CN105081437B

CN105081437B - 行星齿轮传动式a/c双摆角铣头

Info

Publication number: CN105081437B
Application number: CN201510564197.6A
Authority: CN
Inventors: 吴凤和; 李树枝; 陈恩平; 李少辉; 刘子健
Original assignee: Yanshan University
Current assignee: Yanshan University
Priority date: 2015-09-07
Filing date: 2015-09-07
Publication date: 2017-09-22
Anticipated expiration: 2035-09-07
Also published as: CN105081437A

Abstract

行星齿轮传动式A/C双摆角铣头，箱体上端通过法兰盘与机床滑枕相连，箱体下端通过转盘轴承与叉形体上端连接，箱体与叉形体同轴心，箱体与叉形体组成摆角铣头的壳体，在摆角铣头的壳体的内部设有主传动机构，箱体的一侧固定连接C轴传动机构，在叉形体另一侧设有A轴传动机构。本发明承载能力大，运动平稳；行星齿轮传动的传动大，双摆角铣头传动链短，减小传动误差，提高传动精度；行星齿轮传动机构的体积和质量减少，使铣头结构紧凑、重量轻；行星齿轮传动机构中的齿轮采用普通齿轮加工刀具进行加工，加工方法简单，成本低。

Description

行星齿轮传动式A/C双摆角铣头

技术领域本发明涉及一种双摆角铣头，尤其涉及一种用于重型五轴联动加工中心的机械主轴式A/C双摆角铣头。

背景技术 A/C轴双摆角铣头是重型五轴机床实现五轴联动的关键部件，配置A/C轴双摆角铣头的重型五轴联动数控加工机床可满足航空发动机箱体、大型水轮机叶片、船用螺旋桨等大尺寸复杂曲面形状零件的高效、高精加工的需求。双摆角铣头A、C轴的驱动方式总体上可分为力矩电机直驱式和机械主轴式两种。直驱式双摆角铣头采用大功率力矩电动机直接驱动，零部件少，结构简单，降低了因传动件的间隙带来的传动误差。采用机械主轴式的双摆角铣头驱动力矩可高达7000Nm左右，非常适合用于大扭矩、重型切削的场合。目前，机械主轴式A/C双摆角铣头的A、C轴传动机构主要采用普通齿轮传动、齿形带传动、谐波齿轮传动、蜗轮蜗杆传动、凸轮机构传动等。普通齿轮传动式双摆角铣头传递扭矩大，但单级传动比小，传动链长，精度低，结构复杂，整体重量太大；齿形带由于在传动中磨损严重，所以精度保持性差；谐波齿轮在传动中柔轮发生周期性的变形，易于疲劳损坏，并且柔轮和谐波发生器的制造难度较大；蜗轮蜗杆传动机构的传动链短、减速比大、传动扭矩大，但传动精度和效率低，精度保持性差，传动系统对蜗轮副的质量和精度要求高；凸轮机构具有自锁性及凸轮与滚柱之间为滚动摩擦的特点，它简化了双摆角铣头的内部结构，在精度和刚度方面优于蜗轮蜗杆式传动机构，但凸轮的型面复杂，加工难度较大。从上面可以看出传统方式的双摆角铣头具有以下不足之处：(1)力矩电机直驱式双摆角铣头受力矩电机规格的限制，其驱动力矩较小，只适合于铝合金、钛合金等高强度轻质材料的加工，无法满足能源行业的水轮机叶片、船舶行业的螺旋推进器等不锈钢零件的加工需求。(2)机械主轴式双摆角铣头的传动链长，传动精度较低，传动不平稳，结构较复杂且重量大，因此其应用范围受到了限制。

发明内容本发明的目的是提供一种传递扭矩大、结构紧凑、体积小、重量轻、精度高，A、C轴自动转换，自动任意分度，能有效地提高机床的自动化程度与性能，且可实现诸多复杂零部件曲面的高效、高精度加工的行星齿轮传动式A/C双摆角铣头。

