多功能一体化自动钻攻机床
技术领域
本发明涉及一种机床,尤其涉及一种微孔加工机床,具体是一种集微孔预钻加工、微孔钻孔加工、微孔攻丝加工于一体的多功能一体化自动钻攻机床。
背景技术
机床是指制造机器的机器,亦称工作母机或工具机,简称机床。机床在国民经济现代化的建设中起着重大作用,其是现代工业发展。目前,常见的机床有车床、镗床、铣床、刨床、磨床和钻床等。钻床指主要用钻头刀具在工件上加工孔或攻丝的机床,与其他机床相比,钻床的结构相对简单一些,其加工精度也相对较低。加工过程中,通过更换相应刀具,可进行扩孔、锪孔、铰孔或攻丝等加工。现有钻床绝大多数是以刀具旋转为主运动,刀具轴向移动为进给运动;加工时,工件不动,让刀具移动,并将刀具中心对正孔中心,强行向下移动进行钻攻。目前,在微孔(1㎜内)加工中,特别是对于高碳钢材质等高硬度工件的微孔加工中,采用现有的传统钻床装夹钻孔加工,极易出现刀具变形、刀具熔化、断刀或孔径变形等情况,难以实现自动钻孔,目前解决该难题主要是靠引进国外精密钻床进行加工,但其成本过高,不适于普通中小企业推广使用。另外,传统钻床无法实现微孔自动攻丝加工,特别是对于高碳钢材质等硬质工件的微孔加工中,传统钻床装夹加工时,极易出现丝锥变形、丝锥熔化、丝锥断裂或零件破损等情况,其主要原因在于传统的螺纹加工中,普通钻床给丝锥轴向移动施力力量远大于或小于加工所需力度,而这个力度的控制目前尚没有良好的解决方法,导致废品等无法确保加工质量的重大问题。目前,对于微孔攻丝加工主要采用人工手摇钻头进行攻丝加工,员工工作强度加大,并且加工效率较低。另外,现有的钻攻机床绝大多数是单一工件装夹加工的,特别是对于微孔钻攻的机床来说,还没有多工件同时或持续依次加工的钻床。另外,目前,预钻常被用于4.0mm以上直径的孔加工,而用于微孔钻攻中,尚未有相关应用介绍和报到。
发明内容
本发明要解决上述现有技术存在的问题,提供一种集微孔预钻加工、微孔钻孔加工、微孔攻丝加工于一体的多功能一体化自动钻攻机床,满足微孔自动化钻攻加工的需求,解决目前对于高硬度工件微孔钻攻成品率低、加工成本过高、工人劳动强度大及难以实现自动化加工等诸多问题。
本发明解决其技术问题采用的技术方案:这种多功能一体化自动钻攻机床,包括机架,机架上设有工作台,工作台为Y轴方向上通过Y轴伺服电机控制移动的工作台,工作台上方的机架上设有X轴朝向的驱动丝杠、驱动该驱动丝杠转动的X轴伺服电机及与该驱动丝杠平行设置的横向导轨,横向导轨上设有与横向导轨滑动配合的主滑座,该主滑座通过驱动丝杠驱动,工作台上设有多工件夹具机构,主滑座上固定有与多工件夹具机构位置对应配合的预钻机构、钻孔机构、攻丝机构,攻丝机构上设有丝锥及在攻丝时防止丝锥断裂的缓冲机构;
预钻机构包括固定于主滑座上的第一升降导轨及与该第一升降导轨滑动配合的预钻滑块,预钻滑块一侧固定有预钻马达,该预钻马达的主轴上连接有位置与多工件夹具机构对应配合的预钻刀具,主滑座上固定有用于控制预钻马达升降的第一伺服电机;
钻孔机构包括固定于主滑座上的第二升降导轨及与该第二升降导轨滑动配合的钻孔滑块,钻孔滑块一侧固定有钻孔马达,该钻孔马达的主轴上连接有位置与多工件夹具机构对应配合的钻孔刀具,主滑座上固定有用于控制预钻马达升降的第二伺服电机;
攻丝机构包括固定于主滑座上的第三升降导轨及与该第三升降导轨滑动配合的攻丝滑块,缓冲机构固定于攻丝滑块一侧,缓冲机构设有攻丝马达;丝锥固定于该攻丝马达的主轴上,并与多工件夹具机构位置相对应,主滑座上固定有用于控制攻丝马达升降的第三伺服电机;
