CN108746797A - 一种复合加工工具铣-铣动力头 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种复合加工工具铣‑铣动力头，包括通过转接板与工业机器人的机械臂连接的动力头组件，动力头组件包括动力头机架、动力主轴和多个电主轴，动力主轴通过伺服挠性联轴器与主轴电机的转轴连接，主轴电机通过主轴电机固定架和螺钉固定在动力头机架上；动力主轴的下端键连接有电主轴转盘，多个电主轴周向均布固定在电主轴转盘上；电主轴的输出端上安装立铣刀，每个立铣刀在围绕转盘轴线转动的同时还绕自身轴线转动，相邻的行星立铣刀的旋转方向相反。本发明的铣‑铣动力头，采用高速电主轴驱动多把刀具同时切削，加工效率高；可以在不改变自身结构的情况下，可以较大幅度的提升加工尺寸范围，适用于大中型工件的平面加工，柔性好。

Description

一种复合加工工具铣-铣动力头

技术领域

本发明涉及机械切削加工技术领域，特别是涉及一种复合加工工具铣-铣动力头。

背景技术

现有铣削加工有车-铣复合加工和大型龙门铣床加工。车-铣复合加工机床主要由主轴系统、动力刀架、进给系统、床身和辅助系统如数控系统、液压气动系统、冷却系统等部分组成。主轴系统主要用于带动工件做回转运动，动力刀架主要用于驱动回转刀具做切削运动或夹持可转位刀片做进给运动，辅助系统主要作用是进行加工控制、冷却和润滑等。车-铣复合加工主要用于中小型回转件复杂型面的切削加工，但车-铣复合加工不适用于板料和块料的加工，更不适用于大平面加工。

现有大型龙门铣削加工大平面的加工方法，机床的外形尺寸随着工件外形尺寸的增大而不成比例的增大，虽然其具备刚性优良的特点，但由于体型过大，显得过于笨重，极大的限制了工件的加工尺寸范围。大部分龙门机床只有一根主轴，只能装夹一把螺旋刃立铣刀或一个端铣刀盘，在切削加工过程中刀具由于不断受到工件表面和切屑的摩擦和挤压，易产生高温和切削力增大，进而引起刀具磨损加剧，并由此引起工件不同加工区域的表面质量存在差异。为了保证加工精度，必须在刀具磨损一定程度之后停机换刀，增加了加工总工时。若采用螺旋刃立铣刀进行大平面铣削加工，由于其吃刀面积小，导致铣削加工效率低下。

现有的用于大平面铣削加工的设备多为上述的大型龙门铣床，使用该机床进行难加工材料大平面铣削加工时存在诸多缺点，具体如下：(1)加工过程中切削力大(2)刀具磨损严重(3)加工效率低(4)加工尺寸范围受限，柔性差。

发明内容

本发明的目的是提供一种复合加工工具铣-铣动力头，以解决上述现有技术存在的问题，采用高速电主轴驱动多把刀具同时切削，加工效率高；可以在不改变自身结构的情况下，可以较大幅度的提升加工尺寸范围，适用于大中型工件的平面加工，柔性好。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种复合加工工具铣-铣动力头，包括通过转接板与工业机器人的机械臂连接的动力头组件，所述动力头组件包括动力头机架、动力主轴和多个电主轴，所述动力主轴通过伺服挠性联轴器与主轴电机的转轴连接，所述主轴电机与控制器连接，所述主轴电机通过主轴电机固定架和螺钉固定在所述动力头机架上；所述动力主轴的下端键连接有电主轴转盘，多个所述电主轴周向均布固定在所述电主轴转盘上；所述电主轴的输出端上安装立铣刀，每个所述立铣刀在围绕转盘轴线转动的同时还绕自身轴线转动，相邻的行星立铣刀的旋转方向相反。

优选的，所述主轴电机分别通过主轴电机电源接口和主轴电机反馈连接器与一驱动器和所述控制器连接。

优选的，所述动力主轴为阶梯轴，所述动力主轴的上端通过双列圆锥滚子轴承和轴承座固定在动力头的机架法兰部分，下端以花键轴的形式与电主轴转盘的中心孔配合。

优选的，所述双列圆锥滚子轴承底端安装有轴承盖板。

优选的，所述电主轴的外圆部分与圆柱滚子轴承配合，所述圆柱滚子轴承过盈配合的设置在所述动力头机架的内部，且所述圆柱滚子轴承由下端的防尘盖板固定。

优选的，所述动力头包括冷却系统，所述冷却系统包括冷却水出口管和冷却水进口管，冷却水经过外部冷却装置后通过所述冷却水进口管进入所述动力头内部，并通过电气液集成滑环和冷却水环进入所述电主轴内部吸收热量，然后循环到所述冷却水出口管。

