CN108188804A - 自定心电主轴夹持机构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种自定心电主轴夹持机构，底板、第一主动销轴、第二主动销轴、第一从动销轴、第二从动销轴、主动杆、第一连架杆、第二连架杆、从动杆、电主轴连接杆和电主轴；其中第一连架杆、第二连架杆、主动杆和从动杆构成平行四边形，利用平行四杆机构工作的基本原理实现在零件加工过程中，使刀轴矢量的变化不再影响刀触点的空间位置，无须进行由于刀轴旋转而进行刀触点的空间位置补偿，降低系统整体造价，简化系统整体结构，也有利于三轴数铣床升级改造，同时如果换装夹持机构，也可用于焊接、喷漆等类似场合工作机构的自心姿态调整工作。
Description
技术领域
本发明涉及零件加工制造技术领域，特别是涉及一种自定心电主轴夹持机构。
背景技术
五轴数控加工一直是制造业上的热点和难点，其主要困难在于在得知刀具切削轨迹和对于各切削点的刀轴矢量后，还要根据五轴数控机床结构的不同进行后置处理后才能真正用于加工，而且五轴数控机床后置处理算法相对复杂，通常绘图软件只提供知名的、有限种类的数控机床后置处理程序。这些后置处程序以旋转矩阵算法为基础对中性文件进行处理，用于补偿由于刀具转动或工作台转动所造成的刀触点在空间上的位移，由于旋转矩阵乘积不满足交换率，所以后置处理算法复杂且各不相同，这也是造成五轴数控机床使用门槛较高的原因之一。
在现有技术中，为保证机床刀具能够以不同的姿态加工工件，以五轴数控铣床为例：两个进给所用的旋转自由度安装有三种方式，一种是刀具本身完成全部旋转去动作；一种是工件完成全部旋转动作；一种是分别出刀具和工件各完成一个自由度的旋转动作。
由于机构设计本身的原因造成后置程序算法复杂，提高了机床包括数控系统的造价，且出现错误后程序不够直观，难以修改。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供一种自定心电主轴夹持机构，用于简化后置程序处理算法，使刀轴矢量的变化不再影响刀触点的空间位置，无须进行由于刀轴旋转而进行刀触点的空间位置补偿，降低系统整体造价，同时也为很多三轴数铣床升级为五轴数控铣床提供新的思路。
为实现本发明的目的所采用的技术方案是：
一种自定心电主轴夹持机构，包括底板、第一主动销轴、第二主动销轴、第一从动销轴、第二从动销轴、主动杆、第一连架杆、第二连架杆、从动杆和电主轴连接杆；
所述第一主动销轴与设置在底板左侧的支座转动连接，所述第一从动销轴与设置在底板右侧的支座转动连接，所述第一主动销轴上固定设有左连接块，所述第二主动销轴通过轴承结构与所述的左连接块转动连接，并且所述第二主动销轴垂直于所述第一主动销轴，以使得第二主动销轴前后自转的同时可绕所述第一主动销轴的轴心线左右摆动，所述第一从动销轴上固定设有右连接块，所述第二从动销轴通过轴承结构与所述的右连接块转动连接，并且所述第二从动销轴垂直于第一从动销轴，以使得第二从动销轴前后自转的同时可绕所述第一从动销轴的轴心线左右摆动；
所述主动杆的底端固装在所述的第二主动销轴上，通过键带动所述主动杆绕第二主动销轴的轴心转动，所述主动杆的中上部和顶端分别与所述的第一连架杆和第二连架杆的前端转动连接；
所述从动杆的底端固装在所述的第二从动销轴上，通过键带动所述从动杆绕第二从动销轴的轴心转动，所述从动杆的中上部和顶端分别与所述的第一连架杆和第二连架杆的中部转动连接；
所述电主轴连接杆的顶端和中上部分别与所述的第一连架杆、第二连架杆的后端转动连接，所述电主轴通过电主轴座固定在所述的电主轴连接杆上；
其中：所述主动杆与所述第二连架杆的交叉点P点、所述主动杆与所述第一连架杆的交叉点Q点、所述从动杆与所述第二连架杆的交叉点S点以及所述从动杆与所述第一连架杆的交叉点R点构成平行四边形，所述第一主动销轴轴心与所述第一从动销轴轴心间的间距与所述P点和所述S点间的间距相同；
