CN105108553B - 一种新型切削动力装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种新型切削动力装置，包括多轴动力组件和Y轴动力装置；多轴动力组件与Y轴动力装置滑动连接；多轴动力组件包括的结构包括：传动齿轮轴平行于Y轴设于多轴箱体的内部；主轴电机安装于第一电机座上与传动齿轮轴驱动连接；主动齿轮排列安装于传动齿轮轴之上；X轴主轴上的从动齿轮与传动齿轮轴上的主动齿轮正交啮合传动；Z轴主轴与X轴主轴在不同平面错位设置，Z轴主轴上的从动齿轮与传动齿轮轴上的主动齿轮正交啮合传动；X轴主轴及Z轴主轴的两端与多轴箱体通过轴承旋转连接；X轴主轴及Z轴主轴端部设有刀具夹具。本发明可实现多轴复合加工。
Description
技术领域
本发明涉及数控机床领域，具体涉及一种新型切削动力装置。
背景技术
伴随着加工件的日益复杂化、精度等级以及加工效率的提高，多轴向、高转速及复合加工已成为数控加工设备的必备条件。传统数控加工设备，如数控车床，为实现复合加工，必须在设备上增加额外的辅助加工装置以实现机床的高自由度，提高机床的加工性能。
对于现代数控机床的设计，都是在刀架上集成多个动力装置实现不同的加工需求的。然而现有技术的动力装置结构简单，通常都仅具备诸如铣、钻、车等单轴加工性能，面对现代复杂化的零件，显然不满足复合加工的需求。
不难看出，现有技术还存在一定的缺陷。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种新型切削动力装置，实现多轴复合加工。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种新型切削动力装置，包括多轴动力组件和用于带动多轴动力组件在Y轴上移动的Y轴动力装置；多轴动力组件与Y轴动力装置滑动连接；
多轴动力组件包括主轴电机、第一电机座、多轴箱体、传动齿轮轴、主动齿轮、从动齿轮、X轴主轴、Z轴主轴、轴承和刀具夹具；传动齿轮轴平行于Y轴设置，设于多轴箱体的内部；第一电机座与多轴箱体安装连接；主轴电机安装于第一电机座上，且通过联轴器与传动齿轮轴驱动连接；主动齿轮排列安装于传动齿轮轴之上，主动齿轮与主动齿轮之间通过隔套分隔；X轴主轴平行于X轴设置，X轴主轴中部安装有从动齿轮，X轴主轴上的从动齿轮与传动齿轮轴上的主动齿轮正交啮合传动；Z轴主轴平行于Z轴设置，且与X轴主轴在不同平面错位设置，Z轴主轴中部安装有从动齿轮，Z轴主轴上的从动齿轮与传动齿轮轴上的主动齿轮正交啮合传动；X轴主轴及Z轴主轴的两端与多轴箱体通过轴承旋转连接；X轴主轴及Z轴主轴外露于多轴箱体的端部上设有刀具夹具。
进一步的，所述Y轴动力装置包括Y轴电机、第二电机座、Y轴支架、滚珠丝杆、轴承、动平台和直线导轨；滚珠丝杆平行于Y轴设于Y轴支架的内部，且丝杆轴的两端通过轴承与Y轴支架旋转连接；第二电机座与Y轴支架安装连接；Y轴电机安装于第二电机座上且通过联轴器与滚珠丝杆驱动连接；动平台通过直线导轨滑动连接于Y轴支架的表面，动平台与滚珠丝杆的丝杆螺母连接；多轴动力组件安装于动平台上。
进一步的，所述主轴电机的外部罩设有伸缩式防护罩；所述Y轴电机的外部罩设有固定式防护罩。
进一步的，所述多轴箱体的两侧安装有用于遮挡直线导轨和动平台的侧挡板，多轴箱体的下方安装有用于遮挡直线导轨和动平台的风琴式防护罩；所述Y轴支架的两侧安装有挡水板。