本发明主要包括：箱体、转盘轴承、叉形体、主传动机构、C轴传动机构、A轴传动机构、机床主轴、键A、主轴连接轴、双列角接触球轴承A、外侧轴承套、升速大齿轮A、键B、支撑轴、升速小外齿轮A、锥齿轮A、键C、双列角接触球轴承B、锥齿轮轴A、换向外齿轮A、键D、锥齿轮B、键E、换向外齿轮B、键F、锥齿轮轴B、锥齿轮C、键G、圆锥滚子轴承C、锥齿轮D、刀具主轴、C轴伺服电机、C轴偏心轴、C轴空套双联齿轮、圆锥滚轴承B、C轴固定内齿轮、圆锥滚子轴承C、固定套A、C轴旋转内齿轮、圆锥滚子轴承D、固定套B、C轴外齿轮、键I、叉形体外齿圈、圆锥滚子轴承C、A轴空套双联齿轮、双列角接触球轴承C、A轴偏心轴、A轴固定内齿轮、A轴旋转内齿轮、A轴外齿轮、键J、主轴座外齿轮、主轴座、键K、A轴伺服电机、主轴连接轴和下箱体。其中，箱体的上端通过法兰盘与机床滑枕活动相连，箱体下端通过转盘轴承与叉形体的上端固定连接。箱体与叉形体同轴心，箱体与叉形体组成摆角铣头的壳体。在摆角铣头的壳体的内部设有主传动机构，箱体的一侧固定连接C轴传动机构，在叉形体另一侧设有A轴传动机构。

主传动机构与机床主轴通过法兰盘相固连，机床主轴通过键A与主传动机构的主轴连接轴相连接，角接触球轴承A套在主轴联接轴上，角接触球轴承A可单列角接触球轴承A，也可为双列角接触球轴承A，为提高主轴工作时的稳定性，最好是双列角接触球轴承A。角接触球轴承A外圈与外侧轴承套相连，轴承套过盈安装在上箱体的中心孔内。在角接触球轴承A中插接主轴连接轴，主轴连接轴与升速大齿轮A通过键B相连，升速大齿轮A下部设有支撑轴，支撑轴安装在叉形体的中心孔内。升速大外齿轮A与升速小外齿轮A相啮合。升速小齿轮A的输出轴与锥齿轮A采用键C连接。升速小齿轮轴两端设有角接触球轴承B，角接触球轴承B可单列角接触球轴承B，也可为双列角接触球轴承B，为提高主轴工作时的稳定性，最好是双列角接触球轴承B。角接触球轴承B分别置于上箱体与叉形体的轴承孔之内。在锥齿轮轴A的中部，锥齿轮轴A与换向外齿轮A通过键D连接，锥齿轮轴A与锥齿轮B通过键E相连接，键D插接在锥齿轮轴A的中部，键E插接在锥齿轮轴端部。换向外齿轮B通过键F与锥齿轮轴B相连，锥齿轮轴B与锥齿轮C通过键G相连，圆锥滚子轴承C套接在锥齿轮轴B的两端，其轴承外圈过盈安装在A轴旋转体的中心孔内，锥齿轮D套接在刀具主轴上，换向外齿轮A与换向外齿轮B相啮合，锥齿轮A与锥齿轮B相啮合，锥齿轮C与锥齿轮D相啮合。上述结构为主传动机构。

C轴伺服电机的输出轴与C轴偏心轴相连。C轴空套双联齿轮通过圆锥滚轴承B套在C轴偏心轴上，C轴空套双联齿轮的上端齿轮与C轴固定内齿轮相啮合，C轴固定内齿轮中部设有圆锥滚子轴承C，并套在C轴偏心轴上，固定套A置于C轴空套双联齿轮的上端齿轮的中部，套在C轴偏心轴上部。C轴空套双联齿轮的下端齿轮与C轴旋转内齿轮相啮合，C轴旋转内齿轮轴端中部设有圆锥滚子轴承D，固定套B套在C轴偏心轴下端，置于C轴空套双联齿轮的下端齿轮与圆锥滚子轴承D之间。C轴偏心轴从上至下依次穿过圆锥滚子轴承C、固定套A、圆锥滚子轴承B、C轴空套双联齿轮、圆锥滚子轴承B、固定套B、圆锥滚子轴承D。C轴旋转内齿轮的轴端部与C轴外齿轮通过键I固定连接，C轴外齿轮固定在C轴旋转内齿轮末端的齿轮轴上，C轴外齿轮与叉形体外齿圈相互啮合。圆锥滚子轴承C置于叉形体上预先加工的轴承孔内，叉形体的外齿圈固定在叉形体的上端，叉形体的外齿圈为输出端。上述结构为C轴传动机构。

