CN104493277A - 一种电主轴式力矩电机驱动a/c双摆角数控万能铣头 - Google Patents

一种电主轴式力矩电机驱动a/c双摆角数控万能铣头 Download PDF

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Abstract

一种电主轴式力矩电机驱动A/C双摆角数控万能铣头，包括安装在摆动体内装夹刀具的主轴和支撑主轴单元的A轴组件，该部分包括左右箱体与连接体组成的支撑框架以及驱动主轴单元摆动的力矩电机，转子装在摆动体的支撑轴上，定子安装在箱体上。A轴组件作为一个整体单元固定于C轴部件力矩电机的转子上，A轴传动机构整体安装在叉形摆动体中，采用外转子式力矩电机直接驱动A轴摆动；C轴驱动力矩电机安装在滑枕内部，采用外转子式力矩电机直接驱动C轴旋转，C轴导电滑环可以使C轴nx360°无限旋转。A轴力矩电机带动铣头绕A轴摆动，电主轴随摆动体在水平面内转动、随摆动体在垂直面内摆动。本发明可实现数控机床领域复杂型面的五轴联动加工。

Description

一种电主轴式力矩电机驱动A/C双摆角数控万能铣头
技术领域
本发明涉及一种电主轴式力矩电机驱动A/C双摆角数控万能铣头，用于实现数控机床领域复杂型面的五轴联动加工需求。
背景技术
传统结构中的双摆角数控万能铣头，通过传动机构实现铣头的驱动。动力源通常采用伺服电机，中间传动环节采用齿轮传动、同步带传动或蜗轮蜗杆式传动。在这种传统方案中，虽然成本较低，但对于齿轮、同步带轮或蜗轮蜗杆的加工精度要求较高；而且由于中间传动环节的存在，产生了转动惯量、弹性形变、反向间隙、运动滞后、摩擦、振动、噪声及磨损，久而久之使得双摆角数控万能铣头系统的精度和稳定性下降。此外，本就复杂的机械传动结构再加上为消除传动间隙而采取的机械设施，使传动结构更加复杂。因为有传动间隙的存在，使其定位精度不会很高，满足不了更高加工精度的要求，降低了加工质量。
发明内容
本发明的目的是提供一种电主轴式力矩电机驱动A/C双摆角数控万能铣头。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种电主轴式力矩电机驱动A/C双摆角数控万能铣头，其特征是：包括安装在摆动体内装夹刀具的主轴和支撑主轴单元的A轴组件，A轴组件部分包括左箱体、右箱体与连接体组成的支撑框架以及驱动主轴单元摆动的A轴力矩电机；A轴力矩电机包括转子和定子，转子装在摆动体的支撑轴上，定子安装在箱体上；A轴组件作为一个整体单元固定于C轴部件力矩电机的转子上；A轴传动机构整体安装在叉形摆动体中，采用外转子式力矩电机直接驱动A轴摆动；力矩电机外转子与A轴摆动体利用高刚性的连接机构联接在一起，采用高刚性的交叉圆柱滚子轴承单元支撑；C轴驱动力矩电机安装在滑枕内部，采用外转子式力矩电机直接驱动C轴旋转；力矩电机外转子与C轴联接体利用高刚性的连接机构联接在一起，采用高刚性推力/向心圆柱滚子轴承单元支撑；C轴力矩电机带动铣头绕C轴转动，A轴力矩电机带动铣头绕A轴摆动，电主轴随摆动体在水平面内转动、随摆动体在垂直面内摆动。
根据所述的电主轴式力矩电机驱动A/C双摆角数控万能铣头，其特征是：在C轴部件上部，装有随C轴旋转的套筒，套筒内部为主运动传动轴，套筒外部装有气/液分配器和导电滑环，气/液分配器和导电滑环的转子随套筒旋转，气/液分配器和导电滑环的定子与滑枕固定，控制铣头动作的电、液、气的输入端与滑枕固定，输出端随铣头C轴正反向无限制旋转；所述的A轴摆动极限位置设有软限位保护装置；A、C轴力矩电机外转子的液压制动机构通过液压缸壁通油变形，摩擦抱死A、C轴力矩电机外转子，锁定A、C轴。