所述第一连架杆与所述电主轴连接杆的交叉点U点、所述第二连架杆与所述电主轴连接杆的交叉点V点和所述P点和所述S点构成平行四边形，所述P点、Q点、U点和V点构成平行四边形，所述电主轴刀具端面中心点为W点，所述W点到所述第一从动销轴轴心N点间的间距与所述S点和所述V点间的间距相同。
在上述方案中，所述P点、Q点、R点、S点、U点和V点均设有轴承转动机构，所述轴承转动机构包括由内到外依次同轴心设置的销、内挡圈、轴承和外挡圈。
在上述方案中，所述底板上设有四个支座，所述支座均通过内六角螺钉固装在所述底板上，其中两个用于装配所述第一主动销轴，另外两个用于装配所述第一从动销轴。
在上述方案中，所述第一主动销轴的端部设有传动端，所述传动端上设有传动键，所述左连接块包括左右端面和上下端面，所述左右端面固定在所述第一主动销轴上，所述上下端面上均设有装配孔，所述装配孔通过转动副与所述第二主动销轴相连接。
在上述方案中，所述第二主动销轴的端部设有传动头，所述传动头上设有键位槽。
在上述方案中，所述右连接块包括左右两个端面和上下两个端面，所述左右两个端面固定在所述第一从动销轴上，所述上下两个端面上均设有阶梯孔，所述阶梯孔通过转动副与第二从动销轴相连接。
在上述方案中，所述底板包括底面板和侧面板，所述侧面板设置在所述底面板的一侧，并且与所述底面板相垂直，所述侧面板上设有供第一主动销轴端部的传动端伸出的通孔。
在上述方案中，电主轴通过电主轴座固定在所述的电主轴连接杆上，所述电主轴连接杆的顶端设有连接孔，所述电主轴连接杆的底端为用于安装电主轴座的板面，所述板面上设有多个螺孔用于装配电主轴座。
在上述方案中，所述第一连架杆和所述第二连架杆均为直形杆，并且所述第一连架杆和所述第二连架杆上均设有三个安装孔，三个安装孔的朝向相同。
在上述方案中，所述主动杆为直形杆，所述主动杆的上部设有两个连接孔，两个连接孔的朝向相同，所述主动杆的底端设有键孔，所述键孔的朝向与所述连接孔的朝向相垂直，所述键孔用于与所述的第二主动销轴固定连接。
在上述方案中，所述从动杆为直形杆，所述从动杆的上部设有两个定位孔，两个定位孔的朝向相同，所述从动杆的底端设有一个转孔，所述转孔与所述的第二从动销轴转动连接。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
利用平行四杆机构工作的基本原理实现在零件加工过程中，使刀轴矢量的变化不再影响刀触点的空间位置，无须进行由于刀轴旋转而进行刀触点的空间位置补偿，降低系统整体造价，简化系统整体结构，也有利于三轴数铣床升级改造，同时如果换装夹持机构，也可用于焊接、喷漆等类似场合工作机构的自心姿态调整工作。
附图说明
图1所示为本发明的侧视图。
图2所示为本发明的俯视图。
图3所示为本发明的左视图。
图4所示为本发明的仰视图。
图5所示为第一主动销轴和左连接块的结构示意图，其中a、b、c和d分别为主视图、前视图、左视图和俯视图。
图6所示为第二主动销轴的结构示意图，其中a、b和c为分别为主视图、左视图、前视图。
图7所示为第一从动销轴和右连接块的结构示意图，其中a、b、c和d分别为主视图、前视图、侧视图和俯视图。
图8所示为底板的结构示意图，其中a、b、c分别为主视图、侧视图和俯视图，d为b中A-A面剖面图。
图9所示为电主轴连接杆的结构示意图，其中a、b、c、d分别为主视图、后视图、侧视图和俯视图，其中e为c中C-C面剖面图。
图10所示为第一连架杆或第二连架杆的结构示意图，其中a、b和c分别为主视图、前视图和侧视图。
图11所示为主动杆的结构示意图，其中a、b分别为侧视图和前视图，c为a中A-A面剖面图。
图12所示为从动杆的的结构示意图，其中其中a、b分别为侧视图和前视图，c为a中B-B面剖面图。
图13所示为第二从动销轴的结构示意图，其中a为侧视图，b为前视图。