A轴空套双联齿轮通过角接触球轴承C与A轴偏心轴相连，角接触球轴承C可单列角接触球轴承C，也可为双列角接触球轴承C，为提高主轴工作时的稳定性，最好是双列角接触球轴承C。A轴偏心轴带动A轴空套双联齿轮的左侧齿轮与A轴固定内齿轮相啮合，A轴空套双联齿轮的右侧齿轮与A轴旋转内齿轮相啮合。A轴旋转内齿轮轴端与A轴外齿轮通过键J固定连接，A轴外齿轮套接在A轴旋转内齿轮的延伸轴中部，A轴外齿轮与主轴座外齿轮相啮合，主轴座外齿轮与主轴座通过键K连接，刀具主轴置于主轴座的中心孔内。A轴伺服电机与A轴偏心轴相连，可采用螺纹连接、联轴器连接等，最好通过螺纹连接。A轴固定内齿轮、A轴空套双联齿轮、A轴旋转内齿轮组成行星减速机构，主轴座左侧通过主轴连接轴与摆角铣头的下箱体相连接。上述结构为A轴传动机构。

本发明在使用时，机床主轴提供切削动力，通过机床主轴、主轴连接轴、升速大齿轮、升速小齿轮、锥齿轮、锥齿轮轴、换向外齿轮、换向外齿轮、锥齿轮轴、锥齿轮的力流传递模式带动刀轴实现主切削运动；当刀具根据加工表面的要求需要改变加工角度重新定位到某一个角度时，C轴伺服电机驱动C轴行星减速机构带动叉形体实现C轴转动，A轴伺服电机带动A轴行星减速机构带通主轴座实现A轴方向的定位，故此实现刀头在某一角度的定位功能。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

(1)通过采用伺服电机和少齿差行星减速机构，实现了大扭矩机械主轴式A/C双摆角铣头绕A轴的摆动和绕C轴的转动；

(2)由于采用内啮合传动，在工作时有多对齿同时啮合，使得双摆角铣头的承载能力大，运动平稳；

(3)行星齿轮传动的传动比较大，使得双摆角铣头的传动链很短，减小了传动误差，提高了传动精度；

(4)与同功率的普通圆柱齿轮传动机构相比，当传动比相同时，行星齿轮传动机构的体积和质量可减少1/2～1/3，从而使铣头结构更加紧凑、重量更轻；

(5)与蜗轮蜗杆传动及凸轮传动等机构相比，行星齿轮传动机构中的齿轮可以采用普通齿轮加工刀具进行加工，加工方法更简单，成本更低。

附图说明

图1所示为本发明的传动原理图。

图2所示为A轴传动机构简图。

图3所示为C轴传动机构简图。

图4所示为主传动机构简图。

具体实施方式在图1、图2、图3和图4所示的行星齿轮传动式A/C双摆角铣头示意简图中，箱体1的上端通过法兰盘与机床滑枕活动相连，箱体下端通过转盘轴承2与叉形体3的上端固定连接。箱体与叉形体同轴心，箱体与叉形体组成摆角铣头的壳体。在摆角铣头的壳体的内部设有主传动机构4，箱体的一侧固定连接C轴传动机构5，在叉形体另一侧设有A轴传动机构6。

主传动机构与机床主轴7通过法兰盘相固连，机床主轴通过键A8与主传动机构的主轴连接轴9相连接，双列角接触球轴承A10套在主轴联接轴上，双列角接触球轴承A外圈与外侧轴承套11相连，轴承套过盈安装在上箱体的中心孔内。在双列角接触球轴承A中插接主轴连接轴，主轴连接轴与升速大齿轮A12通过键B13相连，升速大齿轮A下部设有支撑轴14，支撑轴安装在叉形体的中心孔内。升速大外齿轮A与升速小外齿轮A15相啮合。升速小齿轮A的输出轴与锥齿轮A16采用键C17连接。升速小齿轮轴两端设有双列角接触球轴承B18，双列角接触球轴承B分别置于上箱体与叉形体的轴承孔之内。在锥齿轮轴A19的中部，锥齿轮轴A与换向外齿轮A20通过键D21连接，锥齿轮轴A与锥齿轮B22通过键E23相连接，键D插接在锥齿轮轴A的中部，键E插接在锥齿轮轴端部。换向外齿轮B24通过键F25与锥齿轮轴B26相连，锥齿轮轴B与锥齿轮C27通过键G28相连，圆锥滚子轴承C29套接在锥齿轮轴B的两端，其轴承外圈过盈安装在A轴旋转体的中心孔内，锥齿轮D30套接在刀具主轴31上，换向外齿轮A与换向外齿轮B相啮合，锥齿轮A与锥齿轮B相啮合，锥齿轮C与锥齿轮D相啮合。上述结构为主传动机构。