根据所述的电主轴式力矩电机驱动A/C双摆角数控万能铣头，其特征是：A、C轴力矩电机内定子中集成温度监测传感器，设计有循环水冷散热结构。
根据所述的电主轴式力矩电机驱动A/C双摆角数控万能铣头，其特征是：A轴绝对式角度编码器与摆动体直联，实现全闭环位置反馈；C轴绝对式角度编码器集成在推力向心球轴承上，实现全闭环位置反馈。
本发明提供了一种电主轴式力矩电机驱动A/C双摆角数控万能铣头，其工作方式为：C轴力矩电机带动铣头绕C轴转动，其回转角度为nx360°；A轴力矩电机带动铣头绕A轴摆动，摆动角度±110°；A、C轴固定角度由力矩电机外壁的液压夹紧环通过液压力来实现；本发明通过A、C两个方向的复合运动，同时配合电主轴的主运动，最终完成工件复杂型面的加工。
附图说明
图1为本发明双摆角数控万能铣头的结构示意图。
图2为本发明双摆角数控万能铣头的内部结构示意图。
附图中：1、导电滑环；2、C轴力矩电机；3、滑枕体；4、连接体；5、右箱体；6、摆动体；7、A轴力矩电机；8、电主轴；9、A轴力矩电机；10、左箱体；A：A 轴部件；C：C轴部件。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明：
本发明电主轴式力矩电机驱动A/C双摆角数控万能铣头特别适合作为动力头配置于数控机床，提高数控机床的配置，广泛应用于高速精加工，如航空航天、高速轨道列车等行业的铝合金、钛合金、耐高温合金和复合材料等高强度轻质材料零件。
本发明电主轴式力矩电机驱动A/C双摆角数控万能铣头如图1所示，包括安装在摆动体6内装夹刀具的主轴和支撑主轴单元的A轴组件，该部分包括左、右箱体与连接体4组成的支撑框架以及驱动主轴单元摆动的A轴力矩电机7、9，A轴力矩电机包括转子和定子，转子装在摆动体6的支撑轴上，定子安装在箱体上。A轴组件作为一个整体单元固定于C轴部件力矩电机的转子上；C轴导电滑环1可以使C轴nx360°无限旋转。
本发明主体方案采用A/C双摆角铣头与滑枕一体化结构，C轴驱动力矩电机安装在滑枕内部。主运动采用电主轴单元实现，A/C轴均采用力矩电机直接驱动。电主轴8既可随叉形体在水平面内转动（即：绕数控机床Z轴旋转的C轴），也可随摆动体6在垂直面内摆动（即：当C轴处于零位时，绕数控机床X轴旋转的A轴）。配置在各种高速多轴联动数控机床上后，上述A/C两个旋转轴与数控机床的X/Y/Z三个直线轴，在数控系统的控制下就能够实现五轴联动。
在C轴部件上部，装有随C轴旋转的套筒，套筒内部为主运动传动轴，套筒外部装有气/液分配器和导电滑环1，气/液分配器和导电滑环1的转子随套筒旋转，气/液分配器和导电滑环1的定子与滑枕固定，使控制铣头动作的电、液、气的输入端与滑枕固定，输出端随铣头C轴正反向无限制旋转；配置在各种高速多轴联动数控机床上后，上述A/C两个旋转轴与数控机床的X/Y/Z三个直线轴，在数控系统的控制下就能够实现五轴联动。
A轴结构：A轴传动机构整体安装在叉形体中，采用外转子式力矩电机直接驱动A轴摆动。
力矩电机外转子与A轴摆动体6利用高刚性的连接机构联接在一起，采用高刚性的交叉圆柱滚子轴承单元支撑。
力矩电机内定子中集成温度监测传感器，通过循环水冷散热方式保证电机正常工作。
A轴绝对式角度编码器与摆动体6直联，实现全闭环位置反馈。
A轴摆动极限位置设有软限位保护措施。
液压制动机构通过液压缸壁通油变形后，摩擦抱死力矩电机外转子，可将A轴锁定在任意位置，保证电主轴8完成强力切削。
C轴结构：C轴传动机构整体安装在滑枕体3中，采用外转子式力矩电机直接驱动C轴旋转。