进一步的，所述刀具夹具包括夹头和压帽；X轴主轴和Z轴主轴的端部设有沿轴向延伸的第一内锥面，且X轴主轴和Z轴主轴的端部设有外螺纹；夹头由弹性材料制成，夹头的表面设有与第一内锥面相配合的第一外锥面，夹头的前端设有第二外锥面，中部设有沿轴向延伸的刀具安装孔；压帽呈帽形，其端面中部设有通孔，通孔的背面设有与第二外锥面相配合的第二内锥面；夹头插入X轴主轴或Z轴主轴的端部，第一外锥面与第一内锥面相互套设贴合；压帽与X轴主轴或Z轴主轴螺纹连接，且第二内锥面与第二外锥面相互套设贴合。
本发明提供的一种新型切削动力装置，具有以下优点：
单一动力源驱动实现多轴加工，不仅能够满足对零件的复合加工需求，甚至能实现多零件的同时加工；
多条主轴仅通过单一动力源驱动，且采用空间错位设计，确保每条主轴都无须悬臂安装，符合力学设计原则；
整体封闭性好，可有效避免加工过程中的切屑和液体进入设备内部；
占用空间小，在有限空间内实现多轴加工。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种新型切削动力装置的整体结构示意图。
图2为多轴动力组件的结构示意图。
图3为多轴动力组件的内部结构示意图。
图4为Y轴动力装置的结构示意图。
图5为刀具夹具的结构示意图。
附图标记说明：
1、多轴动力组件 2、Y轴动力装置
3、伸缩式防护罩 4、固定式防护罩
5、侧挡板 6、风琴式防护罩
7、挡水板 8、多轴箱体
9、主轴电机 10、第一电机座
11、X轴主轴 12、Z轴主轴
13、刀具夹具 14、传动齿轮轴
15、主动齿轮 16、从动齿轮
17、Y轴电机 18、第二电机座
19、Y轴支架 20、动平台
21、直线导轨 22、夹头
23、压帽 24、第一内锥面
25、第一外锥面 26、第二外锥面
27、第二内锥面
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例和附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。需要说明的是，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例
请参阅图1和图3，为了便于对本发明的各个部件的空间分布进行准确描述，依照机械加工机床的业内习惯，在空间内定义相互正交的X、Y、Z三条轴。而文中所述的各个部件的定位、朝向是依照所定义的三条轴相对设置的，不构成对设备实际安装使用中的具体方向限定。本发明实施例公开了一种新型切削动力装置，包括多轴动力组件1和用于带动多轴动力组件1在Y轴上移动的Y轴动力装置2；多轴动力组件1与Y轴动力装置2滑动连接；
多轴动力组件1包括主轴电机9、第一电机座10、多轴箱体8、传动齿轮轴14、主动齿轮15、从动齿轮16、X轴主轴11、Z轴主轴12、轴承和刀具夹具13；传动齿轮轴14平行于Y轴设置，设于多轴箱体8的内部；第一电机座10与多轴箱体8安装连接；主轴电机9安装于第一电机座10上，且通过联轴器与传动齿轮轴14驱动连接；主动齿轮15排列安装于传动齿轮轴14之上，主动齿轮15与主动齿轮15之间通过隔套分隔；X轴主轴11平行于X轴设置，X轴主轴11中部安装有从动齿轮16，X轴主轴11上的从动齿轮16与传动齿轮轴14上的主动齿轮15正交啮合传动；Z轴主轴12平行于Z轴设置，且与X轴主轴11在不同平面错位设置，Z轴主轴12中部安装有从动齿轮16，Z轴主轴12上的从动齿轮16与传动齿轮轴14上的主动齿轮15正交啮合传动；X轴主轴11及Z轴主轴12的两端与多轴箱体8通过轴承旋转连接；X轴主轴11及Z轴主轴12外露于多轴箱体8的端部上设有刀具夹具13。
多轴动力组件1是本发明的主体部件。主轴电机9驱动传动齿轮轴14转动，传动齿轮轴14通过主动齿轮15与从动齿轮16带动各条X轴主轴11和Z轴主轴12转动。主动齿轮15与从动齿轮16为正交设置的螺旋齿轮，齿轮的传动比在此不作限定。
