CN102240917A - 直驱式伺服刀架 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种直驱式伺服刀架，包括外壳体、力矩电机、盘形连接件、主轴、动齿盘、定齿盘和锁紧齿盘，刀架由力矩电机直接驱动，力矩电机位于刀架后端，力矩电机定子通过螺栓固定在外壳体上，力矩电机转子通过盘形连接件与主轴后端固定，动齿盘与主轴前端固定，定齿盘通过螺栓固定在外壳体上，锁紧齿盘套装在主轴上并与动齿盘、定齿盘配合安装构成三联齿盘机构。该刀架结构简单紧凑、占用空间小、维护成本低，且传动效率高、运行平稳、噪音小。
Description
技术领域
本发明属于数控机床用刀架技术领域，特别涉及一种直驱式伺服刀架。
背景技术
车削加工中心及车铣复合加工中心是航空、航天、军工等工业领域的重要加工设备。数控刀架是车削加工中心及车铣复合加工中心的核心功能部件，其性能和结构直接影响机床的切削性能和切削效率，体现了机床的设计和制造水平。刀架的基本功能：一是固定刀具，二是实现自动换刀。根据实现换刀动作的驱动方式，可以把刀架分为手动刀架、电动刀架(普通电机驱动)、液压刀架(液压马达驱动)、伺服刀架(伺服电机驱动)等。
中国发明专利93110072.0公开了一种齿盘定位刀架，该刀架是靠人工转动刀架手柄使上、下齿盘快速啮合，这种驱动形式难以达到较高的效率。
中国发明专利98113481.5公开了一种普通电机驱动数控刀架，该刀架的刀盘靠普通电机带动凸轮实现转位和初定位，靠齿盘实现精确定位，这种刀架可靠性低，一般用于低端数控机床。
中国发明专利200710156376.1公开了一种新型液压刀架，该刀架通过定位油缸对刀盘进行定位，通过液压马达带动刀盘转动，其体积较大。
论文《基于DSP下的伺服刀架控制系统设计》提到了一种伺服刀架，该刀架由伺服电机通过齿轮系统驱动刀盘转位，并实现刀盘初定位，靠三联齿盘实现齿盘精确定位，这种刀架受到传动系统的影响在初定位时精度较差，在精定位时容易产生冲击和振动，影响加工精度。
发明内容
针对现有数控刀架的缺陷与不足，本发明提供一种直驱式伺服刀架，该刀架包括外壳体、力矩电机、盘形连接件、主轴、动齿盘、定齿盘和锁紧齿盘，刀架由力矩电机直接驱动，力矩电机位于刀架后端，力矩电机定子固定在外壳体上，力矩电机转子通过盘形连接件与主轴后端固定，动齿盘与主轴前端固定，定齿盘固定在外壳体上，锁紧齿盘套装在主轴上并与动齿盘、定齿盘配合安装构成三联齿盘机构。
所述力矩电机定子左端设有凸缘，压紧左端密封圈，定子内部设有冷却水套，冷却水套上开设环形凹槽，冷却水套与定子之间形成环形冷却水槽，冷却水套两端设置有密封槽并设圆形密封圈密封。
所述冷却水套与主轴的空腔内设有前活塞、后活塞，锁紧齿盘与前活塞固定，前活塞与冷却水套内凸缘形成油腔Ⅰ，后活塞套装于前活塞的凸缘上，两活塞之间形成油腔Ⅱ。
所述后活塞与盘形连接件之间设置有滚针推力轴承Ⅰ。
所述主轴与盘形连接件之间、主轴与动齿盘之间通过主轴的矩形花键实现周向定位，通过螺栓实现轴向定位。
本发明的有益效果是：
⑴ 力矩电机通过主轴直接驱动刀盘，省去了齿轮机构、蜗杆机构、凸轮机构等中间传动、变速环节，避免了传动件之间的间隙带来的传动误差，有效提高了刀架的可靠性和精度；
⑵ 刀架结构简单紧凑、占用空间小，维护成本低；
⑶ 刀架传动部分的转动惯量降低，提高了传动效率，运行平稳，噪音小；
⑷ 力矩电机采用冷却水套进行水冷，冷却水套上设环形凹槽增加了冷却水道的长度，使定子冷却更加均匀，有效减少热变形。
附图说明
图1是本发明实施例的整体结构示意图；
图2是本发明实施例的主轴与动齿盘装配示意图；
图3是本发明实施例的冷却水套结构示意图；
图4是三联齿盘机构啮合示意图；
图5是三联齿盘机构分离示意图；
图中：1力矩电机转子，2力矩电机定子，3冷却水套，3.1后密封槽，3.2环形冷却水槽，3.3前密封槽，4盘形连接件，5主轴，5.1花键，6动齿盘，7定齿盘，8锁紧齿盘，9前活塞，9.1油腔Ⅰ，9.2油腔Ⅱ，10后活塞，11外壳体，12滚针推力轴承 
，13螺栓
