CN102962711B - 带b轴自动旋转的高刚性万能铣头 - Google Patents

Abstract

一种带B轴自动旋转的高刚性万能铣头，包括两套齿轮机构，通过自动拉紧装置与滑枕连接，其特征在于在万能铣头壳体两侧分别安置铣削动力齿轮机构、B轴动力齿轮机构，刀具主轴壳体安装在其间；铣削动力齿轮机构的花键轴下端安装第一套伞齿轮副，通过过渡轴上的齿轮径向连接第二套伞齿轮副，第二套伞齿轮副连接刀具主轴上；B轴动力齿轮机构电机输出端连接减速比为i=22的行星减速机，其输出端连接B轴一级、二级齿轮、双消隙齿轮，连接到B轴三级齿轮，B轴三级齿轮另一端通过法兰盘与刀具主轴壳体把合连接。本万能铣头可实现B轴进给加工，且能精确定位，消除安全隐患，提高生产率。且B轴机构和铣削机构都为齿轮机构传递动力，布局合理，节省成本，可实现大批量生产。

Description

带B轴自动旋转的高刚性万能铣头

技术领域

本发明涉及一种机械设备部件，尤其涉及一种高转速，高刚性的自动换刀带B轴加工装置,主要用于大型立式车铣中心及镗铣中心。

背景技术

目前，应用于立式车铣中心及龙门镗铣中心的万能铣头有两种结构：一种是B轴手动旋转、主轴旋转利用电主轴的铣头结构。这种结构中，当加工带有角度的工件时(如加工带有角度的孔，槽时)，需调节附件头上的手轮，手工将B轴调节到所需的角度，然后进行加工。此种万能铣头结构简单，B轴不能参与机床切削进给，价格便宜，但增加了操作过程中的不安全因素，而且，手工调节角度需要2个小时，按现在车铣床加工价格来算，使用此机床的成本为每小时3000元，安装调整过程中的损失为6000元，生产效率较低。

另一种结构为即带C轴，又带B轴的万能铣头。这种结构中，C轴旋转由力矩电机实现，B轴旋转通过伺服电机实现，动力来源为高精密电主轴。这种万能铣头结构复杂，加工和装配较难。目前，此类万能铣头全部依赖于进口，价格昂贵，维修困难，且受到国外的技术封锁。

发明内容

本发明的目的是提供一种带B轴自动旋转的高刚性万能铣头，能够同时解决现有第一种万能铣头B轴需人工调节，生产效率低，成本高，且易发生安全隐患、第二种万能铣头价格昂贵,结构复杂，维修困难等技术问题。

这种带B轴自动旋转的高刚性万能铣头，由两套齿轮机构组成，通过自动拉紧装置与滑枕连接，数控系统电源模块连接在机床电柜内部的交流母线上，电源模块通过直流母线和设备控制总线连接各数控系统功率模块，以提供驱动电压及硬件识别；其特征在于在万能铣头壳体两侧分别安置铣削动力齿轮机构、B轴动力齿轮机构，内置电机安装在万能铣头壳体内，为B轴动力齿轮机构的动力来源，B轴内置电机的电源来自于在滑枕端面和万能铣头的端面安装的欧度插头，刀具主轴壳体安装在两套齿轮机构之间；B轴动力齿轮机构电机输出端连接减速比为i＝22的行星减速机，减速机的输出端连接B轴一级齿轮轴，经B轴二级齿轮、双消隙齿轮，连接到B轴三级齿轮，B轴三级齿轮另一端安装法兰盘，通过法兰盘与刀具主轴壳体把合连接；铣削动力齿轮机构的花键副下端安装第一套伞齿轮副，第一套伞齿轮副通过过渡轴上的齿轮径向连接一至三级齿轮轴、径向连接第二套伞齿轮副，第二套伞齿轮副连接刀具主轴上。电气部分：铣头数控系统电源模块连接在机床电柜内部的交流母线上，电源模块通过直流母线和设备控制总线连接各数控系统功率模块，万能头B轴旋转轴电机电源线经过一个空气断路器连接在功率模块B轴的输出口，万能头B轴旋转轴电机的电机编码器和B轴光栅分别连接在功率模块的各编码器接口上，C轴旋转电机与主轴电机采用与B轴相同的控制连接方式；数控系统PLC通过变压器和稳压电源连接在机床的交流母线上，万能头夹紧松开泵通过PLC控制其通断的空气开关接在机床电柜内部交流母线排上，万能头锁紧松开阀及相应压力检测接在数控系统PLC上。

