CN101823211B - 用于非接触加工数控机床上的组合旋转头 - Google Patents

用于非接触加工数控机床上的组合旋转头 Download PDF

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Abstract

本发明提供的一种用于非接触加工数控机床上的组合旋转头，其位于B旋转头壳体(1)内腔中心的伺服电机(2)与谐波减速器同轴装配在轴承座(3)上，轴承座固联B旋转头安装板，并通过B旋转头安装板固定于机床Z轴滑枕上，A旋转头的输出联接轴上装有一个以A旋转头轴线为旋转中心旋转的W轴(12)和切割头(13)，A、B旋转头相互垂直，A旋转头横向垂直于B旋转头并固定于B旋转头的输出联接轴上，B旋转头通过其伺服电机(2)经谐波减速器联动输出轴(8)及与其固联的输出联接轴(11)，带动A旋转头整体以B旋转头的旋转轴线为旋转中心旋转，并通过机床的数控系统自动调整X、Y、Z坐标的联合动作，使刀具的轴线始终与加工点的法线相重合。本发明具有外形小、精度高、制造成本低等特点。

Description

用于非接触加工数控机床上的组合旋转头
技术领域
本发明涉及一种主要用于水切割、激光切割、电火花等非接触数控加工机床上的旋转头。特别是安装在水切割机床水射流切割头上的数控旋转头。
背景技术
由于水切割、激光切割、电火花等这些刀具与工件非接触加工的机床，具有加工表面非常平滑，尺寸精度准确可靠，切边整齐，不存在切削力，加工时机床几乎不受外力作用等特点而被广泛应用。尤其是采用高速加砂水射流进行切削加工的水切割机床，无热效应，不产生热变形，无熔渣，不需二次加工。在切割成本而言，水刀加工业被认为是最万能的和最快速成长的行业，除了上述之外，水切割机是目前在世界上最高产能的一种机器，可以对任何材料进行任意曲线的一次性切割加工。它优于其他的加工技术，如火焰切割，等离子加工，激光加工，电火花加工，车铣刨加工等。同时，水切割不会产生有害的气体或液体，不会在工件表面产生热量，它是具有多功能的，高效率的，冷切割加工。切割时所产生横向及纵向的作用力极小，不会产生热效应或变形或细微的裂缝，在加工复材零件时不会出现分层现象，非常适合于蒙皮等板类零件的加工。但它在加工单曲面或双曲面弧形工件时，刀具的轴线必须始终垂直于工件的表面，并与加工点的法线相重合，才能保证加工的质量。因此普通三坐标机床是无法满足上述要求的，通常需要采用五坐标以上并具有A、B/C旋转头的机床，才能实现上述功能。而目前市场上国内外机床厂家生产的A、B/C旋转头结构尺寸十分庞大，造价很高，而且都是比较适合用于金属切削机床，用在水切割机这种非接触加工机床上就显得十分笨重，有杀鸡用牛刀的感觉，也很不经济。国外五坐标水切割机床造价在3000万人民币左右/台，价格十分昂贵。对于水切割机这种非接触加工机床更适合用轻型的A、B/C旋转头，而目前市场上还没有这样的产品。
发明内容
本发明的目的针对上述现有技术存在的不足之处，提供一种具有外形小，输出扭矩大，定位精度高，制造成本低，工作稳定可靠，用于非接触加工数控机床上的组合旋转头。
本发明的上述目的可以通过以下措施来达到，一种用于非接触加工数控机床上的组合旋转头，包括，两个结构原理完全相同的A、B旋转头，其特征在于，位于B旋转头壳体内腔中心的伺服电机与谐波减速器同轴装配在轴承座上，轴承座固联B旋转头安装板，并通过B旋转头安装板固定于机床Z轴滑枕上，A旋转头的输出联接轴上装有一个以A旋转头轴线为旋转中心旋转的W轴和切割头，A、B旋转头相互垂直，A旋转头横向垂直于B旋转头并固定于B旋转头的输出联接轴上，B旋转头通过其伺服电机经谐波减速器联动输出轴及与其固联的输出联接轴，带动A旋转头整体以B旋转头的旋转轴线为旋转中心旋转，并通过机床的数控系统自动调整X、Y、Z坐标的联合动作，使刀具的轴线始终与加工点的法线相重合。
本发明相比于现有技术具有如下有益技术效果。
(1)外形小，定位精度高，制造成本低，工作稳定可靠。由相互垂直的A、B旋转头构成的组合旋转头，相比于国内外机床厂家生产的A、B/C旋转头(体积都在0.5m3以上，重量都在1000Kg以上)，外形小巧，体积还不到0.03m3，重量也不到30Kg。将A、B旋转头安装在三坐标数控机床的Z轴上，同时又在A旋转头上安装一个W轴，构成了一个六坐标的数控机床系统。相比于国外价值在3000万人民币左右/台的五坐标水切割机床，制造成本仅有其1/10，只需300万元人民币左右。构成的六坐标(X、Y、Z、A、B/C、W，W轴为自动跟随轴，能够时刻保持刀具与工件表面的距离恒定)数控机床，工作稳定可靠，定位精度高。通过A、B旋转头的自动调整及X、Y、Z、W坐标的联合动作，精确定位，以及机床数控系统的自动法向检测和调整控制，使刀具的轴线始终与加工点的法线相重合，实现法向切割，提高了生产效率和零件加工的质量。
(2)输出扭矩大。采用的是伺服电机+谐波减速器构成的A、B旋转头，谐波减速器具有结构尺寸小巧，传动比大，反向间隙小(＜3′)的特点，其与伺服电机组合在一起，能够实现无级调速，精确定位，大扭矩输出。由此组成的小型数控A、B旋转头，不仅输出扭矩大，制造成本低，而且非常适合在水切割、激光切割、电火花等这些刀具与工件非接触加工的机床上推广应用。
附图说明
图1是本发明用于非接触加工数控机床上的组合旋转头的剖视图。
图2是图1的仰视图。
图3是图2的侧视图。
图中：1.壳体，2.伺服电机，3.轴承座，4.波发生器，5.柔轮，6.输入刚轮，7.输出刚轮，8.输出轴，9.轴承组件，10.轴承端盖，11.输出联接轴，12.W轴，13.切割头，14.B旋转头安装板，15.Z轴滑枕。
具体实施方式
下面结合附图描述本发明A、B组合旋转头一个最佳实施例。
参阅图1～图3，主要用于水切割的小型数控组合A、B/C旋转头，可以采用模块化设计的A、B旋转头的方式。它主要由结构原理完全相同的两个A、B旋转头组合构成。A旋转头横向垂直于B旋转头并固定于B旋转头的输出联接轴11上，B旋转头通过其伺服电机2经谐波减速器联动输出轴8及与其固联的输出联接轴11，带动A旋转头整体以B旋转头的旋转轴线为旋转中心旋转，并通过机床的数控系统自动调整X、Y、Z坐标的联合动作，使刀具的轴线始终与加工点的法线相重合。位于B旋转头壳体1内腔中心的伺服电机2与谐波减速器同轴装配在轴承座3上，轴承座3固联B旋转头安装板14，并通过B旋转头安装板固定于机床Z轴滑枕上，A旋转头的输出联接轴11上装有一个以A旋转头轴线为旋转中心旋转的W轴12和切割头13。B旋转头的壳体1是一个柱形筒体，伺服电机2通过壳体1一侧装配的轴承座3同轴连接轴承组件9，其输出轴8通过输出联接轴11连接A旋转头的轴承座。B旋转头轴承座3与B旋转头安装板14连接，通过B旋转头安装板固定于Z轴滑枕15上。谐波减速器由相连伺服电机2电机轴的波发生器4，相连波发生器4的柔轮5，固定在轴承座3上的输入刚轮6和与输出轴8相连接的输出刚轮7组成。与B旋转头结构相同的A旋转头，通过其轴承座3固定于B旋转头的输出联接轴11上。这样就构成了适用于水切割的小型数控A、B组合旋转头。W轴12固定于A旋转头输出联接轴11上，而切割头13安装在W轴12的滑台上。滑台由微型的伺服电机和滚珠丝杆直联驱动。这样切割头13能够在W轴12的驱动下沿W轴做直线运动，实现跟随功能；切割头13和W轴12又能够在A旋转头的驱动下以A旋转头的轴线为旋转中心旋转；同时切割头13、W轴12和A旋转头又能够在B旋转头的驱动下，以B旋转头的轴线为旋转中心旋转。其组合方式不限于此，也可组合成A、C旋转头结构。W轴12、切割头13、A旋转头和B旋转头通过B旋转头安装板14固定于机床Z轴滑枕15上，Z轴滑枕15在Z轴传动机构的作用下上下移动从而带动它们一起做Z向运动。
上述A、B旋转头的工作原理是：当机床数控系统发出动作命令后，B旋转头的伺服电机2就会带动与其相连接的谐波减速器的波发生器4转动，波发生器4把转动传递给柔轮5，柔轮5把转动传递给输出刚轮7，输出刚轮7带动与其相连接的输出轴8转动，输出轴8则带动与其相连接的输出联接轴11转动。A旋转头工作原理与B旋转头完全相同，而A旋转头固定于B旋转头的输出联接轴11上，这样B旋转头就会带动A旋转头整体以B旋转头的旋转轴线为旋转中心旋转，同时A旋转头又可以带动固定于A旋转头输出联接轴上的W轴12及切割头13一起以A旋转头的旋转轴线为旋转中心旋转。这样A、B旋转头的联合运动，配合X、Y、Z、W坐标的位置偏差补偿动作，就能够使刀具的轴线与加工点的法线相重合，并时刻保持刀具与工件表面的距离恒定。