C轴伺服电机32的输出轴与C轴偏心轴33相连。C轴空套双联齿轮34通过圆锥滚轴承B35套在C轴偏心轴上，C轴空套双联齿轮的上端齿轮与C轴固定内齿轮36相啮合，C轴固定内齿轮中部设有圆锥滚子轴承C37，并套在C轴偏心轴上，固定套A38置于C轴空套双联齿轮的上端齿轮的中部，套在C轴偏心轴上部。C轴空套双联齿轮的下端齿轮与C轴旋转内齿轮39相啮合，C轴旋转内齿轮轴端中部设有圆锥滚子轴承D40，固定套B41套在C轴偏心轴下端，置于C轴空套双联齿轮的下端齿轮与圆锥滚子轴承D之间。C轴偏心轴从上至下依次穿过圆锥滚子轴承C、固定套A、圆锥滚子轴承B、C轴空套双联齿轮、圆锥滚子轴承B、固定套B、圆锥滚子轴承D。C轴旋转内齿轮的轴端部与C轴外齿轮42通过键I43固定连接，C轴外齿轮固定在C轴旋转内齿轮末端的齿轮轴上，C轴外齿轮与叉形体外齿圈44相互啮合。圆锥滚子轴承C45置于叉形体上预先加工的轴承孔内，叉形体的外齿圈固定在叉形体的上端，叉形体的外齿圈为输出端。上述结构为C轴传动机构。

A轴空套双联齿轮46通过双列角接触球轴承C47与A轴偏心轴48相连，A轴偏心轴带动A轴空套双联齿轮的左侧齿轮与A轴固定内齿轮49相啮合，A轴空套双联齿轮的右侧齿轮与A轴旋转内齿轮50相啮合。A轴旋转内齿轮轴端与A轴外齿轮51通过键J52固定连接，A轴外齿轮套接在A轴旋转内齿轮的延伸轴中部，A轴外齿轮与主轴座外齿轮53相啮合，主轴座外齿轮与主轴座54通过键K55连接，刀具主轴置于主轴座的中心孔内。A轴伺服电机56与A轴偏心轴通过螺纹连接。A轴固定内齿轮、A轴空套双联齿轮、A轴旋转内齿轮组成行星减速机构，主轴座左侧通过主轴连接轴57与摆角铣头的下箱体58相连接。上述结构为A轴传动机构。

