CN102785086A

CN102785086A - 一种用于五坐标机床的锁紧摆头

Info

Publication number: CN102785086A
Application number: CN2012103028940A
Authority: CN
Inventors: 史耀耀; 赵晖; 宁立群; 赵鹏兵; 于永桂; 王怀亮; 辛红敏; 李志山; 董宏亮
Original assignee: Northwestern Polytechnical University
Current assignee: Northwestern Polytechnical University
Priority date: 2012-08-23
Filing date: 2012-08-23
Publication date: 2012-11-21

Abstract

本发明公开了一种用于五坐标机床的锁紧摆头，箱体为一整体结构，电主轴安装在主轴箱内，伺服电机位于摆头右侧上端后部，摆头左右两侧安装密封罩，使摆头内部零部件不受外部油污、粉尘等环境的影响；在摆头内部设置回转编码器进行闭环控制，实现摆头摆动的高精度；通过液压锁紧机构，在摆头摆动到任意角度后将旋转轴锁紧，实现插铣工艺所需的定轴加工功能；通过传感器与限位开关的使用，实现摆头的摆动角度的限制；所有管线通过摆角铣头箱体和主轴箱体的走线孔从摆头后方接出，进入摆头外部的机床走线***和电气柜。本发明特别适用于加工钛合金、高温合金等难加工材料复杂型面高精度零件的需求。

Description

一种用于五坐标机床的锁紧摆头

技术领域

本发明涉及一种用于五坐标机床的锁紧摆头，属工艺装备结构设计与制造技术领域。

背景技术

近些年，五坐标机床以其能够实现复杂曲面成型加工的特点，在航空、航天、航海等高端行业领域应用越来越广泛；主要用于加工具有复杂曲面的高精度零件，如航空工业中的叶片、叶盘、叶轮类零件。五坐标加工机床是在标准三坐标（直线坐标）机床上，在主轴或工作台上增加两个联动的回转坐标轴，实现五轴联动功能。而具有主轴摆动功能的摆头是三坐标机床或四坐标机床升级为五坐标机床的关键功能部件之一。由于五坐标机床目前多用于加工钛合金、高温合金等难加工材料复杂型面零件，所以要求摆头应具有高精度、大扭矩、高刚度、大范围摆角的特点，某些加工工艺如插铣还要求摆头能够摆动到一定角度后锁紧，实现定轴加工。

专利201010610971.X中公开了具有大摆角范围的高刚性摆头，通过带筋肋板电机座将伺服电机固定在左箱体内腔中；电主轴管线由后端接出，通过旋转主轴箱、编码器安装轴中心孔、环形拖链支架中心孔、RBR拖链从右箱体的走线孔由摆头后接出；环形分配器内部设有多路油气孔，入口分别通过各输入端外接管与外部油气源相连，旋转主轴箱内部亦开有多路通油气孔，并与环形分配器内部的油气孔对应。该发明的摆头由于一边可以拆卸，故整体刚性较弱；此外，该发明专利中未提及摆头的锁紧，若在大扭矩定轴工作条件下单依靠涡轮蜗杆反向自锁将会降低结构使用寿命。

发明内容

为避免现有技术存在的不足，本发明提出一种用于五坐标机床的锁紧摆头。摆头具有精度高、大扭矩，高刚度、摆动范围大的特点，且能够在摆头摆动到任意角度后将旋转轴锁紧，实现插铣类工艺所需的定轴加工功能。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:包括摆角铣头箱体、主轴箱、电主轴、左主轴、右主轴、伺服电机、电机带轮、双导程蜗杆、同步带轮、梯形齿同步带、刹紧座、刹紧片、刹紧环、压盖、第二转台轴承、第一转台轴承、蜗轮蜗杆副、第一胀紧套、编码器，电主轴安装在主轴箱内部，左主轴、右主轴位于主轴箱两侧，左主轴、右主轴分别通过第二转台轴承、第一转台轴承固连在摆角铣头箱体的两侧；伺服电机位于摆角铣头箱体右侧，伺服电机输出轴端安装电机带轮，双导程蜗杆的上端安装同步带轮，梯形齿同步带与电机带轮、同步带轮连接；刹紧座位于摆角铣头箱体左侧，刹紧片与左主轴通过螺纹连接，刹紧环通过螺纹连接于压盖，刹紧环与压盖之间形成液压油腔；蜗轮蜗杆副与右主轴通过螺钉连接，蜗轮套在右主轴外部。

所述双导程蜗杆固定安装在箱体内部，双导程蜗杆上端通过第一胀紧套与同步带轮固连；第一推力球轴承、套、蜗杆端盖限制双导程蜗杆沿轴线向下运动，垫、第二推力球轴承、第一螺母、第二螺母限制双导程蜗杆沿轴线向上运动；蜗杆套、第一滚针轴承、第二滚针轴承限制双导程蜗杆的径向运动。