Claims (3)

1.一种用于非接触加工数控机床上的组合旋转头，包括，两个结构原理完全相同的A、B旋转头，其特征在于，位于B旋转头壳体(1)内腔中心的伺服电机(2)与谐波减速器同轴装配在轴承座(3)上，轴承座(3)固联B旋转头安装板(14)，并通过B旋转头安装板固定于机床Z轴滑枕(15)上，A旋转头的输出联接轴(11)上装有一个以A旋转头轴线为旋转中心旋转的W轴(12)和切割头(13)，A、B旋转头相互垂直，A旋转头横向垂直于B旋转头并固定于B旋转头的输出联接轴(11)上，B旋转头通过其伺服电机(2)经谐波减速器联动输出轴(8)及与输出轴(8)固联的B旋转头的输出联接轴(11)，带动A旋转头整体以B旋转头的旋转轴线为旋转中心旋转，并通过机床的数控系统自动调整X、Y、Z坐标的联合动作，使刀具的轴线始终与加工点的法线相重合。
2.如权利要求1所述的用于非接触加工数控机床上的组合旋转头，其特征在于，所述的谐波减速器由相连伺服电机(2)电机轴的波发生器(4)、相连波发生器(4)的柔轮(5)、固定在轴承座(3)上的输入刚轮(6)和与输出轴(8)相连接的输出刚轮(7)组成。
3.如权利要求1所述的用于非接触加工数控机床上的组合旋转头，其特征在于，W轴(12)、切割头(13)、A旋转头和B旋转头通过B旋转头安装板(14)固定于机床Z轴滑枕(15)上，Z轴滑枕(15)在Z轴传动机构的作用下上下移动从而带动它们一起做Z向运动。
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