缓冲机构包括固定于攻丝滑块一侧的上导杆座、下导杆座,上导杆座、下导杆座上下位置相对设置,上导杆座、下导杆座之间固定有导杆,导杆外套有与导杆滑动配合的缓冲滑座,攻丝马达固定于缓冲滑座上,缓冲滑座顶部与上导杆座之间支撑有弹簧,缓冲滑座底部与下导杆座之间支撑有弹簧;
第一伺服电机的主轴上连接有驱动预钻滑块升降的预钻丝杠,第二伺服电机的主轴上连接有驱动钻孔滑块升降的钻孔丝杠,第三伺服电机的主轴上连接有驱动攻丝滑块升降的攻丝丝杠。
在应用加工使用时,将多个高硬度的工件装夹在多工件夹具机构上,启动X轴伺服电机、Y轴伺服电机,使多工件夹具机构上的工件与预钻机构进行对刀;完成对刀后,启动第一伺服电机,第一伺服电机驱动预钻丝杠转动,使与第一升降导轨滑动配合的预钻滑块下压,同时,启动预钻滑块上的预钻马达,在第一伺服电机的均匀进给下,预钻马达主轴上的预钻刀具对高硬度工件表面进行匀速预钻加工;钻至预设的深度后,第一伺服电机、预钻马达反转,预钻刀具从工件上退出,预钻加工行程复位。接着,多工件夹具机构与钻孔机构进行对刀;完成对刀后,启动第二伺服电机,第二伺服电机驱动钻孔丝杠转动,使与第二升降导轨滑动配合的钻孔滑块下压,同时,启动钻孔滑块上的钻孔马达,在第二伺服电机的均匀进给下,钻孔马达主轴上的钻孔刀具对高硬度工件表面打有预钻孔位置进行匀速钻孔加工;钻至预设的深度后,第二伺服电机、钻孔马达反转,钻孔刀具从工件内退出,钻孔加工行程复位。然后,多工件夹具机构与攻丝机构进行对刀;完成对刀后,启动第三伺服电机,第三伺服电机驱动攻丝丝杠转动,使与第三升降导轨滑动配合的攻丝滑块下压,同时,启动攻丝滑块上的攻丝马达,在第三伺服电机的均匀进给下,攻丝马达主轴上的丝锥对高硬度工件上的微孔处进行均匀攻丝;在下压攻丝过程中,由于丝锥及安装丝锥的主轴、攻丝马达均安装在攻丝时防止丝锥断裂的缓冲机构上,攻丝滑块下压过程中,丝锥与工件初步接触的力将小于缓冲机构的弹力,即小于下压过程中攻丝滑块下压最大的力,使丝锥与高硬度工件上的微孔处形成一个软接触,当接触的力达到攻丝所需的力度时,丝锥从微孔处自行向下攻牙;当丝锥攻至预设深度后,第三伺服电机、攻丝马达反转,丝锥从微孔内退出,丝锥在退刀时,缓冲机构起到与攻丝时反向的缓冲作用;通过缓冲机构的设置,可避免攻丝时丝锥变形、丝锥熔化、丝锥断裂或零件破损等情况出现,有效保障刀具的使用寿命及机床的钻攻效率。当完成攻丝加工后,攻丝机构复位。多工件夹具机构转动,预钻机构、钻孔机构、攻丝机构对新工件进行依次加工,整个过程加工动作连贯准确,并且,能保证丝锥不变形、不断裂、不熔化,确保机床能持续正常运转加工。
进一步,弹簧的弹力大小与丝锥直径大小成正比设置。这样,实际应用中,可根据不同攻丝尺寸需求来选择不同直径的丝锥进行加工,在更换丝锥后,为了防止丝锥或工件损坏,就须同时换置缓冲机构上的弹簧,该弹簧的弹力大小与丝锥直径大小成正比设置时,的弹力大小能与丝锥受力极限相匹配,使丝锥的使用寿命和工件的成品率得到有效保障。
进一步,多工件夹具机构包括固定于工作台一侧的夹具转向电机,工作台中部固定有转盘底座,该转盘底座上设有通过夹具转向电机连接控制转向的夹具盘,夹具盘上设有四条用于按压定位工件的压条,各压条的左侧均设有用于阻挡工件偏移的挡销,各压条上均开有通槽,通槽内设有定位螺栓。这样,在加工时,通过压条将工件压在夹具盘上,并通过定位螺栓进拧紧固定,另外,与挡销的阻挡配合,使工件全方位定位固定,有助于提高加工精度;另外,在应用时,在夹具盘上同时装夹多个工件,当其中一个工件完成钻攻加工后,通过夹具转向电机控制夹具盘转动,将另一未加工的工件转至刀具下方,再次对刀加工,实现多工件持续加工。
