專利名稱：金屬管料切斷全自動數控車床的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種金屬管料切斷全自動數控車床，屬機械加工領域。
背景技術：
目前金屬管料切斷的加工設備及加工工藝， 一般采用鋸床、銑床、普通 車床等通用設備，由人工上下料進行單刀逐件切斷加工，存在著生產效率低、 加工尺寸散差大、原材料利用率低、勞動強度高等問題，成為制約該加工領 域提高勞動生產率，提高產品尺寸精度、提高原材料利用率、減輕操作者勞
動強度的瓶頸。以軸承套圈下料工序為例目前，采用Grl5鋼管材料的切 斷工序基本以儀表車床為主要加工設備，采用單刀逐件切斷加工的生產工
藝；再如機械基礎件、汽車和摩托零部件等行業一凡涉及到金屬管料切斷加 工的工序，也基本上是以通用設備進行單刀逐件切斷加工。因此，現有生產 加工設備及加工工藝，無法滿足目前進行大批量金屬管料切斷加工的企業不 斷提升生產能力和擴大企業發展的需要。 發明內容
本實用新型的目的旨在克服已有技術中存在的不足，提供一種高效率、 高精度、節省原材料和環境優良型的金屬管料切斷全自動數控車床。
本實用新型的技術方案是 一種金屬管料切斷全自動數控車床，包括主 機和附機，特點是主機包括床身，床身上設有主電機、數控系統操作箱、
電器控制箱、主軸箱總成、前刀架總成、后刀架總成、定位刀架總成、接料 機械手、接料盤部分，其中，電器控制箱與數控系統操作箱連接并由其控制 操作，前刀架總成和后刀架總成兩者對稱設在主軸箱總成前端的兩側和床身 連接，定位刀架總成位于主軸箱總成的正前端，由彎板和床身連接，接料機 械手活動設置在主軸箱總成的前方，由機械手支架與床身連接，接料盤部分
位于接料機械手的下方，由接料盤支架與床身連接；附機包括送料機和儲料
機，送料機的前端與主軸箱總成后端的夾緊油缸相對應，儲料機對應送料機
設置；還設有氣動部分和液壓站，氣動部分分別與定位刀架總成、接料機械 手、接料盤部分、送料機及儲料機內的氣缸連接，液壓站分別與主軸箱總成 及定位刀架總成上的油缸連接。
所述主軸箱總成包括主軸箱，主軸箱內設有中空式的主軸，主軸上設有 與主電機連接的主電機皮帶輪，主軸內設拉管，在主軸的后端連接旋轉式中 空夾緊油缸，其中空活塞與拉管連接，在主軸的前端設有彈簧夾具，其彈簧 夾頭與拉管連接，彈簧夾具的前端設有對刀器。
所述前刀架總成和后刀架總成的結構相同，具有下導軌總成，下導軌總 成上設中滑板總成，中滑板總成上設上滑板，上滑板上設導軌，導軌上設有 刀臺，刀臺上設有刀具，前、后刀架總成上的刀具呈對稱設置，在下導軌總 成內設有滾珠絲杠副，滾珠絲杠副由膜片聯軸器連接伺服電機。
所述定位刀架總成具有彎板，彎板上設有上滑板，上滑板下端連接氣缸， 在上滑板上端設有定位油缸，定位油缸上連接定位支撐架，定位支撐架與主 軸前端的彈簧夾具位置相對應，定位刀架總成由彎板與床身連接。
所述接料機械手包括機械手支架，機械手支架上設有底板，底板上設有 上下方向運動的提升氣缸，提升氣缸下端連接有前后方向運動的接料氣缸， 接料氣缸上設有接料桿。 '
所述接料盤部分包括接料盤支架，接料盤支架上設有接料盤托架，接料 盤托架上活動設有接料盤，接料盤下方連接有接料盤氣缸。
所述送料機包括支架，支架上設有托料架，托料架上設有推料桿，推料 桿通過鏈條、鏈輪與送料電機連接，在支架上設有氣缸支架，氣缸支架上設 有滾輪氣缸，滾輪氣缸上設有滾輪，在氣缸支架上還設有斜托料氣缸，斜托 料氣缸的前端設有V型托料塊，托料架的前端正對夾緊油缸的中空腔體。在 支架上還可設有剎車氣缸，剎車氣缸的上端設有剎車盤，剎車盤由鏈條連接。
