一种用于传统重型低速镗铣床的增速装置及使用方法与流程

1.本发明涉及一种用于传统重型低速镗铣床的增速装置及使用方法，属于机械制造中的切削加工领域。


背景技术：

2.在机械加工领域，传统重型低速镗铣床具有低转速大扭矩的特征，主要侧重于重型切削。如今对于大件产品中的小尺寸加工要素，应用小直径硬质合金刀具加工，显得尤其困难，甚至难以达到要求，迫切需要对主轴增速。在高速切削应用越来越多的当下，虽然市场上与低速镗铣设备配套的主轴增速器不少，但无论是齿轮式主轴增速器，还是气动刀柄，都存在扭矩低、夹持刀具直径小（1～13mm）、采购成本高的特点，市场上价格昂贵的主轴增速器，对于非频繁应用小径刀具加工的传统重型镗铣床，投入产出率较大，经济效果不显著；然而结构简单、体积小、重量轻、转速高的主轴电机比较适合应用于小直径刀具加工，目前已经形成标准化生产。


技术实现要素：

3.针对上述问题，本发明的目的提供一种用于传统重型低速镗铣床的增速装置及使用方法，解决了传统重型低速镗铣床应用小直径硬质合金刀具加工时，不能充分发挥刀具性能、加工效率低的难题，有效提高加工效率，稳定加工质量，且投入产出率小，经济效果好。
4.为了实现上述的技术特征，本发明的目的是这样实现的：一种用于传统重型低速镗铣床的增速装置，它包括高速电主轴，所述高速电主轴的输出轴安装有用于装夹刀具的刀具夹头，所述高速电主轴固定安装在主轴固定座的内部，所述主轴固定座的尾部通过法兰螺栓与铣刀柄相连，所述铣刀柄与镗铣床的主轴配合相连。
5.所述高速电主轴的功率至少为5.5kw，高速电主轴的最高主轴转数24000r/min。
6.所述主轴固定座包括对称组合连接的第一半弧形套和第二半弧形套，所述第一半弧形套和第二半弧形套的配合面加工有剖分面，在第一半弧形套和第二半弧形套的配合面加工有安装连接螺栓的螺栓配合孔，所述第一半弧形套和第二半弧形套的端头设置有法兰板，所述法兰板上呈圆周均匀加工有法兰孔。
7.所述第一半弧形套和第二半弧形套上并靠近法兰板所在端加工有过线孔。
8.所述过线孔用于穿过连接高速电主轴的电源线和用于对刀具进行冷却的冷却水管。
9.所述法兰板通过法兰螺栓与铣刀柄固定相连。
10.所述螺栓配合孔包括加工在第一半弧形套上的切向螺栓孔和加工在第二半弧形套上的切向通孔或者是加工在第一半弧形套上的切向通孔和加工在第二半弧形套上的切向螺栓孔，所述切向螺栓孔和切向通孔与连接螺栓相配合，并实现第一半弧形套和第二半弧形套的组合连接。
11.所述法兰板的外端面并沿着剖分面方向加工有键槽，键槽与铣刀柄配合端面的键槽之间通过平键配合。
12.所述刀具夹头采用er夹头，用于夹持φ1mm～φ20mm直径的刀具。
13.一种用于传统重型低速镗铣床的增速装置的使用方法，包括以下步骤：步骤1，选择高速电主轴：根据所需要安装的刀具尺寸，所需要加工的材料，根据铣削功率公式：pc=kc
×
ap
×
ae
×
vf /(60
×
1000
×
1000)计算所需要高速电主轴的使用功率，再根据使用功率不超过总功率的50%计算，所需要高速电主轴的总功率，最终选择相应参数的高速电主轴；其中，pc为铣削功率，单位为kw；kc为特定切削力，单位n/mm2；vf为切削速速，单位为mm/min；ap为切深，单位为mm；ae为切宽，单位为mm；步骤2，主轴固定座的设计：根据步骤一中所选定的高速电主轴的基本尺寸参数，设计相应的主轴固定座，并使得主轴固定座能够将高速电主轴夹紧固定，同时保证主轴固定座能够与镗铣床的铣刀柄固定相连；步骤3，组装增速装置：将高速电主轴、主轴固定座与铣刀柄固定相连，构成镗铣床的主轴增速装置