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变频式摇臂钻床
申请号	CN200910011352.6	申请日	2009-04-29	公开(公告)号	CN101564772B	公开(公告)日	2011-08-10
申请人	沈阳机床股份有限公司中捷钻镗床厂;			发明人	刘岩; 李海鹏; 易刚; 张童; 徐菁; 徐一楠; 邵毅; 杨凤清; 仲辉; 杨猛; 李涛;
摘要	变频式摇臂钻床，涉及一种摇臂钻床，解决了现有普通摇臂钻床存在的结构复杂、不能大范围无极变速的问题；它包括主轴箱、电机、横臂、底座、立柱、电气系统，在主轴箱内设有主轴变速传动机构、主轴进给变速传动机构、液压变速机构；其中主轴变速传动机构包括一个主轴变频电机、两个变速轴及三个传动轴，主轴进给变速传动机构包括进给变频电机、行星减速器、三个传动轴，液压变速机构包括变速油泵分别通过管线与变速轴上的油缸连接，在管线上设置有电磁换向阀；本发明结构简单，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、进给变频电机分别控制主轴旋转运动、进给运动，实现大范围内无级调速并可实现弹性自动攻丝。
权利要求	1.变频式摇臂钻床，包括主轴箱(1)、电机、横臂(3)、底座(4)、立柱(5)、电气系统(6)，在主轴箱(1)内设有主轴变速传动机构、主轴进给变速传动机构、液压变速机构；其中主轴变速传动机构包括一个主轴变频电机(2)、第一、第二变速轴(7、8)及第一、第二、第三传动轴(9、10、11)，每个变速轴上分别设有一个滑移齿轮及油缸，主轴变频电机(2)输出轴与第一传动轴(9)上的一传动齿轮(12)啮合，第一传动轴(9)上的另一传动齿轮(13)与第一变速轴(7)上的一传动齿轮(14)啮合，第一变速轴(7)上的另一传动齿轮(15)与第二变速轴(8)上的传动齿轮(16)啮合，第二变速轴(8)上的滑移齿轮(17)与第二传动轴(10)的一传动齿轮(19)啮合，第二传动轴(10)的另一传动齿轮(18)与第三传动轴(11)的一传动齿轮(20)啮合，第三传动轴(11)的另一传动齿轮(21)与主轴(35)的传动齿轮(22)啮合；主轴进给变速传动机构包括进给变频电机(23)、行星减速器(24)以及第四、第五、第六传动轴(25、26、27)，进给变频电机(23)的输出轴与行星减速器(24)连接，第六传动轴(27)与进给机构的蜗杆(28)连接；液压变速机构包括变速油泵(32)分别通过管线与第一、第二变速轴(7、8)上的油缸连接，在管线上设置有电磁换向阀(33、34)；电气系统部分配备了触摸屏操作面板，触摸屏操作面板通过PLC控制单元输出指令控制主轴变频器、进给变频器动作，再由主轴变频器、进给变频器分别驱动主轴变频电机、进给变频电机。
说明书全文	变频式摇臂钻床技术领域 [0001] 本发明涉及一种摇臂钻床，具体说是一种变频式摇臂钻床。背景技术 [0002] 摇臂钻床是一种普通金属加工机床，适用于在大、中型零件上钻孔、扩孔、铰孔、锪平面及攻螺纹，应用十分广泛。国内各种类的摇臂钻床在JB/T6335.1-1999中有有详细规定。 [0003] 目前市场上的普通摇臂钻床，其主要结构以普通电机为动力源，机械机构实现主轴正、反转以及停车动作，并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。普遍采用4对主轴变速滑移齿轮获得16级主轴转速；4对进给变速滑移齿轮获得16级进给转速。主轴箱内部结构复杂，齿轮数量较多；且不能实现弹性自动攻丝。在实际情况中，有些加工情况下需要低转速、大进给量，例如攻螺纹、绞孔；有些情况下需要高转速、小进给量，例如铝合金钻孔，而这些转速跟机床固有的转速并不相同。