CN102179717B - 采用管式电机驱动双摆铣头的c轴旋转限位装置 - Google Patents

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Abstract

一种采用管式电机驱动双摆铣头的C轴旋转限位装置，属于在加工中心上完成五坐标联动加工的组合机构。这种采用管式电机驱动双摆铣头的C轴旋转限位装置，它主要由C轴部分和A轴部分组成，C轴驱动电机和A轴驱动电机采用管式电机，在C轴的上盖和转轴之间设有一个旋转限位装置，该旋转限位装置是由三个相互间可相对自由转动的套圈和两组限位开关组成，可使C轴旋转±360°，这种限位装置工作可靠，不磨损，定位精度高。管式电机驱动装置是由内转子、外转子和管式定子和冷却机构组成，它有内外两组气隙，可充分利用磁场能量，效率高，环绕管式定子铁芯的四周有冷却通道，可对电机进行充分冷却，因而可输入较大的电流，使电机的输出功率大，低速扭矩大。

Description

采用管式电机驱动双摆铣头的C轴旋转限位装置
技术领域
本发明涉及一种采用管式电机驱动双摆铣头的C轴旋转限位装置，其属于在加工中心上完成五坐标联动加工的组合机构。
背景技术
目前双摆铣头C轴的摆动角度多是±180°，少有±360°的，限位装置多是螺旋式的，螺旋式的可靠性差，磨损后定位精度受到影响。
目前应用在数控机床上的双摆铣头，都是机械传动或外转子力矩电机驱动。机械传动的双摆铣头用的是普通电机(柱式电机)驱动，通过齿轮、蜗杆、涡轮等传动件降速后驱动C轴和A轴转动。由于存在机械传动付，因而产生传动误差、反向间隙、摩擦、震荡等问题。由于传动链有转动惯量，因而影响反应速度、动态性能。机械传动的双摆铣头的优点是输出扭矩较大。
外转子力矩电机驱动的双摆铣头，它是用力矩电机直接驱动A轴C轴转动，也称直驱式双摆铣头。直驱式双摆铣头反应速度快，定位精度高。但由于定子装在转子的内部使定子外径减小，散热条件差。为散热不得不在定子的内径上加上散热套，散热套必然占去了部分铁芯的空间，因而外转子力矩电机的定子铁芯的体积较小，也就影响电机输出功率。外转子力矩电机驱动的双摆铣头输出扭矩比机械传动的双摆铣头输出扭矩小。
在数控机床上加工时有时需要双摆铣头输出较大的扭矩，因而研制一种大扭力矩电机双摆铣头是很必要的。
发明内容
本发明的目的是：(1)使C轴摆角达到±360°，提高定位精度和可靠性；(2)为克服机械传动的双摆铣头的缺点和外转子力矩电机驱动的双摆铣头输出扭矩小、散热条件差的缺点，发明一种管式电机驱动装置，使之传动扭矩大，散热条件好。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种采用管式电机驱动双摆铣头的C轴旋转限位装置，它主要由C轴部分和A轴部分组成：C轴部分主要包括支承座和装在它上面的下固定套、上固定套、两个C轴驱动电机、转盘、分配轴、上盖、C轴固定套和转轴；A轴部分主要包括A轴固定套、左壳体、右壳体、两个A轴驱动电机，两个A轴驱动电机带动主轴支架绕左侧轴承和右侧轴承转动，使装在主轴支架上的主轴一起转动；所述C轴驱动电机和A轴驱动电机分别采用C轴管式电机和A轴管式电机，在所述上盖和转轴之间设有一个旋转限位装置，旋转限位装置的支承套通过外压圈固定在C轴的上盖上，转动套的下端通过第一轴承与支承套连接，上端通过第二轴承连接到中间盘上，中间盘通过钢球轴承与支承套相连，装在转动套上的限位块随转动套转动；内套通过内压圈连接到转轴上，内套与转动套不接触，在内套的上端装有拨盘，拨盘装有一个拨杆，当转轴转动时拨盘随之转动，拨杆拨动装在中间盘上的档块使中间盘随之转动，当拨块触及到限位块上的凸台时，限位块和与之相连的转动套随之转动，当限位块顺时针转到第二限位开关位置时，限位开关发出信号，使控制器控制C轴驱动电机停止转动，或使C轴驱动电机逆向转动，从限位开关的位置起，内套逆向转动720度角时，拨块拨动限位块逆时针方向转动到第一限位开关的位置，限位开关终止C轴驱动电机继续转动，或使C轴返回，当拨块触及不到凸台时，转动套在第一拉伸弹簧和第二拉伸弹簧的作用下回到原始位置。