，具体包括以下步骤：步骤3.1，在高速电主轴尾部接上对应的电源与冷却水管线，将整个高速电主轴插入到主轴固定座内腔，并将主轴固定座进行夹紧固定；步骤3.2，采用法兰螺栓将主轴固定座与铣刀柄固定相连，进而构成增速装置的主要连接部件；步骤3.3，在铣刀柄尾部装上拉钉，配备好具有快换接口连接的对应变频器、冷却水泵，形成完整的主轴增速装置；步骤4，安装主轴增速装置到镗铣床，并应用高速电主轴实现小径刀具高速加工：步骤4.1，将主轴增速装置安装至镗铣床主轴锥孔；步骤4.2，将刀具安装在刀具夹头上；步骤4.3，操作高速电主轴的控制器，带动刀具旋转、加减速与停止；步骤4.4，操作机床的坐标轴实现快移、进给、退刀，完成相应加工。
14.本发明有如下有益效果：1、本发明结构简单，安装方便。仅通过主轴固定座与通用刀具尾柄即可将带有刀具夹持单元的主轴电机与低速镗铣床主轴相连接，实现快速、便捷安装。
15.2、本发明高速电主轴的主轴速度高、功率适当、可夹持刀具范围广。根据所选主轴电机，主轴速度最高可达24000r/min，是原低速镗铣床主轴速度的数十倍，er夹头可夹持φ1mm～φ20mm直径的刀具，适用于此直径范围硬质合金刀具高速加工。
16.3、本发明加工效率高，表面质量好。相较于传统低速镗铣床，应用小直径刀具加工时，随着切削速度的提高，刀具的性能优势得以发挥，其效率提高达1.5倍以上；加工表面质量从ra3.2提高到ra1.6。
17.4、本发明投入产出率小，经济效益显著。本增速装置生产方便，制造成本低，价格约市场上同类增速装置的20%；其成功用于我公司的x产品中分面密封槽、y产品中分面密封
槽加工，顺利高效完成产品生产，具有很好的经济效益。
附图说明
18.下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
19.图1为本发明整体结构图。
20.图2为本发明主轴固定座主视图。
21.图3为本发明图2中a-a视图。
22.图4为本发明图2中b-b视图。
23.图5为本发明图2中c-c视图。
24.图6为本发明图3中d局部放大图。
25.图7为本发明法兰螺栓结构图。
26.图8为本发明连接螺栓结构图。
27.图9为本发明所加工的x产品中分面密封槽工序图。
28.图10为本发明所加工的y产品中分面密封槽工序图。
29.图中：高速电主轴1、主轴固定座2、铣刀柄3、法兰螺栓4、刀具夹头5、连接螺栓6；第一半弧形套201、第二半弧形套202、剖分面203、过线孔204、键槽205、法兰板206、螺栓配合孔207、法兰孔208、切向通孔209、切向螺栓孔210。
具体实施方式
30.下面结合附图对本发明的实施方式做进一步的说明。
31.实施例1：参见图1-10，一种用于传统重型低速镗铣床的增速装置，它包括高速电主轴1，所述高速电主轴1的输出轴安装有用于装夹刀具的刀具夹头5，所述高速电主轴1固定安装在主轴固定座2的内部，所述主轴固定座2的尾部通过法兰螺栓4与铣刀柄3相连，所述铣刀柄3与镗铣床的主轴配合相连。通过采用本发明的增速装置解决了传统重型低速镗铣床应用小直径硬质合金刀具加工时，不能充分发挥刀具性能、加工效率低的难题，有效提高加工效率，稳定加工质量，且投入产出率小，经济效果好。具体工作过程中，通过镗铣床带动铣刀柄3，通过铣刀柄3驱动主轴固定座2，通过主轴固定座2驱动高速电主轴1，通过高速电主轴1带动刀具夹头5，通过刀具夹头5驱动刀具进行镗铣加工。
32.进一步的，所述高速电主轴1的功率至少为5.5kw，高速电主轴1的最高主轴转数24000r/min。通过采用上述的功率和主轴转数能够实现对大型工件的高速加工。