进一步,工作台上设有用于收集冷却水的凹台,多工件夹具机构设于该凹台内。这样,在加工过程中,冷却水可通过该凹台收集,有利于冷却水快速回收利用。在实践中,还可在凹台上流出冷却水的出口处设置过滤网,以减少冷却水中的金属杂质,提升加工质量。
进一步,工作台一侧固定有冷却水管,该冷却水管的出水口与工件夹具机构位置相对应。这样,在钻攻过程中,能保证冷却液持续对刀具进行淋浴,避免刀具温度过高而损坏。
更进一步,机架一侧设有用于控制Y轴伺服电机、X轴伺服电机、第一伺服电机、第二伺服电机及第三伺服电机的控制台。这样,使用时,通过控制台进行实时操控,安全,便捷。
更进一步,控制台包括电源开关、启动开关、急停按钮及微机控制系统。使用时,电源开关为整机床通电的主开关,当该开关断开时,机床处于停车状态;启动开关用于在机床通电状态下,启动加工;急停按钮主要用于在加工过程中,出现紧急状况时进行快速停车作用的;微机控制系统是用于控制刀具及多工件夹具机构行走对刀、预钻、钻孔、攻丝等加工控制的编程控制系统。
更进一步,微机控制系统包括用于控制对刀的自动对刀模块、用于控制坐标移动的进给速率模块、用于控制刀具转速的主轴转速模块,微机控制系统还包括用于连接控制自动对刀模块、进给速率模块及主轴转速模块的中央处理器。这样,通过自动对刀模块、进给速率模块、主轴转速模块及中央处理器对机床的加工动作进行有效的掌控,使之实现持续有效的自动加工,其中的编程代码可引用市面上普通通用的数控机床编程代码,该编辑代码不是本发明的设计要点,故不细述。
更进一步,机架外设有钣金机壳,钣金机壳一侧开有操作窗口,操作窗口处设有对开移门,操作窗口的上下两侧外均设有窗口滑杆,对开移门上设有一组套于窗口滑杆上的滑套。这样,通过对开移门的设置,使加工时工件加工空间与人员操作空间相隔开,可确保操作人员人生安全。通过滑杆、滑套的相互配合作用,使移门开合更加便利,有助于减轻操作人员劳动强度。
更进一步,丝锥直径为1.5㎜~0.2㎜。本发明钻攻实验钻攻尺寸范围在1.5㎜~0.2㎜。
本发明有益的效果是:本发明的结构合理、紧凑,通过机架、工作台、凹台、X轴伺服电机、Y轴伺服电机、驱动丝杠、横向导轨、主滑座、多工件夹具机构、预钻机构、钻孔机构、攻丝机构、丝锥和缓冲机构等组件的合理布局设置,使本发明实现自动微孔预钻加工、自动微孔钻孔加工、自动微孔攻丝加工,有效解决目前对于高硬度工件微孔钻攻成品率低、加工成本过高、工人劳动强度大及难以实现自动化加工等诸多问题。本发明结构精简,能实现针对高硬度工件微孔钻攻一体自动化加工,并且加工精度高,成本相对较低,维护方便,值得推广。
附图说明
图1为本发明的结构示意图;
图2为本发明的结构示意图;
图3为本发明中预钻、钻孔、攻丝机构的结构示意图;
图4为本发明中各工作机构相互的结构示意图;
图5为本发明中工作台的结构示意图;
图6为本发明中攻丝机构的结构示意图;
图7为本发明中攻丝机构的结构爆炸示意图;
图8为本发明中微机控制系统的关系示意图。
附图标记说明:机架1,工作台2,凹台2-1,Y轴伺服电机3,驱动丝杠4,横向导轨5,主滑座6,多工件夹具机构7,预钻机构8,钻孔机构9,攻丝机构10,丝锥11,缓冲机构12,第一升降导轨13,预钻滑块14,预钻马达15,预钻刀具16,第一伺服电机17,第二升降导轨18,钻孔滑块19,钻孔马达20,钻孔刀具21,第二伺服电机22,第三升降导轨23,攻丝滑块24,攻丝马达25,第三伺服电机26,上导杆座27,下导杆座28,导杆29,缓冲滑座30,弹簧31,预钻丝杠32,钻孔丝杠33,攻丝丝杠34,X轴伺服电机35,夹具转向电机36,转盘底座37,夹具盘38,压条39,挡销40,通槽41,定位螺栓42,冷却水管43,出水口43-1,4控制台44,电源开关45,启动开关46,急停按钮47,微机控制系统48,自动对刀模块48-1,进给速率模块48-2,主轴转速模块48-3,钣金机壳49,操作窗口50,对开移门51,窗口滑杆52,滑套53,工件a。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明:
