一种数控尾座钻孔装置的制作方法

本发明属于钻孔，具体涉及一种加装在现有卧式车床尾座上的数控尾座钻孔装置。

背景技术：

1、目前，只有中高端的斜床身卧式数控车床的尾座采用了液压动力方式，三轴联动卧式数控车床、普通车床，甚至有些斜床身卧式数控车床的尾座依然是通过人力手动操作；而液压方式都需要复杂且体积庞大的泵站和油管路来支持动力，其尾座滑筒移动距离需要配有光栅尺进行测量控制，高昂的造价和控制系统等因素，使得液压动力方式并不能通用在其它水平床身车床尾座上。为此，本发明提供了一种数控尾座钻孔装置。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种加装在现有卧式车床尾座上的数控尾座钻孔装置，以解决现有车床依靠人力操作或造价高的问题，节省操作人员的体力的同时，又提高了生产效率。

2、为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种数控尾座钻孔装置，包括：步进电动机、摆线波轮减速机、计数计位阻尼换挡系统、数据采集反馈单元、plc人机交互系统以及驱动电源配电系统；其中，

3、步进电动机的电动机定子左端面由贯窜螺栓连接过度法兰，螺栓贯窜电动机定子后在电动机定子右端面与电动机后端盖连接；步进电动机的电动机输入主轴由一号轴承、二号轴承以及电动机转子套装于过度法兰和后端盖及电动机定子中；电动机输入主轴在摆线波轮减速机内包含有偏心距为3mm的偏心段和螺旋花键段，在电动机后端盖外延伸出直花键段和光轴段；

4、靠近电动机后端盖一侧的电动机输入主轴延伸段上套装有手摇轮，手摇轮内孔左段为直内花键，内孔右段套入有紧配合铜套，铜套内孔动配合套装在电动机输入主轴的光轴段外圆上可自由旋转和左右滑动，伸出电动机后端盖的电动机输入主轴直花键段外圆套有复位弹簧，在复位弹簧推力下，手摇轮及铜套平时处在光轴段位置上不与电动机输入主轴一起旋转，光轴段右端面中心有一螺纹孔，主轴端挡片套装在挡片螺丝上并旋紧在光轴段右端面中心螺纹孔中，挡住手摇轮不会脱落，电动机在待机或关机状态下可用人力将手摇轮向左推移，并将手摇轮左侧内花键套入主轴直花键段上并可人力旋转电动机输入主轴；

5、摆线波轮减速机由过度法兰、19齿固定轮、20齿摆线轮、传动盘、拨动钢针套、拨动钢针、三号轴承、四号轴承、小磁环、五号轴承和主机壳组成；19齿固定轮通过螺栓固定在过度法兰左端面的凸台外圆上，20齿摆线轮通过三号轴承套装在电动机输入主轴的偏心段上；传动盘通过五号轴承套装在主机壳中，传动盘内孔套装有四号轴承和小磁环，四号轴承套装在电动机输入主轴偏心段左侧，对偏心段起到支撑作用，小磁环也套装在传动盘内孔中用四号轴承挡住，对计数计位阻尼换挡滑套右端棘齿起到吸引力作用，传动盘端面设有贯窜孔，贯窜孔中均插入1根拨动钢针，拨动钢针在传动盘右端面有9mm的伸出延长段，在伸出延长段的拨动钢针外圆上均套有1个拨动钢针套，拨动钢针套再伸入20齿摆线轮端面开设的拨动孔内；

6、计数计位阻尼换挡系统包括计数计位阻尼换挡滑套、阻尼螺旋导套结合子、承磨环、波形弹片、孔用挡圈以及花键套结合子；计数计位阻尼换挡滑套右侧内套装有阻尼螺旋导套结合子，阻尼螺旋导套结合子右侧外圆套装有承磨环，承磨环外圆上开设有一条圆底槽，圆底槽对应着计数计位阻尼换挡滑套内的防转固定钢珠凹点，防转固定钢珠凹点中配有一颗钢珠卡住承磨环外圆上的圆底槽使承磨环在计数计位阻尼换挡滑套内不能旋转，承磨环右端面的阻尼螺旋导套结合子外圆上套设有波形弹片和孔用挡圈，用以压住承磨环起到对阻尼螺旋导套结合子的摩擦阻尼作用；计数计位阻尼换挡滑套左侧内花键套装在花键套结合子的外花键上并能够滑动7mm距离，用于换挡；阻尼螺旋导套结合子右旋螺旋内花键套装在电动机输入主轴的螺旋花键段外；

