮十35啮合。本实施例所述自动落地铣镗床，其特征在于所述的滑座及拖动装置6内部的拖 动机构具体组成如下进给伺服电机8，行星减速箱7，四个传动轴第七传动轴37、第八传 动轴40、第九传动轴43、第十传动轴47，齿轮十一 36、齿条12 ；其中进给伺服电机8通过行星减速箱7连接至第十传动轴47，第十传动轴47上 的齿轮十二 46与第九传动轴43上的齿轮十三45啮合，第九传动轴43上的齿轮十四42、齿 轮十五44分别为旋向相反且模数与齿数都相同的两个齿轮，分别于第七传动轴37、第八传 动轴40上的齿轮十六38、齿轮十七39啮合，通过旋向相反产生消隙作用；第七传动轴37、 第八传动轴40上的齿轮十一 36、齿轮十八41与齿条12啮合。本实施例所述自动落地铣镗床中，床身9上设有两条导轨11，导轨11上镶有淬硬 钢带10，在滑座6的阴导轨上均布有11个机械卸荷机构，通过碟型弹簧48产生的预变形对 精密直线滚动单元49施加压力，产生机械卸荷作用。在自动落地铣镗床中，所述的电气系统包括控制单元56、人机界面50、手轮51、 变频器52、伺服驱动器53、位置反馈54、位置检测装置55 ；其中前述几部分相互之间通过 控制总线(控制总线在图7中即为各部分相互之间的连接线)进行通讯，人机界面50和位 置反馈54通过控制总线连接着变频器52和伺服驱动器53，变频器52与主轴变频电机4连 接，伺服驱动器53与进给伺服电机8连接；控制单元56分别连接着人机界面50、变频器52、伺服驱动器53、手轮51 ；位置反 馈54分别连接着伺服驱动器53、位置反馈54、位置检测装置55。实施例2自动落地铣镗床，包括立柱1、主轴箱2、镗轴3、主电机4、滑枕5、滑座及拖动装置 6、进给减速机7、进给伺服电机8、床身9及电气系统，如
图1所示，立柱1固定在滑座及拖 动6上，主轴箱2安装在立柱1上，主轴箱2可以在立柱1上进行上下移动Y轴运动；滑座 及拖动装置6安装在床身9的导轨上，滑座及拖动装置6可以在床身9上进行横向移动X 轴运动；滑枕5安装在主轴箱2的方形导轨上，滑枕5可以在主轴箱2内进行纵向移动Z轴 运动；进给伺服电机8注X、Y、Z、W各轴都包含一个进给伺服电机，在此不一一注明分别通 过高精度行星减速机安装在立柱1、主轴箱2、滑枕5、滑座及拖动装置6上，镗轴3在滑枕5 内，并可在滑枕5内伸缩W轴运动。在主轴箱2内设有主轴变速传动机构，其结构如图2、3 所示，其具体包括一个主轴交流变频电机4、一个变速轴14及六个传动轴第一传动轴13、 第二传动轴15、第三传动轴16、第四传动轴30、第五传动轴31、第六传动轴32 ；主电机4具体是主轴交流变频电机；主轴变频电机4的输出轴与第一传动轴13通过联轴器29连接，第一传动轴13上的传动齿轮一 24、传动齿轮二 27与变速轴14上的变速 轴滑动齿轮25啮合，变速轴14上的传动齿轮四28与第二传动轴15上的传动齿轮六26啮 合，第二传动轴15上的传动齿轮六26与第三传动轴16上的传动齿轮七23啮合，第三传动 轴16上的传动齿轮七23与第四传动轴30上的传动齿轮八33啮合，第四传动轴30上的传 动齿轮八33与第五传动轴32上的传动齿轮九34啮合，第五传动轴32上的传动齿轮九34 与第五传动轴31的传动齿轮十35啮合。从而获得机床主运动。其原理为以主轴电机4作 为动力源，通过对主轴电机4恒扭矩以及恒功率区间的计算，使用一个滑移齿轮实现3种包 括高、低、空三档档位变化。计算不同转速、进给量切削时扭矩、功率，再根据变频电机恒功 率、恒扭矩特性选定其中二档传动比作为高、低二种定比传动档位，结合变频电机可以无级 调速的功能实现机床主轴区间内无级变速。如图4、6所示，本实施例的卸荷方式在床身9上设有两条导轨11，位于导轨11的 中间镶有淬硬钢带10，在滑座6的阴导轨上均布有十一个机械卸荷机构，通过碟型弹簧48 产生的预变形对精密直线滚动单元49施加压力，产生机械卸荷作用。