所述儲料機包括儲料架，儲料架上設有固定的擋板，在擋板的下方設有 頂料桿，頂料桿上連接有頂料桿氣缸，儲料架布置在托料架側面相應位置。
與已有技術相比，本實用新型能夠通過數控系統操作箱、電器控制箱精
確控制主軸轉速及控制前后刀架的進給速度，并利用排刀方式實現對金屬管
料的組合對切加工；采用液壓系統驅動定位油缸、夾緊油缸、彈簧夾具實現 對加工件的軸向定位、自動夾緊、自動松開；采用氣動系統、機械鏈輪系統 驅動附機上的送料裝置及主機上的接料裝置，實現對加工件的自動送料和自 動接料。全部加工工序采用數控系統進行程序控制，從而實現對金屬管料的 自動送料、軸向定位、自動夾緊、自動切削、自動下料等整個加工過程的全 自動循環。因此，該機床具有自動化程度高、生產效率高、切削剛性強、加 工尺寸穩定、原材料利用率高、操作簡單方便、勞動強度低、生產環境清潔 衛生等特點。在機械基礎件加工行業、汽車和摩托車零部件加工行業、內燃 機零部件加工行業以及農業機械零部件加工行業的金屬管料切斷的車削加 工中具有廣闊的市場推廣前景。
以下結合附圖對本實用新型做詳細地解釋說明。
圖1:本實用新型的結構示意圖2:本實用新型主機部分的結構示意圖3:圖2的A向視圖4:本實用新型主軸箱總成的結構示意圖； 圖5:本實用新型刀架總成的結構示意圖； 圖5.1:圖5的側視圖； 圖5.2:圖5的俯視圖6:本實用新型定位刀架總成的結構示意圖； 圖6.1:圖6的側視圖； 圖6.2:圖6的俯視圖7:本實用新型接料機械手的結構示意圖； 圖7.1:圖7的側視圖8:本實用新型接料盤部分的結構示意圖； 圖9:本實用新型送料機的結構示意圖10:本實用新型儲料機的結構示意圖； 圖10.1:圖10的側視圖ll:本實用新型電器控制箱的結構示意圖。 附圖圖面說明
圖1至圖3: l主軸箱總成，2前刀架總成，3后刀架總成，4定位刀架 總成，5主電機，6床身，7接料機械手，8接料盤部分，9液壓站，11氣動 部分，13數控系統操作箱，14電器控制箱，16排屑機，17料倉，18送料機， 19儲料機；
圖4: 4-l彈簧夾具，4-2主軸箱，4-3定位軸承，4-4甩油盤，4-5主軸，
4- 6定心軸承，4-7主電機皮帶輪，4-8拉管，4-9夾緊油缸，4-10對刀器；
圖5至圖5,2: 5-l下導軌總成，5-2中滑板總成，5-3上滑板，5-4導軌，
5- 5微調裝置，5-7膜片聯軸器，5-8滾珠絲杠副，5-9刀臺，5-10刀具，5-12 伺服電機；
圖6至圖6.2: 6-1彎板，6-2氣缸，6-3定位支撐架，6-4上滑板，6-5 定位油缸；
圖7至圖7.1: 7-1底板，7-2導向桿，7-3緩沖器，7-4提升氣缸，7-5 接料氣缸，7-6接料桿，7-7機械手支架；
圖8: 8-l接料盤托架，8-2接料盤，8-3接料盤氣缸，8-4接料盤支架；
圖9: 9-1支架，9-2滾輪氣缸，9-3滾輪，9-4送料電機，9-5鏈輪，9-6 鏈條，9-7托料架，9-8推料桿，9-9斜托料氣缸，9-10V型托料塊，9-11剎 車氣缸，9-12剎車盤，9-13氣缸支架；
圖10至圖10.1: 10-1儲料架，10-2頂料桿氣缸，10-3頂料桿，10-4擋
板；
圖11: ll-l數控系統操作箱，11-2CNC系統操作箱，11-3數控系統操 作面板，11-4電器控制箱，11-5電源開關，11-6配電盤，11-7 X向伺服驅 動器，11-8 Z向伺服驅動器，11-9變頻調速器，11-10接線端子，11-11中 間繼電器，11-12熱繼電器，11-13分離繞組變壓器，11-14交流接觸器，11-15
