CN108723796B - 一种用于五轴复合加工中心的机械单摆头 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于五轴复合加工中心的机械单摆头，壳体、端盖，包括：壳体、摆头箱、第一摆动机构、第二摆动机构、第一齿轮以及电机；所述摆头箱两侧设置所述壳体，所述壳体两侧外分别设置第一摆动机构、第二摆动机构，所述第一齿轮设置于所述第一摆动机构与所述摆头箱之间；所述第一摆动机构为双联变速箱，所述第一齿轮半径大于所述第二齿轮半径；所述第二摆动机构包括：转轴芯、第一分配壳体、第二分配壳体、圆柱滚子轴承静环、圆柱滚子轴承承动环、阶梯销以及第一轴套。本发明实现初步降速，用以增加扭矩；用第一齿轮与双联变速箱上的齿轮轴连接，实现二次降速，再次增加扭矩。

Description

一种用于五轴复合加工中心的机械单摆头

技术领域

本发明涉及金属加工领域，尤其涉及一种用于五轴复合加工中心的机械单摆头。

背景技术

近年来，卧式五轴加工中心以其高精度、高刚性、高效率、五轴联动等特点在航空航天、国防军工等高端行业领域应用越来越多，主要用来加工具有复杂型面的高精度零件，如航空机构件。卧式五轴加工中心可在三轴联动的标准型卧式加工中心的基础上，在主轴或工作台上增加两个联动的回转轴加以实现，而具有主轴摆动功能的摆头是标准型卧式加工中心升级为卧式五轴加工中心的关键功能部件之一。由于卧式五轴加工中心目前多用来加工钛合金等难加工材料复杂型面零件，故要求摆头部件具有高刚性、大扭矩、高精度等特点。目前，少有国内机床制造厂家能够生产满足上述特性的卧式五轴加工中心机床用的摆头。

发明内容

本发明提供一种用于五轴复合加工中心的机械单摆头，以克服上述技术问题。

本发明用于五轴复合加工中心的机械单摆头，壳体、端盖，包括：

壳体、摆头箱、第一摆动机构、第二摆动机构、第一齿轮以及电机；所述摆头箱两侧设置所述壳体，所述壳体两侧外分别设置第一摆动机构、第二摆动机构，所述第一齿轮设置于所述第一摆动机构与所述摆头箱之间；

所述第一摆动机构为双联变速箱，所述双联变速箱包括两个第二齿轮，所述第二齿轮通过齿形带与所述电机转轴连接，所述两个第二齿轮轴与第一齿轮相配合，所述第一齿轮半径大于所述第二齿轮半径；

所述第二摆动机构包括：转轴芯、第一分配壳体、第二分配壳体、圆柱滚子轴承静环、圆柱滚子轴承承动环、阶梯销以及第一轴套；

所述第一分配壳体和所述第二分配壳体连接后通过所述阶梯销固定，所述转轴芯与所述摆头箱固定连接，所述转轴芯外侧设置所述轴套，所述轴套外侧设置所述圆柱滚子轴承承动环和所述圆柱滚子轴承静环，所述圆柱滚子轴承静环与所述壳体固定连接。

进一步地，第二摆动机构，还包括：

环形光栅尺，所述环形光栅尺包括读数头和动环，所述读数头与壳体连接，所述动环与所述轴套连接。

进一步地，所述第一摆动机构，还包括：

旋转接头、分体壳、定心、平面法兰环、定心法兰、角接触球轴承、压环以及轴承衬套；

所述旋转接头外侧设置分配壳体，所述旋转接头与所述第一摆动机构之间的限位结构固定所述旋转接头，所述分配壳体与摆头箱固定连接，所述定心轴设置于所述分配壳体外侧，且由所述平面法兰环固定，所述定心轴外侧设置所述角接触球轴承，所述角接触球轴承外设置所述轴承衬套，所述压环固定所述角接触球轴承。

进一步地，还包括：

所述第一齿轮上安装有限位键，所述壳体设置与所述限位键匹配的限位结构，所述限位结构的将摆头箱的运动范围限制在﹣60°～﹢105°。

本发明用齿形带连接驱动电机和双联变速箱，实现初步降速，用以增加扭矩；用第一齿轮与双联变速箱上的齿轮轴连接，实现二次降速，再次增加扭矩；通过上述的两次降速后，第一齿轮连接摆头箱，驱动摆头箱绕轴摆动，进行对工件的加工。

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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明用于五轴复合加工中心的机械单摆头结构示意图；

图2是本发明内部结构示意图；

图3是本发明摆头箱左右摆动机构部分剖视图；

图4为图3中第一摆动机构的局部放大图；

图5为图3中第二摆动机构的局部放大图。

附图标号说明：

1-壳体、2-摆头箱、3-端盖、4-电机、5-齿形带、6-电机托板、7-涨紧块、8-双联变速箱、9-第二齿轮轴、10-第一齿轮、11-圆柱滚子轴承静环、12＝圆柱滚子轴承承动环、13-阶梯销、14-环形光栅尺的读数头、15-动环、16-轴套、17-第一分配壳体、18-第二分配壳体、19-转轴芯、21-限位键、22-轴承衬套、23-压环、24-角接触球轴承、25-定心法兰、26-定心轴、27-平面法兰环、28-螺钉、29-分配壳体、30-旋转接头。