33.进一步的，所述主轴固定座2包括对称组合连接的第一半弧形套201和第二半弧形套202，所述第一半弧形套201和第二半弧形套202的配合面加工有剖分面203，在第一半弧形套201和第二半弧形套202的配合面加工有安装连接螺栓6的螺栓配合孔207，所述第一半弧形套201和第二半弧形套202的端头设置有法兰板206，所述法兰板206上呈圆周均匀加工有法兰孔208。通过上述的主轴固定座2能够对高速电主轴1进行可靠的装夹固定，进而实现高速电主轴1与现有的重型低速镗铣床可靠连接。具体安装过程中，通过将第一半弧形套201和第二半弧形套202进行组合，再将高速电主轴1固定在第一半弧形套201和第二半弧形套202之间，进而实现高速电主轴1的装夹固定。
34.进一步的，所述第一半弧形套201和第二半弧形套202上并靠近法兰板206所在端加工有过线孔204。通过上述的过线孔204便于将高速电主轴1连接电源线，进而对高速电主轴1进行供电，进而提供电能。
35.进一步的，所述过线孔204用于穿过连接高速电主轴1的电源线和用于对刀具进行冷却的冷却水管。
36.进一步的，所述法兰板206通过法兰螺栓4与铣刀柄3固定相连。通过上述的法兰连接保证了与铣刀柄3连接的可靠性。
37.进一步的，所述螺栓配合孔207包括加工在第一半弧形套201上的切向螺栓孔210和加工在第二半弧形套202上的切向通孔209或者是加工在第一半弧形套201上的切向通孔209和加工在第二半弧形套202上的切向螺栓孔210，所述切向螺栓孔210和切向通孔209与连接螺栓6相配合，并实现第一半弧形套201和第二半弧形套202的组合连接。通过上述的螺栓配合孔207能够实现第一半弧形套201和第二半弧形套202的可靠组合连接。
38.进一步的，所述法兰板206的外端面并沿着剖分面203方向加工有键槽205，键槽205与铣刀柄3配合端面的键槽之间通过平键配合。通过上述的平键配合，能够实现扭矩的可靠传递。
39.进一步的，所述刀具夹头5采用er夹头，用于夹持φ1mm～φ20mm直径的刀具。通过上述的er夹头增强了其适应性，进而适应不同尺寸刀具的装夹和固定。
40.实施例2：市场上的高速电主轴1作为一个单独的个体，带有刀具夹持单元，通过驱动电源可以直接驱动主轴进行高速旋转运动，根据主轴电机的结构及性能特征，设计、制作将主轴电机简单、便捷连接至数控镗铣床主轴的主轴固定座2，就可以实现高速电主轴1的连接。
41.实施例3：以根据当前设备加工情况，主要解决φ20及以下刀具应用问题，以φ20的方肩铣刀加工sc450材料为例：根据铣削功率公式pc=kc
×
ap
×
ae
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vf /(60
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1000
×
1000)，kc=2710，ap=1mm，ae=20mm，vf=3000mm/min；求得功率2.71kw，若以长期使用功率不超过总功率的50%计算，所需要的电机总功率约为5.42kw。因此选择功率至少为5.5kw、最高主轴转数24000r/min的主轴电机。
42.实施例4：一种用于传统重型低速镗铣床的增速装置的使用方法，包括以下步骤：步骤1，选择高速电主轴1：根据所需要安装的刀具尺寸，所需要加工的材料，根据铣削功率公式：pc=kc
×
ap
×
ae
×
vf /(60
×
1000
×