参照附图:本实施例中的这种多功能一体化自动钻攻机床,包括机架1,机架1上设有工作台2,工作台2为Y轴方向上通过Y轴伺服电机3控制移动的工作台2,工作台2上方的机架1上设有X轴朝向的驱动丝杠4、驱动该驱动丝杠4转动的X轴伺服电机35及与该驱动丝杠4平行设置的横向导轨5,横向导轨5上设有与横向导轨5滑动配合的主滑座6,该主滑座6通过驱动丝杠4驱动,工作台2上设有多工件夹具机构7,主滑座6上固定有与多工件夹具机构7位置对应配合的预钻机构8、钻孔机构9、攻丝机构10,攻丝机构10上设有丝锥11及在攻丝时防止丝锥11断裂的缓冲机构12;
预钻机构8包括固定于主滑座6上的第一升降导轨13及与该第一升降导轨13滑动配合的预钻滑块14,预钻滑块14一侧固定有预钻马达15,该预钻马达15的主轴上连接有位置与多工件夹具机构7对应配合的预钻刀具16,主滑座6上固定有用于控制预钻马达15升降的第一伺服电机17;
钻孔机构9包括固定于主滑座6上的第二升降导轨18及与该第二升降导轨18滑动配合的钻孔滑块19,钻孔滑块19一侧固定有钻孔马达20,该钻孔马达20的主轴上连接有位置与多工件夹具机构7对应配合的钻孔刀具21,主滑座6上固定有用于控制预钻马达20升降的第二伺服电机22;
攻丝机构10包括固定于主滑座6上的第三升降导轨23及与该第三升降导轨23滑动配合的攻丝滑块24,缓冲机构12固定于攻丝滑块24一侧,缓冲机构12设有攻丝马达25;丝锥11固定于该攻丝马达25的主轴上,并与多工件夹具机构7位置相对应,主滑座6上固定有用于控制攻丝马达25升降的第三伺服电机26;
缓冲机构12包括固定于攻丝滑块24一侧的上导杆座27、下导杆座28,上导杆座27、下导杆座28上下位置相对设置,上导杆座27、下导杆座28之间固定有导杆29,导杆29外套有与导杆29滑动配合的缓冲滑座30,攻丝马达25固定于缓冲滑座30上,缓冲滑座30顶部与上导杆座27之间支撑有弹簧31,缓冲滑座30底部与下导杆座28之间支撑有弹簧31;
第一伺服电机17的主轴上连接有驱动预钻滑块14升降的预钻丝杠32,第二伺服电机22的主轴上连接有驱动钻孔滑块19升降的钻孔丝杠33,第三伺服电机26的主轴上连接有驱动攻丝滑块24升降的攻丝丝杠34。
弹簧31的弹力大小与丝锥11直径大小成正比设置。
多工件夹具机构7包括固定于工作台2一侧的夹具转向电机36,工作台2中部固定有转盘底座37,该转盘底座37上设有通过夹具转向电机36连接控制转向的夹具盘38,夹具盘38上设有四条用于按压定位工件a的压条39,各压条39的左侧均设有用于阻挡工件a偏移的挡销40,各压条39上均开有通槽41,通槽41内设有定位螺栓42。
工作台2上设有用于收集冷却水的凹台2-1,多工件夹具机构7设于该凹台2-1内。
工作台2一侧固定有冷却水管43,该冷却水管43的出水口43-1与工件夹具机构7位置相对应。
机架1一侧设有用于控制Y轴伺服电机3、X轴伺服电机32、第一伺服电机17、第二伺服电机22及第三伺服电机26的控制台44。