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中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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作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。

图1为本发明用于五轴复合加工中心的机械单摆头结构示意图，如图1所示，本实施例的机械单摆头结构可以包括：

壳体、摆头箱、第一摆动机构、第二摆动机构、第一齿轮以及电机；所述摆头箱两侧设置所述壳体，所述壳体两侧外分别设置第一摆动机构、第二摆动机构，所述第一齿轮设置于所述第一摆动机构与所述摆头箱之间；

所述第一摆动机构为双联变速箱，所述双联变速箱包括两个第二齿轮，所述第二齿轮通过齿形带与所述电机转轴连接，所述两个第二齿轮轴与第一齿轮相配合，所述第一齿轮半径大于所述第二齿轮半径；

所述第二摆动机构包括：转轴芯19、第一分配壳体17、第二分配壳体18、圆柱滚子轴承静环11、圆柱滚子轴承承动环12、阶梯销13以及第一轴套16；

所述第一分配壳体和所述第二分配壳体连接后通过所述阶梯销固定，所述转轴芯与所述摆头箱固定连接，所述转轴芯外侧设置所述轴套，所述轴套外侧设置所述圆柱滚子轴承承动环和所述圆柱滚子轴承静环，所述圆柱滚子轴承静环与所述壳体固定连接。

进一步地，所述第一摆动机构，还包括：

旋转接头30、分配壳体29、定心轴26、平面法兰环27、定心法兰25、角接触球轴承24、压环23以及轴承衬套22；

所述旋转接头外侧设置分配壳体，所述旋转接头与所述第一摆动机构之间的限位结构固定所述旋转接头，所述分配壳体与摆头箱固定连接，所述定心轴设置于所述分配壳体外侧，且由所述平面法兰环固定，所述定心轴外侧设置所述角接触球轴承，所述角接触球轴承外设置所述轴承衬套，所述压环固定所述角接触球轴承。

具体而言，壳体1，电机4，双联变速箱8，左右两侧的第一摆动机构、第二摆动机构，摆头箱2、端盖3用于安放和保护里面的各传动件，摆头箱2用于安装主轴。如图2所示，电机托板6安装在壳体内，用于安装电机4。齿形带5连接电机轴和双联变速箱8的带轮，齿形带连接后用涨紧块7上的螺钉调整电机托板位置，让齿形带绷紧，电机轴转动经过齿形带传动到双联变速箱的大带轮，实现初步降速。双联变速箱的两个齿轮轴与第一齿轮配合，再次进行降速。第一齿轮与摆头箱用螺钉连接，从而带动摆头箱转动。所述电机与所述电机托板固定连接，所述电机托板另一端与所述双联变速箱连接，所述双联变速箱与所述摆头箱的一侧通过圆柱滚子轴承连接，所述圆柱滚子轴承与所述摆头箱另一侧的角接触球轴承构成所述摆头箱的旋转轴。

如图3-图5所示，摆头箱左侧承受轴向力和径向力的第二摆动机构包括：转轴芯、第一分配壳体、第二分配壳体、圆柱滚子轴承静环、圆柱滚子轴承承动环、阶梯销以及第一轴套；

摆头箱右侧的第一摆动机构为双联变速箱，所述双联变速箱包括两个第二齿轮，所述第二齿轮通过齿形带与所述电机转轴连接，所述两个齿轮的轴与第一齿轮相配合，所述第一齿轮半径大于所述第二齿轮半径；

角接触球轴承24，主要承受径向力。圆柱滚子轴承的静环11与壳体配合并固定，动环12内圈与轴套16配合，并被轴套压紧固定到摆头箱上。角接触球轴承外圈通过轴承座22与第一齿轮10配合，并用压环23固定；内圈与定心轴26配合，并用定心法兰25压紧，定心轴通过平面法兰环27与壳体固定。这样摆头箱两侧的轴承都定心并固定，为摆头箱提供了稳定的旋转轴线。旋转接头与第一摆动机构之间的限位结构为设置于该旋转接头上的两个螺钉，该两个螺钉间隔可以为90度，螺钉圆头部分顶紧到双联减速箱的外表面上，从而固定旋转接头，使其不旋转。上述分配壳体用于分配气体和液体的通断和走向。

进一步地，第二摆动机构，还包括：

环形光栅尺，所述环形光栅尺包括读数头和动环，所述读数头与壳体固定连接，所述动环与所述轴套连接。

具体而言，本实施例的环形光栅尺用来保证摆头箱的摆动角度的精度，实时检测摆头箱的摆角位置，光栅尺采集的数据反馈至数控系统，数控系统对有误差的位置进行位置补偿，从而形成机械单摆头的闭环控制。