7、花键套结合子直内花键套装在输出轴丝杆结构的输出轴右端的输出轴花键外；在输出轴花键靠近端头处外圆设有1个沟槽，钢丝卡环卡入其中，将花键套结合子卡在输出轴花键位置处；花键套结合子左端外圆套装有大磁环；计数计位阻尼换挡滑套与传动盘配合连接；

8、数据采集反馈单元包括计位接近开关和计数接近开关，两接近开关经过槽形孔后通过螺纹分别安装在接近开关安装腔室内的计位安装孔和计数安装孔中，计位接近开关用于判断计数计位阻尼换挡滑套的位置，计数接近开关用于判断计数计位阻尼换挡滑套的旋转周数，计位接近开关和计数接近开关与plc人机交互系统电性连接；两接近开关的反馈电缆依序经过盖板、电缆线管接头、电缆线管和电缆线管接头，从控制盒后面进入与plc人机交互界面一体机连接；

9、 plc人机交互系统由控制盒、控制按钮单元、plc人机交互界面一体机组成，控制按钮单元和plc人机交互界面一体机上设有工作指示灯，控制按钮单元封装在控制盒内，人机交互界面一体机设置在控制盒的一个侧面上；通过主电缆线管来实现驱动电源配电系统和plc人机交互系统的供电与控制的电性连接关系；通过反馈电缆线管来实现数据采集反馈单元与plc人机交互系统的数据采集反馈与控制的电性连接关系，控制盒固定连接在步进电动机下方；

10、驱动电源配电系统包括一个配电箱、三导线电源输入插头、电源开关、漏电保护器、24v直流开关电源、步进电机驱动器和主电缆线管，配电箱与plc人机交互系统和步进电动机通过电缆连接。

11、较佳地，当计数计位阻尼换挡系统向左移动3mm距离时，计数计位阻尼换挡滑套右端棘齿与传动盘左端棘齿脱开；再继续向左移动4mm距离，阻尼螺旋导套结合子左端结合子与花键套结合子右端的结合子相互结合，计数计位阻尼换挡滑套的左端面与大磁环的右端面吸合，电动机输入主轴的旋转动力从螺旋花键段到达输出轴花键，此时传动比为1：1，直接传动输出。

12、较佳地，当计数计位阻尼换挡滑套向左移动，传动比为1：1，计位接近开关感应到计数计位阻尼换挡滑套右侧凸点8-2时，计位接近开关失电并反馈一个失电信号给plc人机交互系统；此时，计数接近开关在计数计位阻尼换挡滑套左侧外圆的20条计数沟槽上所感应到的数据判断为车床尾座滑筒快退或者快进的空载行程距离数据，并将该数据反馈给plc人机交互系统；

13、当计数计位阻尼换挡滑套向右移动，传动比为1：20，计位接近开关感应到计数计位阻尼换挡滑套中间凹点8-3时，计位接近开关得电并反馈一个得电信号给plc人机交互系统；此时，计数接近开关在计数计位阻尼换挡滑套左侧外圆的20条计数沟槽上所感应到的数据判断为钻头接触工件后以1：20减速进给钻孔所钻深度距离数据，并将该数据反馈给plc控制系统。

14、较佳地，当电动机输入主轴正转时，因为每次正转启动初期钻头还没有接触到工件，所以正转启动初期和反转快退都是在空载状态下运行，plc程序判断为车床尾座滑筒空载移动行程计数，快进快退空载移动行程计数当中包含屡次所钻深度复进递增叠加数据；由于计数计位阻尼换挡滑套的左端面与大磁环的右端面吸合在一起的原因，主轴螺旋花键段的右旋螺旋花键暂时不能将整套计数计位阻尼换挡滑套系统向右拉回，所以传动比仍然是1：1；当输出轴的丝杆以1：1传动推动车床尾座内的滑筒螺母使滑筒和钻头一起向左伸出使钻头接触到工件时受到阻力时，在主轴螺旋花键段对阻尼螺旋导套结合子的内螺旋花键进行顺时针右旋转牵拉作用力下，使计数计位阻尼换挡滑套的左端面与大磁环右端面分开，使计数计位阻尼换挡系统向右移动7mm距离；当向右移动到4mm距离时，阻尼螺旋导套结合子与花键套结合子分开，这时主轴螺旋花键带动阻尼螺旋导套结合子在计数计位阻尼换挡滑套内为滑动旋转状态；再继续向右移动3mm距离时，计数计位阻尼换挡滑套右端棘齿与传动盘左端棘齿相啮合，此时传动比为1：20，减速传动输出，plc程序判断为钻头接触到工件并做出开始钻孔所钻深度计数，当中包含屡次钻深递增叠加数据。