驅動電源變壓器。
具體實施方式
參見圖1至圖11，本實用新型由主機和附機兩大部分組成，主機包括床
身6，床身6為一箱體鑄件結構，是主機部分的基礎基座。在床身6上安裝 主電機5、數控系統操作箱13及電器控制箱14，電器控制箱14與數控系統 操作箱13通過導線連接。
在床身6的上方安裝主軸箱總成1,包括一個主軸箱4-2，主軸箱4-2 內設有主軸4-5，主軸4-5為中空式前端定位結構，主軸4-5上設有定位軸承 4-3、定心軸承4-6，定位軸承4-3為圓錐滾子軸承，定心軸承4-6為雙列圓 柱滾子軸承，并配備獨立油潤滑裝置甩油盤4-4，從而有效解決了主軸箱溫 升后造成的主軸熱延伸及主軸軸承潤滑清潔等問題，因此能夠確保加工件尺 寸的精度要求，延長軸承的使用壽命，主軸4-5還具有足夠的切削剛性，并 能夠滿足原材料從主軸后端的通過。在主軸4-5上固定安裝主電機皮帶輪
4- 7，通過皮帶與主電機5連接。主軸4-5內設置拉管4-8，主軸4-5的后端 固定安裝夾緊油缸4-9，夾緊油缸4-9為中空式旋轉油缸，其中空活塞與拉 管4-8連接，在主軸4-5的前端設有彈簧夾具4-1，彈簧夾具4-1為單錐前推 式結構，能夠保證對加工件夾持時的精度要求，其彈簧夾頭與拉管4-8連接， 夾持塊為鑲瓣式結構，以方便對不同直徑的加工件進行簡便、快速地更換， 主軸4-5的前端還設有對刀器4-10，能夠保證若干把刀具同時裝夾位置的精 確無誤，從而節省了更換不同直徑金屬管料加工過程中的輔助工作時間，有 效地提高工作效率。
在主軸箱總成1前端床身6的工作面上安裝前、后兩個橫向對稱布置的 前刀架總成2和后刀架總成3，兩者的結構相同，具有下導軌總成5-l，下 導軌總成5-1上設中滑板總成5-2，中滑板總成5-2上設上滑板5-3，上滑板
5- 3上設導軌5-4，導軌5-4上安裝刀臺5-9。刀臺5-9上安裝的刀具5-10為 排刀式結構，可同時裝夾若干把刀具對加工件進行組合切斷加工，前、后刀 架總成上的刀具5-10為對稱設置安裝。在上滑板5-3上還設置一個微調裝置
5-5，以便于操作者的對刀并能夠保證每個加工件工藝尺寸的精度要求。在 下導軌總成5-l內設有滾珠絲杠副5-8，滾珠絲杠副5-8上由膜片聯軸器5-7 連接有伺服電機5-12。
定位刀架總成4位于主軸箱總成1的正前端，它具有彎板6-l，通過彎 板6-1安裝在床身6上。彎板6-1上設有上滑板6-4，上滑板6-4下端連接氣 缸6-2，在上滑板6-4上端設有定位油缸6-5，定位油缸6-5上連接定位支撐 架6-3，定位支撐架6-3與主軸4-5前端的彈簧夾具4-1位置相對應。
在床身6上還安裝有接料機械手7和接料盤部分8。接料機械手7通過 接料機械手支架7-7安裝在床身6上，機械手支架7-7上設有底板7-1，底板
7- 1上設有提升氣缸7-4，提升氣缸7-4由雙邊導向桿7-2導向作上下方向運 動，在底板7-l的上下部位還設有緩沖器7-3，用以克服提升氣缸7-4工作時 的沖擊力；提升氣缸7-4下端連接有前后方向運動的接料氣缸7-5，接料氣 缸7-5上設有接料桿7-6，接料桿7-6工作時位于主軸箱總成1上的彈簧夾具 4-1前方。接料盤部分8位于接料機械手7的左下方，通過接料盤支架8-4 連接安裝在床身6上，接料盤支架8-4上設有接料盤托架8-1，接料盤托架