因此现有普通摇臂钻床的转速、进给量就不能完全满足加工需要，适用范围有一定的局限性，特别是在大直径螺纹加工方面，手动攻丝效率低且操作困难。发明内容 [0004] 为了解决上述存在的问题，本发明提供一种能够大范围无极变速、弹性自动攻丝、结构简单的变频式摇臂钻床；本发明的目的是通过下述技术方案实现的：变频式摇臂钻床，包括主轴箱(1)、电机、横臂(3)、底座(4)、立柱(5)、电气系统(6)，在主轴箱(1)内设有主轴变速传动机构、主轴进给变速传动机构、液压变速机构； [0005] 其中主轴变速传动机构包括一个主轴变频电机(2)、两个变速轴(7、8)及三个传动轴(9、10、11)，每个变速轴上分别设有一个滑移齿轮及油缸，主轴变频电机(2)输出轴与第一传动轴(9)上的传动齿轮(12)啮合，第一传动轴(9)上的传动齿轮(13)与变速轴(7)上的传动齿轮(14)啮合，变速轴(7)上的传动齿轮(15)与变速轴(8)上的传动齿轮(16)啮合，变速轴(8)上的滑移齿轮(17)与第二传动轴(10)的传动齿轮(19)啮合，第二传动轴(10)的传动齿轮(18)与第三传动轴(11)的传动齿轮(20)啮合，第三传动轴(11)的传动齿轮(21)与主轴(35)的传动齿轮(22)啮合； [0006] 主轴进给变速传动机构包括进给变频电机(23)、行星减速器(24)、三个传动轴(25、26、27)，进给变频电机(23)的输出轴与行星减速器(24)连接，第六传动轴(27)与进给机构的蜗杆(28)连接； [0007] 液压变速机构包括变速油泵(32)分别通过管线与变速轴(7、8)上的油缸连接，在管线上设置有电磁换向阀(33、34)； [0008] 电气系统部分配备了触摸屏操作面板，触摸屏操作面板通过PLC控制单元输出指令控制主轴变频器、进给变频器动作，再由主轴变频器、进给变频器分别驱动主轴变频电机、进给变频电机。 [0009] 本发明的有益效果：本发明采用上述结构，利用变频电机恒功率、恒扭矩区间扩大机床调速范围并提供无级进给变速。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、进给变频电机分别控制主轴旋转运动、进给运动，实现大范围内无级调速并可实现弹性自动攻丝。与现有技术相比，本发明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。 [0010] 由于采用了变频技术使得机床性能大为提高，最大钻孔直径为160mm(试料为45号铸钢，高速钢麻花钻头，加冷却液，盲钻)。附图说明 [0011] 图1是本发明的总体外部结构示意图； [0012] 图2是本发明主轴变速传动机构剖视图； [0013] 图3是本发明主轴进给变速传动机构剖视示意图； [0014] 图4是本发明进给机构剖视示意图； [0015] 图5是本发明液压变速机构原理图； [0016] 图6是本发明电气系统框图； [0017] 图7是本发明PLC变速控制流程图； [0018] 图8是本发明主轴变速传动系统图； [0019] 图9是原有摇臂钻床主轴变速传动系统图； [0020] 图10是本发明主轴进给变速传动系统图； [0021] 图11是原有摇臂钻床主轴进给变速传动系统图； [0022] 图12是本发明工作原理示意图。具体实施方式 [0023] 变频式摇臂钻床，如图1所示，包括主轴箱1、电机、横臂3、底座4、立柱5、电气系统6，在主轴箱1内设有主轴变速传动机构、主轴进给变速传动机构、液压变速机构； [0024] 其中主轴变速传动机构如图2所示，包括一个主轴变频电机2、两个变速轴7、8及三个传动轴9、10、11，在变速轴7上设有滑移齿轮29、油缸30，变速轴8上设有滑移齿轮17、油缸31，主轴变频电机2输出轴与第一传动轴9上的传动齿轮12啮合，第一传动轴9上的传动齿轮13与变速轴7上的传动齿轮14啮合，变速轴7上的传动齿轮15与变速轴8上的传动齿轮16啮合，变速轴8上的滑移齿轮17与第二传动轴10的传动齿轮19啮合，第二传动轴10的传动齿轮18与第三传动轴11的传动齿轮20啮合，第三传动轴11的传动齿轮21与主轴35的传动齿轮22啮合；通过上述结构，主轴变频电机2将动力通过变速轴7、8传递到主轴35上，从而获得机床主运动。 [0025] 主轴进给变速传动机构如图3所示，包括进给变频电机23、行星减速器24、三个传动轴25、26、27，进给变频电机23的输出轴与行星减速器24连接，行星减速器24的输出轴与第四传动轴25通过齿轮连接，第四传动轴25、第五传动轴26、第六传动轴27通过齿轮连接，第六传动轴27的输出轴与进给机构的蜗杆28连接；主轴进给变速采用单独的进给变频电机23作为动力源，而不是原有摇臂钻床中主轴旋转、进给采用一个电机的结构。并取消了原有分级、换挡变速的结构(如图11所示)，改进后的主轴进给传动采用定比降速(如图10所示)，用行星减速器24配合齿轮传动实现较大的降速比，最终由第六传动轴27传递至进给机构。通过变频电机的宽区间调速，从而获得大范围的进给速度变化，以保证机床进给有足够的进给力，顺利进行切削。 [0026] 液压变速机构如图5所示，包括变速油泵32通过管线分别与变速轴7上的油缸30、变速轴8上的油缸31连接，在管线上设置有电磁换向阀33、34；由变速油泵32提供高压油推动变速轴7、8上面的变速油缸30、31运动，进而带动滑移齿轮29、17通过变换啮合位置从而实现主轴转速高、中、低档位变化。 [0027] 本发明的电气系统如图6所示，其中触摸屏操作面板、控制按钮、限位开关作为输入设备，通过触摸屏操作面板可以设定各轴转速，定程深度，显示机床报警信息，将信息传送至PLC控制单元，通过PLC控制单元输出指令控制主轴变频器、进给轴变频器、普通电机、电磁阀及离合器动作，主轴变频器、进给变频器分别驱动主轴变频电机、进给变频电机。其中触摸屏操作面板与PLC双向通讯，通讯端口为RS485。 [0028] 其中电气系统PLC操作流程如图7所示：首先通过触摸屏操作面板输入速度后，送入PLC控制单元。PLC首先对数据范围进行判断，如果超过上、下限，则强制将数据置为上、下限值。然后判断是否需要缓速过程，如果需要缓速，则按照先停止3秒，后缓慢运动5秒的过程来控制变频器数据。如果需要定程切削，PLC将通过输入的各轴速度与定程深度，计算好运行时间，以控制变频器启、停。PLC对输入速度进行判断，确定档位区间，一方面控制档位电磁阀，为变速做准备。另一方面按照不同档位的降速比对数据进行处理，转换为合适变频器使用的数据格式，送入变频器，控制机床运动。 [0029] 本发明与以往摇臂钻床相比，其主轴转速情况可由图8、图9的对比中得出，本发明主轴转速范围为5-800r/min，图8所示，可实现区间内无级调速，而不是图9中显示的主轴获得的分级固定转速。 [0030] 主轴进给变速传动情况由图10、图11的对比中得出，本发明的主轴进给传动采用定比降速，如图10所示，而原摇臂钻床采用分级、换挡变速方式如图11所示。 [0031] 下面根据图12简述本发明工作原理： [0032] 从图12中可以看出，本发明变频式摇臂钻床的主运动为主轴旋转运动，主要通过主轴变频电机2作为动力源，通过对主轴变频电机恒扭矩以及恒功率区间的计算，使用两个滑移齿轮实现3种档位变化。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三档传动比作为高、中、低三种定比传动档位，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。通过两个滑移齿轮实现高、中、低档位变换而获得不同转速；主轴进给运动为切削运动，由进给变频电机23作为动力源，通过变频电机的转速变化来获得不同的进给量，传递至进给机构，最终转化为主轴的向下运动。