[发明专利]数控凸轮轴铣床

说明书

本发明涉及一种专用于加工发动机凸轮轴的机床。

现有技术中，对发动机凸轮轴凸轮廓形的粗加工方法大致有两种：一种是采用凸轮轴仿形车床车削加工，这种设备结构复杂、效率低、能耗高、体积大、精度差，而且需经常更换靠模，调整费工费时，工艺后。另一种是采用数控磨床进行强力磨削，这种加工方法对工件的毛坯尺寸精度要求高，且设备价格昂贵，增加生产成本。

本发明的目的是提供一种依靠机床通用型数控系统进行数控控制，不需靠模，且结构简单、体积小、效率高，能进行各种类型和形状的凸轮轴凸轮廓形的粗加工或半精加工的数控凸轮轴铣床。

本发明在车床的基础上，以车床床身为基础件，仍保留床头箱、尾架、拖板等三大部件，由三台步进电机分别驱动主轴、拖板和刀架。凸轮廓形的成形运动由主轴(Z轴)与刀架(X轴)联动产生。轴上各个凸轮加工由大拖板(Y轴)纵向运动完成。由于凸轮轴的凸轮廓形是一条不规则的曲线，各种不同类型的发动机的凸轮廓形均有不同的轨迹，而通用数控系统中无法实现其轨迹数字化连续控制。若开发出专用数控系统，却有其很大的局限制：由于各种凸轮形状的差别，专用数控系统只对所设计的某一种凸轮轴有效，一台设备仅仅固定加工一种凸轮轴零件，显然实用价值不大。本发明采用通用型数控系统的断续直线拆补控制法，根据凸轮升程轨迹，将其分成若干段曲线，每段曲线用阿基米德螺旋线近似代替，将这若干段螺旋线连接起来，就形成一条近似的凸轮理论升程曲线。

针对曲轮轴零件细而长、刚形差、切削易产生颤振的特点，而本发明采用的端铣几乎是在断续切削下工作，传动链的间隙会直接影响切削的颤振，因此本发明床头箱传动链是由一对间隙可调的蜗轮副组成。为避开步进电机的颤振区，机床传动系统采取了降速传动，在Z轴与X轴的传动链中增设了减速机构。主轴、刀架、大拖板的传动比分别为iz＝1/40，ix＝2/15，iy＝3/5。为提高凸轮轴的加工刚性，在被加工凸轮轴的中部位置增设了工件液压辅助支撑装置。该装置采用两对或两对以上液压恒力可调支撑结构，各支撑油缸活塞面积相同，油路相通，各活塞所受压力相等，因此每个支撑点的力是均等且可调。

本发明自动化程度高，不需靠模，调整方便，通用性强，与现有凸轮轴仿形车床比较，具有体积小、重量轻、耗能低、效率高、精度好、结构简单、性能可靠等优点。其技术经济指标比较如下：

图1是本发明结构示意图；

图2是图1的A-A剖视图；

图3是本发明床头箱蜗轮副结构示意图；

图4是本发明工件装夹及辅助支承液压油路示意图。

本发明由数控装置14、床身1、床脚2、床头箱3、大拖板6、中拖板5等构成。铣头4固定在中拖板5上，由一台步进电机驱动作横向(X轴)运动。中拖板5装在大拖板6上，大拖板6由另一台步进电机驱动作纵向(Y轴)运动，铣刀由交流电机驱动绕自身轴线作旋转运动。床头箱传动链由一对蜗轮副10、11构成，当蜗轮副稍有间隙时，只须调整支承套12的偏心即可。主轴由第三台步进电机驱动作旋转运动。大拖板6采用斜置结构，这样即可提高其刚性，又便于排屑，并在纵向增大导向长度。导轨面经贴塑处理，使运动更趋平稳。中拖板在宽度、长度上比一般车床大得多，从而增加了切削稳定性。铣头主轴直接由三角皮带传动，以减小振动和噪音。铣刀用莫氏4号锥柄直接装在铣头主轴的锥孔内，并由拉竿拉牢。为减少凸轮轴9在加工时的弯曲变形，在被加工凸轮轴的中部位置设有多对液压恒力可调支撑8。并通过液压系统中的压力继电器，使各支承力调到凸轮轴受力后仅有微量变形为止。工件凸轮轴的装夹是采用液压自动夹紧和松开的。当需夹紧工件时，液压换向电磁阀DT₁得电，主轴夹头13、尾架7的顶尖分别将工件9锁紧和顶紧。当液压升高后，压力继电器YJ₁使DT₁失电，DT₃得电，辅助支撑8动作并将工件支紧。其支承力大小可由YJ₂调节。压力长后，压力继电器YJ₂使DT₃失电，此时，工件夹紧支承完毕。当需松开工件时，液压换向电磁阀DT₂、DT₄同时得电，主轴夹头、尾架顶尖，辅助支撑同时松开，而压力继电器YJ₃的液压不断升高，当液压升到一定值时，YJ₃使DT₂、DT₄失电，工件松开程序完毕。