本发明的特点及有益效果：这是一种B轴可参与切削进给，且能精确定位的万能铣削装置。此刀具主轴拉刀系统为SK50拉刀机构，此拉刀机构拉紧力大，承受的切削力大，更重要的是在国内应用广泛。解决了手工调节B轴，且不能参与进给的问题，提高了劳动生产力，降低加工成本，消除了安全隐患。该万能铣头B轴定位精度高，且布局合理，拥有足够的刚性。与引进设备相比,结构简单，功能完备，成本较低，可实现大批量国产化生产。

本万能铣头的特点具体体现在：

1.B轴可自动旋转，且可参与机床进给，可以在万能铣头壳体内形成270度的旋转进给加工，定位精度高，且扭矩大，额定扭矩可达6.68KN。

2.B轴机构与铣削主轴机构采用齿轮机构传递，而不是电主轴结构传递，设计精巧，节约成本。

3.通过优化计算，直角头布局合理，且能承受较大切削力，提高钢性。

附图说明

图1a为带B轴自动旋转的高刚性万能铣头整体结构示意右视图；

图1b为万能铣头整体结构示意主视图；

图1c为万能铣头整体结构示意左视图；

图2a是图1隐去万能铣头壳体后内部结构右视图；

图2b是图1隐去万能铣头壳体后内部结构主视图；

图2c是图1隐去万能铣头壳体后内部结构左视图；

图2d是与滑枕连接的适配体4内部结构俯视图；

图3a是图2中B轴动力齿轮机构右视图；

图3b是B轴动力齿轮没安装外壳前的主视图；

图4a是图2中铣削动力齿轮机构主视图；

图4b是图2中铣削动力齿轮机构左视图；

图5是带B轴自动旋转的万能铣头的电器原理示意图；

图6是带B轴自动旋转的万能铣头的控制程序框图。

具体实施方式

带B轴自动旋转的高刚性万能铣头，参看图1a-1c，万能铣头壳体为中空设计，下部中间位置安装刀具主轴，其特征在于万能铣头壳体两侧安装铣削动力齿轮机构和B轴动力齿轮机构。

参看图2a-图2d，为万能铣头隐去万能铣头壳体的内部结构图。如图所示，图2a左侧安装B轴动力齿轮机构，右侧安装铣削动力齿轮机构。西门子内置电机1安装在万能铣头壳体内，为B轴动力齿轮机构的动力来源，它的输出端连接行星齿轮减速机2，减速比为i＝22，减速机的输出端为法兰式输出，通过法兰盘连接B轴动力齿轮机构的输入轴。

此万能头通过适配体4与滑枕连接，在适配体4上，安装了欧度插头5，它与滑枕端面的欧度插头进行对接，是B轴内置电机1的电源。万能铣头通过4个拉钉6被精确的拉紧在滑枕端面。在适配体4上，安装了若干个快换接头7，通过这些快换接头，把冷却水，液压油，气体等介质传递到万能铣头所需的各个位置。

图3a、图3b为B轴动力齿轮机构，B轴动力齿轮机构的B轴内置电机1安装在万能铣头壳体内，电机输出端连接减速比为i＝22的行星减速机2，减速机2的输出端连接B轴一级齿轮轴8，B轴一级齿轮轴8通过齿轮结合连接到B轴二级齿轮轴9,由于B轴需要在270度范围内精确定位，所以B轴齿轮机构采用了机械双齿轮消隙的结构，即B轴二级齿轮轴9同时通过齿轮连接相同的消隙双齿轮10，两个消隙双齿轮10采用反向预紧消隙后，连接到B轴三级齿轮轴11,B轴三级齿轮轴11的输入端连接一个法兰盘12，法兰盘12通过螺钉把合连接到刀具主轴壳体13上，刀具主轴的旋转即形成所需B轴。

图4a-图4b为铣削动力齿轮机构，铣削动力齿轮机构的花键副3的下端安装第一套伞齿轮副14，通过过渡轴上的齿轮径向连接一至三级齿轮轴、一至三级齿轮轴径向连接第二套伞齿轮副：第一套伞齿轮副14连接到铣削一级齿轮轴16，铣削一级齿轮轴16通过齿轮连接到铣削二级齿轮轴17，铣削二级齿轮轴17通过齿轮连接到铣削三级齿轮轴18，铣削三级齿轮轴18另一端安装第二套伞齿轮副15，第二套伞齿轮副15连接到刀具主轴19上。

B轴内置电机将动力传递给行星减速机，经过降低速度增大扭矩的变化，把动力传递给B轴齿轮机构，齿轮机构的输出端通过法兰把合刀具主轴壳体，将输出的动力传递到刀具主轴壳体上，使刀具主轴壳体在270度范围内进给旋转，形成B轴。刀具主轴壳体内安装液压刀具拉紧机构。

