CN102873389B - 三坐标测量机用数控双旋转铣削头 - Google Patents

Abstract

本发明属于三坐标测量机的应用技术领域，具体涉及一种三坐标测量机用数控双旋转铣削头。本发明的目的是实现在三坐标测量机上对模型进行快速、高精度加工。为达到上述目的，本发明提供的技术方案是：三坐标测量机用数控双旋转铣削头，包括B轴组件、A轴组件和铣削系统，所述B轴组件和A轴组件相互垂直设置，A轴组件通过安装板与铣削系统连接。本发明可在三坐标测量机上对模型实现快速成型加工，提高设备利用率，降低企业成本。

Description

三坐标测量机用数控双旋转铣削头

技术领域

本发明属于三坐标测量机的应用技术领域，具体涉及三坐标测量机用数控双旋转铣削头。

背景技术

    随着现代加工技术发展快速成型技术也发展迅速，在汽车、航天、家电等行业多采用油泥、聚苯烯泡沫等软质材料加工成模型，为设计人员提供参考。而这些模型多为曲线曲面，在普通机床或加工中心不太好加工，或者需购买特殊设备完成这项工作。

发明内容

本发明的目的是提供一种三坐标测量机用数控双旋转铣削头，以实现在三坐标测量机上对模型进行快速、高精度加工的目的。

为达到上述目的，本发明提供的技术方案是：三坐标测量机用数控双旋转铣削头，包括B轴组件、A轴组件和铣削系统，所述B轴组件和A轴组件相互垂直设置，A轴组件通过安装板与铣削系统连接，所述B轴组件和A轴组件均包括外壳以及设置于外壳内的主轴、主轴旋转组件和主轴轴向位移组件，主轴安装于外壳内且和外壳之间设有密珠轴承，所述主轴旋转组件包括伺服电机、齿轮和端齿盘组件，所述端齿盘组件包括上下布置的可相互啮合的两个端齿盘，其中上部的端齿盘与外壳连接，下部的端齿盘与主轴连接，所述伺服电机设置于外壳内，伺服电机与下部的端齿盘之间通过齿轮传递动力，所述外壳内顶部为气缸结构，且设有气嘴，所述主轴轴向位移组件包括活塞和轴向复位装置，所述活塞设置于主轴上且活塞头部的外壁与外壳内顶部的气缸内壁相配合，B轴组件的主轴下端与A轴组件的外壳连接，A轴组件的主轴两端伸出A轴组件的基体且与安装板连接，安装板与铣削系统连接，所述铣削系统包括铣削电机、减速箱和铣削刀具，铣削电机与减速箱的输入轴连接，减速箱的输出轴与铣削刀具连接。

上述轴向复位装置包括推力轴承和复位弹簧，所述推力轴承套设于主轴上，所述复位弹簧一端固定于外壳上，另一端与推力轴承的端面相对设置。

上述三坐标测量机用数控双旋转铣削头还包括径向复位装置，所述径向复位装置为十字连接器，所述十字连接器包括两个固定板和设置于两个固定板之间的浮动板，其中一个固定板固定于外壳上，另一个固定板固定于上部的端齿盘上，两个固定板上均有梯形槽，浮动板两端面有相对垂直的梯形键，浮动板上梯形键分别与两个固定板上的梯形槽相配合。

上述B轴组件和A轴组件均包括角度检测组件，所述角度检测组件包括电位器和一对角度检测齿轮，电位器安装于外壳上，其中一个角度检测齿轮安装于主轴上，另一个角度检测齿轮安装于电位器的旋转轴上。

本发明相对于现有技术，具有如下优点和效果：

1. 将本发明安装在三坐标测量机上，可利用三坐标测量机的运动控制和高精度特性完成模型加工，加工过程中通过B轴、A轴旋转实现与三坐标三轴联动，可实现快速成型加工，提高设备利用率，降低企业成本。