优选的，所述冷却系统还包括与气泵连接的气管，所述气管将过滤后的空气通入到动力头中。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明的复合加工工具铣-铣动力头，采用工业机器人代替传统龙门机床的立柱系统，因工业机器人的操作臂可以自由伸展，且可以借助导轨小车在车间内做大范围移动，所以本发明在加工柔性方面明显优于传统龙门机床铣削加工，能够适应的工件尺寸范围更大。本发明采用铣-铣动力头进行切削加工，根据铣-铣复合加工的原理，铣-铣复合加工方式采用有序多刃切削和磨损均化的思想，并采用多个电主轴驱动多把刀具同时参与切削加工，所以铣-铣复合加工方式和传统端面铣削加工方式相比，能够有效降低切削力，减小刀具磨损，提高切削加工的效率。所以综合两种装置的优势，机器人铣铣复合加工方法具备以下优点：(1)高柔性，加工尺寸范围更大；(2)加工效率提高；(3)切削力减小，切削温度降低；(4)刀具磨损减小，刀具寿命增加。

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为工业机器人与铣-铣复合加工动力头的结合示意图；

图2为动力头的结构示意图；

图3为动力头的外观示意图；

其中，1动力头；2机器人末端；3伺服电机编码器；4机器人大臂；5机器人腰部；6机器人基座；7固定螺钉栓；8机器人小臂；9机器人手腕；10转接板(侧视图)；11动力头机架；12转接板(主视图)；13冷却水出口管；14转接板紧固螺钉；15航空接头；16主轴电机固定架；17主轴电机；18主轴电机电源接口；19主轴电机反馈连接器；20伺服挠性联轴器；21动力主轴；22轴承压板；23双列圆锥滚子轴承；24轴承座；25电气液集成滑环；26冷却水进口管；27气管；28冷却水环；29电主轴航空接口；30电主轴；31电主轴转盘；32圆柱滚子轴承；33防尘盖板。

具体实施方式

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。

本发明的目的是提供一种复合加工工具铣-铣动力头，以解决上述现有技术存在的问题，采用高速电主轴驱动多把刀具同时切削，加工效率高；可以在不改变自身结构的情况下，可以较大幅度的提升加工尺寸范围，适用于大中型工件的平面加工，柔性好。

本发明提供的复合加工工具铣-铣动力头，包括通过转接板与工业机器人的机械臂连接的动力头组件，动力头组件包括动力头机架、动力主轴和多个电主轴，动力主轴通过伺服挠性联轴器与主轴电机的转轴连接，主轴电机与控制器连接，主轴电机通过主轴电机固定架和螺钉固定在动力头机架上；动力主轴的下端键连接有电主轴转盘，多个电主轴周向均布固定在电主轴转盘上；电主轴的输出端上安装立铣刀，每个立铣刀在围绕转盘轴线转动的同时还绕自身轴线转动，相邻的行星立铣刀的旋转方向相反。其中，立铣刀选用螺旋刃立铣刀。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

请参考图1-3，其中，图1为工业机器人与铣-铣复合加工动力头的结合示意图；图2为动力头的结构示意图；图3为动力头的外观示意图。

如图1-3所示，本发明提供一种复合加工工具铣-铣动力头，本发明中主要分为支撑进给机构和切削加工机构。

其工作原理具体如下：

首先连接关系，机器人通过固定螺钉(栓)7与导轨小车或工作台进行连结固定，机器人末端2和动力头1与转接板10通过螺钉进行连结，转接板10与动力头机架11通过转接板紧固螺钉14进行连接，主轴电机17(主轴驱动伺服电机)与动力头机架11通过主轴电机固定架16和螺钉进行连接固定，同时主轴电机17的转轴与动力主轴21通过伺服挠性联轴器20进行连接和动力传动。

工业机器人主要起支撑和进给作用，当需要加工某一零件的平面时，通过控制安装在机器人手臂上的伺服驱动电机使机器人手臂以一定的位姿接近待加工平面，然后通过伺服电机编码器3进行精确控制轴向切深进给量。工业机器人的机器人腰部5、机器人大臂4、机器人小臂8和机器人手腕9依次连接，机器人末端2即为机器人手腕9的末端。机器人的基座6固定在工作台上时，径向切深进给运动主要通过机器人手臂位姿的改变来实现；机器人的基座6固定在导轨小车上时，切向进给除了通过机器人手臂位姿的改变来实现外，还可以通过导轨小车在导轨上的平动来辅助实现。

当待加工工件被切削加工时，铣-铣动力头的工作原理如下：铣-铣动力头相对机器人末端2固定不动的结构有主轴电机17、主轴电机固定架16和动力头机架11。主轴电机17的供电和信号传输主要通过主轴电机电源接口18和主轴电机反馈连接器19进行。主轴驱动伺服电机17的转轴通过伺服挠性联轴器20将动力传输到动力主轴21，动力主轴21通过电主轴转盘31带动四个电主轴30(电主轴伺服电机)做行星转动，电主轴30的转轴上可以装夹圆柱形立铣刀或者小型的铣刀盘，刀具在主轴电机17和电主轴30的驱动下不断将工件表面的材料去除。

