CN109590490A - 十字交叉主轴加工系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机床主轴结构，具体涉及十字交叉主轴加工系统，包括转臂主体、C轴连接法兰板体模块、C轴电机皮带驱动系统、C轴减速机、A轴连接法兰板体模块、A轴电机皮带驱动系统、A轴减速机、第一主轴加工系统和第二主轴加工系统，所述C轴连接法兰板体模块与C轴减速机固定连接，所述C轴减速机的输入端和输出端分别与所述C轴电机皮带驱动系统和转臂主体的上部连接；所述A轴减速机固定安装在所述转臂主体的下部。本发明采用两主轴十字交叉固定形式，通过A轴的旋转，可以快速切换四把刀具的位置，控制方式简单，换刀迅速，定位精度高。

Description

十字交叉主轴加工系统

技术领域

本发明涉及机床主轴结构，具体涉及十字交叉主轴加工系统。

背景技术

当今社会，数控机床产业快速发展，极大提供的加工制造业水平，高速加工中心做为机床革命性的发展成果已经在模具制造业、高精度加工业起着不可代替的作用，高速加工中心功能部件如高速电主轴、高速刀柄夹头和直驱电机的发展应用极大地提高了切削效率。为了配合机床的高效率，作为加工中心的重要部件之一的自动换刀装置的高速化也相应成为高速加工中心的重要技术内容。随着切削速度的提高，切削时间的不断缩短，对换刀时间的要求也在逐步提高，换刀的速度已成为高水平加工中心的一项重要指标。当前数控加工中心的刀库形式一般分为盘式刀库，刀袋式刀库，链式刀库等；按照换刀方式分为带换刀机械手和无换刀机械手两种方式。但是由于加工中心的自动换刀要求可靠准确，而且结构相对比较复杂，提高换刀速度技术难度大，目前国内的自动换刀电主轴技术还不是很成熟。目前国外机床先进企业生产的高速加工中心为了适应高速加工，大都配备了快速自动换刀装置，很多采用了新技术、新方法。现在急需一种具有快速换刀装置的十字交叉式主轴加工系统。

中国实用新型专利(CN205289752U)公开了一种五轴头结构。包括C轴转台机构、主壳体、C轴固定法兰、A轴转台机构及电主轴，其中C轴转台机构安装在C轴固定法兰上，所述C轴转台机构的输出端与主壳体与连接，所述主壳体通过所述C轴转台机构的带动实现绕C轴水平旋转；所述A轴转台机构设置于所述主壳体上、并输出端与电主轴连接，所述电主轴通过所述A轴转台机构的带动实现绕A轴竖直旋转。该实用新型结构简单，加工工艺难度，保证生产出来的产品的高精度要求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供十字交叉主轴加工系统。

本发明要解决的技术问题是通过以下技术方案实现的，本发明公开了十字交叉主轴加工系统，包括转臂主体、C轴连接法兰板体模块、C轴电机皮带驱动系统、C轴减速机、A轴连接法兰板体模块、A轴电机皮带驱动系统、A轴减速机、第一主轴加工系统和第二主轴加工系统，所述C轴连接法兰板体模块与C轴减速机固定连接，所述C轴减速机的输入端和输出端分别与所述C轴电机皮带驱动系统和转臂主体的上部连接；所述A轴减速机固定安装在所述转臂主体的下部，所述A轴减速机的输入端和输出端分别与所述A轴电机皮带驱动系统和A轴连接法兰板体模块连接，所述A轴连接法兰板体模块的外端固定连接有所述第一主轴加工系统，所述第一主轴加工系统的外端固定连接第二主轴加工系统，所述第一主轴加工系统与第二主轴加工系统呈前后十字交叉状,所述转臂主体外侧盖装有外凸式防护罩。