所述C轴管式电机，在下固定套内部设有C轴的下管式电机，它的第二外转子和第二内转子装在转台支承座上，在上固定套内部设有C轴的上管式电机，它的第三外转子和第三内转子通过转盘、转轴连接在转台支座上，上下两个管式电机的第二定子和第三定子通过分配轴连接在下固定套和上固定套上，内外两个转子和定子之间形成内外两个气隙，在管式电机的定子四周设有冷却通道。
所述A轴管式电机装在主轴支架上，当C轴管式电机转动时，通过转轴、转台支承座、A轴固定套，带动A轴转动，C轴与A轴管式电机联动，实现主轴的A轴和C轴联动。
所述管式电机的定子采用管状结构，定子的四周有冷却通道a，内转子的外壁贴有永磁材料b，装在定子的孔内，并与定子的内壁形成气隙，外转子的内壁贴有永磁材料c，装在定子的外面，并与定子的外壁形成气隙，管式电机有内外两个转子，形成两个气隙。
本发明的有益效果：这种采用管式电机驱动双摆铣头的C轴旋转限位装置，它主要由C轴部分和A轴部分组成，C轴驱动电机和A轴驱动电机都是采用管式电机，在C轴的上盖和转轴之间设有一个旋转限位装置，该旋转限位装置是由三个相互间可相对自由转动的套圈和两组限位开关组成，可使C轴旋转±360°，这种限位装置工作可靠，不磨损，定位精度高。管式电机驱动装置是由内转子、外转子和管式定子和冷却机构组成，它有内外两组气隙，可充分利用磁场能量，效率高，环绕管式定子铁芯的四周有冷却通道，可对电机进行充分冷却，因而可输入较大的电流，使电机的输出功率大，低速扭矩大。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1是一种管式电机驱动的大扭矩双摆铣头。
图2是图1中的C轴旋转限位装置放大图。
图3是C轴旋转限位装置立体简图。
图4是图1的B-B剖面图。
图5是图1中的管式电机内外转子立体简图。
图6是图1中的管式电机的管式定子立体简图。
图7是图5的A-A剖面图。
图中：1、第一外转子，2、第一定子，3、左壳体，4、第一内转子，5、左侧轴承，6、A轴固定套，7、转台轴承，8、C轴固定套，9、第二外转子，10、第二定子，11、下固定套，12、分配轴，13、上固定套，14、第三定子，15、第三外转子，16、转盘，17、上盖，18、上轴承，19、支承套，20、第一轴承，21、转动套，22、限位块，22.1、凸台，23、第二轴承，24、夹紧螺钉，25、拨盘，25.1、拨杆，26、挡圈，27、中间盘，27.1、档块，27.2、拨块，28、钢球轴承，29、弹簧用吊环螺钉，30、内套，31、内压圈，32、外压圈，33、键，34、第三内转子，35、转轴，36、第二内转子，37、支承座，38、右壳体，39、右侧轴承，40、第四内转子，41、第四定子，42、第四外转子，43、主轴支架，44、主轴，45、第一限位开关，46、第二限位开关，47、第一弹簧拉钉，48、第一拉伸弹簧，49、第二拉伸弹簧，50、第二弹簧拉钉。
具体实施方式
图1是一种带有C轴旋转限位装置和管式电机驱动双摆铣头，它有两部分组成，C轴部分和A轴部分。C轴部分主要包括支承座37和装在它上面的下固定套11、上固定套13、两个C轴驱动电机、转盘16、分配轴12、上盖17、C轴固定套8、转轴35和旋转限位装置；装有第二定子10的下固定套11和装有第三定子14的上固定套13及分配轴12用螺钉连接在一起，上盖17固定在上固定套13的顶部，下固定套11通过C轴固定套8连接到转台轴承7的外环上，并用螺钉连接到滑枕上，固定不动；第二外转子第二内转子装到支承座37上，转轴35也装在支承座37上，装有第三外转子15和第三内转子34的转盘16固定在转轴35上，因此，当转子转动时可带动装在转台轴承7内环上的支座37一起转动，也就带动了装在支承座37下面的A轴一起转动。