CN105563200B - 一种双力矩电机驱动双气动钳夹精准定位电主轴摆动装置 - Google Patents

一种双力矩电机驱动双气动钳夹精准定位电主轴摆动装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种双力矩电机驱动双气动钳夹精准定位电主轴摆动装置，包括A轴光栅轴、左力矩电机和右力矩电机，反馈元件安装于A轴光栅轴上，左力矩电机连接左电机转子固定轴，右力矩电机连接右电机转子固定轴，左电机固定板上设有限位开关，左气动钳夹和右气动钳夹左右对称设置用于对摆动A轴精准定位，配油轴固定件通过内部管路连接轴旋转运动件，管路两端设有轴用回转格来圈，十字摆轴用于连接左右电机组件及主轴单元，采用双力矩电机驱动电主轴的方式，零部件种类少、结构简单紧凑、体积小重量轻；避免了传动件之间的间隙带来的传动误差，从而提高了加工精度；大大降低了高速传动引起的振动、摩擦、疲劳等机械故障，提高了主轴头的摆动精度。

Description

一种双力矩电机驱动双气动钳夹精准定位电主轴摆动装置
技术领域
本发明涉及高档数控机床先进制造技术领域，具体涉及一种双力矩电机驱动双气动钳夹精准定位电主轴摆动装置。
背景技术
目前，多数高档数控加工中心五轴功能的实现是在原三轴数控机床的基础上，增加两个回转轴，实现五个运动轴的联动运动。传统的回转轴结构是通过蜗轮蜗杆或锥齿轮结构实现的，由于零部件种类多、结构复杂、体积较大、质量较重，因此存在较大的传动误差，高速传动很容易引起振动、摩擦、疲劳等机械故障，主轴头的摆动精度低，高精度很难实现。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明提供一种双力矩电机驱动双气动钳夹精准定位电主轴摆动装置，内置双电机驱动，双定位钳夹精准定位，并设计中空的配油轴结构，为摆动主轴的可靠高精度运转提供油路、气路及安全的电缆通路，采用双力矩电机驱动电主轴的方式，零部件种类少、结构简单、紧凑、体积小、重量轻；避免了传动件之间的间隙带来的传动误差，从而提高了加工精度；大大降低了高速传动引起的振动、摩擦、疲劳等机械故障，提高了主轴头的摆动精度。
为实现上述目的，本发明提供了一种双力矩电机驱动双气动钳夹精准定位电主轴摆动装置，包括A轴光栅轴、左力矩电机和右力矩电机，反馈元件安装于A轴光栅轴上，左力矩电机连接左电机转子固定轴，右力矩电机连接右电机转子固定轴，左电机固定板上设有限位开关，左支撑轴承和右支撑轴承为摆动A轴提供轴承支撑，左气动钳夹和右气动钳夹左右对称设置用于对摆动A轴精准定位，配油轴固定件通过内部管路连接轴旋转运动件，管路两端设有轴用回转格来圈，十字摆轴用于连接左右电机组件及主轴单元。
优选的是,光栅轴上设有行程撞块。
上述任一方案优选的是,所述配油轴固定件为中空结构。
上述任一方案优选的是,所述配油轴固定件与十字摆轴、主轴电机出线位的十字交叉方孔相互连通。
上述任一方案优选的是,所述限位开关包括上行程限位开关I和下行程限位开关II。
上述任一方案优选的是,所述左气动钳夹固定在左轴承外压板上，右气动钳夹固定在右轴承外压板上。
上述任一方案优选的是,所述左气动钳夹和右气动钳夹均为双层气囊结构。