本发明要解决的技术问题还可以通过以下技术方案来进一步实现，所述C轴电机皮带驱动系统包括C轴驱动电机，C轴主动同步带轮，C轴同步带和C轴从动同步带轮，所述C轴驱动电机安装在C轴连接法兰板体模块上部，所述C轴驱动电机外端设有所述C轴主动同步带轮，所述C轴从动同步带轮与C轴减速机的输入端连接，所述C轴同步带连接在C轴主动同步带轮和C轴从动同步带轮之间。

本发明要解决的技术问题还可以通过以下技术方案来进一步实现，所述A轴电机皮带驱动系统包括A轴驱动电机、A轴主动同步带轮、A轴同步带和A轴从动同步带轮，所述A轴驱动电机固定安装在转臂主体内部，所述A轴驱动电机外端设有所述A轴主动同步带轮，所述A轴从动同步带轮与与A轴减速机的输入端连接，所述所述A轴同步带连接在A轴主动同步带轮和A轴从动同步带轮之间。

本发明要解决的技术问题还可以通过以下技术方案来进一步实现，所述C轴减速机和A轴减速机的转动轴心均为空心结构，所述C轴减速机和A轴减速机的转动轴心分别设有C轴护线管和A轴护线管。

本发明要解决的技术问题还可以通过以下技术方案来进一步实现，所述第一主轴加工系统和第二主轴加工系统均为回转郄切削系统，所述第一主轴加工系统包括同回转轴线的第一刀具系统和第二刀具系统，所述第一刀具系统和第二刀具系统互相背向安装；所述第二主轴加工系统包括同回转轴线的第三刀具系统和第四刀具系统，所述第三刀具系统和第四刀具系统互相背向安装。

本发明要解决的技术问题还可以通过以下技术方案来进一步实现，所述第一刀具和第二刀具的共同回转轴线与A轴运动回转轴线空间垂直相交，所述第三刀具和第四刀具的共同回转轴线与A轴运动回转轴线空间垂直相交。

本发明要解决的技术问题还可以通过以下技术方案来进一步实现，所述第一刀具和第二刀具由同一电机驱动回转，第三刀具和第四刀具也由同一电机驱动回转。

本发明要解决的技术问题还可以通过以下技术方案来进一步实现，所述A轴连接法兰板体模块的外端通过螺纹紧固件固定连接有第一轴连接板，所述第一主轴加工系统通过第一轴连接板与A轴连接法兰板体模块固定连接。

本发明要解决的技术问题还可以通过以下技术方案来进一步实现，所述第一主轴加工系统的外端通过螺纹紧固件固定连接有第二轴连接板，所述第二主轴加工系统通过第二轴连接板与第一主轴加工系统固定连接。

本发明要解决的技术问题还可以通过以下技术方案来进一步实现，所述转臂主体为内部设有安装支架的板壳式结构。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

(1)本发明采用两主轴十字交叉固定形式，通过A轴的旋转，可以快速切换四把刀具的位置，控制方式简单，换刀迅速，定位精度高；

(2)本发明可提供三个固定加工位置，分别是水平0°和对向180°以及下端垂直加工位置，通过机床数控加工系统编程，可灵活地在加工过程中实现无旋转换刀加工模式，加工效率高；

(3)本发明对头式双输出主轴拆装方便，可根据加工需求更换相应的刀具，加工适用范围广，具有显著的技术进步。

附图说明

图1是本发明整体结构示意图；

图2是本发明整体结构前视图；

图3是图2中A位置的剖视示意图；

1-转臂主体，2-C轴连接法兰板体模块，3-A轴连接法兰板体模块，4-第一轴连接板，5-第二轴连接板，6-第一主轴加工系统,7-第二主轴加工系统，8-第一刀具,9-第二刀具,10-第三刀具,11-第四刀具,12-C轴驱动电机，13-C轴主动同步带轮，14-C轴同步带，15-C轴从动同步带轮，16-C轴护线管，17-C轴减速机，18-A轴驱动电机，19-A轴主动同步带轮，20-A轴同步带，21-A轴从动同步带轮，22-A轴护线管，23-A轴减速机，24-防护罩。