8- 1上活動安裝接料盤8-2，接料盤8-2下部安裝有接料盤氣缸8-3。 附機包括送料機18和儲料機19。送料機18具有支架9-1，支架9-l上設有 托料架9-7，托料架9-7上活動安裝推料桿9-8，推料桿9-8通過鏈條9-6、 鏈輪9-5與送料電機9-4連接。在支架9-1上位于托料架9-7的下方設置氣 缸支架9-13，氣缸支架9-13上設有4個滾輪氣缸9-2，滾輪氣缸9-2上安裝 滾輪9-3。在氣缸支架9-13上還設置斜托料氣缸9-9，斜托料氣缸9-9的前 端設有V型托料塊9-10;在支架9-1上還可設置剎車氣缸9-11，剎車氣缸
9- 11上端設置剎車盤9-12，剎車盤9-12由鏈條9-6連接；托料架9-7的前端 位置正對夾緊油缸4-9的中空腔體。儲料機19包括儲料架10-1，儲料架10-1 上設有固定擋板10-4，在擋板10-4的下方設置頂料桿10-3，頂料桿10-3上 連接有頂料桿氣缸10-2。工作時，儲料架10-1 (擋板10-4的下方位置)與 托料架9-7相靠接。
本實用新型還設有氣動部分11和液壓站9。氣動部分11可使用空氣壓 縮機，空壓機分別與上述定位刀架總成4、接料機械手7、接料盤部分8、送 料機18及儲料機19中的氣缸連接，液壓站9通過電磁閥分別與主軸箱總成 1中的夾緊油缸4-9、彈簧夾具4-1及定位刀架總成4內的定位油缸6-5連接。
電器控制箱14內設有數控系統操作箱11-1， CNC數控系統11-2，數控 系統操作面板11-3,電器控制箱ll-4，電源開關11-5、配電盤11-6、 X向伺 服驅動器11-7、 Z向伺服驅動器11-8、變頻調速器11-9、接線端子11-10、 中間繼電器U-U、熱繼電器U-12、分離繞組變壓器11-13、交流接觸器11-14、 驅動電源變壓器11-15等，全部電器系統都由數控系統控制操作。
下面簡述一下工作過程
全部動作可使用CNC數控系統(內制可編程序控制器PLC)進行程控。 啟動電源開關11-5,由數控系統操作箱13內的CNC數控系統ll-2(內 制可編程序控制器PLC)輸入的各項參數，指令電器、機械、液壓、氣動等 各功能部分進入自動工作狀態。
儲料機19上的頂料桿氣缸10-2推動頂料桿10-3，將儲料架10-1上儲存 的金屬管料按順序推過擋板10-4，自動滑落至送料機18的托料架9-7上。 滾輪氣缸9-2推動滾輪9-3升起托住金屬管料，由送料電機9-4帶動鏈條9-6、 鏈輪9-5驅動推料桿9-8，將金屬管料從夾緊油缸4-9的后端經過主軸4-5、 (拉管4-8)、彈簧夾具4-1推進至定位刀架總成4的定位支撐架6-3部位。 此時定位刀架總成上的氣缸6-2已驅動上滑板6-4上升，液壓站9驅動定位 油缸6-5由定位支撐架6-3對金屬管料進行限位和輔助頂緊。液壓站同時驅 動夾緊油缸4-9推動拉管4-8帶動彈簧夾具4-1對金屬管料進行夾緊。此時， 托料架9-7上的送料電機9-4停轉，鏈條9-6、鏈輪9-5停止傳動，并由剎車 氣缸9-11推動剎車盤9-12進行輔助剎車，推料桿9-8暫停推料。主電機5 驅動主軸4-5工作，伺服電機5-12帶動滾珠絲杠副5-8驅動前、后刀架總成 同時進行快速進給和工作進給，由刀臺5-9上的排刀對鋼管進行組合切削。 此時，定位刀架總成4上的定位油缸6-5帶動定位支撐架6-3退回，氣缸6-2
驅動上滑板6-4退回原點(下降)，同時接料機械手7上的提升氣缸7-4下降、 接料氣缸7-5推動接料桿7-6穿過彈簧夾具4-1前端的金屬管料加工件進行 接料。切削完畢時，接料氣缸7-5退回原點，提升氣缸7-4上升回原點，此 時接料盤氣缸8-3推動接料盤8-2對接料桿7-6上已切斷的零件進行接料， 接料后接料盤氣缸8-3推動接料盤8-2退回原點。接料盤部分8的下方可預 先放置料倉17,儲存加工后的零件。