给本设计带B轴自动旋转的高刚性万能铣头配置的电气见图5，用户电网采用TN-C方式供电系统，机床电柜内部交流母线直接接在用户电网上，铣头数控系统电源模块连接在机床电柜内部的交流母线上，电源模块通过直流母线和设备控制总线连接各数控系统功率模块，以提供驱动电压及硬件识别。数控系统PLC通过变压器和稳压电源连接在机床的交流母线上。万能头B轴旋转轴电机电源线经过一个空气断路器连接在功率模块B轴的输出口，通过数控系统PLC控制，使万能头脱开断电；万能头B轴旋转轴电机的电机编码器和B轴光栅分别连接在功率模块的各编码器接口上，B轴数控系统功率模块通过电机编码器和光栅反馈位置信号完成对B轴电机的全闭环控制。C轴旋转电机与主轴电机采用与B轴相同的控制连接方式。各模块动力线与编码器线在滑枕上端及滑枕内部均有链接插头，以便拆卸滑枕和装配时断开使用。万能头B轴在滑枕下端单独设置可插拔的电器插头，用来脱开万能头时使用。参见图6，万能头夹紧松开泵开始作业时，通过数控系统PLC控制万能头夹紧松开泵的空气开关通或断，与在机床电柜内部交流母线排上的电源接通或断开。按照程序进行激活、旋转、松开万能头动作。万能头锁紧松开阀及万能头锁紧松开压力检测模块接在数控系统PLC上，由PLC程序控制其动作。

机床滑枕通过一对渐开线花键将铣削动力传递到万能铣头的铣削动力齿轮机构中，通过两次伞齿轮变化动力传递的角度，将铣削动力传递到刀具主轴上，形成加工时所用的铣削动力。

综上所述，本设计带B轴自动旋转的高刚性万能铣头，可实现B轴进给加工，且能精确定位，消除安全隐患，提高生产率。且B轴机构和铣削机构都为齿轮机构传递动力，布局合理，节省成本，可实现大批量生产。

Claims (3)

1.带B轴自动旋转的高刚性万能铣头，由两套齿轮机构组成，通过自动拉紧装置与滑枕连接，铣头数控系统电源模块连接在机床电柜内部的交流母线上，电源模块通过直流母线和设备控制总线连接各数控系统功率模块，以提供驱动电压及硬件识别；其特征在于在万能铣头壳体两侧分别安置铣削动力齿轮机构、B轴动力齿轮机构，内置电机安装在万能铣头壳体内，为B轴动力齿轮机构的动力来源，B轴内置电机的电源来自于在滑枕端面和万能铣头的端面安装的欧度插头，刀具主轴壳体安装在两套齿轮机构之间；B轴动力齿轮机构电机输出端连接减速比为i＝22的行星减速机，减速机的输出端连接B轴一级齿轮轴，经B轴二级齿轮、消隙双齿轮，连接到B轴三级齿轮，B轴三级齿轮另一端安装法兰盘，通过法兰盘与刀具主轴壳体把合连接；铣削动力齿轮机构的花键副下端安装第一套伞齿轮副，第一套伞齿轮副通过过渡轴上的齿轮径向连接一至三级齿轮轴、径向连接第二套伞齿轮副，第二套伞齿轮副连接刀具主轴上。

2.根据权利要求1所述的带B轴自动旋转的高刚性万能铣头，其特征在于铣削动力齿轮机构的过渡轴上的齿轮轴径向连接：第一套伞齿轮副(14)连接到铣削一级齿轮轴(16)，铣削一级齿轮轴(16)通过齿轮连接到铣削二级齿轮轴(17)，铣削二级齿轮轴(17)通过齿轮连接到铣削三级齿轮轴(18)，铣削三级齿轮轴(18)另一端安装第二套伞齿轮副(15)，第二套伞齿轮副(15)连接到刀具主轴(19)上。

3.根据权利要求1所述的带B轴自动旋转的高刚性万能铣头，其特征在于电气部分：万能头B轴旋转轴电机电源线经过一个空气断路器连接在功率模块B轴的输出口，万能头B轴旋转轴电机的电机编码器和B轴光栅分别连接在功率模块的各编码器接口上，C轴旋转电机与主轴电机采用与B轴相同的控制连接方式；数控系统PLC通过变压器和稳压电源连接在机床的交流母线上，万能头夹紧松开泵通过数控系统PLC控制其通断的空气开关接在机床电柜内部交流母线排上，万能头压紧松开阀及万能头压紧松开压力检测模块接在数控系统PLC上。