1000)计算所需要高速电主轴1的使用功率，再根据使用功率不超过总功率的50%计算，所需要高速电主轴1的总功率，最终选择相应参数的高速电主轴1；其中，pc为铣削功率，单位为kw；kc为特定切削力，单位n/mm2；vf为切削速速，单位为mm/min；ap为切深，单位为mm；ae为切宽，单位为mm；本实施例中，高速主轴参数为7.5kw，24000r/min；步骤2，主轴固定座2的设计：根据步骤一中所选定的高速电主轴1的基本尺寸参数，设计相应的主轴固定座2，并使得主轴固定座2能够将高速电主轴1夹紧固定，同时保证主轴固定座2能够与镗铣床的
铣刀柄3固定相连；步骤3，组装增速装置：将高速电主轴1、主轴固定座2与铣刀柄3固定相连，构成镗铣床的主轴增速装置，具体包括以下步骤：步骤3.1，在高速电主轴1尾部接上对应的电源与冷却水管线，将整个高速电主轴1插入到主轴固定座2内腔，并将主轴固定座2进行夹紧固定；步骤3.2，采用法兰螺栓4将主轴固定座2与铣刀柄3固定相连，进而构成增速装置的主要连接部件；步骤3.3，在铣刀柄3尾部装上拉钉，配备好具有快换接口连接的对应变频器、冷却水泵，形成完整的主轴增速装置；步骤4，安装主轴增速装置到镗铣床，并应用高速电主轴1实现小径刀具高速加工：步骤4.1，将主轴增速装置安装至镗铣床主轴锥孔；步骤4.2，将刀具安装在刀具夹头5上；步骤4.3，操作高速电主轴1的控制器，带动刀具旋转、加减速与停止；步骤4.4，操作机床的坐标轴实现快移、进给、退刀，完成相应加工。

技术特征：
1.一种用于传统重型低速镗铣床的增速装置，其特征在于，它包括高速电主轴（1），所述高速电主轴（1）的输出轴安装有用于装夹刀具的刀具夹头（5），所述高速电主轴（1）固定安装在主轴固定座（2）的内部，所述主轴固定座（2）的尾部通过法兰螺栓（4）与铣刀柄（3）相连，所述铣刀柄（3）与镗铣床的主轴配合相连。2.根据权利要求1所述一种用于传统重型低速镗铣床的增速装置，其特征在于：所述高速电主轴（1）的功率至少为5.5kw，高速电主轴（1）的最高主轴转数24000r/min。3.根据权利要求1所述一种用于传统重型低速镗铣床的增速装置，其特征在于：所述主轴固定座（2）包括对称组合连接的第一半弧形套（201）和第二半弧形套（202），所述第一半弧形套（201）和第二半弧形套（202）的配合面加工有剖分面（203），在第一半弧形套（201）和第二半弧形套（202）的配合面加工有安装连接螺栓（6）的螺栓配合孔（207），所述第一半弧形套（201）和第二半弧形套（202）的端头设置有法兰板（206），所述法兰板（206）上呈圆周均匀加工有法兰孔（208）。4.根据权利要求3所述一种用于传统重型低速镗铣床的增速装置，其特征在于：所述第一半弧形套（201）和第二半弧形套（202）上并靠近法兰板（206）所在端加工有过线孔（204）。5.根据权利要求4所述一种用于传统重型低速镗铣床的增速装置，其特征在于：所述过线孔（204）用于穿过连接高速电主轴（1）的电源线和用于对刀具进行冷却的冷却水管。6.根据权利要求3所述一种用于传统重型低速镗铣床的增速装置，其特征在于：所述法兰板（206）通过法兰螺栓（4）与铣刀柄（3）固定相连。7.根据权利要求3所述一种用于传统重型低速镗铣床的增速装置，其特征在于：所述螺栓配合孔（207）包括加工在第一半弧形套（201）上的切向螺栓孔（210）和加工在第二半弧形套（202）上的切向通孔（209）或者是加工在第一半弧形套（201）上的切向通孔（209）和加工在第二半弧形套（202）上的切向螺栓孔（210），所述切向螺栓孔（210）和切向通孔（209）与连接螺栓（6）相配合，并实现第一半弧形套（201）和第二半弧形套（202）的组合连接。