CN101829902A - 轴向自定心铣端面打中心孔数控机床 - Google Patents

Abstract

本轴向自定心铣端面打中心孔数控机床由床身、数控伺服电机、铣削头、直线导轨、工件夹紧定位装置、测量装置和可编程控制系统构成，数控伺服电机、铣削头、直线导轨和测量装置为左右对称的两套，数控伺服电机、铣削头及直线导轨、工件夹紧定位装置和测量装置均与机床床身相连，左右对称的测量装置的两测头通过与预先设定的凸轮轴首尾两个定位凸轮的端面接触，采集位移数据并反馈给PLC，可编程控制系统根据设定的关系式计算结果求得首尾双凸轮二者之间的中心点，作为基准定位点，自行找寻毛坯工件在机床上的轴向中心，并自动确定铣削头的进刀位置和进刀位移量，指令数控伺服电机驱动铣削头自动、精准加工，从而保证所有工件在加工后整体尺寸的稳定性和加工精度。

Description

轴向自定心铣端面打中心孔数控机床

技术领域

本发明涉及一种轴类零件端面粗加工常用的机械加工设备，特别是一种铣端面打中心孔数控机床。

背景技术

已有的铣端面打中心孔数控机床带有两个加工铣削头，由数控伺服电机驱动铣削头沿机床直线导轨移动进行加工。汽车发动机凸轮轴就是采用这种机床加工。

传统的汽车发动机凸轮轴铣端面打中心孔加工采用的定位方式是单凸轮单面定位，即将定位凸轮的端面靠紧在一个固定的定位块上，夹紧工件后铣削头根据编程进刀量完成加工。每次加工，铣削头均走到固定的位置。整个加工系统与控制系统之间没有数据反馈联系，给进量不能自动补偿。由于铸造或锻造凸轮轴毛坯件的尺寸及形状误差较大，且毛坯在高温成形后的冷却过程中，凸轮轴各部位一般是两端向凸轮轴轴向中心收缩，从而造成每一个毛坯件部位尺寸均有一定变化，一致性较差。坯件不稳定也是单面单点定位无法保证其在加工机床上的位置准确、稳定的主要原因。这样在加工完成后，铣削端面与各凸轮及轴颈等部位间的尺寸也呈现出不稳定的变化。在人们对汽车发动机质量要求越来越高的今天，单面单点定位生产出的凸轮轴越来越不能满足汽车发动机生产的要求。

发明内容

鉴于现有相关技术存在的弊端，本发明的目的是克服现有技术的缺陷，提供一种能满足汽车发动机凸轮轴加工精度的轴向自定心铣端面打中心孔机床设备。

本发明设计的轴向自定心铣端面打中心孔数控机床的结构达到了上述发明目的。

本轴向自定心铣端面打中心孔数控机床，包括机床底座、数控伺服电机、铣削头、直线导轨、工件夹紧定位装置和可编程控制系统，数控伺服电机、铣削头及直线导轨为左右对称的两套，数控伺服电机、铣削头及直线导轨、工件夹紧定位装置均安装在机床床身定位面上，其特征在于对应于工件夹紧定位装置，在两套铣削头和导轨之间有左右对称的两套测量装置，该测量装置由组架、导向柱、汽缸、球栅尺和测头构成，球栅尺由主、副球栅尺组成，测量装置底座安装在机床床身的定位面上，测头安装在与模组架固连的导向柱上，并与气缸活塞驱动装置连接，球栅尺副尺与测头固定连接在一起，球栅尺主尺固定在测量装置底座上，球栅尺上自带的数据接口与可编程控制系统数据接口连接。

本发明的工作原理如下：

测量装置的测头与预先设定的凸轮轴坯件首尾两个凸轮相向的两个端面接触，测得每根凸轮轴坯件首尾两个定位凸轮之间的距离，反馈给可编程控制系统，PLC记录两测头从各自的起始位置至定位凸轮的位移量，并根据设定的关系式通过可编程控制系统计算结果求得首尾双凸轮二者之间的中心点，作为基准定位点，控制伺服电机驱动铣削头沿直线导轨的滑动行程，从而控制铣削头进刀位置、进刀深度和刀盘旋转方式，加工凸轮轴坯件端面到图纸标注尺寸后返回，完成加工。

工作时，两测头移动至预先设定的两个定位凸轮的端面，并与之接触后，可编程控制系统生成两铣削头的进刀位移量，并指令铣削头按要求进刀加工。首件加工完成后，与标准样件进行对比检测，得到与标准样件的差值。根据差值，通过数控系统对进刀量进行补偿后即可进行批量加工。

本轴向自定心铣端面打中心孔数控机床由于设置了凸轮轴坯件相关数据测量装置，并和用可编程系统对采集的数据进行自动计算、处理、加工，使每一支工件都是先测量后加工，自动确定铣削头在凸轮轴坯件的轴向进刀位置和进刀深度，从而保证所有工件在加工完成后整体尺寸的稳定性和加工精度。