2. 采用端齿盘啮合锁紧技术，可抵抗较大的切削力矩。

3. 径向复位装置采用十字连接器，减小因端齿盘啮合径向跳动，保证铣削头重复定位精度，从而保证铣削加工精度。

4. 轴向复位装置采用推力轴承和复位弹簧，推力轴承可承受轴向载荷，在弹簧的作用下可使主轴完成轴向的复位。

附图说明：

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明十字连接器的分解说明图；

其中：1-B轴外壳、1’-A轴外壳、2-B轴主轴、2’-A轴主轴、3-密珠轴承、4-伺服电机、5-B轴齿轮组、5’-A轴齿轮组、6-B轴上部的端齿盘、6’-A轴上部的端齿盘、7-B轴下部的端齿盘、7’-A轴下部的端齿盘、8-B轴气嘴、8’-A轴气嘴、9-B轴活塞、9’-A轴活塞、10-安装板、11-铣削电机、12-减速箱、13-铣削刀具、14-推力轴承、15-复位弹簧、16-十字连接器、17-固定板、18-浮动板、19-电位器、20-角度检测齿轮。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做详细说明：

参照图1，三坐标测量机用数控双旋转铣削头，包括B轴组件、A轴组件和铣削系统，所述B轴组件和A轴组件相互垂直设置，A轴组件通过安装板10与铣削系统连接，所述B轴组件和A轴组件均包括外壳以及设置于外壳内的主轴、主轴旋转组件和主轴轴向位移组件，主轴安装于外壳内且和外壳之间设有密珠轴承3，所述主轴旋转组件包括伺服电机4、齿轮组和端齿盘组件，所述端齿盘组件包括上下布置的可相互啮合的两个端齿盘，其中上部的端齿盘与外壳连接，下部的端齿盘与主轴连接，所述伺服电机4设置于外壳内，伺服电机4与下部的端齿盘之间通过齿轮组传递动力，所述外壳内顶部为气缸结构，且设有气嘴，所述主轴轴向位移组件包括活塞和轴向复位装置，所述活塞设置于主轴上且活塞头部的外壁与外壳内顶部的气缸内壁相配合，B轴组件的主轴下端与A轴组件的外壳连接，A轴组件的主轴两端伸出A轴组件的外壳且与安装板10连接，安装板10与铣削系统连接，所述铣削系统包括铣削电机11、减速箱12和铣削刀具13，铣削电机11与减速箱12的输入轴连接，减速箱12的输出轴与铣削刀具13连接。

上述轴向复位装置包括推力轴承14和复位弹簧15，所述推力轴承14套设于主轴上，所述复位弹簧15一端固定于外壳上，另一端与推力轴承14的端面相对设置。

上述三坐标测量机用数控双旋转铣削头还包括径向复位装置，所述径向复位装置为十字连接器16，所述十字连接器16包括两个固定板17和设置于两个固定板17之间的浮动板18，其中一个固定板17固定于外壳上，另一个固定板17固定于上部的端齿盘上，两个固定板17上均有梯形槽，浮动板18两端面设有相对垂直的梯形键，浮动板18上的梯形键分别与两个固定板17上的梯形槽相配合。由于端齿盘组件存在制造误差，在上部的端齿盘和下部的端齿盘啮合过程中存在径向力。上部的端齿盘固定在十字连接器固定板上，上部的端齿盘、固定板17、浮动板18的内径与外壳之间有小量间隙，上部的端齿盘、固定板17、浮动板18在端齿盘啮合径向力作用下可沿径向微量移动，同时由于梯形键槽配合使上部的端齿盘、固定板17、浮动板18径向移动同时不会绕轴旋转，消除了端齿盘2及主轴的径向力，保证了主轴旋转分度的重复定位性。

上述B轴组件和A轴组件均包括角度检测组件，所述角度检测组件包括电位器19和一对角度检测齿轮20，电位器19安装于外壳上，其中一个角度检测齿轮20安装于主轴上，另一个角度检测齿轮20安装于电位器19的旋转轴上。主轴旋转时时，电位器19会根据角度检测齿轮20转过的角度计算出主轴旋转的角度，然后将主轴旋转的角度反馈给连接在外部的控制器，以便控制器控制主轴旋转到指定角度。

由于主轴与外壳间装有密珠轴承3，主轴可在外壳内转动，同时可轴向移动。加工过程中需要通过B轴、A轴旋转实现与三坐标三轴联动，本发明在控制器的控制下通过下列动作实现B轴、A轴自动旋转。

