專利名稱：多刀直線伺服機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種機(jī)械加工裝置，具體涉及一種關(guān)于活塞類零件外圓精加工的多刀直線伺服機(jī)構(gòu)，特別適合于外形復(fù)雜的活塞裙部和頭部其外圓在一次裝夾中的精加工。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代內(nèi)燃機(jī)活塞外圓的形狀越來越復(fù)雜。其裙部往往是多段中凸變橢圓型線，頭部除了復(fù)雜的型線外，還鑲有鑄鐵環(huán)，此外，有的活塞還要求疊加集碳槽。
為了加工這樣的活塞，以往的方法是采用多道工序，在不同的機(jī)床上加工不同的工序。由于活塞加工精度不斷提高，裝夾帶來的誤差已經(jīng)到了不能允許的程度。而且多次裝夾，使活塞的加工效率大大降低。解決活塞加工的另一方法是設(shè)計(jì)制造多工位，自動化程度極高的組合機(jī)床。這種機(jī)床無論在加工精度和效率方面都有很滿意的結(jié)果，遺憾的是這種機(jī)床的成本太高，而且，由于機(jī)構(gòu)復(fù)雜，調(diào)整、操作、維修都很困難，因而這種機(jī)床沒能得到普遍使用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是解決以往對于形狀復(fù)雜的內(nèi)燃機(jī)活塞外圓加工采用多道工序多次裝夾帶來的誤差大、效率低、如采用自動化程度極高的組合機(jī)床則成本高、機(jī)構(gòu)復(fù)雜、調(diào)整操作維修都很困難的問題；本發(fā)明旨在提供一種機(jī)床上的多刀直線伺服機(jī)構(gòu)，在一次裝夾中完成形狀復(fù)雜的活塞外圓精加工，而且加工精度和加工效率高，操作和維修簡單，設(shè)備費(fèi)用低。
本發(fā)明采用的技術(shù)方案是這種多刀直線伺服機(jī)構(gòu)為在機(jī)床的直線電機(jī)輸出端加裝的一套換刀機(jī)構(gòu)。
上述技術(shù)方案的換刀機(jī)構(gòu)主要包括有1)機(jī)構(gòu)本體；2)安裝在機(jī)構(gòu)本體內(nèi)、前端安裝可換位刀架及多把車刀、后端與直線電機(jī)軸固定連接的直線傳動部件；3)刀盒座由滾動軸承支撐在直線傳動部件連接桿前端內(nèi)孔、由從動齒輪、主動齒輪傳動的可換位刀架；4)安裝在機(jī)構(gòu)本體內(nèi)、主動齒輪與從動齒輪離合、主動齒輪由回轉(zhuǎn)汽缸帶動并由滾動軸承支撐的刀架換位驅(qū)動機(jī)構(gòu)；5)雙位直動汽缸固定在機(jī)構(gòu)本體上、雙位直動汽缸輸出軸連接回轉(zhuǎn)汽缸座并進(jìn)而帶動主動齒輪的離合器。
本發(fā)明還可在機(jī)構(gòu)本體內(nèi)安裝彈性定位部件、鎖定裝置、測量傳感器、防護(hù)部件彈性定位部件包括雙平板簧和支承膜片，它們的一端都與機(jī)構(gòu)本體連接固定，它們的另一端和連接桿固定連接；鎖定裝置包括鎖緊汽缸通過汽缸座固定在連接桿上，鎖緊汽缸輸出軸連接并驅(qū)動鎖緊銷插在從動齒輪齒隙中或從齒隙中退回；測量傳感器包括兩端分別安裝連接在機(jī)構(gòu)本體和連接座上的位移傳感器；由從動齒輪兩側(cè)深槽和接近開關(guān)構(gòu)成的刀架旋轉(zhuǎn)位置傳感器；安裝在雙位直動汽缸中的磁性開關(guān)構(gòu)成的離合器位置傳感器；安裝在鎖緊汽缸中的磁性開關(guān)構(gòu)成的鎖緊裝置狀態(tài)傳感器；防護(hù)部件包括相互連接的方形外殼、前蓋板和密封膜片。
