CN108857468A - 一种用于直驱双摆角铣头的锁紧及抱闸装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于直驱双摆角铣头的锁紧及抱闸装置。该装置包括固定部分和旋转部分，其特征在于，在所述固定部分和旋转部分之间安装了锁紧弹性件，所述锁紧弹性件上有可变形腔，所述锁紧弹性件与所述固定部分之间有接触间隙，液压油通过锁紧机构的油路充入所述可变形腔内，所述液压油的压力作用于所述锁紧弹性件产生弹性变形，使所述锁紧弹性件与所述固定部分之间接触产生摩擦力，形成所述直驱双摆角铣头所需的锁紧和抱闸力矩。该装置结构简单、占用空间小、制造容易、成本低，能够同时实现锁紧及抱闸功能，适用范围广。

Description

一种用于直驱双摆角铣头的锁紧及抱闸装置

技术领域

本发明涉及机床设备领域，特别是涉及一种用于直驱双摆角铣头的锁紧及抱闸装置。

背景技术

直驱双摆角铣头是为满足高速精密五轴加工机床需要而研究开发的关键功能部件，主要用于具有复杂曲面的高精度零件加工，如航空工业中的叶片、叶盘、叶轮类零件。

现有直驱双摆角铣头要求实现摆角锁紧和抱闸功能是通过在摆角轴上装有独立的锁紧装置，采用机械锁紧方式，在系统断电后可通过碟形弹簧等机械机构进行锁紧抱闸，该锁紧装置成本较高，占用空间较大，适合用在大型结构中。但在空间紧凑的中小型直驱双摆角铣头上，需要设计一种结构简单紧凑且能实现锁紧和抱闸要求的机构。

因此，发明人提供了一种用于直驱双摆角铣头的锁紧及抱闸装置，能同时实现定角度加工的锁紧功能和系统断电后的抱闸功能，且结构简单紧凑。

发明内容

本发明提供了一种用于直驱双摆角铣头的锁紧及抱闸装置，该装置能够同时实现定角度加工的锁紧功能和系统断电后的抱闸保护功能，解决了现有技术的锁紧装置结构复杂、加工成本高、占用空间大而适用范围受限的问题。

本发明的实施例提出了一种用于直驱双摆角铣头的锁紧及抱闸装置。该装置包括固定部分和旋转部分，其特征在于，在所述固定部分和旋转部分之间安装了锁紧弹性件，所述锁紧弹性件上有可变形腔，所述锁紧弹性件与所述固定部分之间有接触间隙，液压油通过锁紧机构的油路充入所述可变形腔内，所述液压油的压力作用于所述锁紧弹性件产生弹性变形，使所述锁紧弹性件与所述固定部分之间接触产生摩擦力，形成所述直驱双摆角铣头所需的锁紧和抱闸力矩。

在第一种可能的实现方式中，还包括液压抱闸控制系统，所述液压抱闸控制系统包括锁紧机构的油路和抱闸机构的油路，所述抱闸机构的油路与所述锁紧机构的油路连接，所述液压抱闸控制系统用于在断电时接通蓄能器，所述蓄能器释放油压，将所述锁紧机构锁住，同时液压油通到所述抱闸机构进行抱闸。

结合上述可能的实现方式，在第二种可能的实现方式中，所述抱闸机构的油路上设有电磁换向阀、液压换向阀和液控单向阀，所述蓄能器释放油压时，接通所述电磁换向阀，通过所述液控单向阀锁住所述锁紧机构的油路，接通所述液压换向阀的通路连通所述抱闸机构的油路，液压油通过所述抱闸机构的通油路充入所述可变形腔，所述锁紧弹性件受可变形腔内液压油的压力与所述固定部分压紧，实现锁紧抱闸。