实施例1：一种三坐标测量机用数控双旋转铣削头，包括B轴组件、A轴组件和铣削系统，所述B轴组件和A轴组件相互垂直设置，A轴组件通过安装板10与铣削系统连接，所述B轴组件包括B轴外壳1以及设置于B轴外壳1内的B轴主轴2、B轴旋转组件和B轴轴向位移组件，B轴主轴2安装于B轴外壳1内且和B轴外壳1之间设有密珠轴承3，所述B轴旋转组件包括伺服电机4、B轴齿轮组5和端齿盘组件，所述端齿盘组件包括上下布置的可相互啮合的两个端齿盘，其中B轴上部的端齿盘6与B轴外壳1连接，B轴下部的端齿盘7与B轴主轴2连接，所述伺服电机4设置于B轴外壳1内，伺服电机4与B轴下部的端齿盘7之间通过B轴齿轮组5传递动力，所述B轴外壳1内顶部为气缸结构，且设有B轴气嘴8，所述B轴轴向位移组件包括B轴活塞9和轴向复位装置，所述B轴活塞9设置于B轴主轴2上且活塞头部的外壁与B轴外壳1内顶部的气缸内壁相配合，所述轴向复位装置包括推力轴承14和复位弹簧15，所述推力轴承14套设于B轴主轴2上，所述复位弹簧15一端固定于B轴外壳1上，另一端与推力轴承14的端面相对设置。上述B轴组件还包括径向复位装置，所述径向复位装置为十字连接器16，所述十字连接器16包括两个固定板17和设置于两个固定板17之间的浮动板18，其中一个固定板17固定于B轴外壳1上，另一个固定板17固定于B轴上部的端齿盘6上，两个固定板17上均有梯形槽，浮动板18两端面设有相对垂直的梯形键，浮动板18上的梯形键分别与两个固定板17上的梯形槽相配合。所述B轴组件还包括角度检测组件，所述角度检测组件包括电位器19和一对角度检测齿轮20，电位器19安装于B轴外壳1上，其中一个角度检测齿轮20安装于B轴主轴2上，另一个角度检测齿轮20安装于电位器19的旋转轴上。B轴主轴2旋转时，电位器19会根据角度检测齿轮20转过的角度计算出B轴主轴2旋转的角度，然后将B轴主轴2旋转的角度反馈给连接在外部的控制器，以便控制器控制B轴主轴2旋转到指定角度。

所述A轴组件包括A轴外壳1’以及设置于A轴外壳1’内的A轴主轴2’、A轴旋转组件和A轴轴向位移组件，A轴主轴2’安装于A轴外壳1’内且和A轴外壳1’之间设有密珠轴承3，所述A轴旋转组件包括伺服电机4、A轴齿轮组5’和端齿盘组件，所述端齿盘组件包括上下布置的可相互啮合的两个端齿盘，其中A轴上部的端齿盘6’与A轴外壳1’连接，A轴下部的端齿盘7’与A轴主轴2’连接，所述伺服电机4设置于A轴外壳1’内，伺服电机4与A轴下部的端齿盘7’之间通过A轴齿轮组5’传递动力，所述A轴外壳1’内顶部为气缸结构，且设有A轴气嘴8’，所述A轴轴向位移组件包括A轴活塞9’和轴向复位装置，所述A轴活塞9’设置于A轴主轴2’上且活塞头部的外壁与A轴外壳1’内顶部的气缸内壁相配合，所述轴向复位装置包括推力轴承14和复位弹簧15，所述推力轴承14套设于A轴主轴2’上，所述复位弹簧15一端固定于A轴外壳1’上，另一端与推力轴承14的端面相对设置。上述A轴组件还包括径向复位装置，所述径向复位装置为十字连接器16，所述十字连接器16包括两个固定板17和设置于两个固定板17之间的浮动板18，其中一个固定板17固定于A轴外壳1’上，另一个固定板17固定于A轴上部的端齿盘6’上，两个固定板17上均有梯形槽，浮动板18两端面设有相对垂直的梯形键，浮动板18上的梯形键分别与两个固定板17上的梯形槽相配合。所述A轴组件还包括角度检测组件，所述角度检测组件包括电位器19和一对角度检测齿轮20，电位器19安装于A轴外壳1’上，其中一个角度检测齿轮20安装于A轴主轴2’上，另一个角度检测齿轮20安装于电位器19的旋转轴上。A轴主轴2’旋转时，电位器19会根据角度检测齿轮20转过的角度计算出A轴主轴2’旋转的角度，然后将A轴主轴2’旋转的角度反馈给连接在外部的控制器，以便控制器控制A轴主轴2’旋转到指定角度。