壳体左侧安装有环形光栅尺14和15，用来保证摆头箱的摆动角度的精度，环形光栅尺的读数头14与壳体连接，动环15与轴套16连接，实时检测摆头箱的摆角位置，进行闭环控制，从而提高摆头箱的摆动的精度。

进一步地，还包括：

所述第一齿轮上安装有限位键21，所述壳体设置与所述限位键匹配的限位结构，所述限位结构的将摆头箱的运动范围限制在﹣60°～﹢105°。

具体而言，本实施例的限位键采用螺钉固定在第一齿轮上，随齿轮一同转动。壳体上有限制该限位键的限位结构，限定该限位键的运动范围，该范围为摆头箱的摆动角度范围限制在﹣60°～﹢105°。主轴呈水平状态为零点，主轴头向上摆动为正，向下摆动为负，防止摆头箱的摆动角度过大拉坏管线。因限位键与第一齿轮固定，第一齿轮又与摆头箱固定，当限位键运动至该限位结构时与该限位结构发生撞击。该范围是数控系统控制的摆动范围，该撞击位置略大于这个角度范围，是极限保护位置。

本发明五轴复合加工中心的机械单摆头右侧旋转接头配合分配壳体实现气密封、拉刀、冷却液和锁紧系统功能需要的气体和液体的导入，旋转接头用螺钉固定不旋转，分配壳体随着摆头箱一同旋转，气和液的管子通过管接头接在旋转接头上面，经过不同的通道进入到分配壳体的沟槽内，再通过沟槽内的孔进入分配壳体内的通道，再经过通道进入摆头箱内的通道，从而实现气体和液体的导入。此外，在分配壳体各通路的环形沟槽间均开设有密封沟槽，并在密封沟槽内安装密封圈，以保证各路油或气不会相互串通，保证主轴可靠地工作。

左侧旋转接头配合分配壳体实现松刀、锁紧系统、刀具外冷和冷却液功能需要的气体和液体的导入，分配壳体用阶梯销固定不旋转，旋转接头随着摆头箱一同旋转，气和液的管子通过管接头接在分配壳体上面，经过不同的通道进入到分配壳体的沟槽内，再通过沟槽内的孔进入旋转接头内的通道，再经过通道进入摆头箱内的通道，从而实现气体和液体的导入。这一侧的旋转接头是中空的，用于让主轴使用的各线缆进入摆头箱连接主轴。此外，这侧分配壳体各通路的环形沟槽间也开设有密封沟槽，并在密封沟槽内安装密封圈，以保证各路油或气不会相互串通。

初步降速增大扭矩，几部分结构的组合，实现了松刀、气密封、拉刀、刀具外冷、冷却液和锁紧系统功能需要的气体和液体的导入。并且左侧的旋转接头是中空的，用于让主轴线缆进入摆头箱连接主轴。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (2)

1.一种用于五轴复合加工中心的机械单摆头，壳体、端盖，其特征在于，包括：

壳体、摆头箱、第一摆动机构、第二摆动机构、第一齿轮以及电机；所述摆头箱两侧设置所述壳体，所述壳体两侧外分别设置第一摆动机构、第二摆动机构，所述第一齿轮设置于所述第一摆动机构与所述摆头箱之间；

所述第一摆动机构为双联变速箱，所述双联变速箱包括两个第二齿轮，所述第二齿轮通过齿形带与所述电机转轴连接，所述两个第二齿轮的轴与第一齿轮相配合，所述第一齿轮半径大于所述第二齿轮半径；

所述第二摆动机构包括：转轴芯、第一分配壳体、第二分配壳体、圆柱滚子轴承静环、圆柱滚子轴承承动环、阶梯销以及第一轴套；

所述第一分配壳体和所述第二分配壳体连接后通过所述阶梯销固定，所述转轴芯与所述摆头箱固定连接，所述转轴芯外侧设置所述第一轴套，所述第一轴套压紧所述圆柱滚子轴承承动环，所述圆柱滚子轴承静环与所述壳体固定连接；

所述第一摆动机构，还包括：

旋转接头、分配壳体、定心轴、平面法兰环、定心法兰、角接触球轴承、压环以及轴承衬套；

所述旋转接头外侧设置分配壳体，所述旋转接头与所述第一摆动机构之间的限位结构固定所述旋转接头，所述分配壳体与摆头箱固定连接，所述定心轴设置于所述分配壳体外侧，且由所述平面法兰环固定，所述定心轴外侧设置所述角接触球轴承，所述角接触球轴承外设置所述轴承衬套，所述压环固定所述角接触球轴承，还包括：

所述第一齿轮上安装有限位键，所述壳体设置与所述限位键匹配的限位结构，所述限位结构的将摆头箱的运动范围限制在﹣60°～﹢105°。

2.根据权利要求1所述的机械单摆头，其特征在于，第二摆动机构，还包括：

环形光栅尺，所述环形光栅尺包括读数头和动环，所述读数头与壳体固定连接，所述动环与所述轴套连接。