结合上述可能的实现方式，在第三种可能的实现方式中，所述液压抱闸控制系统连接紧急动力源，所述紧急动力源用于断电时接通所述液压抱闸控制系统。

结合上述可能的实现方式，在第四种可能的实现方式中，所述锁紧弹性件采用弹性金属材料，所述锁紧弹性件受油压作用时可发生弹性变形。

结合上述可能的实现方式，在第五种可能的实现方式中，所述锁紧弹性件的最薄处的厚度不小于2mm。

结合上述可能的实现方式，在第六种可能的实现方式中，所述液压油的压力不大于5Mpa。

结合上述可能的实现方式，在第七种可能的实现方式中，两组构造相同的所述液压抱闸控制系统分别连接控制所述直驱双摆角铣头的A摆角和C摆角。

结合上述可能的实现方式，在第八种可能的实现方式中，所述锁紧及抱闸装置中，用于所述A摆角的所述锁紧弹性件为刹车盘，用于所述C摆角的所述锁紧弹性件为刹车鼓。

综上，本发明实施例的一种用于直驱双摆角铣头的锁紧及抱闸装置，结构简单紧凑，占用空间小，制造简易、适用范围广。通过在装置的固定部分和旋转部分之间安装具有可变形腔的锁紧调节件，利用可变型腔在油压变形压紧情况下产生摩擦力，用摩擦力来锁住旋转部分，从而实现了锁紧功能，通过在锁紧机构的油路中增加抱闸机构的油路和相应控制阀，能够实现在断电后的抱闸功能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述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是本发明实施例的用于直驱双摆角铣头的A摆角碟刹机构示意图。

图2是本发明实施例的用于直驱双摆角铣头的C摆角鼓刹机构示意图。

图中：

1：固定部分；2：旋转部分；3：锁紧弹性件；4：可变形腔。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例的详细描述和附图用于示例性地说明本发明的原理，但不能用来限制本发明的范围，即本发明不限于所描述的实施例，在不脱离本发明的精神的前提下覆盖了零件、部件和连接方式的任何修改、替换和改进。

直驱双摆角铣头的锁紧及抱闸装置是通过在装置的固定部分与旋转部分之间安装了锁紧弹性件，该锁紧弹性件上有可变形腔，当充入液压油后，液压促使可变形腔弹性变形，使锁紧弹性件与装置的相互作用，锁紧弹性件受压变形，消除了摩擦结合面的预留间隙，产生摩擦力，形成摆角所需的锁紧和抱闸力矩，从而实现锁紧及抱紧功能。

图1是本发明实施例的用于直驱双摆角铣头的A摆角碟刹机构示意图。图2是本发明实施例的用于直驱双摆角铣头的C摆角鼓刹机构示意图。

本发明实施例的用于直驱双摆角铣头的锁紧及抱闸装置，由于A/C摆角的结构不同，该装置根据不同的摆角结构和安装略有不同，但其设计和原理相同，都是采用油压使锁紧弹性件发生弹性变形，消除摩擦结合面的预留空间，产生摩擦力进而锁紧抱闸。

首先以图1所示的A摆角的锁紧及抱闸装置为例说明。如图1所示，该装置包括固定部分1和旋转部分2，在固定部分1和旋转部分2之间安装了锁紧弹性件3，并且该锁紧弹性件3上有可变形腔4，锁紧弹性件3与固定部分1之间有接触间隙，当液压油通过锁紧机构3的油路充入可变形腔4内后，液压油的压力作用于锁紧弹性件3产生弹性变形，使锁紧弹性件3与固定部分1之间接触产生摩擦力，形成直驱双摆角铣头所需的锁紧和抱紧力矩。

优选地，锁紧弹性件3采用弹性金属材料，该锁紧弹性件3受油压作用时可发生弹性变形。锁紧弹性件3上的可变形腔4连通液压油的油路，能够使液压油充入到可变形腔4内。

由于锁紧弹性件3安装在摆角的固定部分1与旋转部分2之间，在结构设计中，通过计算摩擦力产生的扭矩满足设计要求，可知设计油压1Mpa 即可满足技术指标的锁紧扭距要求，但在有限元分析压力时，发现C摆角弹性件变形很小。由于变形太小，对零件加工和装配要求太高。因此，需用不同的锁紧弹性件的厚度和油压值进行优化设计。优化时需考虑的约束条件有：（1）锁紧弹性件的厚度不易太薄，太薄影响加工，同时应力太大，最薄不小于2mm。（2）应力不能太小，不能超过设计材料的屈服强度，否则弹性变形无法恢复会导致锁紧功能失效，同时过大弹性变形会大大降低弹性件的寿命。（3）油压设计不宜过大，考虑到密封圈的设计要求，设计油压值控制在5Mpa范围内。