铣-铣动力头的主轴电机17通过结构主轴电机电源接口18和主轴电机反馈连接器19分别与一台驱动器和一台控制器连接，当主轴电机17接通电源时，输出轴开始以一定转速度旋转，并通过伺服挠性联轴器20将动力传输至装置的动力主轴21，动力主轴21结构为阶梯轴，上端通过双列圆锥滚子轴承23和轴承座24固定在动力头1的机壳法兰部分，下端以花键轴的形式与电主轴转盘31的中心孔配合，转盘上圆周对称固定着4个电主轴30，电主轴30外圆部分与圆柱滚子轴承32配合，圆柱滚子轴承32与机壳内部过盈配合，并由下端防尘盖板33固定，圆柱滚子轴承32的作用是减小装置运行过程中的摩擦，减少发热，提高装置运行的稳定性。旋转动力由动力主轴21传至转盘，转盘带动四个电主轴30做旋转运动。四个电主轴30通过电气液集成滑环25进行驱动和控制、水循环和气循环。外部电源经由线缆通过航空接头15和电主轴航空接口29分别与主轴电机17和电主轴30连接。四个电主轴30运行，电主轴30的输出轴绕其轴线做高速旋转，刀具装夹在四个电主轴30的输出轴末端进行切削加工。

为了保证装置的正常工作，铣-铣动力头配备了冷却系统，包括水冷(主要)和风冷(次要)。电气液集成滑环25主要作用是实现电主轴30与电控箱之间的功率传输和信息反馈，同时实现电主轴30与冷却装置的介质交换。气管27外接气泵，将过滤后的空气通入到铣-铣动力头中，在装置内腔中形成高于外界的高压，防止在工作状态下切屑和灰尘进入装置内部。冷却水经过冷却系统和冷却水进口管26进入铣-铣动力头装置内部，并通过电气液集成滑环25和冷却水环28进入电主轴30内部吸收热量，并循环到冷却水出口管13，再进入冷却系统进行处理后，进入下一次循环。轴承座24和轴承压板22主要作用是限定双列圆锥滚子轴承的轴向位置并将铣削过程中产生的轴向切削力以及动力主轴上的重力传递到动力头机架11上。圆柱滚子轴承32和双列圆锥滚子轴承23的主要作用时减小装置运转过程中的摩擦力，同时提高装置运转的稳定性。

本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (7)

1.一种复合加工工具铣-铣动力头，其特征在于：包括通过转接板与工业机器人的机械臂连接的动力头组件，所述动力头组件包括动力头机架、动力主轴和多个电主轴，所述动力主轴通过伺服挠性联轴器与主轴电机的转轴连接，所述主轴电机与控制器连接，所述主轴电机通过主轴电机固定架和螺钉固定在所述动力头机架上；所述动力主轴的下端键连接有电主轴转盘，多个所述电主轴周向均布固定在所述电主轴转盘上；所述电主轴的输出端上安装立铣刀，每个所述立铣刀在围绕转盘轴线转动的同时还绕自身轴线转动，相邻的行星立铣刀的旋转方向相反。

2.根据权利要求1所述的复合加工工具铣-铣动力头，其特征在于：所述主轴电机分别通过主轴电机电源接口和主轴电机反馈连接器与一驱动器和所述控制器连接。

3.根据权利要求1所述的复合加工工具铣-铣动力头，其特征在于：所述动力主轴为阶梯轴，所述动力主轴的上端通过双列圆锥滚子轴承和轴承座固定在动力头的机架法兰部分，下端以花键轴的形式与电主轴转盘的中心孔配合。

4.根据权利要求3所述的复合加工工具铣-铣动力头，其特征在于：所述双列圆锥滚子轴承底端安装有轴承盖板。

5.根据权利要求1所述的复合加工工具铣-铣动力头，其特征在于：所述电主轴的外圆部分与圆柱滚子轴承配合，所述圆柱滚子轴承过盈配合的设置在所述动力头机架的内部，且所述圆柱滚子轴承由下端的防尘盖板固定。

6.根据权利要求1所述的复合加工工具铣-铣动力头，其特征在于：所述动力头包括冷却系统，所述冷却系统包括冷却水出口管和冷却水进口管，冷却水经过外部冷却装置后通过所述冷却水进口管进入所述动力头内部，并通过电气液集成滑环和冷却水环进入所述电主轴内部吸收热量，然后循环到所述冷却水出口管。

7.根据权利要求6所述的复合加工工具铣-铣动力头，其特征在于：所述冷却系统还包括与气泵连接的气管，所述气管将过滤后的空气通入到动力头中。