A轴部分主要包括A轴固定套6、左壳体3、右壳体38、两个A轴驱动电机、主轴支架43。在左壳体3内装有第一定子2，在右壳体38内装有第四定子41，第一外转子1、第一内转子4、第四外转子42、第四内转子40装在主轴支架43上，当第一外转子1、第一内转子4、第四外转子42、第四内转子40转动时，装在左轴承5、右轴承39上的装有主轴的主轴支架43随之转动。C轴驱动电机和A轴驱动电机分别采用C轴管式电机和A轴管式电机，当A、C轴同时转动时可实现AC轴两轴联动。
图2是C轴旋转限位装置放大图，图3是它的立体简图，图4是B-B剖面图，它设在上盖17和转轴35之间，旋转限位装置的支承套19通过外压圈32固定在C轴的上盖17上，转动套21的下端通过第一轴承20与支承套19连接，上端通过第二轴承23连接到中间盘27上，中间盘27通过钢球轴承28与支承套19相连，装在转动套21上的限位块22随转动套21转动；内套30通过内压圈31连接到转轴35上，内套30与转动套21不接触，在内套30的上端装有拨盘25，拨盘25上装有一个拨杆25.1，当转轴35转动时拨盘25随之转动，拨杆25.1拨动装在中间盘27上的档块27.1使中间盘随之转动，当装在中间盘27上的拨块27.2触及到限位块22上的凸台22.1时，限位块22和与之相连的转动套21随之转动，当限位块22顺时针转到第二限位开关46位置时，限位开关46发出信号，使控制器控制C轴驱动电机停止转动，或使C轴驱动电机逆向转动，从限位开关46的位置起，内套30逆向转动720度角时，拨块27.2拨动限位块22逆时针方向转动到第一限位开关45的位置，限位开45关终止C轴驱动电机继续转动，或使C轴返回，当拨块27.2触及不到限位块22上的凸台时，转动套21在第一拉伸弹簧48和第二拉伸弹簧49的作用下回到原始位置。拨盘25、中间盘27、转动套21之间相对位置如图3所示，这时，拨盘25上的拨杆25.1和中间盘27上的档块27.1处于左右对称的位置，而中间盘27上的档块27.1和27.2是左右对称的，因而，拨盘25旋转±180°时，拨杆25.1才能触及中间盘27上的档块27.1，同样，中间盘27旋转±180°时，拨块27.2才能拨动转动套21上的限位块22顺时针或逆时针方向转动。只有当拨盘25旋转±360°时，转动套21上的限位块22才能到达第一限位开关45或第二限位开关46的位置。转动套21转动的角度不大，第一拉伸弹簧48和第二拉伸弹簧49的伸缩长度也不大。
在下固定套11的内部设有C轴的下管式电机，它的第二外转子9和第二内转子36装在转台支承座37上，在上固定套13的内设有C轴的上管式电机，它的第三外转子15和第三内转子34通过转盘16、转轴35连接在转台支座37上，上下两个管式电机的第二定子10和第三定子14通过分配轴12连接在下固定套11和上固定套13上，内外两个转子和定子之间形成内外两个气隙，在管式电机的定子四周设有冷却通道。
A轴左侧管式电机的第一定子2装在左壳体3内，第一外转子1、第一内转子4装在主轴支架43的左侧，A轴右侧管式电机的第四定子41装在右壳体38内，第四外转子42、第四内转子40装在主轴支架43的右侧，当A轴左右两侧电机的转子转动时，主轴支架43绕左侧轴承5和右侧轴承39转动。装在主轴支架43内的主轴44随之转动。当C轴管式电机转动时，通过转轴35、支承座37、A轴固定套6，带动A轴转动。C轴管式电机与A轴管式电机同时转动时可实现A轴和C轴联动。
管式电机的定子采用管状结构(图6)，定子的四周有冷却通道a(图7)，内转子的外壁贴有永磁材料b(图5)，装在定子的孔内，并与定子的内壁形成气隙，外转子的内壁贴有永磁材料c，装在定子的外面，并与定子的外壁形成气隙。