本發(fā)明前述的直線傳動部件其軸線與電機(jī)軸線平行或重合，而工作的車刀則在直線傳動部件的軸線下方。
前述的可換位刀架的刀盒端面周向均布二把或三把車刀，刀盒用螺釘和定位銷與刀盒座固連。
前述的刀架換位驅(qū)動機(jī)構(gòu)采用回轉(zhuǎn)汽缸和主動齒輪驅(qū)動刀架的換位，回轉(zhuǎn)汽缸固定在汽缸座上，在汽缸座中裝有兩個(gè)線軸承，使汽缸座可以沿導(dǎo)向桿滑動，而離合器中的雙位直動汽缸則通過其輸出軸拉、推汽缸座，進(jìn)而拉、推主動齒輪與從動齒輪進(jìn)行離、合。
前述的彈性定位部件中雙平板簧的固定端與機(jī)構(gòu)本體固連，而其活動端的連接座又作為直線傳動部件的一個(gè)環(huán)節(jié)，分別與電機(jī)軸和連接桿固連。
前述的彈性定位部件中支承膜片是用倒三角形或X形薄金屬片制成，金屬片一端固定在機(jī)構(gòu)本體上，另一端固定在連接桿上，其連接處用壓條和螺釘固定。
本發(fā)明利用一臺機(jī)床上的多刀直線伺服機(jī)構(gòu)，在一次裝夾中完成形狀復(fù)雜的活塞外圓的精加工，避免了采用多道工序、在不同的機(jī)床上加工不同的工序、多次裝夾帶來的誤差大、加工效率低的弊端，也克服了自動組合機(jī)床成本高、機(jī)構(gòu)復(fù)雜、調(diào)整操作維修都很困難的問題，本發(fā)明根據(jù)不同的加工要求，調(diào)用刀架上的不同刀具，具有加工精度高、加工效率高、操作維修簡單、設(shè)備費(fèi)用低的顯著特點(diǎn)。


圖1為本發(fā)明縱向剖視2為本發(fā)明平面剖視3為本發(fā)明側(cè)向示意4為二刀刀盒示意5為三刀刀盒示意6為一種支承膜片示意7為另一種支承膜片示意8為本發(fā)明實(shí)際應(yīng)用原理框圖
具體實(shí)施例方式本發(fā)明為在直線電機(jī)輸出端加裝的一套換刀機(jī)構(gòu)。主要包括有1)機(jī)構(gòu)本體；2)安裝在機(jī)構(gòu)本體內(nèi)、前端安裝可換位刀架及多把車刀、后端與直線電機(jī)軸固定連接的直線傳動部件；3)刀盒座由滾動軸承支撐在直線傳動部件連接桿前端內(nèi)孔、由從動齒輪、主動齒輪傳動的可換位刀架；4)安裝在機(jī)構(gòu)本體內(nèi)、主動齒輪與從動齒輪離合、主動齒輪由回轉(zhuǎn)汽缸帶動并由滾動軸承支撐的刀架換位驅(qū)動機(jī)構(gòu)；5)雙位直動汽缸固定在機(jī)構(gòu)本體上、雙位直動汽缸輸出軸連接回轉(zhuǎn)汽缸座并進(jìn)而帶動主動齒輪的離合器。
本發(fā)明還可在機(jī)構(gòu)本體內(nèi)安裝彈性定位部件、鎖定裝置、測量傳感器、防護(hù)部件彈性定位部件包括雙平板簧和支承膜片，它們的一端都與機(jī)構(gòu)本體連接固定，它們的另一端和連接桿固定連接；鎖定裝置包括鎖緊汽缸通過汽缸座固定在連接桿上，鎖緊汽缸輸出軸連接并驅(qū)動鎖緊銷插在從動齒輪齒隙中或從齒隙中退回、；測量傳感器包括兩端分別安裝連接在機(jī)構(gòu)本體和連接座上的位移傳感器；由從動齒輪兩側(cè)深槽和接近開關(guān)構(gòu)成的刀架旋轉(zhuǎn)位置傳感器；安裝在雙位直動汽缸中的磁性開關(guān)構(gòu)成的離合器位置傳感器；安裝在鎖緊汽缸中的磁性開關(guān)構(gòu)成的鎖緊裝置狀態(tài)傳感器；防護(hù)部件包括相互連接的方形外殼、前蓋板和密封膜片。
