CN102328235A - 一种可完成精密微小型车铣磨复合加工的yb轴装置 - Google Patents

Abstract

本发明为一种可完成精密微小型车铣磨复合加工的YB轴装置，属于机械加工领域。包括包括Y轴组件、B轴组件，Y轴组件包括立柱、溜板、锁紧机构、驱动部分、加工部分和传动系统；B轴组件包括转台底座、旋转轴、锁紧机构、驱动部分和传动系统。该YB轴精度高，Y轴移动重复定位精度达0.002mm，B轴回转精度达±10″，整体结构紧凑适合于安装在加工空间较小的五轴车铣磨复合加工机械设备中。

Description

一种可完成精密微小型车铣磨复合加工的YB轴装置

技术领域

本发明属于机械加工领域，涉及一种加工中心附件，尤其设计一种可完成精密微小型车铣磨复合加工的YB轴装置。

背景技术

YB轴是本发明中提出的新概念，指车铣复合加工中心中Y轴与B轴集成在一起形成的既具有Y轴移动功能又具有B轴转动功能的加工模块。由于具备了B轴加工功能，该模块普遍应用于五轴车铣中心中，实现复杂空间型面加工。

目前世界上的各机床生产厂家的Y轴形式都各不相同，五轴车铣复合加工中心的Y轴可以归结为日式和欧式两种形式。日式加工中心的Y轴是虚拟Y轴，是X轴和一个与X轴有一定夹角的Y′的轴差补来实现。在Y轴运动时，X轴和Y′轴同时运动。这种形式X轴拖动重利轻，易于控制，但是受布局影响Y轴行程较小；欧式加工中心是机械保证，Y轴与X、Z轴垂直，这种布局情况下行程较大。但是，目前市场上销售的各车铣复合加工中心中，YB轴都是一体式的，这样的结构固然可以提高YB轴的加工精度但是也降低了YB轴的柔性。

发明内容

本发明的目的在于提出一种可完成精密微小型车铣磨复合加工的YB轴装置，该YB轴具有结构紧凑，尺寸小，可承载力矩大和精度高的特点。

为解决上述问题，本发明是通过以下技术方案实现的：一种可完成精密微小型车铣磨复合加工的YB轴装置，包括Y轴组件、B轴组件；Y轴组件包括立柱、溜板、Y轴锁紧机构、Y轴驱动单元、加工部分和Y轴传动系统，所述的Y轴锁紧机构位于导轨前方，用于在安装导轨后锁紧导轨；所述的Y轴驱动单元通过所述的传动系统使溜板完成沿Y轴导轨移动的运动；B轴组件包括转台底座、旋转轴、B轴锁紧机构、B轴驱动单元和B轴传动系统，所述的锁紧机构为一钳夹机构，位于转台底座与旋转轴之间，使转台到位后靠气动夹紧；所述的B轴驱动单元通过所述B轴传动系统使转台完成绕Y轴的转动，Y轴组件通过螺钉连接到B轴组件上，最终集成为YB轴。

所述Y轴组件的加工部分包括安装电主轴的电主轴座和安装车刀的车刀架，电主轴座分为两部分，分别为上座和下座，两部分用螺钉连接以便进行电主轴更换。

所述Y轴组件的加工部分包括更换铣削用和磨削用电主轴实现不同类型的加工。

所述Y轴组件的车刀架为排刀架形式，共可安装三把车刀以便完成快速换刀。

所述Y轴组件的电主轴座与车刀架成90°布置，在转台的旋转下进行车削功能、铣削功能以及磨削功能的切换。

所述Y轴组件的导轨部分采用了薄型滚动导轨，该导轨中采用球保持器来消除钢球的相互摩擦。

所述Y轴组件的导轨在径向、反径向和侧向的4个方向承载负荷，且基本额定负荷在4个方向上均相等。

所述Y轴组件的传动系统包括支撑单元、滚珠丝杠副、丝杠同步带轮、同步带A、β4电机同步带轮，滚珠丝杠副通过支撑单元安装在立柱上，丝杠同步带轮通过涨紧套和滚珠丝杠副连接，β4电机同步带轮通过涨紧套和电机连接，电机的旋转运动通过电机同步带轮、同步带A和丝杠同步带轮传递到滚珠丝杠副，实现U形溜板组件的Y向移动。