附图说明

图1轴向自定心铣端面打中心孔数控机床装配结构示意图

图2测量装置装配结构示意图

图3数控电路逻辑示意图

具体实施方式

实施例1

如图1所示：

本轴向自定心铣端面打中心孔数控机床由底座7、伺服电机8、9、直线导轨5、6、铣削头1、2、V型铁夹紧定位装置及可编程控制系统构成，伺服电机8、9、直线导轨5、6及铣削头1、2、V型铁夹紧定位装置10均安装在机床底座的定位面上，伺服电机8与直线导轨5相连，伺服电机9与直线导轨6相连，伺服电机、直线导轨及铣削头为左右对称的两套，V型铁夹紧定位装置10位于两套铣削头1、2和直线导轨5、6中间，对应于V型铁夹紧定位装置10，在两套铣削头和导轨之间有一对左右对称的测量装置3、4。该左测量装置由模组架11、汽缸12、导向柱13、测头14、球栅尺主尺16和球栅尺副尺15构成，左右测量装置3、4的底座安装在机床床身7的定位面上。

本实施例以左侧测量装置为例，如图2所示，详细说明对称的左、右测量装置的具体装配结构：

测头14安装在与测量装置模组架11固连的导向柱13上，球栅尺副尺15与测头14固定连接在一起，球栅尺主尺16固定在测量装置模组架11的底座上，其数据接口与可编程控制系统PLC的数据接口相连接。测头整体连接气缸活塞驱动装置12，在气缸活塞驱动下，测头14可沿导向柱13来回移动，使与测头14固定在一起的球栅尺副尺15也随之来回移动，带动固定在测量装置模组架11底座上的球栅尺主尺16产生位移。该位移量由与球栅尺数据接口连接的PLC系统进行采集记录。

数控电路逻辑示意图如图3所示：

本实施例中的可编程控制器采用台达DVP一64EH。球栅尺采集测头位移量后，通过光栅自带的数据接口将数据馈给可编程控制器。由于在机床设计时己先行将针对工艺尺寸补偿计算的关系式设计完成，电气工程师根据此关系式对PLC编程。当光栅数据器将测头位移量传给PLC后，PLC即按程序对位移量进行识别，并计算出铣头需要的进刀量，将其转化为脉冲数据传递给铣削头伺服电机驱动器，伺服电机驱动器按数据驱动伺服电机带动铣削头进刀，完成加工。

工作时，先将凸轮轴坯件放在V型铁夹紧定位装置10上夹紧，只确定大致的轴向位置。当两测头从各自的起始点移动至凸轮轴上预先设定的两个定位凸轮A、B的对应端面，并与之接触后，测得每根凸轮轴坯件首尾双凸轮A、B二者之间的距离，由测量装置中的球栅尺将接收到的脉冲信号经自带的数据接口传送给可编控制程系统的输入端口(高速脉冲计数端口)。可编程控制系统记录两测头的位移量，并根据设定的关系式进行计算，自行找寻毛坯工件在机床上的轴向中心作为基准定位点，自动确定铣削头的进刀位置和进刀位移量，通过可编程控制系统指令数控伺服电机驱动铣削头沿直线导轨相向滑动行程，自动、精准加工，自动控制铣削头进刀深度和刀盘旋转方式，加工凸轮轴坯件两个端面到图纸标注尺寸后返回，完成加工。从而保证所有工件在加工后整体尺寸的稳定性和加工精度。

关于自行找寻毛坯工件在机床上的轴向中心作为基准定位点位置计算解释如下：

首先以第一只产品凸轮实测值为基准加工产品到图纸尺寸，然后以后面的产品实测值与基准值相比较。比较产生的现象将会有以下情况：

左面基准尺寸U    右面基准尺寸V

左面实测尺寸X    右面实测尺寸Y

1、     X＝U       Y＝V

2、     X＞U       Y＞V     X-U＝Y-V

3、     X＜U       Y＜V     X-U＝Y-V

4、     X＞U       Y＞V     X-U＜Y-V

5、     X＞U       Y＞V     X-U＞Y-V

6、     X＜U       Y＜V     X-U＜Y-V

7、     X＜U       Y＜V     X-U＞Y-V

8、     X＞U       Y＜V

9、     X＞U       Y＝V

10、    X＝U       Y＜V

11、    X＜U       Y＞V

12、    X＜U       Y＝V

13      X＝U       Y＞V

解决以上情况可参考采取如下措施：

1、2、3  项与基准件加工相同

4、6     项相同，两铣削头同时向右移@

  5、7       项相同，两铣削头同时向左移@

  8、9、10   项相同，两铣削头同时左移&

  11、12、13 项相同，两铣削头同时右移&

其中：

$@=\left|\frac{\left|(X-U)\right|-\left|(Y-V)\right|}{2}\right|$

Claims (1)

1.轴向自定心铣端面打中心孔数控机床，包括机床底座、数控伺服电机、铣削头、直线导轨、工件夹紧定位装置和可编程控制系统，数控伺服电机、铣削头及直线导轨为左右对称的两套，数控伺服电机、铣削头及直线导轨、工件夹紧定位装置均安装在机床床身定位面上，其特征在于对应于工件夹紧定位装置，在两套铣削头和导轨之间有左右对称的两套测量装置，该测量装置由组架、导向柱、汽缸、球栅尺和测头构成，球栅尺由主、副球栅尺组成，测量装置底座安装在机床床身的定位面上，测头安装在与模组架固连的导向柱上，并与气缸活塞驱动装置连接，球栅尺副尺与测头固定连接在一起，球栅尺主尺固定在测量装置底座上，球栅尺上自带的数据接口与可编程控制系统数据接口连接。

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