參見圖1，圖2，圖3，本發(fā)明的機(jī)構(gòu)本體1是由方形外殼56和前蓋板2等部分組成。其作用是連接機(jī)構(gòu)的各個(gè)部件，其后端與直線電機(jī)的前端面相連，而從前端伸出車刀。事實(shí)上可以把本發(fā)明機(jī)構(gòu)與直線電機(jī)的組合看成是多功能智能型伺服機(jī)構(gòu)。
直線傳動部件是將直線電機(jī)輸出軸的直線位移傳輸?shù)杰嚨渡稀Ｋ?圖1、圖2)復(fù)位平板簧的連接座3、連接桿4、滾動軸承7、刀盒座8、刀盒9、定位銷10和車刀11。復(fù)位平板簧的連接座3分別與電機(jī)輸出軸12和連接桿4相連。連接桿4的前端內(nèi)孔又通過滾動軸承7與刀盒座8相連。刀盒9通過螺釘13固定在刀盒座中，并用定位銷10防止刀盒9在刀盒座中轉(zhuǎn)動。刀盒9中用螺釘14根據(jù)需要固定2-3把車刀11(圖3和圖4、圖5)。三把車刀沿刀盒軸線按120°對稱配置，圖4為二刀刀盒，圖5為三刀刀盒，工作的車刀在軸線的正下方。從電機(jī)輸出軸12到車刀各個(gè)零件之間無軸向連接間隙，保證將電機(jī)的軸向位移精確地傳送到車刀。
彈性定位部件保證車刀沿軸向和側(cè)向有足夠的剛度。它包括雙平板簧15和支承膜片16(圖6、圖7)。雙平板簧15的一端與機(jī)構(gòu)本體1相連，另一端與連接座3相連。根據(jù)雙平板簧的工作原理，連接座3上的各點(diǎn)只能相對機(jī)構(gòu)本體作平移運(yùn)動。雙平板簧保證機(jī)構(gòu)有精確的零位，合理選擇板簧的厚度可以得到伺服系統(tǒng)理想的動態(tài)性能。支承膜片16(圖6)是一倒三角形的金屬薄片，上端由壓條17和螺釘18將其固定在機(jī)構(gòu)本體上，下端開有圓孔，由軸承壓環(huán)19將其壓緊在連接桿4的前端。支承膜片的作用是增大機(jī)構(gòu)的側(cè)向剛度。膜片16也可以按圖7加工成X形狀。
可換位刀架的作用是在刀架換位驅(qū)動機(jī)構(gòu)的作用下，將所需的車刀轉(zhuǎn)到工作位置上。它由從動齒輪20、刀盒座8、滾動軸承7、刀盒9、定位銷10和固定螺釘13等組成。通過螺釘13和定位銷10將8、9緊固在一起，當(dāng)從動齒輪受到驅(qū)動力矩時(shí)，刀架即在軸承的支持下轉(zhuǎn)動，使車刀換位。
刀架換位驅(qū)動機(jī)構(gòu)由回轉(zhuǎn)汽缸21、汽缸座22、滾動軸承23和主動齒輪24等組成。汽缸21是雙位可調(diào)角度的擺動汽缸，通過螺釘固定在汽缸座22上。主動齒輪24與回轉(zhuǎn)汽缸21的輸出軸相連。主動齒輪的轉(zhuǎn)動由滾動軸承23支撐，軸承23裝在汽缸座22的內(nèi)孔中。在工作狀態(tài)下，主動齒輪與從動齒輪是嚙合的，汽缸的擺動通過主動齒輪24傳給從動齒輪，從而帶動刀架換位。
離合器的作用是在車刀切削工件時(shí)，將主動齒輪與從動齒輪分開。它由雙位直動汽缸25、軸套26、導(dǎo)向桿27、線軸承28和限位圈29等組成，雙位直動汽缸25用螺釘固定在機(jī)構(gòu)本體1上。軸套26分別與汽缸25的輸出軸和汽缸座22相連。當(dāng)汽缸25的輸出軸伸出時(shí)，即推動換位驅(qū)動機(jī)構(gòu)的主動齒輪24和從動齒輪20嚙合；反之，當(dāng)汽缸25的輸出軸縮進(jìn)時(shí)，即拉動換位驅(qū)動機(jī)構(gòu)的主動齒輪24和從動齒輪20分開。此外，在擺動汽缸座的上下兩側(cè)裝有兩個(gè)線軸承28，導(dǎo)向桿27一端插在線軸承的內(nèi)孔中，另一端緊固在機(jī)構(gòu)本體1上，在導(dǎo)向桿27上又裝有限位圈29，以此保證離合器的導(dǎo)向和限位。