其中：1-底板，2-支座，3-第一主动销轴，4-挡圈，5-第二主动销轴，6-轴承，7-主动杆，8-从动杆，9-第二连架杆，10-销，11-内挡圈，12-轴承，13-外挡圈，14-第一连架杆，15-电主轴连接杆，16-电主轴座，17-连接孔，18-电主轴，19-第一从动销轴，20-第二从动销轴，21-内六角螺钉，22-左连接块，23-右连接块，24-传动键，25-底面板，26-侧面板，27-通孔，28-传动端，29-板面，30-安装孔，31-连接孔，32-键孔，33-定位孔，34-转孔，35-传动头，36-键位槽。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1-4所示，本发明的一种自定心电主轴夹持机构，包括底板1、第一主动销轴3、第二主动销轴5、第一从动销轴19、第二从动销轴20、主动杆7、第一连架杆14、第二连架杆9、从动杆8、电主轴连接杆15和电主轴18；
所述第一主动销轴3与设置在底板1左侧的支座2转动连接，所述第一从动销轴19与设置在底板1右侧的支座转动连接，所述第一主动销轴3上固定设有左连接块22，所述第二主动销轴5通过轴承结构与所述的左连接块22转动连接，并且所述第二主动销轴5垂直于所述第一主动销轴3，以使得第二主动销轴5前后自转的同时可绕所述第一主动销轴3的轴心线左右摆动，所述第一从动销轴19上固定设有右连接块23，所述第二从动销轴20通过轴承结构与所述的右连接块23转动连接，并且所述第二从动销轴20垂直于第一从动销轴19，以使得第二从动销轴20前后自转的同时可绕所述第一从动销轴19的轴心线左右摆动；
所述主动杆7的底端固装在所述的第二主动销轴5上，通过键带动所述主动杆7绕第二主动销轴5的轴心转动，所述主动杆7的中上部和顶端分别与所述的第一连架杆14和第二连架杆9的前端转动连接；
所述从动杆8的底端固装在所述的第二从动销轴20上，通过键带动所述从动杆8绕第二从动销轴20的轴心转动，所述从动杆8的中上部和顶端分别与所述的第一连架杆14和第二连架杆9的中部转动连接；
所述电主轴连接杆15的顶端和中上部分别与所述的第一连架杆14、第二连架杆9的后端转动连接，所述电主轴18通过电主轴座16固定在所述的电主轴连接杆15上；
其中：所述主动杆7与所述第二连架杆9的交叉点P点、所述主动杆7与所述第一连架杆14的交叉点Q点、所述从动杆8与所述第二连架杆9的交叉点S点以及所述从动杆8与所述第一连架杆14的交叉点R点构成平行四边形，所述第一主动销轴3轴心M点、所述第一从动销轴19轴心N点、所述P点和所述S点构成平行四边形，所述P点、所述S点、所述第一连架杆14与所述电主轴连接杆15的交叉点U点和所述第二连架杆9与所述电主轴连接杆15的交叉点V点构成平行四边形，电主轴刀具端面中心点为W点，所述N点、所述W点、所述R点和所述U点构成平行四边形。
作为优选方式，所述P点、Q点、R点、S点、U点和V点均设有轴承转动机构，所述轴承转动机构包括由内到外依次同轴心设置的销10、内挡圈11、轴承12和外挡圈13。
作为优选方式，所述底板1上设有四个支座2，所述支座均通过内六角螺钉21固装在所述底板1上，其中两个用于装配所述第一主动销轴3，另外两个用于装配所述第一从动销轴19。
作为优选方式，如图5所示，所述第一主动销轴3的端部设有传动端28，所述传动端内设有带有键槽的传动键24，所述左连接块22包括左右端面和上下端面，所述左右端面固定在所述第一主动销轴3上，所述上下端面上均设有装配孔38，所述装配孔通过转动副与所述第二主动销轴5相连接。
作为优选方式，如图6所示，所述第二主动销轴5的端部设有传动头35，所述传动头35上设有键位槽36。
作为优选方式，如图7所示，所述右连接块23包括左右两个端面和上下两个端面，所述左右两个端面固定在所述第一从动销轴19上，所述上下两个端面上均设有阶梯孔37，所述阶梯孔37通过转动副与如图13所示的第二从动销轴20相连接。
作为优选方式，如图8所示，所述底板1包括底面板25和侧面板26，所述侧面板26设置在所述底面板25的一侧，并且与所述底面板25相垂直，所述侧面板26上设有供第一主动销轴3端部的传动端28伸出的通孔27。
作为优选方式，如图9所示，所述电主轴连接杆15的顶端设有连接孔17，所述电主轴连接杆15的底端为用于安装电主轴座16的板面29，所述板面29上设有多个螺孔用于装配电主轴座16。