具体实施方式

如图1-3所示，本发明的十字交叉主轴加工系统，包括转臂主体1、C轴连接法兰板体模块2、C轴电机皮带驱动系统、C轴减速机17、A轴连接法兰板体模块3、A轴电机皮带驱动系统、A轴减速机23、第一主轴加工系统6和第二主轴加工系统7，所述转臂主体1为内部设有安装支架的板壳式结构，所述C轴连接法兰板体模块2与C轴减速机17固定连接，所述C轴减速机17的输入端和输出端分别与所述C轴电机皮带驱动系统和转臂主体1的上部连接，所述C轴电机皮带驱动系统包括C轴驱动电机12，C轴主动同步带轮13，C轴同步带14和C轴从动同步带轮15，所述C轴驱动电机12安装在C轴连接法兰板体模块2上部，所述C轴驱动电机12外端设有所述C轴主动同步带轮13，所述C轴从动同步带轮15与C轴减速机17的输入端连接，所述C轴同步带14连接在C轴主动同步带轮13和C轴从动同步带轮15之间。所述C轴减速机17和A轴减速机23均可选用高精度的谐波减速机，具体技术人员可按照本领域主轴加工的实际需求进行参数配置。

所述A轴减速机23固定安装在所述转臂主体1的下部，所述A轴电机皮带驱动系统包括A轴驱动电机18、A轴主动同步带轮19、A轴同步带20和A轴从动同步带轮21，所述A轴驱动电机18固定安装在转臂主体1内部，所述A轴驱动电机18外端设有所述A轴主动同步带轮19，所述A轴从动同步带轮21与与A轴减速机23的输入端连接，所述所述A轴同步带20连接在A轴主动同步带轮19和A轴从动同步带轮21之间。所述A轴减速机23的输入端和输出端分别与所述A轴电机皮带驱动系统和A轴连接法兰板体模块3连接，所述A轴连接法兰板体模块3的外端固定连接有所述第一主轴加工系统6，所述第一主轴加工系统6的外端固定连接第二主轴加工系统7，所述第一主轴加工系统6与第二主轴加工系统7呈前后十字交叉状,所述转臂主体1外侧盖装有外凸式防护罩24。所述C轴减速机17和A轴减速机23的转动轴心均为空心结构，所述C轴减速机17和A轴减速机23的转动轴心分别设有C轴护线管16和A轴护线管22。

所述第一主轴加工系统6和第二主轴加工系统7均为回转切削系统，所述第一主轴加工系统6包括同回转轴线的第一刀具8系统和第二刀具9系统，所述第一刀具8系统和第二刀具9系统互相背向安装；所述第二主轴加工系统7包括同回转轴线的第三刀具10系统和第四刀具11系统，所述第三刀具10系统和第四刀具11系统互相背向安装。所述第一刀具8和第二刀具9的共同回转轴线与A轴运动回转轴线空间垂直相交，所述第三刀具10和第四刀具11的共同回转轴线与A轴运动回转轴线空间垂直相交。所述第一刀具8和第二刀具9由同一电机驱动回转，第三刀具10和第四刀具11也由同一电机驱动回转。

所述A轴连接法兰板体模块3的外端通过螺纹紧固件固定连接有第一轴连接板4，所述第一主轴加工系统6通过第一轴连接板4与A轴连接法兰板体模块3固定连接。所述第一主轴加工系统6的外端通过螺纹紧固件固定连接有第二轴连接板5，所述第二主轴加工系统7通过第二轴连接板5与第一主轴加工系统6固定连接。