本发明的有益效果：一种双力矩电机驱动双气动钳夹精准定位电主轴摆动装置，包括A轴光栅轴、左力矩电机和右力矩电机，反馈元件安装于A轴光栅轴上，左力矩电机连接左电机转子固定轴，右力矩电机连接右电机转子固定轴，左电机固定板上设有限位开关，左支撑轴承和右支撑轴承为摆动A轴提供轴承支撑，左气动钳夹和右气动左右对称设置用于对摆动A轴精准定位，配油轴固定件通过管路连接轴旋转运动件，管路两端设有轴用回转格来圈，十字摆轴用于连接左右电机组件及主轴单元，采用双力矩电机驱动电主轴的方式，零部件种类少、结构简单、紧凑、体积小、重量轻；避免了传动件之间的间隙带来的传动误差，从而提高了加工精度；大大降低了高速传动引起的振动、摩擦、疲劳等机械故障，提高了主轴头的摆动精度。
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
图1是本发明的双电机驱动双气动钳夹精准定位电主轴摆动装置整体结构示意图；
图2本发明的气动钳夹工作原理图；
图3是本发明的摆动轴行程限位示意图；
图4是本发明的内置电机多管路传递技术示意图。
具体实施方式
如图1所示，一种双力矩电机驱动双气动钳夹精准定位电主轴摆动装置，包括A轴光栅轴1、左力矩电机3和右力矩电机11，反馈元件2 安装于A轴光栅轴1上，左力矩电机3连接左电机转子固定轴4，右力矩电机11连接右电机转子固定轴10，左电机固定板12上设有限位开关，左支撑轴承5和右支撑轴承9为摆动A轴提供轴承支撑，左气动钳夹6和右气动钳夹8左右对称设置用于对摆动A轴精准定位，配油轴固定件17通过内部管路连接轴旋转运动件16，管路两端设有轴用回转格来圈18，十字摆轴7用于连接左右电机组件及主轴单元。
本发明进一步优化的技术方案,光栅轴1上设有行程撞块14。
本发明进一步优化的技术方案,所述配油轴固定件17为中空结构。
本发明进一步优化的技术方案,所述配油轴固定件17与十字摆轴 7、主轴电机出线位19的十字交叉方孔相互连通。
本发明进一步优化的技术方案,所述限位开关包括上行程限位开关 I13和下行程限位开关II15。
本发明所提供的双电机驱动双气动钳夹精准定位电主轴摆动装置，所述左力矩电机3与右力矩电机11通过电机串联方式连接在一起，扭矩叠加，共同出力，并利用反馈元件2提供驱动电机的驱动位置。
所述左支撑轴承5与右支撑轴承9，单个十字交叉滚子轴承即可满足径向负荷、轴向负荷、力矩负荷的承载需要，左右轴承组合使用，限制了X、Y、Z三个方向的移动自由度，绕X、Y方向的旋转自由度，增强了摆动A轴的支撑刚度及切削稳定性。
所述左气动钳夹6与右气动钳夹8利用气动控制阀组，同时工作，为停止的摆轴提供精准定位后的夹紧扭矩，输出的最大扭矩为2760Nm。
所述配油轴固定件17与轴旋转运动件16之间设置有轴用回转格来圈18，实现为直接加工的主轴单元提供主轴电机冷却油进、出，前轴承冷却油进、出，主轴松拉刀高压油进、出，机床加工工件冷却水进等介质提供液体通路的目的。
针对双力矩电机驱动结构，如附图1所示，左力矩电机3通过M6 的高强度螺钉直接与左电机转子固定轴4连接，电机转子固定轴4通过 M10的螺钉与十字摆轴7连接，右力矩电机11通过M6螺钉与右电机转子固定轴10连接，右电机转子固定轴10通过M10高强度螺钉与十字摆轴7连接在一起，A轴光栅轴1携带光栅转子通过M6的螺钉与十字摆轴7相连，由上所述，A轴光栅轴1、左力矩电机3、左电机转子固定轴4、右电机转子固定轴10、右力矩电机11通过螺钉与十字摆轴7连接成一体，共同实现A轴驱动及位置反馈功能。