作为优选方式，如图10所示，所述第一连架杆14和所述第二连架杆9均为直形杆，并且所述第一连架杆14和所述第二连架杆9上均设有三个安装孔30，三个安装孔30的朝向相同。
作为优选方式，如图11所示，所述主动杆7为直形杆，所述主动杆7的上部设有两个连接孔31，两个连接孔31的朝向相同，所述主动杆7的底端设有键孔32，所述键孔32的朝向与所述连接孔31的朝向相垂直，所述键孔32用于与所述的第二主动销轴5固定连接。
作为优选方式，如图12所示，所述从动杆8为直形杆，所述从动杆8的上部设有两个定位孔33，两个定位孔33的朝向相同，所述从动杆8的底端设有一个转孔34，所述转孔34与所述的第二从动销轴20转动连接。
工作原理：
如图1所示，M、N、P、Q、R、S、U、V分别指向各转动副的中心，W为电主轴刀具端面中心点。
利用螺栓将底板1通过联接板固定在数控机床床身上，联接板随机床结构、尺寸不同而不同，可自行设计；将电主轴18通过电主轴座16固定在电主轴连接杆15上；将57步进电机与减速箱(图中未画出)的输出轴分别安装在第一主动销轴3的传动键和第二主动销轴5的键位槽，减速箱定位止口分别插入底板1上的定位孔和第一主动销轴3上的定位孔，动力分别由两个带有减速箱的57步进电机分别通过第一主动销轴3和第二主动销轴5传入，分别用于控制电主轴18左右方向和前(向纸面外)后(向纸面内)方向的转动。
第一主动销轴3安装在支座上，第二主动销轴5通过两轴承6和挡圈4安装在第一主动销轴3上，第一主动销轴3通过装在第一主动销轴3上的两个轴承6可带动第二主动销轴5绕第一主动销轴3轴心线左右摆动，主动杆7安装在第二主动销轴5上，通过键带动主动杆7绕第一主动销轴3的轴心转动。因此，所以在忽略两个连架杆作用的情况下，主动杆7在第一主动销轴3和第二主动销轴5的带动下，可实现同时绕第一主动销轴3轴心左右(即纸面上的左右方向)和第二主动销轴5前后(即朝向纸面内外)转动，其转动的轴心位于第一主动销轴3和第二主动销轴5两轴轴心线的交点M，此点相当于球铰的球心，主动杆7可绕此点任意转动。
第一从动销轴19通过轴承安装在另外两个支座上，第二从动销轴20通过轴承安装在第一从动销轴19上，从动杆安装在第二从动销轴20上，同样的分析可以用在第一从动销轴19、第二从动销轴20和从动杆8，所以在忽略两个连架杆作用的情况下，从动杆8可以绕第一从动销轴19的轴心线与第二从动销轴20的轴心线的交点N实现任意转动。
如图1所示，MN＝QR＝PS；RU＝SV＝NW；PQ＝RS＝UV；MP＝NS＝VW；且M、P、Q在同一直线上；N、S、R在同一直线上；U、V、W在同一直线上；Q、R、U在同一直线上；P、S、V在同一直线上；M、N、W在同一直线上，主动杆、从动杆、两连架杆均在对应位置上有三个孔用于安装转动副，所以固定电主轴时应特别注意刀具中心点的位置，保证以下两点：1)电主轴的轴心线与点U、V连线重合，首先要注意电主轴座安装时，其侧向定位面要与时与电主轴连接杆上的定位凸缘贴紧，这样就能保证U、V、W在同一直线上，2)保证M、N、W在同一直线上，这是通过调整电主轴纵向位置实现，测量M、P间的距离，保证刀具中心点W到点V的距离与其相等即可，在具体操作时可心根据电主轴连接杆下缘位置确定电主轴伸出长度。系统运用平行四杆机构工作原理，在系统中，主动杆绕点M可以任意转动，从动杆和电主轴连接杆运动与主动杆一致，分别绕N和V点转动，通过此机构，可以实现电主轴以各种姿态围绕刀具端面中心点进行切削，需不必考虑由于刀轴矢量变化而引起的刀具移动补偿问题。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.自定心电主轴夹持机构，其特征在于，包括底板、第一主动销轴、第二主动销轴、第一从动销轴、第二从动销轴、主动杆、第一连架杆、第二连架杆、从动杆和电主轴连接杆；
