CN101829907B - 双驱动静压数控摆头 - Google Patents
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Abstract
双驱动静压数控摆头，采用两个直驱电机同步驱动，液体静压轴承支撑的方式，同时采用单侧轴向支撑设计，提高了摆头的精度和刚度，其定位精度设计值达3.5″，重复定位精度设计值达1″，分辨率设计值达0.5″，轴向和径向跳动设计值不大于0.1μm，径向刚度设计值高于800N/μm，轴向刚度设计值高于3000N/μm，该摆头采用旋转编码器检测反馈实现闭环控制，采用电磁离合器实现掉电保护功能。
Description
技术领域
本发明涉及一种机床用数控摆头，具体涉及一种双驱动静压数控摆头。
背景技术
数控摆头主要应用于立式或龙门式五轴联动数控机床的刀具摆轴，摆动范围一般在-90°～90°之间，通过摆头的摆动来改变刀具的加工角度，以实现自由形面的加工。现有摆头设计方案主要有单驱动和双驱动两种形式，单驱动采用减速机构联接伺服电机和摆轴，而减速机构往往存在传动间隙，从而降低了摆头的精度，高精度单驱动摆头通常采用精密蜗轮蜗杆传动，而精密涡轮蜗杆造价不匪，而且其传动加速度受到限制。双驱动摆头采用两个直驱电机同步驱动主轴，从而消除了传动间隙，同时可获得较大的驱动转矩和较好的动态性能。现有双驱动摆头主要采用滚子轴承组合支撑方式，其回转精度较低，在高精度双驱动摆头中，有部分产品采用气浮轴承，其回转精度较高，但轴向和径向刚度较低。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种能够消除摆头的背隙，提高摆头的回转定位精度和重复定位精度，同时使其具有较高的轴向刚度和径向刚度的双驱动静压数控摆头。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：包括摆头支撑件以及安装在摆头支撑件两侧的左、右轴承径向支撑，在左、右轴承径向支撑的轴向外侧分别安装左、右电机固定件，主轴固定件置于摆头支撑件的内侧，在主轴固定件内侧安装有电主轴，在主轴固定件的两侧分别安装有左、右传动轴构成刚性体结构，左、右传动轴分别穿过摆头支撑件及左、右轴承径向支撑，左、右轴承径向支撑与左、右传动轴外圆之间分别设置轴承径向静压油腔，右轴承径向支撑的轴向外侧安装轴承轴向支撑板，在右轴承径向支撑的两端面与右传动轴对应台阶面及轴承轴向支撑板的端面之间分别设置轴承轴向静压油腔，在左、右电机固定件的径向内侧分别安装有左、右直驱电机，左、右直驱电机分别通过左、右电机转接件连接在左、右传动轴与主轴固定件构成的刚性体结构上，在右电机转接件的轴向外侧安装旋转编码器。
本发明的左右直驱动电机在机械结构上并联，而在电器连接上采用串级连接方法；左传动轴的轴向末端设置电磁离合器；左、右传动轴采用空心结构；左、右电机转接件与左、右传动轴之间分别通过左、右键或胀紧套紧固连接；摆头支撑件与左、右传动轴外圆之间分别设置有左、右传动轴密封圈；摆头支撑件的左右两侧分别安装有左、右摆头防护罩；轴承轴向支撑板与右电机固定件通过锁紧螺母紧固；左轴承径向支撑的轴向外侧安装有轴承密封环，左轴承径向支撑与轴承密封环之间设置左密封圈，右轴承径向支撑与轴承轴向支撑板之间设置右密封圈。
本发明双驱动静压数控摆头采用两个直驱电机同步驱动，液体静压轴承支撑的方式，同时采用单侧轴向支撑设计，提高了摆头的精度和刚度，其定位精度设计值达3.5″，重复定位精度设计值达1″，分辨率设计值达0.5″，轴向和径向跳动设计值不大于0.1μm，径向刚度设计值高于800N/μm，轴向刚度设计值高于3000N/μm，该摆头采用旋转编码器检测反馈实现闭环控制，采用电磁离合器实现掉电保护功能。
附图说明
图1为本发明双驱动静压数控摆头的轴向剖视图；
图2为本发明图1的A-A向剖视图；
图3为本发明双驱动静压数控摆头的左视图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作进一步详细说明。
参见图1，本发明包括摆头支撑件1和安装在摆头支撑件1两侧的左、右轴承径向支撑11、16，在左、右轴承径向支撑11、16的轴向外侧分别安装有左、右电机固定件2、26，左、右电机固定件2、26及左、右轴承径向支撑11、16通过螺钉紧固到摆头支撑件1上，主轴固定件13置于摆头支撑件1的内侧，在主轴固定件13内侧安装有电主轴14，主轴固定件13的两侧分别安装有空心结构的左、右传动轴6、22形成刚性体结构，左、右传动轴6、22分别穿过摆头支撑件1及左、右轴承径向支撑11、16的内孔，在摆头支撑件1与左、右传动轴6、22外圆之间分别设置左、右传动密封圈12、15，在左、右轴承径向支撑11、16与左、右传动轴6、22外圆之间分别设置有轴承径向静压油腔，在右轴承径向支撑16的轴向外侧安装轴承轴向支撑板18，所述的轴承轴向支撑板18置于右侧电机固定件26的径向内侧，通过锁紧螺母21紧固，在右轴承径向支撑16的两端面与右传动轴22对应台阶面及轴承轴向支撑板