力矩电机外转子与C轴联接体利用高刚性的连接机构联接在一起，采用高刚性推力/向心圆柱滚子轴承单元支撑。
力矩电机内定子中集成温度监测传感器，通过循环水冷散热方式保证电机正常工作。
C轴绝对式角度编码器集成在推力向心球轴承上，实现全闭环位置反馈。
采用电气旋转集成配流器和液/气旋转集成配流机构，可实现C轴正反向无限制连续旋转，安全可靠。
液压制动机构通过缸体内壁通油变形后，摩擦抱死力矩电机外转子，可将C轴锁定在任意位置，保证电主轴8完成强力切削。
A/C双摆角数控万能铣头做为独立的整体结构，可直接安装到滑枕上。
本发明提供了一种电主轴式力矩电机驱动A/C双摆角数控万能铣头，其工作方式为：C轴力矩电机2带动铣头绕C轴转动，其回转角度为nx360°；A轴力矩电机7带动铣头绕A轴摆动，摆动角度±110°；A、C轴固定角度由力矩电机外壁的液压夹紧环通过液压力来实现；本发明通过A、C两个方向的复合运动，同时配合电主轴8的主运动，最终完成工件复杂型面的加工。
上面所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的构思和保护范围进行限定，在不脱离本发明设计构思的前提下，本领域中普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变型和改进，均应落入本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种电主轴式力矩电机驱动A/C双摆角数控万能铣头，其特征是：包括安装在摆动体（6）内装夹刀具的主轴和支撑主轴单元的A轴组件，A轴组件部分包括左箱体（10）、右箱体（5）与连接体（4）组成的支撑框架以及驱动主轴单元摆动的A轴力矩电机（7、9）；A轴力矩电机（7、9）包括转子和定子，转子装在摆动体（6）的支撑轴上，定子安装在箱体上；A轴组件作为一个整体单元固定于C轴部件力矩电机的转子上；A轴传动机构整体安装在叉形摆动体（6）中，采用外转子式力矩电机直接驱动A轴摆动；力矩电机外转子与A轴摆动体（6）利用高刚性的连接机构联接在一起，采用高刚性的交叉圆柱滚子轴承单元支撑；C轴驱动力矩电机安装在滑枕内部，采用外转子式力矩电机直接驱动C轴旋转；力矩电机外转子与C轴联接体利用高刚性的连接机构联接在一起，采用高刚性推力/向心圆柱滚子轴承单元支撑；C轴力矩电机（2）带动铣头绕C轴转动，A轴力矩电机（7）带动铣头绕A轴摆动，电主轴（8）随摆动体（6）在水平面内转动、随摆动体（6）在垂直面内摆动。
2.根据权利要求1所述的电主轴式力矩电机驱动A/C双摆角数控万能铣头，其特征是：在C轴部件上部，装有随C轴旋转的套筒，套筒内部为主运动传动轴，套筒外部装有气/液分配器和导电滑环（1），气/液分配器和导电滑环（1）的转子随套筒旋转，气/液分配器和导电滑环（1）的定子与滑枕固定，控制铣头动作的电、液、气的输入端与滑枕固定，输出端随铣头C轴正反向无限制旋转；所述的A轴摆动极限位置设有软限位保护装置；A、C轴力矩电机（2）外转子的液压制动机构通过液压缸壁通油变形，摩擦抱死A、C轴力矩电机外转子，锁定A、C轴。
3.根据权利要求1所述的电主轴式力矩电机驱动A/C双摆角数控万能铣头，其特征是：A、C轴力矩电机内定子中集成温度监测传感器，设计有循环水冷散热结构。
4.根据权利要求1所述的电主轴式力矩电机驱动A/C双摆角数控万能铣头，其特征是：A轴绝对式角度编码器与摆动体（6）直联，实现全闭环位置反馈；C轴绝对式角度编码器集成在推力向心球轴承上，实现全闭环位置反馈。
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