提高了机床的整体刚 性，提升了机床的运动精度，使机床拖动平稳，无爬行。从而保证了零件的加工精度。如图5所示，本实用新型滑座6内部的拖动机构包括一个进给伺服电机8、行星减 速箱7、齿轮十一 36、齿条12和下述四个传动轴第七传动轴37、第八传动轴40、第九传动 轴43、第十传动轴47 ；进给伺服电机8通过行星减速箱7连接至第一传动轴47，第一传动轴47上的齿轮 46与第二传动轴43上的齿轮45啮合，第二传动轴上的齿轮42、44分别为旋向相反的同模 数齿数的两个齿轮，分别于第三、四传动轴37、40上的齿轮38、39啮合，通过旋向相反产生 消隙作用，第三、四传动轴37、40上的齿轮36、41与齿条12啮合。如图7所示，电气系统包括控制单元56、人机界面50、变频器52、伺服驱动器53、 位置反馈54，控制单元56、与人机界面50、变频器52、伺服驱动53、位置反馈54通过控制总 线进行通讯，将人机界面50和位置反馈54输入的信息通过运算处理形成控制指令，通过控 制总线下达给变频器52和伺服驱动器53，变频器52与主轴变频电机4连接，伺服驱动器53 与进给伺服电机8连接，完成整个自动控制过程，通过控制单元56实现所有运算、通讯、轴 定位、主轴变档调速、自动加工循环的软件控制功能。手轮51直接连接到控制单元56上， 用于手动微调各进给轴，手动旋转主轴。本实施例所述机床的电气系统采用一种闭环的控制方式，实现机床各轴定位功 能。由人机界面50选定要定位的轴(X轴、Y轴、Z轴、W轴，在X轴、Y轴安装直线测量尺用 于位置检测)，此时控制单元56将与该轴相对应的位置检测55反馈到控制系统中，并且根 据人机界面输入的位置坐标，控制该轴移动的距离，定位的过程实现闭环控制。主轴的速度 控制由变频器52实现，控制单元56从人机界面50获取主轴的转速，由程序实现主轴的档 位自动变换，并且计算出主电机的转速，将控制指令发送给变频器，实现主轴的无级调速。 系统中开发固定循环功能，由控制单元56通过软件实现，人机界面50中开发了调用固定循 环的界面，在界面中以填表的方式设定自动加工需要的参数，这些参数值通过控制总线传 送到控制单元56中，控制程序依据这些设定好的参数控制机床实现自动加工。自动落地铣镗床的加工控制程序流程如图8所示。开始自动铣面循环时，程序先 判断当前的机床进给运动是否分配在X轴，如果没有分配则先分配X轴，分配完成后根据铣
7面设定的参数对X轴定位，定位到达后判断是否继续进行铣面加工，如果铣面加工未完成， 则分配Y轴，再依据铣面设定参数对Y轴定位，定位完成后判断铣面循环是否结束，如果没 结束重新分配X轴，循环执行，直到铣面循环结束。开始钻孔、攻丝循环时首先判断进给轴 是不是分配在W轴上，如果没有分配则分配至W轴，在执行钻孔程序时，先执行W轴定位，判 断是否需要排屑，如果需要排屑，执行排屑定位，排屑完成后继续钻孔定位程序，钻孔完成 后，W轴返回初始位置；在执行攻丝程序时，W轴执行攻丝定位程序，攻丝定位到位后，返回 初始位置。
权利要求自动落地铣镗床，其特征在于所述自动落地铣镗床包含有下述组成部分立柱(1)、主轴箱(2)、镗轴(3)、主电机(4)、滑枕(5)、滑座及拖动装置(6)、进给减速机(7)、进给伺服电机(8)、床身(9)及电气系统；其中，立柱(1)、主轴箱(2)、镗轴(3)、主电机(4)、滑枕(5)、进给减速机(7)、进给伺服电机(8)和电气系统都设置在滑座及拖动装置(6)上，镗轴(3)、主电机(4)、滑枕(5)都设置在主轴箱(2)上，主轴箱(2)能够沿着立柱(1)在竖直方向上下运动；滑座及拖动装置(6)布置在床身(9)的上方，具体要求是床身(9)与滑座及拖动装置(6)二者之间以能实现二者在水平方向沿床身(9)的主要伸展方向即轴向相对运动的方式连接，所述滑座及拖动装置(6)中包含有用于控制其实现运动的进给减速电机(7)和进给伺服电机(8)；其特征在于在主轴箱(2)内部设置有主轴变速传动机构，所述的主轴变速传动机构具