所述编码器通过右侧端盖与摆角铣头箱体连接，连接轴随摆头的摆动而转动，编码器检测连接轴转过的角度，实时检测主轴摆角位置，进行闭环控制。

电主轴随主轴箱摆动，摆头摆动为向上摆动30°，向下摆动120°；传感器通过支架与压盖连接，限位开关与左主轴连接，摆头向上摆动30°或向下摆动120°时，传感器与限位开关对齐，传感器将信号传送至数控***，数控***发出信号，摆头停止摆动将旋转轴锁紧。

有益效果

本发明用于五坐标机床的锁紧摆头，箱体为一整体结构，电主轴安装在主轴箱内，伺服电机位于摆头右侧上端后部，摆头左右两侧安装密封罩，使摆头内部零部件不受外部油污、粉尘等环境的影响；通过在摆头内部设置回转编码器进行闭环控制，实现摆头摆动的高精度；通过合理设计基础部件、支撑部件、传动部件，实现摆头的高刚度；通过液压锁紧机构，在摆头摆动到任意角度后将旋转轴锁紧，实现插铣工艺所需的定轴加工功能；通过传感器与限位开关的使用，实现摆头的摆动角度的限制；所有管线通过摆角铣头箱体和主轴箱体的走线孔从摆头后方接出，进入摆头外部的机床走线***和电气柜。

本发明特别适用于加工钛合金、高温合金等难加工材料复杂型面高精度零件的需求。

附图说明

下面结合附图和实施方式对本发明一种用于五坐标机床的锁紧摆头作进一步详细说明。

图1为本发明锁紧摆头的立体图。

图2为本发明锁紧摆头的前视图。

图3为本发明锁紧摆头的B-B剖视图。

图4为本发明锁紧摆头的A-A剖视图。

图5为限位传感器H-H剖视图。

图6为本发明的主轴箱立体图。

图中：

1.摆角铣头箱体 2.电主轴罩 3.右侧封罩 4.右侧端盖 5.第一回转密封圈6.盖 7.连接轴 8.编码器 9.右主轴 10.蜗轮蜗杆副 11.第一转台轴承12.第二回转密封圈 13.第一内端盖 14.主轴箱 15.左主轴 16.第二转台轴承17.回转密封圈 18.刹紧片 19.左侧封罩 20.支架 21.传感器 22.限位开关23.挡板 24.刹紧环 25.压盖 26.刹紧座 27.紧定螺钉 28.间隙调整块29.电机座 30.同步带轮 31.第一胀紧套 32.梯形齿同步带 33.电机带轮34.第二胀紧套 35.双导程蜗杆 36.第一推力球轴承 37.套 38.调整垫39.蜗杆端盖 40.第一螺母 41.第二螺母 42.第二推力球轴承 43.垫44.伺服电机 45.电主轴 46.第二内端盖 47.蜗杆套 48.第一滚针轴承49.第二滚针轴承

具体实施方式

本实施例是一种用于五坐标机床的锁紧摆头，是五坐标机床的核心功能部件；具有高精度、大扭矩、高刚度可锁紧的特点。

如图1、图2、图3、图6所示，五坐标机床的锁紧摆头的电主轴45安装在主轴箱14内部，电主轴45端面法兰与主轴箱14的端面通过螺钉连接，电主轴45的径向端面与主轴箱14内部后端的圆环面配合定位；装配时需先将第二内端盖46、第一内端盖13分别安装在摆角铣头箱体1的左右两侧，再将右主轴9与第一转台轴承11连接在一起，再将右主轴9装入摆角铣头箱体1右侧圆孔中，将右主轴9与主轴箱14连接在一起，第一转台轴承11与摆角铣头箱体1连接在一起；左主轴15装入摆角铣头箱体1左侧圆孔中，左主轴15与主轴箱14连接在一起，第二转台轴承16分别与左主轴15、摆角铣头箱体1连接；然后装入其它零部件；最后将左密封罩19、右密封罩3分别安装在摆角铣头箱体1的左右两侧。

参见图3、图4，蜗轮蜗杆副10与右主轴9连接，蜗轮通过螺栓固定套在右主轴外端；双导程蜗杆35安装在摆角铣头箱体1内部，双导程蜗杆35的上端通过第一胀紧套31与同步带轮30连接；电机座29与摆角铣头箱体1连接；伺服电机44与电机座29连接；伺服电机44的轴端通过第二胀紧套34与电机带轮33连接；梯形齿同步带32与电机带轮33、同步带轮30啮合；间隙调整块28连接在摆角铣头箱体1上，紧定螺钉27安装在间隙调整块28上并且其端部顶推电机座29；通过调整紧定螺钉27，将电机座29向图3中右侧推移，进而使梯形齿同步带32胀紧。当摆头摆动时，伺服电机44通过梯形齿同步带32带动双导程蜗杆35转动，双导程蜗杆35带动蜗轮10转动，使右主轴9转动，进而使摆头摆动。

如图3所示，盖6与右主轴9的右端连接，连接轴7与盖6连接，连接轴7随着摆头的摆动而转动；右侧端盖4与摆角铣头箱体1连接，编码器8与右侧端盖4连接。当摆头摆动时，编码器8检测连接轴7转过的角度，即实时检测主轴摆角位置，进行闭环控制，从而提高摆头的定位精度与重复精度。