鎖定裝置的作用是在車刀切削工件時(shí)，鎖緊刀架使之不能旋轉(zhuǎn)。它由鎖緊汽缸30、汽缸座31、鎖緊銷32等組成。鎖緊汽缸30與汽缸座31以螺紋相連接，汽缸座又與連接桿4緊固。鎖緊銷32與汽缸的輸出軸相連。在車刀削切工件時(shí)，鎖緊汽缸30將鎖緊銷32頂緊在從動齒輪的齒隙中，從而鎖定刀架。
測量傳感器是實(shí)現(xiàn)多刀機(jī)構(gòu)智能控制的前提條件，并機(jī)構(gòu)有多種測量傳感器，分述如下(1)位移傳感器33。該傳感器的本體安裝在機(jī)構(gòu)本體1上，其敏感軸與雙平板簧的連接座3固連，如此連接可以測量車刀沿軸線方向的位移。(2)刀架旋轉(zhuǎn)位置傳感器。該傳感器用于測量車刀是否轉(zhuǎn)到工作位置。兩個(gè)接近開關(guān)34用螺釘35固定在傳感器支架36上，支架36固定在機(jī)構(gòu)本體1上。在從動齒輪20兩側(cè)的圓柱體上開有三個(gè)相隔120°的深槽37，槽的位置與車刀的位置相對應(yīng)，當(dāng)車刀轉(zhuǎn)到工位時(shí)，對應(yīng)的槽恰好對準(zhǔn)接近開關(guān)。(3)離合器位置傳感器。在離合器的雙位直動汽缸25中裝有磁性開關(guān)38，給出對應(yīng)離合器位置的信號。(4)鎖定裝置狀態(tài)傳感器。在鎖緊汽缸30中裝有磁性開關(guān)39，給出鎖定裝置狀態(tài)的信號。
防護(hù)部件的作用是防止車屑和油污對機(jī)構(gòu)的污染，保證機(jī)構(gòu)正常工作，它包括機(jī)構(gòu)本體的前蓋板2、密封膜片40、軸承內(nèi)壓環(huán)19、外壓環(huán)42和螺釘墊片等。密封膜片40靠內(nèi)壓環(huán)19、外壓環(huán)42和螺釘墊片等來固定。密封膜片采用夾布橡膠材料，不會影響車刀的運(yùn)動。
本發(fā)明多刀直線伺服機(jī)構(gòu)與數(shù)控機(jī)床的連接關(guān)系如圖8所示，圖中數(shù)控機(jī)床對于本發(fā)明來說為已有技術(shù)。多刀直線伺服機(jī)構(gòu)55的位移輸入來自直線電機(jī)45的輸出軸12；各汽缸的工作氣源經(jīng)氣動控制裝置46和管道47分別輸入；多刀直線伺服機(jī)構(gòu)的位移輸出由車刀11作用到被加工的工件48上；多刀直線侍服機(jī)構(gòu)各測量傳感器的信號經(jīng)電纜49傳給計(jì)算機(jī)50。計(jì)算機(jī)是機(jī)床的控制中心。它對車床的其它部分進(jìn)行測量和控制，并將控制信號通過電纜51傳給控制器52，由控制器通過電纜53、54分別將控制信號傳給氣動控制裝置46和直線電機(jī)45。圖中，車床、計(jì)算機(jī)50、電纜51、控制器52、電纜53、54、氣動控制裝置46、管道47、直線電機(jī)45、輸出軸12、電纜49均為已有技術(shù)。