Claims (4)

1.一种采用管式电机驱动双摆铣头的C轴旋转限位装置，它主要由C轴部分和 A轴部分组成： C轴部分主要包括转台支承座（37）和装在它上面的下固定套（11）、上固定套（13）、两个C轴驱动电机、转盘（16）、分配轴（12）、上盖（17）、C轴固定套（8）和转轴（35）；A轴部分主要包括A轴固定套（6）、左壳体（3）、右壳体(38)、两个A轴驱动电机，两个A轴驱动电机带动主轴支架（43）绕左侧轴承（5）和右侧轴承（39）转动，使装在主轴支架（43）上的主轴（44）一起转动；其特征是：所述C轴驱动电机和A轴驱动电机分别采用C轴管式电机和A轴管式电机，在所述上盖（17）和转轴（35）之间设有一个旋转限位装置，旋转限位装置的支承套(19)通过外压圈(32)固定在C轴的上盖(17)上，转动套(21)的下端通过第一轴承(20) 与支承套(19)连接，上端通过第二轴承(23)连接到中间盘(27)上，中间盘(27)通过钢球轴承(28)与支承套(19)相连，装在转动套(21)上的限位块(22)随转动套(21)转动；内套(30)通过内压圈(31)连接到转轴（35）上，内套（30）与转动套（21）不接触，在内套（30）的上端装有拨盘（25），拨盘（25）装有一个拨杆（25.1），当转轴（35）转动时拨盘（25）随之转动，拨杆（25.1）拨动装在中间盘（27）上的档块（27.1）使中间盘（27）随之转动，当拨块（27.2）触及到限位块（22）上的凸台（22.1）时，限位块（22）和与之相连的转动套（21）随之转动，当限位块（22）顺时针转到第二限位开关（46）位置时，限位开关（46）发出信号，使控制器控制C轴驱动电机停止转动，或使C轴驱动电机逆向转动，从限位开关（46）的位置起，内套（30）逆向转动720度角时，拨块（27.2）拨动限位块（22）逆时针方向转动到第一限位开关（45）的位置，限位开关（45）终止C轴驱动电机继续转动，或使C轴返回，当拨块（27.2）触及不到凸台（22.1）时，转动套（21）在第一拉伸弹簧（48）和第二拉伸弹簧（49）的作用下回到原始位置。
2.根据权利要求1所述的一种采用管式电机驱动双摆铣头的C轴旋转限位装置，其特征是：所述C轴管式电机，在下固定套（11）内部设有C轴的下管式电机，C轴下管式电机的外转子、内转子和定子分别为第二外转子（9）、第二内转子（36）和第二定子（10），第二外转子（9）和第二内转子（36）装在转台支承座（37）上，在上固定套（13）内部设有C轴的上管式电机，C轴上管式电机的外转子、内转子和定子分别为第三外转子（15）、第三内转子（34）和第三定子（14），第三外转子（15）和第三内转子（34）通过转盘（16）、转轴（35）连接在转台支承座（37）上，第二定子（10）和第三定子（14）通过分配轴（12）连接在下固定套（11）和上固定套（13）上，内外两个转子和定子之间形成内外两个气隙，在管式电机的定子四周设有冷却通道。
3.根据权利要求1所述的一种采用管式电机驱动双摆铣头的C轴旋转限位装置，其特征是：所述A轴管式电机的转子装在主轴支架（43）上，当C轴管式电机转动时，通过转轴（35）、转台支承座（37）、A轴固定套（6），带动A轴转动，C轴与A轴管式电机联动，实现主轴（44）的A轴和C轴联动。
4.根据权利要求2或3所述的一种采用管式电机驱动双摆铣头的C轴旋转限位装置，其特征是：所述管式电机的定子采用管状结构，定子的四周有冷却通道a，内转子的外壁贴有永磁材料b，装在定子的孔内，并与定子的内壁形成气隙，外转子的内壁贴有永磁材料c，装在定子的外面，并与定子的外壁形成气隙，管式电机有内外两个转子，形成两个气隙。
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