体包括有下述组成主电机(4)、变速轴(14)、第一传动轴(13)、第二传动轴(15)、第三传动轴(16)、第四传动轴(30)、第五传动轴(31)、第六传动轴(32)；其中主电机(4)具体是主轴交流变频电机；主轴变频电机(4)的输出轴与第一传动轴(13)通过联轴器(29)连接，第一传动轴(13)上的传动齿轮一(24)、传动齿轮二(27)与变速轴(14)上的变速轴滑动齿轮(25)啮合，变速轴(14)上的传动齿轮四(28)与第二传动轴(15)上的传动齿轮六(26)啮合，第二传动轴(15)上的传动齿轮六(26)与第三传动轴(16)上的传动齿轮七(23)啮合，第三传动轴(16)上的传动齿轮七(23)与第四传动轴(30)上的传动齿轮八(33)啮合，第四传动轴(30)上的传动齿轮八(33)与第五传动轴(32)上的传动齿轮九(34)啮合，第五传动轴(32)上的传动齿轮九(34)与第五传动轴(31)的传动齿轮十(35)啮合。
2.根据权利要求1所述自动落地铣镗床，其特征在于所述的滑座及拖动装置(6)内 部的拖动机构具体组成如下进给伺服电机(8)，行星减速箱(7)，四个传动轴第七传动轴 (37)、第八传动轴(40)、第九传动轴(43)、第十传动轴(47)，齿轮十一(36)、齿条(12)；其中进给伺服电机(8)通过行星减速箱(7)连接至第十传动轴(47)，第十传动轴 (47)上的齿轮十二(46)与第九传动轴(43)上的齿轮十三(45)啮合，第九传动轴(43)上 的齿轮十四(42)、齿轮十五(44)分别为旋向相反且模数与齿数都相同的两个齿轮，分别于 第七传动轴(37)、第八传动轴(40)上的齿轮十六(38)、齿轮十七(39)啮合；第七传动轴 (37)、第八传动轴(40)上的齿轮十一(36)、齿轮十八(41)与齿条(12)啮合。
3.根据权利要求1所述自动落地铣镗床，其特征在于所述自动落地铣镗床中，床身 (9)上设有两条导轨(11)，导轨(11)上镶有淬硬钢带(10)，在滑座(6)的阴导轨上均布有 11个机械卸荷机构，通过碟型弹簧(48)产生的预变形对精密直线滚动单元(49)施加压力， 产生机械卸荷作用。
4.根据权利要求1或2或3所述自动落地铣镗床，其特征在于在自动落地铣镗床中， 所述的电气系统包括控制单元(56)、人机界面(50)、手轮(51)、变频器(52)、伺服驱动器 (53)、位置反馈(54)、位置检测装置(55)；其中前述几部分相互之间通过控制总线进行通 讯，人机界面(50)和位置反馈(54)通过控制总线连接着变频器(52)和伺服驱动器(53)， 变频器(52)与主轴变频电机⑷连接，伺服驱动器(53)与进给伺服电机⑶连接；控制单元(56)分别连接着人机界面(50)、变频器(52)、伺服驱动器(53)、手轮(51)； 位置反馈(54)分别连接着伺服驱动器(53)、位置反馈(54)、位置检测装置(55)。
专利摘要自动落地铣镗床，其包含有立柱(1)、主轴箱(2)、镗轴(3)、主电机(4)、滑枕(5)、滑座及拖动装置(6)、进给减速机(7)、进给伺服电机(8)、床身(9)及电气系统。在主轴箱(2)内部设置有主轴变速传动机构，主轴变速传动机构具体包括有下述组成主电机(4)、变速轴(14)、第一传动轴(13)、第二传动轴(15)、第三传动轴(16)、第四传动轴(30)、第五传动轴(31)、第六传动轴(32)。本实用新型相对于普通镗床的操作大为简化，自动化程度高。并且机床进给轴实现定位功能，定位准确；用户不必编程，通过设定加工参数的形式就可以完成简单的自动加工。
文档编号B23B47/20GK201751060SQ20102025004
公开日2011年2月23日 申请日期2010年7月7日 优先权日2010年7月7日
发明者叶龙, 吴晓杰, 张宝辉, 张文生, 张昊, 易刚, 李松年, 杨立山, 王显春, 苗壮, 边江, 邓开楠, 钱颖娟, 鞠贤忠, 韩涛 申请人:沈阳机床股份有限公司中捷钻镗床厂