所述B轴主轴2的下端与A轴外壳1’连接，A轴主轴2’两端伸出A轴外壳1’且与安装板10连接，安装板10与铣削系统连接，所述铣削系统包括铣削电机11、减速箱12和铣削刀具13，铣削电机11与减速箱12的输入轴连接，减速箱12的输出轴与铣削刀具13连接。

实际工作中，以B轴组件为例：气缸通气后在气缸的作用下推动B轴主轴2轴向移动，B轴上部的端齿盘6和B轴下部的端齿盘7脱开（铣削过程中B轴上部的端齿盘6和B轴下部的端齿盘7处于啮合状态）。伺服电机通过B轴齿轮组5带动A轴外壳1’转动，当B轴主轴2转动到指定位置时伺服电机4去掉使能，气缸断气，在复位弹簧15的作用下推动B轴主轴2轴向移动复位，B轴上部的端齿盘6和B轴下部的端齿盘7啮合。在十字连接器16的作用下B轴上部的端齿盘6径向调整，保证B轴主轴2的重复定位性。

A轴组件结构和实现的功能与B轴一致， A轴主轴2’带动铣削系统旋转。B轴主轴2和A轴主轴2’旋转到指定位置后铣削系统开始铣削工作。

Claims (4)

1.三坐标测量机用数控双旋转铣削头，其特征在于：包括B轴组件、A轴组件和铣削系统，所述B轴组件和A轴组件相互垂直设置，A轴组件通过安装板（10）与铣削系统连接，所述B轴组件和A轴组件均包括外壳以及设置于外壳内的主轴、主轴旋转组件和主轴轴向位移组件，主轴安装于外壳内且和外壳之间设有密珠轴承（3），所述主轴旋转组件包括伺服电机（4）、齿轮组和端齿盘组件，所述端齿盘组件包括上下布置的可相互啮合的两个端齿盘，其中上部的端齿盘与外壳连接，下部的端齿盘与主轴连接，所述伺服电机（4）设置于外壳内，伺服电机（4）与下部的端齿盘之间通过齿轮组传递动力，所述外壳内顶部为气缸结构，且设有气嘴，所述主轴轴向位移组件包括活塞和轴向复位装置，所述活塞设置于主轴上且活塞头部的外壁与外壳内顶部的气缸内壁相配合，B轴组件的主轴下端与A轴组件的外壳连接，A轴组件的主轴两端伸出A轴组件的外壳且与安装板（10）连接，安装板（10）与铣削系统连接，所述铣削系统包括铣削电机（11）、减速箱（12）和铣削刀具（13），铣削电机（11）与减速箱（12）的输入轴连接，减速箱（12）的输出轴与铣削刀具（13）连接。

2.根据权利要求1所述三坐标测量机用数控双旋转铣削头，其特征在于：所述轴向复位装置包括推力轴承（14）和复位弹簧（15），所述推力轴承（14）套设于主轴上，所述复位弹簧（15）一端固定于外壳上，另一端与推力轴承（14）的端面相对设置。

3.根据权利要求1或2所述三坐标测量机用数控双旋转铣削头，其特征在于：还包括径向复位装置，所述径向复位装置为十字连接器（16），所述十字连接器（16）包括两个固定板（17）和设置于两个固定板（17）之间的浮动板（18），其中一个固定板（17）固定于外壳上，另一个固定板（17）固定于上部的端齿盘上，两个固定板（17）上均有梯形槽，浮动板（18）两端面设有相对垂直的梯形键，浮动板（18）上的梯形键分别与两个固定板（17）上的梯形槽相配合。

4.根据权利要求3所述三坐标测量机用数控双旋转铣削头，其特征在于：所述B轴组件和A轴组件均包括角度检测组件，所述角度检测组件包括电位器（19）和一对角度检测齿轮（20），电位器（19）安装于外壳上，其中一个角度检测齿轮（20）安装于主轴上，另一个角度检测齿轮（20）安装于电位器（19）的旋转轴上。