18的端面之间分别设置轴承轴向静压油腔，在左轴承径向支撑11的轴向外侧安装轴承密封环8，轴承密封环8与左传动轴6通过螺钉紧固，在左轴承径向支撑11与轴承密封环8之间设置左密封圈7，在右轴承径向支撑16与轴承轴向支撑板18之间设置右密封圈17，在左、右电机固定件2、26的径向内侧安装左、右直驱电机3、25，左、右直驱电机3、25分别通过左、右电机转接件4、20连接在左、右传动轴6、22与主轴固定件13构成的刚性体结构上，左、右电机转接件4、20与左、右传动轴6、22分别通过左、右键5、23或胀紧套紧固连接，在右侧电机转接件20的轴向外侧安装旋转编码器24，在摆头支撑件1的左、右两侧分别安装有左、右摆头防护罩10、19，在左传动轴6的轴向末端设置电磁离合器9。
本发明所说的左、右直驱电机3、25在机械结构上并联，而在电器连接上采用串级连接方法。
参见图1和图2，本发明所述的摆头支撑件1为“U”形结构，主轴固定件13为外方内圆结构。
参见图3，本发明所述的防护罩10和19的侧面为椭圆形轮廓。
本发明双驱动静压数控摆头的工作过程如下：左、右传动轴6、22，主轴固定件13及电主轴14等构成摆头的转子，设置在摆头左右两侧的轴承径向静压油腔通过油膜实现对转子的径向支撑，设置在摆头右侧的轴承轴向静压油腔通过油膜实现对转子的轴向支撑，左、右直驱电机3、25同步旋转带动摆头转子旋转，由计算机数字控制系统同步控制保证左、右直驱电机3、25的同步旋转，旋转编码器24检测摆头转子的转动角位移及速度信号，并反馈给计算机数字控制系统实现闭环控制，当系统处于意外掉电状态时，电磁离合器9通过机械自锁平衡摆头转子的偏心自重，以约束摆头转子绕轴线方向的转动而实现掉电保护。
本发明可应用于立式或龙门式五轴联动数控机床，尤其可应用于所述机床的刀具摆轴。能够提高摆头的回转精度和刚度，具有可实现计算机数字控制，可实现掉电保护功能的特点。所述数控摆头的定位精度设计值达3.5″，重复定位精度设计值达1″，分辨率设计值达0.5″，轴向和径向跳动设计值不大于0.1μm，径向刚度设计值高于800N/μm，轴向刚度设计值高于3000N/μm。
本发明所述的液体静压轴承采用20～30μm的油膜厚度。
Claims (9)
1.双驱动静压数控摆头，包括摆头支撑件(1)以及安装在摆头支撑件(1)两侧的左、右轴承径向支撑(11、16)，其特征在于：在左、右轴承径向支撑(11、16)的轴向外侧分别安装左、右电机固定件(2、26)，所述的左、右电机固定件(2、26)及左、右轴承径向支撑(11、16)通过螺钉紧固在摆头支撑件(1)上，主轴固定件(13)置于摆头支撑件(1)的内侧，在主轴固定件(13)内侧安装有电主轴(14)，在主轴固定件(13)的两侧分别安装有左、右传动轴(6、22)构成刚性体结构，左、右传动轴(6、22)分别穿过摆头支撑件(1)及左、右轴承径向支撑(11、16)，左、右轴承径向支撑(11、16)与左、右传动轴(6、22)外圆之间分别设置轴承径向静压油腔，右轴承径向支撑(16)的轴向外侧安装轴承轴向支撑板(18)，在右轴承径向支撑(16)的两端面与右传动轴(22)对应台阶面及轴承轴向支撑板(18)的端面之间分别设置轴承轴向静压油腔，在左、右电机固定件(2、26)的径向内侧分别安装有左、右直驱电机(3、25)，左、右直驱电机(3、25)分别通过左、右电机转接件(4、20)连接在左、右传动轴(6、22)与主轴固定件(13)构成的刚性体结构上，在右电机转接件(20)的轴向外侧安装旋转编码器(24)。
2.根据权利要求1所述的双驱动静压数控摆头，其特征在于：所说的左、右直驱电机(3、25)在机械结构上并联，而在电器连接上采用串级连接方法。
3.根据权利要求1所述的双驱动静压数控摆头，其特征在于：所说的左传动轴(6)的轴向末端设置电磁离合器(9)。
4.根据权利要求1或权利要求2所述的双驱动静压数控摆头，其特征在于：所说的左、右传动轴(6、22)采用空心结构。
5.根据权利要求1所述的双驱动静压数控摆头，其特征在于：所说的左、右电机转接件(4、20)与左、右传动轴(6、22)之间分别通过左、右键(5、23)或胀紧套紧固连接。
6.根据权利要求1所述的双驱动静压数控摆头，其特征在于：所说的摆头支撑件(1)与左、右传动轴(6、22)外圆之间分别设置有左、右传动轴密封圈(12、15)。
7.根据权利要求1所述的双驱动静压数控摆头，其特征在于：所说的摆头支撑件(1)的左右两侧分别安装有左、右摆头防护罩(10、19)。
8.根据权利要求1所述的双驱动静压数控摆头，其特征在于：所说的轴承轴向支撑板(18)与右电机固定件(26)通过锁紧螺母(21)紧固。
9.根据权利要求1所述的双驱动静压数控摆头，其特征在于：所说的左轴承径向支撑(11)的轴向外侧安装有轴承密封环(8)，左轴承径向支撑(11)与轴承密封环(8)之间设置左密封圈(7)，右轴承径向支撑(16)与轴承轴向支撑板(18)之间设置右密封圈(17)。
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