综上，本发明中的锁紧弹性件3的最薄处的厚度不小于2mm，并且，液压油的压力不大于5Mpa，能保证锁紧弹性件3的变形量及对材料的应力要求。

需要说明的是，本发明针对双摆角铣头，由两组构造相同的液压抱闸控制系统分别连接控制直驱双摆角铣头的A摆角和C摆角，并且在本发明的锁紧及抱闸装置中，用于A摆角的锁紧弹性件为刹车盘，用于C摆角的锁紧弹性件为刹车鼓。由于直驱双摆角的A摆角和C摆角的空间结构不同，刹车盘与刹车鼓的安装结构略有不同，刹车盘与刹车鼓的具体结构规格需根据A摆角和C摆角的实际空间结构进行相应配合设置。

参见图1和图2可知，本发明的锁紧及抱闸装置按A摆角空间设计有包括刹车盘的碟刹机构，按C摆角空间设计有包括刹车鼓的鼓刹机构。具体地，在A/C摆角的机构中设计了包括可变形腔4的锁紧调节机构，利用可变型腔4在油压变形压紧情况下产生摩擦力，用摩擦力来锁住旋转部分2。由于有锁紧力矩要求，在设计时需要满足摩擦力的接触面积，同时，保证可变型腔有足够的变形量来便于装配和实现压紧，按照双摆角铣头的结构空间尺寸设计出满足要求的可变型腔和相关的油腔结构及走油管路。

本发明的装置具有结构简单、占用空间小、制造容易、成本低等特点，不仅能够满足航空系统需求，还能广泛应用到航天、船舶、风电、高铁以及汽车等其他行业，市场前景非常好。另外，与机械式锁紧机构相比，在绝大多数正常工作时间内，不需要液压系统提供压力，节省了能源，也延长了机构的使用寿命。

双摆角的锁紧功能是用于在定角度加工中锁住摆角的转轴，增大铣头加工刚度，提高加工质量。双摆角的抱闸功能是用于防止断电而引起的摆角失控，在断电后瞬间就将摆角抱住不动，从而保护正在加工的零件和铣头，及时避免失控引起的事故。

本发明用同锁紧机构相同的装置实现抱闸保护功能，即通过在锁紧机构的油路中增加并连接抱闸机构的油路，由锁紧机构的油路和抱闸机构的油路构造成液压抱闸控制系统，该液压抱闸控制系统用于在断电时接通蓄能器，蓄能器能够释放油压，将锁紧机构锁住，同时液压油通到抱闸机构进行抱闸。

此外，在抱闸机构的油路上还设有电磁换向阀、液压换向阀和液控单向阀，蓄能器释放油压时，接通电磁换向阀，通过液控单向阀锁住锁紧机构的油路，接通液压换向阀的通路连通抱闸机构的油路，液压油通过抱闸机构的通油路充入可变形腔，锁紧弹性件受可变形腔内液压油的压力与固定部分压紧，实现锁紧抱闸。并且，液压抱闸控制系统还连接紧急动力源，紧急动力源用于断电时接通液压抱闸控制系统。恢复通电后，液压抱闸控制系统切换到回油路，卸压松开抱闸机构。油泵启动工作给蓄能器充电，恢复蓄能器压力。

通过控制AC摆角的相应电磁阀的通电，液压阀组的阀口连通，这时AC摆角上相应的液控单向阀处于开启状态，使得卸压口也连通，所以摆角油腔处于无压状态，AC摆角就可以自由摆动。在正常定摆角加工需要锁紧时时，断开相应的电磁阀即可。

当出现紧急断电时，相应电磁阀断电，这时紧急动力源将压力油打出到AC摆角的可变形腔，将AC摆角抱闸。同时AC摆角的相应液控单向阀处于关闭状态，能够长时间有效地保持住AC摆角的抱闸压力。