所述B轴锁紧机构采用钳夹机构，通过对弹簧皮腔的内部充入4或6个大气压的压缩空气，或者排放弹簧皮腔外部缸体内的压缩空气，使弹簧皮腔发生弯曲弓起，并连带引起钳夹系统内外径接触面之间距离的缩短，此时钳夹系统将解除锁定；当弹簧皮腔的内部压缩空气被排放，或者弹簧皮腔的外部缸体被充气增压后，弹簧皮腔得到放松伸展并径向压紧钳夹装置的内径和外径的轴向接触面，整个钳夹元件将在钳夹颚接触面范围内产生弹性形变，并随之夹紧轴体进入钳夹状态。

所述B轴传动系统包括交叉滚柱轴环压盖，交叉滚柱轴环、转台转轴同步带轮、薄型平键、小圆螺母、圆螺母用止动垫圈、深沟球轴承、转台同步带、涨紧套、转台电机同步带轮，转台转轴同步带轮通过小圆螺母和圆螺母止动垫圈与旋转轴连接，转台电机同步带轮通过涨紧套与转台电机连接，旋转轴与转台底座之间安装了交叉滚柱轴环和深沟球轴承，转台电机的运动通过转台电机同步带轮、转台同步带、转台转轴同步带轮传递到旋转轴上，转台电机为伺服电机，可以实现转台的任意转角转动。

所述B轴传动系统在轴承内部垂直排列的滚柱间装有间隔保持器，防止了滚柱的侧倒或滚柱的相互摩擦。

本发明的优点在于：

通过本发明的技术方案，可根据用户不同需求进行配置，增加了YB轴的柔性；同时将车刀架整合在YB轴上，使得加工空间结构紧凑；B轴组件的设计中利用交叉滚柱轴承有效减小转台的厚度，且能够承受较大翻覆力矩，进一步降低YB轴整体尺寸。该YB轴精度高，Y轴移动重复定位精度达0.002mm，B轴回转精度达±10″，整体结构紧凑适合于安装在加工空间较小的五轴车铣磨复合加工机械设备中。

附图说明

图1为精密微小型五轴车铣复合加工中心YB轴正视图；

图2为精密微小型五轴车铣复合加工中心YB轴左视图；

图3为图1中Y轴组件的正视图；

图4为图1中Y轴组件的左视图；

图5为图1中Y轴组件的俯视图；

图6为图1中B轴组件的正视图；

图7为图7中B轴组件的俯视图；

图8为图1中B轴组件的剖视图；

图中：1-电主轴上座，2-电主轴下座，3-U形溜板组件，4-立柱，5-支撑单元，6-丝杠同步带轮，7-涨紧套，8-滚珠丝杠副，9-电机支撑弯板，10-六角薄螺母，11-六角头全螺纹螺栓，12-涨紧套，13-β4电机同步带轮，14-同步带A，15-连接板，16-电机，17-圆柱头螺钉，18-车刀架，19-圆柱头螺钉，20-导轨锁紧楔块，21-圆柱头螺钉，22-直线导轨副，23-旋转轴，24-O形橡胶密封圈，25-交叉滚柱轴环压盖，26-交叉滚柱轴环，27-快速接头，28-挡铁组件，29-转台底座，30-钳夹系统ROTOCLAMP，31-转台转轴同步带轮，32-薄型平键A型，33-小圆螺母，34-圆螺母用止动垫圈，35-深沟球轴承，36-转台电机支架，37-转台同步带，38-涨紧套，39-转台电机同步带轮，40-罩壳，41-转台电机托板，42-十字槽盘头螺钉，43-平垫圈，44-谐波减速机，45-转台电机，46-六角头螺栓，47-六角薄螺母。

具体实施方式

参照附图1可知，本发明的精密微小型五轴车铣磨复合加工中心YB轴，包括Y轴组件、B轴组件和罩壳三部分。Y轴组件包括立柱4、溜板3、锁紧机构、驱动部分、加工部分和传动系统。其中，所述的锁紧机构位于导轨前方，由导轨锁紧楔块20和圆柱头螺钉21组成，用于在完成导轨安装后锁紧导轨；所述的驱动部分主要为一伺服电机，伺服电机通过所述的传动系统使溜板完成沿Y轴导轨移动的运动；所述的加工部分包括电主轴座和车刀架18，用于安装电主轴和车刀完成铣削和车削加工。B轴组件包括转台底座29、旋转轴23、锁紧机构、驱动部分和传动系统。其中，所述的锁紧机构为一钳夹系统30，位于转台底座与旋转轴之间，使转台到位后自动靠气动夹紧；所述的驱动部分主要为一伺服电机45，伺服电机通过所述传动系统使转台完成绕Y轴的转动。