所述第一主动销轴与设置在底板左侧的支座转动连接，所述第一从动销轴与设置在底板右侧的支座转动连接，所述第一主动销轴上固定设有左连接块，所述第二主动销轴通过轴承结构与所述的左连接块转动连接，并且所述第二主动销轴垂直于所述第一主动销轴，以使得第二主动销轴前后自转的同时可绕所述第一主动销轴的轴心线左右摆动，所述第一从动销轴上固定设有右连接块，所述第二从动销轴通过轴承结构与所述的右连接块转动连接，并且所述第二从动销轴垂直于第一从动销轴，以使得第二从动销轴前后自转的同时可绕所述第一从动销轴的轴心线左右摆动；
所述主动杆的底端固装在所述的第二主动销轴上，通过键带动所述主动杆绕第二主动销轴的轴心转动，所述主动杆的中上部和顶端分别与所述的第一连架杆和第二连架杆的前端转动连接；
所述从动杆的底端固装在所述的第二从动销轴上，通过键带动所述从动杆绕第二从动销轴的轴心转动，所述从动杆的中上部和顶端分别与所述的第一连架杆和第二连架杆的中部转动连接；
所述电主轴连接杆的顶端和中上部分别与所述的第一连架杆、第二连架杆的后端转动连接；
其中：所述主动杆与所述第二连架杆的交叉点P点、所述主动杆与所述第一连架杆的交叉点Q点、所述从动杆与所述第二连架杆的交叉点S点以及所述从动杆与所述第一连架杆的交叉点R点构成平行四边形，所述第一主动销轴轴心与所述第一从动销轴轴心间的间距与所述P点和所述S点间的间距相同；
所述第一连架杆与所述电主轴连接杆的交叉点U点、所述第二连架杆与所述电主轴连接杆的交叉点V点和所述P点和所述S点构成平行四边形，所述P点、Q点、U点和V点构成平行四边形，所述电主轴刀具端面中心点为W点，所述W点到所述第一从动销轴轴心N点间的间距与所述S点和所述V点间的间距相同。
2.如权利要求1所述的自定心电主轴夹持机构，其特征在于，所述P点、Q点、R点、S点、U点和V点均设有轴承转动机构，所述轴承转动机构包括由内到外依次同轴心设置的销、内挡圈、轴承和外挡圈。
3.如权利要求1所述的自定心电主轴夹持机构，其特征在于，所述底板上设有四个支座，所述支座均通过内六角螺钉固装在所述底板上，其中两个用于装配所述第一主动销轴，另外两个用于装配所述第一从动销轴。
4.如权利要求1所述的自定心电主轴夹持机构，其特征在于，所述第一主动销轴的端部设有传动端，所述传动端上设有传动键，所述左连接块包括左右端面和上下端面，所述左右端面固定在所述第一主动销轴上，所述上下端面上均设有装配孔，所述装配孔通过转动副与所述第二主动销轴相连接。
5.如权利要求1所述的自定心电主轴夹持机构，其特征在于，所述第二主动销轴的端部设有传动头，所述传动头上设有键位槽。
6.如权利要求1所述的自定心电主轴夹持机构，其特征在于，所述右连接块包括左右两个端面和上下两个端面，所述左右两个端面固定在所述第一从动销轴上，所述上下两个端面上均设有阶梯孔，所述阶梯孔通过转动副与第二从动销轴相连接。
7.如权利要求1所述的自定心电主轴夹持机构，其特征在于，所述底板包括底面板和侧面板，所述侧面板设置在所述底面板的一侧，并且与所述底面板相垂直，所述侧面板上设有供第一主动销轴端部的传动端伸出的通孔。
8.如权利要求1所述的自定心电主轴夹持机构，其特征在于，电主轴通过电主轴座固定在所述的电主轴连接杆上，所述电主轴连接杆的顶端设有连接孔，所述电主轴连接杆的底端为用于安装电主轴座的板面，所述板面上设有多个螺孔用于装配所述的电主轴座。
9.如权利要求1所述的自定心电主轴夹持机构，其特征在于，所述第一连架杆和所述第二连架杆均为直形杆，并且所述第一连架杆和所述第二连架杆上均设有三个安装孔，三个安装孔的朝向相同。
10.如权利要求1所述的自定心电主轴夹持机构，其特征在于，所述主动杆为直形杆，所述主动杆的上部设有两个连接孔，两个连接孔的朝向相同，所述主动杆的底端设有键孔，所述键孔的朝向与所述连接孔的朝向相垂直，所述键孔用于与所述的第二主动销轴固定连接，所述从动杆为直形杆，所述从动杆的上部设有两个定位孔，两个定位孔的朝向相同，所述从动杆的底端设有一个转孔，所述转孔与所述的第二从动销轴转动连接。
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