主軸4-5停轉，夾緊油缸4-9拉動彈簧夾具4-1松開，推料桿9-8繼續 進行推料工作，下一加工循環開始。 一根鋼管全部加工完畢后，推料桿9-8 退回原點，再由儲料機19自動送料，進行下一根鋼管的循環加工。
主軸由數控系統通過變頻調速器控制的變頻主電機帶動工作，通過對主 軸轉速無級變速和對刀架進給速度無級調節的控制，可實現對加工件切削時 的恒線速，從而能夠保證加工件表面粗糙度及垂直度的加工精度要求。
另外，機床可配置有排屑機16，能夠實現切削液的自動循環及自動排屑； 還可以配置專用磨刀機，以方便操作者對專用切斷刀片進行刃磨。
經實驗，使用本實用新型切斷管料，加工工件直徑^18咖一eilOiM， 工件高度6Mi—50mm,最大加工件長度可達6m，刀具的切削間隙可控制在 1.2咖一1.4mm范圍內，各項性能指標均能夠滿足加工工藝的要求，且加工件 的表面粗糙度、圓度、垂直度等技術參數均有較大提高， 一次裝夾可同時自 動切斷6—12件加工零件，提高了生產效率，具有良好的市場推廣優勢。
權利要求1、一種金屬管料切斷全自動數控車床，包括主機和附機，其特征是主機包括床身(6)，床身(6)上設有主電機(5)、數控系統操作箱(13)、電器控制箱(14)、主軸箱總成(1)、前刀架總成(2)、后刀架總成(3)、定位刀架總成(4)、接料機械手(7)、接料盤部分(8)，其中，電器控制箱(14)與數控系統操作箱(13)連接并由其控制操作，前刀架總成(2)和后刀架總成(3)兩者對稱設在主軸箱總成(1)前端的兩側和床身(6)連接，定位刀架總成(4)位于主軸箱總成(1)的正前端，由彎板(6-1)和床身(6)連接，接料機械手(7)活動設置在主軸箱總成(1)的前方，由機械手支架(7-7)與床身(6)連接，接料盤部分(8)位于接料機械手(7)的下方，由接料盤支架(8-4)與床身(6)連接，附機包括送料機(18)和儲料機(19)，送料機(18)的前端與主軸箱總成(1)后端的夾緊油缸(4-9)相對應，儲料機(19)對應送料機(18)設置，還設有氣動部分(11)和液壓站(9)，氣動部分(11)分別與定位刀架總成(4)、接料機械手(7)、接料盤部分(8)、送料機(18)及儲料機(19)內的氣缸連接，液壓站(9)分別與主軸箱總成(1)及定位刀架總成(4)上的油缸連接。
2、 根據權利要求1所述的金屬管料切斷全自動數控車床，其特征是， 所述主軸箱總成(1)包括主軸箱(4-2)，主軸箱(4-2)內設有中空式的主 軸(4-5)，主軸(4-5)上設有與主電機(5)連接的主電機皮帶輪(4-7)， 主軸(4-5)內設拉管(4-8)，在主軸(4-5)的后端連接旋轉式中空夾緊油 缸(4-9)，其中空活塞與拉管(4-8)連接，在主軸(4-5)的前端設有彈簧 夾具(4-1)，其彈簧夾頭與拉管(4-8)連接，彈簧夾具(4-1)的前端設有 對刀器(4-10)。
3、 根據權利要求l所述的金屬管料切斷全自動數控車床，其特征是， 所述前刀架總成(2)和后刀架總成(3)的結構相同，具有下導軌總成(5-1)， 下導軌總成(5-1)上設中滑板總成(5-2)，中滑板總成(5-2)上設上滑板 (5-3)，上滑板(5-3)上設導軌(5-4)，導軌(5-4)上設有刀臺(5-9)，刀 臺(5-9)上設有刀具(5-10)，前、后刀架總成上的刀具(5-10)呈對稱設 置，在下導軌總成(5-1)內設有滾珠絲杠副(5-8)，滾珠絲杠副(5-8)由 膜片聯軸器(5-7)連接伺服電機(5-12)。