摆动的A轴配合五轴机床不仅进行联动切削，还需进行任意摆角的定位切削。附图1所示，摆动A轴电机在所需位置停止后，固定在左轴承外压板20上的左气动钳夹6，固定在右轴承外压板21上的右气动钳夹8均为双层气囊结构，工作原理如附图2所示，当钳夹无气体通入时自然状态为夹紧状态，此时单个输出扭矩为750Nm，当内腔22通入4bar 气压时，钳夹内部膨胀，内径尺寸增大，释放抱轴；当钳夹外腔23通入6bar气压时，产生增压，单个钳夹提供1380Nm的夹紧扭矩。左右钳夹同时工作，同时抱紧十字摆轴左右轴面，共同完成摆动轴的精准定位，提供的最大扭矩为2760Nm，钳夹动作时间6ms。
如图3所示，上行程限位开关I13，下行程限位开关II15安装于左电机固定板上，当A轴运动组件携带行程撞块14在全行程范围内正常运动，此时不与行程撞块14接触，若出现行程异常情况，限位开关发出请求停止的信号。
十字摆轴内置高速旋转的电主轴，电主轴正常运转所需的电机冷却油、轴承冷却油、主轴松拉刀高压油需通过配油轴结构实现。
如附图4所示，液体介质经配油轴固定件17进入环形槽，环形槽左右运用高速旋转的轴用回转格来圈18提供密封，可承受160bar的最高压力。
主轴电机电缆线，主轴电机反馈信号线，主轴松拉刀开关信号线均经过主轴电机出线位19，路经配油轴中心孔走向摆头外部，随整机进入坦克链。由此，线缆在摆动运动时只接受了行程角度内的摆动运动, 达到可靠、安全的目的。
本发明提供的一种力矩电机双驱动、双气动钳夹精准定位装置的目的是:为安装在十字摆轴7内的电主轴单元实现不同角度不同位置的切削功能提供驱动及定位方法，设计的专用油路、气路、电线管路安全通道是电主轴单元正常可靠运转的保证，包括：轴旋转运动件16，配油轴固定件17，轴用回转隔来圈18。
本发明的驱动装置，利用内置双力矩电机与十字摆轴的整体集成实现电主轴的摆动驱动；
行程内任意位置停准后，利用双气动钳夹充气加压膨胀变形功能，完成摆动轴的任意角度定位；左右高刚性十字交叉滚子轴承组合使用限制了摆动轴三个方向5个自由度，为摆动轴的高刚性加工提供了保证。左右均采用配油、配气轴方式，为内置主轴电机正常运转、松拉刀功能的实现提供必要的油、气介质。为保证内部电缆的可靠外接，设计了交叉中空线缆通路，保证主轴电机、轴反馈元件信号线的安全可靠运行。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (1)

1.一种双电机驱动双气动钳夹精准定位电主轴摆动装置，其特征在于，包括A轴光栅轴(1)、左力矩电机(3)和右力矩电机(11)，反馈元件(2)安装于A轴光栅轴(1)上，左力矩电机(3)连接左电机转子固定轴(4)，右力矩电机(11)连接右电机转子固定轴(10)，左电机固定板(12)上设有限位开关，左支撑轴承(5)和右支撑轴承(9)为摆动A轴提供轴承支撑，左气动钳夹(6)和右气动钳夹(8)左右对称设置用于对摆动A轴精准定位，配油轴固定件(17)通过内部管路连接轴旋转运动件(16)，管路两端设有轴用回转格来圈(18)，十字摆轴(7)用于连接左右电机组件及主轴单元；光栅轴(1)上设有行程撞块(14)；配油轴固定件(17)为中空结构；所述配油轴固定件(17)与十字摆轴(7)、主轴电机出线位(19)的十字交叉方孔相互连通；所述限位开关包括上行程限位开关I(13)和下行程限位开关II(15)；所述左气动钳夹(6)固定在左轴承外压板(20)上，右气动钳夹(8)固定在右轴承外压板(21)上；所述左气动钳夹(6)和右气动钳夹(8)均为双层气囊结构；当钳夹无气体通入时自然状态为夹紧状态，当内腔(22)通入气压时，钳夹内部膨胀，内径尺寸增大，释放抱轴；当钳夹外腔(23)通入气压时，产生增压，钳夹提供增大夹紧扭矩。
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