综上所述，本发明的用于直驱双摆角铣头的锁紧及抱闸装置，通过在固定部分和旋转部分之间安装具有可变形腔的锁紧调节件，利用可变形腔在油压变形压紧情况下产生摩擦力，通过锁紧调节件与摩擦接触面的摩擦力克服旋转部分与固定部分之间的相对运动，从而实现了锁紧功能，同时本发明的装置中还设计了液压抱闸控制系统，通过在锁紧机构的油路中增加了抱闸机构的油路和相应控制阀，当突然断电时，能够切换到抱闸机构的油路，通过蓄能器的压力和接通油路的控制阀，实现了断电时的锁紧抱闸功能。本发明的装置用于直驱双摆角铣头时，能同时实现定角度加工的锁紧功能和系统断电后的抱闸功能，该装置结构简单紧凑，占用空间小，制造简易、成本低，相比于现有的机械式锁紧机构，节省了能量，锁紧及抱闸效率高，延长了装置的使用寿命。

虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (9)

1.一种用于直驱双摆角铣头的锁紧及抱闸装置，包括固定部分和旋转部分，其特征在于，在所述固定部分和旋转部分之间安装了锁紧弹性件，所述锁紧弹性件上有可变形腔，所述锁紧弹性件与所述固定部分之间有接触间隙，液压油通过锁紧机构的油路充入所述可变形腔内，所述液压油的压力作用于所述锁紧弹性件产生弹性变形，使所述锁紧弹性件与所述固定部分之间接触产生摩擦力，形成所述直驱双摆角铣头所需的锁紧和抱闸力矩。

2.根据权利要求1所述的用于直驱双摆角铣头的锁紧及抱闸装置，其特征在于，还包括液压抱闸控制系统，所述液压抱闸控制系统包括锁紧机构的油路和抱闸机构的油路，所述抱闸机构的油路与所述锁紧机构的油路连接，所述液压抱闸控制系统用于在断电时接通蓄能器，所述蓄能器释放油压，将所述锁紧机构锁住，同时液压油通到所述抱闸机构进行抱闸。

3.根据权利要求2所述的用于直驱双摆角铣头的锁紧及抱闸装置，其特征在于，所述抱闸机构的油路上设有电磁换向阀、液压换向阀和液控单向阀，所述蓄能器释放油压时，接通所述电磁换向阀，通过所述液控单向阀锁住所述锁紧机构的油路，接通所述液压换向阀的通路连通所述抱闸机构的油路，液压油通过所述抱闸机构的通油路充入所述可变形腔，所述锁紧弹性件受可变形腔内液压油的压力与所述固定部分压紧，实现锁紧抱闸。

4.根据权利要求3所述的用于直驱双摆角铣头的锁紧及抱闸装置，其特征在于，所述液压抱闸控制系统连接紧急动力源，所述紧急动力源用于断电时接通所述液压抱闸控制系统。

5.根据权利要求1所述的用于直驱双摆角铣头的锁紧及抱闸装置，其特征在于，所述锁紧弹性件采用弹性金属材料，所述锁紧弹性件受油压作用时可发生弹性变形。

6.根据权利要求1所述的用于直驱双摆角铣头的锁紧及抱闸装置，其特征在于，所述锁紧弹性件的最薄处的厚度不小于2mm。

7.根据权利要求1所述的用于直驱双摆角铣头的锁紧及抱闸装置，其特征在于，所述液压油的压力不大于5Mpa。

8.根据权利要求2所述的用于直驱双摆角铣头的锁紧及抱闸装置，其特征在于，两组构造相同的所述液压抱闸控制系统分别连接控制所述直驱双摆角铣头的A摆角和C摆角。

9.根据权利要求8所述的用于直驱双摆角铣头的锁紧及抱闸装置，其特征在于，所述锁紧及抱闸装置中，用于所述A摆角的所述锁紧弹性件为刹车盘，用于所述C摆角的所述锁紧弹性件为刹车鼓。