，14螺栓
，15螺栓
，16螺栓
，17螺栓
，18刀盘安装螺纹孔，19后端盖，20圆形密封圈，21角度编码器，22螺栓
，23滚针推力轴承，24调整垫片，25定位销。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
如图1、图2、图3所示，直驱式伺服刀架包括外壳体11、力矩电机、盘形连接件4、主轴5、动齿盘6、定齿盘7和锁紧齿盘8，外壳体11后端设有后端盖19，刀架由低速、大扭矩、外转子力矩电机直接驱动，力矩电机位于刀架后端，力矩电机定子2通过螺栓
16固定在外壳体11上，力矩电机转子1通过螺栓22与盘形连接件4固定，盘形连接件4通过螺栓
13与主轴5后端固定，通过主轴5的花键5.1实现周向定位，盘形连接件4的右端设有角度编码器21，用于检测刀盘位置并将信号实时反馈至刀架控制器，动齿盘6外侧设有刀盘安装螺纹孔18用于安装刀盘，并通过螺栓
14与主轴5前端固定，动齿盘6与主轴5通过主轴5的花键5.1实现周向定位，动齿盘6设置在定齿盘7的中心孔内，与定齿盘7过渡配合，定齿盘7与动齿盘6之间安装有滚针推力轴承Ⅱ23和调整垫片24，滚针推力轴承Ⅱ23用于承受轴向载荷，调整垫片24用于安装时调整动齿盘6与定齿盘7的高度，定齿盘7通过螺栓
15固定在外壳体11上，锁紧齿盘8通过其中心孔套装在主轴5上并与动齿盘6、定齿盘7齿形相对配合安装构成三联齿盘机构，由此实现刀盘的直接驱动。
所述力矩电机定子2左端设有凸缘，压紧左端密封圈，力矩电机定子2中心孔内设有冷却水套3，冷却水套3上开设环形凹槽，冷却水套3与力矩电机定子2之间形成环形冷却水槽3.2，冷却水套3两端设置有前密封槽3.3和后密封槽3.1并设圆形密封圈20密封。
所述冷却水套3与主轴5的空腔内设有前活塞9、后活塞10，前活塞9与后活塞10之间安装有一个定位销25，防止前活塞9、后活塞10相对转动，锁紧齿盘8通过螺栓
17与前活塞9固定，前活塞9与冷却水套3内凸缘形成油腔Ⅰ9.1，后活塞10套装于前活塞9的凸缘上，两活塞之间形成油腔Ⅱ9.2，前活塞9在液压力的推动下可以带动锁紧齿盘8前后移动，后活塞10与盘形连接件4之间设置有滚针推力轴承Ⅰ12，用于承受后活塞10的轴向载荷。
开机时，油腔Ⅰ9.1内的油压上升推动前活塞9与锁紧齿盘8向后运动，同时油腔Ⅱ9.2回油；当三联齿盘分离，如图5所示，力矩电机转子1驱动盘形连接件4、主轴5、动齿盘6和刀盘旋转；当角度编码器21检测到刀盘转到理想位置时，力矩电机停止转动，刀盘实现了初定位，此时，油腔Ⅱ9.2内的油压上升推动前活塞9与锁紧齿盘8向前运动，同时油腔Ⅰ9.1回油；当三联齿盘啮合，如图4所示，刀盘实现了精确定位，可进行切削动作。
Claims (5)
1.一种直驱式伺服刀架，其特征在于：该刀架包括外壳体、力矩电机、盘形连接件、主轴、动齿盘、定齿盘和锁紧齿盘，刀架由力矩电机直接驱动，力矩电机位于刀架后端，力矩电机定子固定在外壳体上，力矩电机转子通过盘形连接件与主轴后端固定，动齿盘与主轴前端固定，定齿盘固定在外壳体上，锁紧齿盘套装在主轴上并与动齿盘、定齿盘配合安装构成三联齿盘机构。
2.根据权利要求1所述的直驱式伺服刀架，其特征在于所述力矩电机定子左端设有凸缘，压紧左端密封圈，力矩电机定子内部设有冷却水套，冷却水套上开设环形凹槽，冷却水套与力矩电机定子之间形成环形冷却水槽，冷却水套两端设置有密封槽并设圆形密封圈密封。
3.根据权利要求2所述的直驱式伺服刀架，其特征在于所述冷却水套与主轴的空腔内设有前活塞、后活塞，锁紧齿盘与前活塞固定，前活塞与冷却水套内凸缘形成油腔Ⅰ，后活塞套装于前活塞的凸缘上，两活塞之间形成油腔Ⅱ。
4.根据权利要求3所述的直驱式伺服刀架，其特征在于所述后活塞与盘形连接件之间设置有滚针推力轴承Ⅰ。
5.根据权利要求1所述的直驱式伺服刀架，其特征在于所述主轴与盘形连接件之间、主轴与动齿盘之间通过主轴的矩形花键实现周向定位，通过螺栓实现轴向定位。
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