其中，所述Y轴组件的传动系统包括支撑单元5、滚珠丝杠副8、丝杠同步带轮6、同步带A 14、β4电机同步带轮13，滚珠丝杠副8通过支撑单元5安装在立柱4上，丝杠同步带轮6通过涨紧套7和滚珠丝杠副8连接，β4电机同步带轮13通过涨紧套12和电机16连接。电机16的旋转运动通过电机同步带轮13、同步带14和丝杠同步带轮6传递到滚珠丝杠副8，实现U形溜板组件3的Y向移动。所述B轴组件的传动系统包括交叉滚柱轴环压盖25，交叉滚柱轴环26、转台转轴同步带轮31、薄型平键32、小圆螺母33、圆螺母用止动垫圈34、深沟球轴承35、转台同步带37、涨紧套38、转台电机同步带轮39，转台转轴同步带轮31通过小圆螺母33和圆螺母止动垫圈34与旋转轴23连接，转台电机同步带轮39通过涨紧套与转台电机45连接，旋转轴23与转台底座29之间安装了交叉滚柱轴环26和深沟球轴承35，交叉滚柱轴环具有厚度小并且能够承受径向负荷、轴向负荷及力矩负荷等所有方向的负荷的优点，可以保证转台的尺寸小但可承受的力矩较大。转台电机49的运动通过转台电机同步带轮39、转台同步带37、转台转轴同步带轮31传递到旋转轴上，转台电机45为伺服电机，可以实现转台的任意转角转动。

YB轴的动作主要包括溜板组件沿Y轴移动、Y轴夹紧，转台B轴转动、转台夹紧。Y轴实现移动时，首先Y轴电机16转动，带动β4电机同步带轮13转动，通过同步带14带动丝杠同步带轮6转动，使得滚珠丝杠副8转动，丝杠转动使得螺母在丝杠上沿Y轴移动，U形溜板组件3与滚珠丝杠副8中的螺母固连实现与U形组件相连的店主轴座1、2和车刀架18实现沿Y轴的移动，在Y轴移动到位后，电机抱闸锁紧Y轴。

B轴组件组件在工作(即加工)状态下处于夹紧状态，当要求实现工位转换时，首先松开转台钳夹系统30。松开钳夹系统30的具体运动过程为：通过对弹簧皮腔的内部(从Open口)充入4或者6个大气压的压缩空气，或者排放弹簧皮腔外部缸体(从Close口)内的压缩空气，将会使弹簧皮腔发生弯曲弓起，并连带引起钳夹系统内外径接触面之间距离的缩短。此时钳夹系统将解除锁定。在钳夹系统30解除锁定后，转台组件可以实现B轴转动，首先转台电机45转动，带动转台电机同步带轮39转动，通过转台同步带37带动转台转轴同步带轮31转动，使得旋转轴23转动。在B轴到达指定位置后，弹簧皮腔的内部压缩空气被排放或者弹簧皮腔的外部缸体被充气增压，之后弹簧皮腔得到放松伸展并径向压紧钳夹装置的内径和外径的轴向接触面。整个钳夹元件将在钳夹颚接触面范围内产生弹性形变，并随之夹紧轴体进入钳夹状态。

虽然已结合具体实施例对本发明做了详细地描述，但显而易见的是，这对本发明保护范围不构成任何限制，本领域的普通技术人员可根据所掌握的知识对所有技术等同物及他们的组合进行替换，这些都落入本发明保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种可完成精密微小型车铣磨复合加工的YB轴装置，其特征在于，包括Y轴组件、B轴组件；Y轴组件包括立柱、溜板、Y轴锁紧机构、Y轴驱动单元、加工部分和Y轴传动系统，所述的Y轴锁紧机构位于导轨前方，用于在安装导轨后锁紧导轨；所述的Y轴驱动单元通过所述的传动系统使溜板完成沿Y轴导轨移动的运动；B轴组件包括转台底座、旋转轴、B轴锁紧机构、B轴驱动单元和B轴传动系统，所述的锁紧机构为一钳夹机构，位于转台底座与旋转轴之间，使转台到位后靠气动夹紧；所述的B轴驱动单元通过所述B轴传动系统使转台完成绕Y轴的转动，Y轴组件通过螺钉连接到B轴组件上，最终集成为YB轴。