Claims

1.行星齿轮传动式A/C双摆角铣头，主要包括：箱体、转盘轴承、叉形体、主传动机构、C轴传动机构、A轴传动机构、机床主轴、键A、主轴连接轴、角接触球轴承A、外侧轴承套、升速大齿轮A、键B、支撑轴、升速小外齿轮A、锥齿轮A、键C、角接触球轴承B、锥齿轮轴A、换向外齿轮A、键D、锥齿轮B、键E、换向外齿轮B、键F、锥齿轮轴B、锥齿轮C、键G、圆锥滚子轴承C、锥齿轮D、刀具主轴、C轴伺服电机、C轴偏心轴、C轴空套双联齿轮、圆锥滚子轴承B、C轴固定内齿轮、圆锥滚子轴承C、固定套A、C轴旋转内齿轮、圆锥滚子轴承D、固定套B、C轴外齿轮、键I、叉形体外齿圈、圆锥滚子轴承C、A轴空套双联齿轮、角接触球轴承C、A轴偏心轴、A轴固定内齿轮、A轴旋转内齿轮、A轴外齿轮、键J、主轴座外齿轮、主轴座、键K、A轴伺服电机、和下箱体，其特征在于：箱体的上端通过法兰盘与机床滑枕活动相连，箱体下端通过转盘轴承与叉形体的上端固定连接，箱体与叉形体同轴心，箱体与叉形体组成摆角铣头的壳体，在摆角铣头的壳体的内部设有主传动机构，箱体的一侧固定连接C轴传动机构，在叉形体外侧设有A轴传动机构，主传动机构与机床主轴通过法兰盘相固连，机床主轴通过键A与主传动机构的主轴连接轴相连接，角接触球轴承A套在主轴连接轴上，角接触球轴承A外圈与外侧轴承套相连，轴承套过盈安装在上箱体的中心孔内，在角接触球轴承A中插接主轴连接轴，主轴连接轴与升速大齿轮A通过键B相连，升速大齿轮A下部设有支撑轴，支撑轴安装在叉形体的中心孔内，升速大齿轮A与升速小外齿轮A相啮合，升速小外齿轮A的输出轴与锥齿轮A采用键C连接，升速小外齿轮A轴的两端设有角接触球轴承B，角接触球轴承B分别置于上箱体与叉形体的轴承孔之内，在锥齿轮轴A的中部，锥齿轮轴A与换向外齿轮A通过键D连接，锥齿轮轴A与锥齿轮B通过键E相连接，键D插接在锥齿轮轴A的中部，键E插接在锥齿轮轴A端部，换向外齿轮B通过键F与锥齿轮轴B相连，锥齿轮轴B与锥齿轮C通过键G相连，圆锥滚子轴承C套接在锥齿轮轴B的两端，其轴承外圈过盈安装在A轴旋转体的中心孔内，锥齿轮D套接在刀具主轴上，换向外齿轮A与换向外齿轮B相啮合，锥齿轮A与锥齿轮B相啮合，锥齿轮C与锥齿轮D相啮合，上述结构为主传动机构，C轴伺服电机的输出轴与C轴偏心轴相连，C轴空套双联齿轮通过圆锥滚子轴承B套在C轴偏心轴上，C轴空套双联齿轮的上端齿轮与C轴固定内齿轮相啮合，C轴固定内齿轮中部设有圆锥滚子轴承C，并套在C轴偏心轴上，固定套A置于C轴空套双联齿轮的上端齿轮的中部，套在C轴偏心轴上部，C轴空套双联齿轮的下端齿轮与C轴旋转内齿轮相啮合，C轴旋转内齿轮轴端中部设有圆锥滚子轴承D，固定套B套在C轴偏心轴下端，置于C轴空套双联齿轮的下端齿轮与圆锥滚子轴承D之间，C轴偏心轴从上至下依次穿过圆锥滚子轴承C、固定套A、圆锥滚子轴承B、C轴空套双联齿轮、圆锥滚子轴承B、固定套B、圆锥滚子轴承D，C轴旋转内齿轮的轴端部与C轴外齿轮通过键I固定连接，C轴外齿轮固定在C轴旋转内齿轮末端的齿轮轴上，C轴外齿轮与叉形体外齿圈相互啮合，圆锥滚子轴承C置于叉形体上预先加工的轴承孔内，叉形体的外齿圈固定在叉形体的上端，叉形体的外齿圈为输出端，上述结构为C轴传动机构，A轴空套双联齿轮通过角接触球轴承C与A轴偏心轴相连，A轴偏心轴带动A轴空套双联齿轮的左侧齿轮与A轴固定内齿轮相啮合，A轴空套双联齿轮的右侧齿轮与A轴旋转内齿轮相啮合，A轴旋转内齿轮轴端与A轴外齿轮通过键J固定连接，A轴外齿轮套接在A轴旋转内齿轮的延伸轴中部，A轴外齿轮与主轴座外齿轮相啮合，主轴座外齿轮与主轴座通过键K连接，刀具主轴置于主轴座的中心孔内，A轴伺服电机与A轴偏心轴通过螺纹相连，A轴固定内齿轮、A轴空套双联齿轮、A轴旋转内齿轮组成行星减速机构，主轴座左侧通过主轴连接轴与摆角铣头的下箱体相连接，上述结构为A轴传动机构。

2.根据权利要求1所述的行星齿轮传动式A/C双摆角铣头，其特征在于：角接触球轴承A为双列角接触球轴承A，角接触球轴承B为双列角接触球轴承B。

3.根据权利要求1所述的行星齿轮传动式A/C双摆角铣头，其特征在于：角接触球轴承C为双列角接触球轴承C。