15、较佳地，贯窜孔有6个，等间距设置在传动盘上，贯窜孔的直径为6mm；拨动钢针套外直径为10mm，20齿摆线轮端面开设的拨动孔直径为13mm。

16、较佳地，摆线波轮减速机由电动机输入主轴的偏心段旋转带动20齿摆线轮绕着19齿固定轮做摆动跨齿减速运动，偏心段旋转一周，20齿摆线轮绕着19齿固定轮摆动一次跨过一齿；当偏心段转过二十周，20齿摆线轮绕着19齿固定轮摆动二十次也跨过二十齿时，20齿摆线轮转过一周来实现1:20的减速比，20齿摆线轮的六个拨动孔将动力传递到传动盘的六个拨动钢针套和拨动钢针上并完成摆线波轮减速机构的工作。

17、较佳地，主机壳为摆线波轮减速机外壳，主机壳套装在摆线波轮减速机外；主机壳上设有计位安装孔、计数安装孔、槽形孔、接近开关安装腔室、槽形装配沉孔、注油口和油位观察窗，槽形孔是为了方便安装计位接近开关和计数接近开关而开设的，计位接近开关和计数接近开关装入后用堵头将槽形孔堵住，注油口用以向摆线波轮减速机内部注入润滑油，油位观察窗用于观察摆线波轮减速机内部的润滑油量。

18、较佳地，输出轴丝杆结构包括输出轴、六号轴承、铜垫片和锁紧螺母；输出轴外圆套装有六号轴承的一端插入主机壳左端面的台阶孔中，输出轴在台阶孔右侧伸出段为螺纹段和花键段，紧靠着台阶孔右侧的螺纹段套装有铜垫片，铜垫片右端面有锁紧螺母旋紧在输出轴的定位台阶上，但不压紧铜垫片和主机壳的阶孔及六号轴承，输出轴、六号轴承、铜垫片、锁紧螺母能在主机壳的台阶孔内旋转但不会左右移动。

19、本发明装置有手动控制和自动控制两种模式，若选择手动控制模式，需将步进电动机转速设置成与工件转速相同，然后按下启动键进行钻孔；若选择自动控制模式，需要设置步进电动机的转速﹑钻孔深度以及根据钻孔深度对应钻头直径选择适合的子模式，子模式有钻头直径10-25mm分级完成、钻头直径26-40mm分级完成和钻头直径≥41mm一次完成，共三种；其中，钻头直径10-25分级完成与钻头直径26-40分级完成为不等阶退削模式，钻头直径≥41一次完成为中途不退削一次完成模式。

20、摆线波轮减速机在摆线针轮减速机的基础上将针壳和齿针两者结合成一个内波形齿的内齿环以达到不损失扭矩但缩小体积的目的；计数计位阻尼换挡系统是在步进电动机的驱动下对应此设备的工作原理而设计出的一种自动换挡机构，工作原理说明如下：挡位传动比为1：1时输入轴与输出轴同速，输出轴丝杆螺距为5mm每转，输出轴每转等于车床尾座滑筒移动5mm距离，挡位传动比为1：20时输入轴转过1周，输出轴转过0.05周，尾座滑筒移动距离=0.25mm，即：1/20*5=0.25mm，以此实现减速钻孔的目的。

21、本发明至少具有以下有益效果：

22、1、本发明具有设计新颖﹑结构紧凑﹑可靠耐用﹑易操作且灵活﹑两轴共线同向等特点，可适用于3轴联动卧式数控车床以及普通卧式车床的尾座；

23、2、本发明采用了不等阶退削模式，与其它常规的数控钻孔等阶退削模式相比大幅度提高钻深孔的效率，即：每次钻削深度梯次递减，退屑频率递增，这点让车床尾座有了智能灵活的自动钻孔能力，大幅度节约工作时间，一人可操作多机，节约人工劳动力，为机床加工行业大幅度提高生产效率；

24、3、在工作过程中钻削完成一个工件后，换装下一个工件时无需定位装夹，移动过的尾座每次复位锁紧的位置可在钻孔所需行程范围内，包括尾座滑筒两端极限位范围内随意变更，无需约束工件与钻头之间的精确距离，该装置可在尾座滑筒两端极限位行程范围内任意点启动并计位计数钻孔；

25、4、本发明将传统摆线针轮减速机的针壳和齿针去掉，改用内波状齿并将其作为摆动轮在外波状固定轮的外围摆动并旋转，以实现输入轴与输出轴同向的目的，同时在体积上相对传统的摆线针轮减速机缩小了很多，结构也简单了很多。