多刀直線伺服機(jī)構(gòu)的工作過程如下在準(zhǔn)備階段選擇要用的車刀(2-3把)，并調(diào)整好刀的徑向位置。當(dāng)裝夾好工件，車床啟動，數(shù)控系統(tǒng)加工程序運(yùn)行時(shí)，計(jì)算機(jī)首先檢查各傳感器的狀態(tài)。需要換刀時(shí)?？刂奇i緊汽缸30將鎖緊銷32松開，鎖緊汽缸30中的磁性開關(guān)39信號確認(rèn)32已松開時(shí)，控制雙位直動汽缸25將主動齒輪24推向從動齒輪20，使之嚙合。當(dāng)雙位直動汽缸25中的磁性開關(guān)38確認(rèn)嚙合到位時(shí)，控制回轉(zhuǎn)汽缸21回轉(zhuǎn)，主動齒輪帶動從動齒輪轉(zhuǎn)動，刀具換位。接近開關(guān)34給出刀具是否精確到位的信號。換位完畢后。鎖緊汽缸再將鎖緊銷32壓到從動齒輪的齒隙中，鎖定刀架。鎖定到位后，雙位直動汽缸25將主動齒輪與從動齒輪分開，換刀工作全部完成，此后，計(jì)算機(jī)根據(jù)工件外圓要求的加工形狀將相關(guān)信號送到控制器52，控制直線電機(jī)45作直線往復(fù)運(yùn)動，多刀直線伺服機(jī)構(gòu)的直線傳動部件將直線電機(jī)輸出軸的直線位移傳輸車刀上，以便加工工件的外圓。加工完一段以后，如下一段需要改變切削參數(shù)(主軸轉(zhuǎn)速、走刀量、車刀等等)，則計(jì)算機(jī)控制機(jī)床和本多刀機(jī)構(gòu)作相應(yīng)的動作，直到工件加工完畢。
綜上所述，本發(fā)明具有以下的優(yōu)點(diǎn)(1)采用多刀機(jī)構(gòu)，不同的加工段換用不同的刀具，可以加工同一件不同材質(zhì)和外形的各段，例如，活塞裙部、頭部的中凸變橢圓外圓、頭部的鑄鐵環(huán)、集碳槽等等。(2)自動換刀，大大縮短了輔助加工時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率。(3)采用多種傳感器，實(shí)現(xiàn)高度自動化，減少故障率。(4)一次裝夾，完成工件的多道加工工序，提高了工件的加工精度。(5)機(jī)構(gòu)簡單，成本低。
權(quán)利要求
1.一種多刀直線伺服機(jī)構(gòu)，其特征在于這種多刀直線伺服機(jī)構(gòu)為在機(jī)床直線電機(jī)輸出端加裝的一套換刀機(jī)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多刀直線伺服機(jī)構(gòu)，其特征在于所述的換刀機(jī)構(gòu)主要包括有1)機(jī)構(gòu)本體；2)安裝在機(jī)構(gòu)本體內(nèi)、前端安裝可換位刀架及多把車刀、后端與直線電機(jī)軸固定連接的直線傳動部件；3)刀盒座由滾動軸承支撐在直線傳動部件連接桿前端內(nèi)孔、由從動齒輪、主動齒輪傳動的可換位刀架；4)安裝在機(jī)構(gòu)本體內(nèi)、主動齒輪與從動齒輪離合、主動齒輪由回轉(zhuǎn)汽缸帶動并由滾動軸承支撐的刀架換位驅(qū)動機(jī)構(gòu)；5)雙位直動汽缸固定在機(jī)構(gòu)本體上、雙位直動汽缸輸出軸連接回轉(zhuǎn)汽缸座并進(jìn)而帶動主動齒輪的離合器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多刀直線伺服機(jī)構(gòu)，其特征在于還可在機(jī)構(gòu)本體內(nèi)安裝彈性定位部件、鎖定裝置、測量傳感器、防護(hù)部件1)彈性定位部件包括雙平板簧和支承膜片，它們的一端都與機(jī)構(gòu)本體連接固定，它們的另一端和連接桿固定連接；2)鎖定裝置包括鎖緊汽缸通過汽缸座固定在連接桿上，鎖緊汽缸輸出軸連接驅(qū)動的鎖緊銷插在從動齒輪齒隙中或從齒隙中退回；3)測量傳感器包括兩端分別安裝連接在機(jī)構(gòu)本體和連接座上的位移傳感器；由從動齒輪兩側(cè)深槽和接近開關(guān)構(gòu)成的刀架旋轉(zhuǎn)位置傳感器；安裝在雙位直線汽缸中的磁性開關(guān)構(gòu)成的離合器位置傳感器；安裝在鎖緊汽缸中的磁性開關(guān)構(gòu)成的鎖緊裝置狀態(tài)傳感器；4)防護(hù)部件包括相互連接的方形外殼、前蓋板和密封膜片。