4、 根據權利要求1所述的金屬管料切斷全自動數控車床，其特征是， 所述定位刀架總成(4)具有彎板(6-1)，彎板(6-1)上設有上滑板(6-4)， 上滑板(6-4)下端連接氣缸(6-2)，在上滑板(6-4)上端設有定位油缸(6-5)， 定位油缸(6-5)上連接定位支撐架(6-3)，定位支撐架(6-3)與主軸(4-5) 前端的彈簧夾具(4-1)位置相對應，定位刀架總成(4)由彎板(6-1)與床 身(6)連接。
5、 根據權利要求1所述的金屬管料切斷全自動數控車床，其特征是， 所述接料機械手(7)包括機械手支架(7-7)，機械手支架(7-7)上設有底 板(7-1 )，底板(7-1)上設有上下方向運動的提升氣缸(7-4)，提升氣缸(7-4) 下端連接有前后方向運動的接料氣缸(7-5)，接料氣缸(7-5)上設有接料桿(7畫6)。
6、 根據權利要求1所述的金屬管料切斷全自動數控車床，其特征是， 所述接料盤部分(8)包括接料盤支架(8-4)，接料盤支架(8-4)上設有接 料盤托架(8-1)，接料盤托架(8-1)上活動設有接料盤(8-2)，接料盤(8-2) 下方連接有接料盤氣缸(8-3)。
7、 根據權利要求1所述的金屬管料切斷全自動數控車床，其特征是， 所述送料機(18)包括支架(9-1)，支架(9-1)上設有托料架(9-7)，托料 架(9-7)上設有推料桿(9-8),推料桿(9-8)通過鏈條(9-6)、鏈輪(9-5) 與送料電機(9-4)連接，在支架(9-1)上設有氣缸支架(9-13)，氣缸支架(9-13)上設有滾輪氣缸(9-2)，滾輪氣缸(9-2)上設有滾輪(9-3)，在氣 缸支架(9-13)上還設有斜托料氣缸(9-9)，斜托料氣缸(9-9)的前端設有 V型托料塊(9-10),托料架(9-7)的前端正對夾緊油缸(4-9)的中空腔體。
8、 根據權利要求7所述的金屬管料切斷全自動數控車床，其特征是， 在支架(9-1)上設有剎車氣缸(9-11)，剎車氣缸(9-11)的上端設有剎車 盤(9-12)，剎車盤(9-12)由鏈條(9-6)連接。
9、 根據權利要求1所述的金屬管料切斷全自動數控車床，其特征是， 所述儲料機(19)包括儲料架(10-1 )，儲料架(10-1 )上設有固定的擋板(10-4)， 在擋板(10-4)的下方設有頂料桿(10-3)，頂料桿(10-3)上連接有頂料桿 氣缸(10-2)，儲料架(10-1)布置在托料架(9-7)側面相應位置。
專利摘要本實用新型提供了一種金屬管料切斷全自動數控車床，包括主機和附機，特點是主機的床身上設有主電機、數控系統操作箱、電器控制箱、主軸箱總成、前后刀架總成、定位刀架總成、接料機械手、接料盤部分等，電器控制箱與數控系統操作箱連接并由其控制操作，前、后刀架總成對稱設在主軸箱總成前端兩側，定位刀架總成位于主軸箱總成正前端，接料機械手設置在主軸箱總成前方，接料盤部分位于接料機械手下方，附機包括送料機和儲料機，送料機前端與主軸箱總成后端相對應，儲料機對應送料機設置，本車床實現了對金屬管料切斷加工過程的全自動控制，具有自動化程度高、生產效率高、切削剛性強、加工尺寸穩定、原材料利用率高、操作簡單方便等優點。
文檔編號B23B15/00GK201205599SQ20082002240
公開日2009年3月11日 申請日期2008年5月9日 優先權日2008年5月9日
發明者孫志杰 申請人:孫志杰