现有技术中数控机床中的动力装置一般是单轴的，仅能够驱动一把刀具实现一种形式的加工。而本发明则采用一条传动齿轮轴14带动多条X轴主轴11和Z轴主轴12转动，从而驱动多把刀具进行复合加工，甚至是同一时间对多个零件进行加工。刀具夹具13上固定的刀具可以是铣刀、钻头等，理论上是不受限制的。
详见图3，为了清楚展示多轴动力组件1的内部结构，图3中隐藏了部分重复设置的X轴主轴11及Z轴主轴12。在空间布置上，X轴主轴11与Z轴主轴12是错位设置的。这种错位排布设计一方面节省了整体空间，使多轴动力组件1的体积符合正常机床的安装空间需求。而更重要的是，错位的排布设计能够使X轴主轴11和Z轴主轴12没有正对设置，从而使X轴主轴11和Z轴主轴12的两端均能够通过轴承与多轴箱体8安装连接。如果X轴主轴11与Z轴主轴12是正对设置的，那么两者就会相互干涉，导致X轴主轴11或Z轴主轴12中至少有一条必须采用悬臂的结构。对于机械加工机床用的动力装置而言，每条轴的受力是相当大的，悬臂的结构大幅降低了主轴的稳定性，在加工的过程中受到切削反作用力的影响而产生振动，从而大大降低了加工的精度，这对于机械加工设备来说是致命的缺陷。而本发明则巧妙地利用了空间错位的排布设计，克服了这一问题。
请参阅图4，作为优选，所述Y轴动力装置2包括Y轴电机17、第二电机座18、Y轴支架19、滚珠丝杆、轴承、动平台20和直线导轨21；滚珠丝杆平行于Y轴设于Y轴支架19的内部，且丝杆轴的两端通过轴承与Y轴支架19旋转连接；第二电机座18与Y轴支架19安装连接；Y轴电机17安装于第二电机座18上且通过联轴器与滚珠丝杆驱动连接；动平台20通过直线导轨21滑动连接于Y轴支架19的表面，动平台20与滚珠丝杆的丝杆螺母连接；多轴动力组件1安装于动平台20上。
Y轴动力装置2提供Y轴上的一个平移自由度。由Y轴电机17提供驱动力，驱动滚珠丝杆的丝杆轴转动，使丝杆螺母在Y轴上移动，带动动平台20在Y轴上移动。直线导轨21保障了滑动顺畅，滚珠丝杆运动稳定性高、噪音低，而且精度容易掌控。
请参阅图1，作为优选，所述主轴电机9的外部罩设有伸缩式防护罩3；所述Y轴电机17的外部罩设有固定式防护罩4。伸缩式防护罩3可配合多轴动力组件1的移动进行伸缩防护，伸缩式防护罩3与固定式防护罩4有助保护主轴电机9及Y轴电机17，防止设备在加工工作过程中有切屑或液体溅入。另一方面，也可以提高设备的遮蔽性，使产品更美观，而且可以遮挡粉尘。
作为优选，所述多轴箱体8的两侧安装有用于遮挡直线导轨21和动平台20的侧挡板5，多轴箱体8的下方安装有用于遮挡直线导轨21和动平台20的风琴式防护罩6；所述Y轴支架19的两侧安装有挡水板7。风琴式防护罩6为柔性材料制成的防护套，在工业上有广泛应用。侧挡板5、风琴式防护罩6与挡水板7可以有效遮蔽直线导轨21和动平台20。由于机械加工设备在工作过程中会有切屑产生，或在某些情况下需要添加油或乳液辅助切削加工，侧挡板5和风琴式防护罩6可有效避免切屑进入直线导轨21，影响直线导轨21的工作性能，而挡水板7有助进一步提高防水性能，避免液体从缝隙进入，提高设备的工作可靠性。
请参阅图5，作为优选，所述刀具夹具13包括夹头22和压帽23；X轴主轴11和Z主轴的端部设有沿轴向延伸的第一内锥面24，且X轴主轴11和Z轴主轴12的端部设有外螺纹；夹头22由弹性材料制成，夹头22的表面设有与第一内锥面24相配合的第一外锥面25，夹头22的前端设有第二外锥面26，中部设有沿轴向延伸的刀具安装孔；压帽23呈帽形，其端面中部设有通孔，通孔的背面设有与第二外锥面26相配合的第二内锥面27；夹头22插入X轴主轴11或Z轴主轴12的端部，第一外锥面25与第一内锥面24相互套设贴合；压帽23与X轴主轴11或Z轴主轴12螺纹连接，且第二内锥面27与第二外锥面26相互套设贴合。