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多刀直線伺服機(jī)構(gòu)，其特征在于所述的直線傳動部件其軸線與電機(jī)軸線平行或重合，而工作的車刀則在直線傳動部件的軸線下方。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多刀直線伺服機(jī)構(gòu)，其特征在于所述的可換位刀架的刀盒端面周向均布二把或三把車刀，刀盒用螺釘和定位銷與刀盒座固連。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多刀直線伺服機(jī)構(gòu)，其特征在于所述的刀架換位驅(qū)動機(jī)構(gòu)采用回轉(zhuǎn)汽缸和主動齒輪驅(qū)動刀架的換位，回轉(zhuǎn)汽缸固定在汽缸座上，在汽缸座中裝有兩個(gè)線軸承，使汽缸座可以沿導(dǎo)向桿滑動，而離合器中的雙位直動汽缸則通過其輸出軸拉、推汽缸座，進(jìn)而拉、推主動齒輪與從動齒輪進(jìn)行離、合。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的多刀直線伺服機(jī)構(gòu)，其特征在于所述的彈性定位部件中雙平板簧的固定端與機(jī)構(gòu)本體固連，而其活動端的連接座又作為直線傳動部件的一個(gè)環(huán)節(jié)，分別與電機(jī)軸和連接桿固連。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的多刀直線伺服機(jī)構(gòu)，其特征在于所述的彈性定位部件中支承膜片是用倒三角形或X形薄金屬片制成，金屬片一端固定在機(jī)構(gòu)本體上，另一端固定在連接桿上，其連接處用壓條和螺釘固定。
全文摘要
一種多刀直線伺服機(jī)構(gòu)，為在機(jī)床直線電機(jī)輸出端加裝的一套換刀機(jī)構(gòu)，該換刀機(jī)構(gòu)包括安裝各部件的機(jī)構(gòu)本體、直線電機(jī)軸和車刀之間的直線傳動部件、可換位刀架、刀架換位驅(qū)動機(jī)構(gòu)、刀架換位的離合器、直線傳動部件的彈性定位部件、鎖緊刀架的鎖定裝置、檢測各運(yùn)動部件到位的測量傳感器、防車屑油污的防護(hù)部件。在機(jī)床上利用本發(fā)明機(jī)構(gòu)，一次裝夾完成形狀復(fù)雜的活塞外圓精加工，加工精度高、效率高、操作維修簡單、設(shè)備費(fèi)用低，高度自動化，智能化，技術(shù)性能優(yōu)良。
文檔編號B23P15/10GK1565801SQ03124619
公開日2005年1月19日 申請日期2003年7月4日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月4日
發(fā)明者諶國權(quán), 朱更紅, 劉炳運(yùn) 申請人:湖南一派數(shù)控設(shè)備有限公司