如图4所示，第一推力球轴承36、套37、蜗杆端盖39限制双导程蜗杆35沿轴线向下运动；垫43、第二推力球轴承42、螺母一40、螺母二41限制双导程蜗杆35沿轴线向上运动；蜗杆套47、第一滚针轴承48、第二滚针轴承49限制双导程蜗杆35的径向运动。摆头长时间运行后，双导程蜗杆35会发生磨损，通过调整摆角铣头箱体1与蜗杆端盖39之间的调整垫38的厚度，改变双导程蜗杆35在轴线方向的位置，改变双导程蜗杆35与蜗轮10啮合的位置，进而减小蜗轮蜗杆啮合间隙。

如图3所示，刹紧座26与摆角铣头箱体1连接，刹紧片18与左主轴15和压盖25连接，刹紧环24与压盖25连接，刹紧环24、压盖25均静止不动，刹紧片18与左主轴15一起转动。当摆头摆动到指定角度后，从压盖25的进油孔向刹紧环24与压盖25形成的腔体中通入高压油，高压油使刹紧环24的薄壁部分发生变形，挤压刹紧片18，产生摩擦力矩，依靠摩擦力矩将摆头在固定角度锁紧。

如图2所示，以主轴水平状态为零点，摆头摆动范围为向上摆动30°，向下摆动120°，电主轴随主轴箱一起摆动。如图3、图5所示，支架20与压盖25连接，传感器21与支架20连接，传感器21静止不动；限位开关22与左主轴15连接，与左主轴15一起旋转。当摆头向上摆动30°或向下摆动120°时，传感器21与限位开关22对齐，此时传感器21将信号传送至数控***中，数控***发出停止摆动的信号，摆头停止摆动，实现摆头摆动范围的限制。

摆头安装的电主轴45所需外接的管线包括刀具冷却液管路、电机冷却液管路、刀具松开夹紧液压管路、电主轴密封空气管路、电主轴电源线、电主轴信号线，所有管线均安装在电主轴后端。如图3、图6所示，左主轴15是空心轴，主轴箱14左侧有两个半圆形孔；管线从左主轴的左侧进入，通过半圆孔进入主轴箱14，沿着主轴箱14的侧棱进入到主轴箱的后端，与电主轴45的接口连接。挡板23与左主轴15连接，挡板能够有效防止当摆头摆动时管线与左主轴15缠绕在一起。所有管线通过摆角铣头箱体1的走线孔从摆头后方接出，进入摆头外部的机床走线***和电气柜。最后将左密封罩19、右密封罩3安装在摆角铣头箱体1上。

Claims

1.一种用于五坐标机床的锁紧摆头，其特征在于:包括摆角铣头箱体、主轴箱、电主轴、左主轴、右主轴、伺服电机、电机带轮、双导程蜗杆、同步带轮、梯形齿同步带、刹紧座、刹紧片、刹紧环、压盖、第二转台轴承、第一转台轴承、蜗轮蜗杆副、第一胀紧套、编码器，电主轴安装在主轴箱内部，左主轴、右主轴位于主轴箱两侧，左主轴、右主轴分别通过第二转台轴承、第一转台轴承固连在摆角铣头箱体的两侧；伺服电机位于摆角铣头箱体右侧，伺服电机输出轴端安装电机带轮，双导程蜗杆的上端安装同步带轮，梯形齿同步带与电机带轮、同步带轮连接；刹紧座位于摆角铣头箱体左侧，刹紧片与左主轴通过螺纹连接，刹紧环通过螺纹连接于压盖，刹紧环与压盖之间形成液压油腔；蜗轮蜗杆副与右主轴通过螺钉连接，蜗轮套在右主轴外部。

2.根据权利要求1所述的一种用于五坐标机床的锁紧摆头，其特征在于:所述双导程蜗杆固定安装在箱体内部，双导程蜗杆上端通过第一胀紧套与同步带轮固连；第一推力球轴承、套、蜗杆端盖限制双导程蜗杆沿轴线向下运动，垫、第二推力球轴承、第一螺母、第二螺母限制双导程蜗杆沿轴线向上运动；蜗杆套、第一滚针轴承、第二滚针轴承限制双导程蜗杆的径向运动。

3.根据权利要求1所述的一种用于五坐标机床的锁紧摆头，其特征在于:所述编码器通过右侧端盖与摆角铣头箱体连接，连接轴随摆头的摆动而转动，编码器检测连接轴转过的角度，实时检测主轴摆角位置，进行闭环控制。

4.根据权利要求1所述的一种用于五坐标机床的锁紧摆头，其特征在于:所述电主轴随主轴箱摆动，摆头摆动为向上摆动30°，向下摆动120°；传感器通过支架与压盖连接，限位开关与左主轴连接，摆头向上摆动30°或向下摆动120°时，传感器与限位开关对齐，传感器将信号传送至数控***，数控***发出信号，摆头停止摆动将旋转轴锁紧。