控制台44包括电源开关45、启动开关46、急停按钮47及微机控制系统48。
微机控制系统48包括用于控制对刀的自动对刀模块48-1、用于控制坐标移动的进给速率模块48-2、用于控制刀具转速的主轴转速模块48-3,微机控制系统48还包括用于连接控制自动对刀模块48-1、进给速率模块48-2及主轴转速模块48-3的中央处理器48-4。
机架1外设有钣金机壳49,钣金机壳49一侧开有操作窗口50,操作窗口50处设有对开移门51,操作窗口50的上下两侧外均设有窗口滑杆52,对开移门51上设有一组套于窗口滑杆52上的滑套53。
丝锥11直径为1.5㎜~0.2㎜。
在实践中,还可在预钻机构8或钻孔机构9上安装本发明中的缓冲机构12,以适应更小直径的微孔加工。
在加工前,根据钻攻尺寸需求来选择与该尺寸相匹配的弹簧31并安装,检查冷却水是否正常给水,将多个待加工的高硬度工件a装夹于多工件夹具机构7的夹具盘38上;启动X轴伺服电机35、Y轴伺服电机3,使多工件夹具机构7上的工件a与预钻机构8进行对刀;完成对刀后,启动第一伺服电机17,第一伺服电机17驱动预钻丝杠32转动,使与第一升降导轨13滑动配合的预钻滑块14下压,同时,启动预钻滑块14上的预钻马达15,在第一伺服电机17的均匀进给下,预钻马达15主轴上的预钻刀具16对高硬度工件a表面进行匀速预钻加工;钻至预设的深度后,第一伺服电机17、预钻马达15反转,预钻刀具16从工件a上退出,预钻加工行程复位。接着,多工件夹具机构7与钻孔机构9进行对刀;完成对刀后,启动第二伺服电机22,第二伺服电机22驱动钻孔丝杠33转动,使与第二升降导轨18滑动配合的钻孔滑块下19压,同时,启动钻孔滑块19上的钻孔马达20,在第二伺服电机22的均匀进给下,钻孔马达20主轴上的钻孔刀具21对高硬度工件a表面打有预钻孔位置进行匀速钻孔加工;钻至预设的深度后,第二伺服电机22、钻孔马达15反转,钻孔刀具21从工件a内退出,钻孔加工行程复位。然后,多工件夹具机构7与攻丝机构10进行对刀;完成对刀后,启动第三伺服电机26,第三伺服电机26驱动攻丝丝杠34转动,使与第三升降导轨23滑动配合的攻丝滑块24下压,同时,启动攻丝滑块24上的攻丝马达25,在第三伺服电机26的均匀进给下,攻丝马达25主轴上的丝锥11对高硬度工件上的微孔处进行均匀攻丝;在下压攻丝过程中,由于丝锥11及安装丝锥11的主轴、攻丝马达25均安装在攻丝时防止丝锥11断裂的缓冲机构12上,攻丝滑块24下压过程中,丝锥11与工件a初步接触的力将小于缓冲机构12的弹力,即小于下压过程中攻丝滑块24下压最大的力,使丝锥11与高硬度工件a上的微孔处形成一个软接触;在持续下压过程中,缓冲机构12的弹力逐步增大,即丝锥11与高硬度工件a上微孔处的接触力在逐步增大,当接触的力达到攻丝所需的力度时,丝锥11从微孔处自行向下攻牙;当丝锥11攻至预设深度后,第三伺服电机26、攻丝马达25反转,丝锥11从微孔内退出,丝锥11在退刀时,缓冲机构12起到与攻丝时反向的缓冲作用;通过缓冲机构12的设置,可避免攻丝时丝锥11变形、丝锥11熔化、丝锥11断裂或工件a破损等情况出现,有效保障刀具的使用寿命及机床的钻攻效率。当完成攻丝加工后,攻丝机构10复位。多工件夹具机构7上的夹具盘38转动,预钻机构8、钻孔机构9、攻丝机构10对新工件a进行依次加工,整个过程加工动作连贯准确,并且,能保证丝锥不变形、不断裂、不熔化,确保机床能持续正常运转加工。
虽然本发明已通过参考优选的实施例进行了图示和描述,但是,本专业普通技术人员应当了解,在权利要求书的范围内,可作形式和细节上的各种各样变化。