2.如权利要求1所述的一种可完成精密微小型车铣磨复合加工的YB轴装置，其特征在于，所述Y轴组件的加工部分包括安装电主轴的电主轴座和安装车刀的车刀架，电主轴座分为两部分，分别为上座和下座，两部分用螺钉连接以便进行电主轴更换。

3.如权利要求1所述的一种可完成精密微小型车铣磨复合加工的YB轴装置，其特征在于，所述Y轴组件的加工部分包括更换铣削用和磨削用电主轴实现不同类型的加工。

4.如权利要求2所述的一种可完成精密微小型车铣磨复合加工的YB轴装置，其特征在于，所述Y轴组件的车刀架为排刀架形式，共可安装三把车刀以便完成快速换刀，Y轴组件的电主轴座与车刀架成90°布置，在转台的旋转下进行车削功能、铣削功能以及磨削功能的切换。

5.如权利要求1或2或3或4所述的一种可完成精密微小型车铣磨复合加工的YB轴装置，其特征在于，所述Y轴组件的导轨部分采用了薄型滚动导轨，该导轨中采用球保持器来消除钢球的相互摩擦。

6.如权利要求5所述的一种可完成精密微小型车铣磨复合加工的YB轴装置，其特征在于，所述Y轴组件的导轨在径向、反径向和侧向的4个方向承载负荷，且基本额定负荷在4个方向上均相等。

7.如权利要求1所述的一种可完成精密微小型车铣磨复合加工的YB轴装置，其特征在于，所述Y轴组件的传动系统包括支撑单元、滚珠丝杠副、丝杠同步带轮、同步带A、β4电机同步带轮，滚珠丝杠副通过支撑单元安装在立柱上，丝杠同步带轮通过涨紧套和滚珠丝杠副连接，β4电机同步带轮通过涨紧套和电机连接，电机的旋转运动通过电机同步带轮、同步带A和丝杠同步带轮传递到滚珠丝杠副，实现U形溜板组件的Y向移动。

8.如权利要求1所述的一种可完成精密微小型车铣磨复合加工的YB轴装置，其特征在于，所述B轴锁紧机构采用钳夹机构，通过对弹簧皮腔的内部充入4或6个大气压的压缩空气，或者排放弹簧皮腔外部缸体内的压缩空气，使弹簧皮腔发生弯曲弓起，并连带引起钳夹系统内外径接触面之间距离的缩短，此时钳夹系统将解除锁定；当弹簧皮腔的内部压缩空气被排放，或者弹簧皮腔的外部缸体被充气增压后，弹簧皮腔得到放松伸展并径向压紧钳夹装置的内径和外径的轴向接触面，整个钳夹元件将在钳夹颚接触面范围内产生弹性形变，并随之夹紧轴体进入钳夹状态。

9.如权利要求1所述的一种可完成精密微小型车铣磨复合加工的YB轴装置，其特征在于，所述B轴传动系统包括交叉滚柱轴环压盖，交叉滚柱轴环、转台转轴同步带轮、薄型平键、小圆螺母、圆螺母用止动垫圈、深沟球轴承、转台同步带、涨紧套、转台电机同步带轮，转台转轴同步带轮通过小圆螺母和圆螺母止动垫圈与旋转轴连接，转台电机同步带轮通过涨紧套与转台电机连接，旋转轴与转台底座之间安装了交叉滚柱轴环和深沟球轴承，转台电机的运动通过转台电机同步带轮、转台同步带、转台转轴同步带轮传递到旋转轴上，转台电机为伺服电机，可以实现转台的任意转角转动。

10.如权利要求9所述的一种可完成精密微小型车铣磨复合加工的YB轴装置，其特征在于，所述B轴传动系统在轴承内部垂直排列的滚柱间装有间隔保持器，防止了滚柱的侧倒或滚柱的相互摩擦。

Images