8.根据权利要求3所述一种用于传统重型低速镗铣床的增速装置，其特征在于：所述法兰板（206）的外端面并沿着剖分面（203）方向加工有键槽（205），键槽（205）与铣刀柄（3）配合端面的键槽之间通过平键配合。9.根据权利要求3所述一种用于传统重型低速镗铣床的增速装置，其特征在于：所述刀具夹头（5）采用er夹头，用于夹持φ1mm～φ20mm直径的刀具。10.权利要求1-9任意一项所述一种用于传统重型低速镗铣床的增速装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，选择高速电主轴（1）：根据所需要安装的刀具尺寸，所需要加工的材料，根据铣削功率公式：pc=kc
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ap
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ae
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vf /(60
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1000
×
1000)计算所需要高速电主轴（1）的使用功率，再根据使用功率不超过总功率的50%计算，所需要高速电主轴（1）的总功率，最终选择相应参数的高速电主轴（1）；其中，pc为铣削功率，单位为kw；kc为特定切削力，单位n/mm2；vf为切削速速，单位为mm/min；ap为切深，单位为mm；ae为切宽，单位为mm；步骤2，主轴固定座（2）的设计：根据步骤一中所选定的高速电主轴（1）的基本尺寸参数，设计相应的主轴固定座（2），并使得主轴固定座（2）能够将高速电主轴（1）夹紧固定，同时保证主轴固定座（2）能够与镗
铣床的铣刀柄（3）固定相连；步骤3，组装增速装置：将高速电主轴（1）、主轴固定座（2）与铣刀柄（3）固定相连，构成镗铣床的主轴增速装置，具体包括以下步骤：步骤3.1，在高速电主轴（1）尾部接上对应的电源与冷却水管线，将整个高速电主轴（1）插入到主轴固定座（2）内腔，并将主轴固定座（2）进行夹紧固定；步骤3.2，采用法兰螺栓（4）将主轴固定座（2）与铣刀柄（3）固定相连，进而构成增速装置的主要连接部件；步骤3.3，在铣刀柄（3）尾部装上拉钉，配备好具有快换接口连接的对应变频器、冷却水泵，形成完整的主轴增速装置；步骤4，安装主轴增速装置到镗铣床，并应用高速电主轴（1）实现小径刀具高速加工：步骤4.1，将主轴增速装置安装至镗铣床主轴锥孔；步骤4.2，将刀具安装在刀具夹头（5）上；步骤4.3，操作高速电主轴（1）的控制器，带动刀具旋转、加减速与停止；步骤4.4，操作机床的坐标轴实现快移、进给、退刀，完成相应加工。

技术总结
本发明提供了一种用于传统重型低速镗铣床的增速装置及使用方法，它包括高速电主轴，所述高速电主轴的输出轴安装有用于装夹刀具的刀具夹头，所述高速电主轴固定安装在主轴固定座的内部，所述主轴固定座的尾部通过法兰螺栓与铣刀柄相连，所述铣刀柄与镗铣床的主轴配合相连。解决了传统重型低速镗铣床应用小直径硬质合金刀具加工时，不能充分发挥刀具性能、加工效率低的难题，有效提高加工效率，稳定加工质量，且投入产出率小，经济效果好。经济效果好。经济效果好。


技术研发人员：张彦宁 王向阳 高四小 李军
受保护的技术使用者：宜昌船舶柴油机有限公司
技术研发日：2023.07.10
技术公布日：2023/10/11