刀具夹具13用于夹紧所用的刀具，原则上不限于铣刀、钻头等旋转刀具。刀具从刀具安装孔插入夹头22中，然后将压帽23拧紧，随着第二内锥面27对第一外锥面25的压力逐渐增大，第一外锥面25受到第一内锥面24收紧作用，使夹头22逐渐收紧，达到夹紧刀具的效果。刀具的夹紧作用是自锁的，只要没有人为地松开压头刀具就保持被夹紧于夹头22之中。这种固定刀具方式也较便于刀具的拆卸更换，为设备的整体使用带来方便。
本发明提供的一种新型切削动力装置，采用单个动力源驱动实现多轴加工，不仅能够满足对零件的复合加工需求，甚至能实现多零件的同时加工。多条主轴采用空间错位设计，确保每条主轴都无须悬臂安装，符合力学设计原则，为设备的加工精度提供有力保障。整体封闭性好，可有效避免加工过程中的切屑和液体进入设备内部，保障了设备的工作可靠性。而且占用空间小，在有限空间内实现多轴加工。
以上所述实施例仅表达了本发明的一种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (4)
1.一种切削动力装置，其特征在于：包括多轴动力组件和用于带动多轴动力组件在Y轴上移动的Y轴动力装置；多轴动力组件与Y轴动力装置滑动连接；
多轴动力组件包括主轴电机、第一电机座、多轴箱体、传动齿轮轴、主动齿轮、从动齿轮、X轴主轴、Z轴主轴、轴承和刀具夹具；传动齿轮轴平行于Y轴设置，设于多轴箱体的内部；第一电机座与多轴箱体安装连接；主轴电机安装于第一电机座上，且通过联轴器与传动齿轮轴驱动连接；主动齿轮排列安装于传动齿轮轴之上，主动齿轮与主动齿轮之间通过隔套分隔；X轴主轴平行于X轴设置，X轴主轴中部安装有从动齿轮，X轴主轴上的从动齿轮与传动齿轮轴上的主动齿轮正交啮合传动；Z轴主轴平行于Z轴设置，且与X轴主轴在不同平面错位设置，Z轴主轴中部安装有从动齿轮，Z轴主轴上的从动齿轮与传动齿轮轴上的主动齿轮正交啮合传动；X轴主轴及Z轴主轴的两端与多轴箱体通过轴承旋转连接；X轴主轴及Z轴主轴外露于多轴箱体的端部上设有刀具夹具；
所述Y轴动力装置包括Y轴电机、第二电机座、Y轴支架、滚珠丝杆、轴承、动平台和直线导轨；滚珠丝杆平行于Y轴设于Y轴支架的内部，且丝杆轴的两端通过轴承与Y轴支架旋转连接；第二电机座与Y轴支架安装连接；Y轴电机安装于第二电机座上且通过联轴器与滚珠丝杆驱动连接；动平台通过直线导轨滑动连接于Y轴支架的表面，动平台与滚珠丝杆的丝杆螺母连接；多轴动力组件安装于动平台上。
2.根据权利要求1所述的切削动力装置，其特征在于：所述主轴电机的外部罩设有伸缩式防护罩；所述Y轴电机的外部罩设有固定式防护罩。
3.根据权利要求1所述的切削动力装置，其特征在于：所述多轴箱体的两侧安装有用于遮挡直线导轨和动平台的侧挡板，多轴箱体的下方安装有用于遮挡直线导轨和动平台的风琴式防护罩；所述Y轴支架的两侧安装有挡水板。
4.根据权利要求1所述的切削动力装置，其特征在于：所述刀具夹具包括夹头和压帽；X轴主轴和Z轴主轴的端部设有沿轴向延伸的第一内锥面，且X轴主轴和Z轴主轴的端部设有外螺纹；夹头由弹性材料制成，夹头的表面设有与第一内锥面相配合的第一外锥面，夹头的前端设有第二外锥面，中部设有沿轴向延伸的刀具安装孔；压帽呈帽形，其端面中部设有通孔，通孔的背面设有与第二外锥面相配合的第二内锥面；夹头插入X轴主轴或Z轴主轴的端部，第一外锥面与第一内锥面相互套设贴合；压帽与X轴主轴或Z轴主轴螺纹连接，且第二内锥面与第二外锥面相互套设贴合。
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