因A轴和C轴驱动结构相同，下面以A轴为例阐述动作关系。首先，A轴驱动电机18通电后带动A轴主动同步带轮19旋转，通过A轴同步带20带动A轴从动同步带轮21转动。A轴从动同步带轮21转动固定在A轴减速机23的输入端，A轴减速机23的输出端与A轴连接法兰板体模块3连接，而第一轴连接板4和第二轴连接板5将第一主轴加工系统6和第二主轴加工系统7依次固定，从而实现了A轴旋转的动作。在加工时，通过A轴的旋转可以实现四种不同刀具快速换刀。位于左右侧和下侧的三把刀具均可以实现对工件的加工，当需要使用上侧刀具时，只需将A轴旋转指定角度即可，换刀效率大大提高。

本发明在现有技术基础上，最新研发生产的4个刀头双主轴十字交叉系统，能实现不加装额外自动换刀系统的情况下，高速完成快速刀具切换动作，实现对加工工件的多刀具加工。这种机床没有传统的刀库和换刀装置，而是采用两个双头电主轴以十字交叉形式固定在A轴转台机构上。每个主轴上安装了不同的刀具。换刀时不是主轴上的刀具交换，而是主轴上的刀具通过主轴头体上的A轴旋转，实现从一个主轴的加工位置切换到另一个装有不同刀具的主轴，实现换刀并立即加工。这个旋转时间就是换刀时间，而且非常短。由主轴头A轴旋转完成换刀，省去了复杂的换刀机构。这种结构的机床和通常的加工中心结构已大不相同，可以说是目前世界上切屑换刀时间最短的机床之一。

传统五轴加工中心每个五轴头仅可佩戴1把刀具，因加工任务大多数很复杂，加工1个工件用1把刀具几乎无法实现。而传统加工中心，刀库和主轴是分开的，主轴换刀需要开到换刀位置，对刀，换刀，再去加工。频繁的切换刀具使得整个加工过程不连续，浪费了大量加工时间，效率低，能源消耗大。为了提升换刀效率，最直接的办法就是把刀具安装在主轴上，但是安装在主轴上，刀具切换成为了最大的难点，也是传统刀库一直无法突破的关键所在。本发明的技术方案通过A轴0-360°的旋转，不但可以实现主轴任意位置的加工，也巧妙的实现了刀具切换。另外主轴方向水平0°、对向180°以及垂直向下的90°的三个加工位置均可以直接对工件进行加工的，只要在编制加工程序时，考虑到这一点，比如第三刀具10在水平位置加工完工件后，第四刀具11可以直接对工件继续进行另一方向的加工，而五轴头不必有任何动作，这样极大的提升了加工效率。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.十字交叉主轴加工系统，其特征在于：包括转臂主体、C轴连接法兰板体模块、C轴电机皮带驱动系统、C轴减速机、A轴连接法兰板体模块、A轴电机皮带驱动系统、A轴减速机、第一主轴加工系统和第二主轴加工系统，所述C轴连接法兰板体模块与C轴减速机固定连接，所述C轴减速机的输入端和输出端分别与所述C轴电机皮带驱动系统和转臂主体的上部连接；所述A轴减速机固定安装在所述转臂主体的下部，所述A轴减速机的输入端和输出端分别与所述A轴电机皮带驱动系统和A轴连接法兰板体模块连接，所述A轴连接法兰板体模块的外端固定连接有所述第一主轴加工系统，所述第一主轴加工系统的外端固定连接第二主轴加工系统，所述第一主轴加工系统与第二主轴加工系统呈前后十字交叉状,所述转臂主体外侧盖装有外凸式防护罩。

2.根据权利要求1所述的十字交叉主轴加工系统，其特征在于：所述C轴电机皮带驱动系统包括C轴驱动电机，C轴主动同步带轮，C轴同步带和C轴从动同步带轮，所述C轴驱动电机安装在C轴连接法兰板体模块上部，所述C轴驱动电机外端设有所述C轴主动同步带轮，所述C轴从动同步带轮与C轴减速机的输入端连接，所述C轴同步带连接在C轴主动同步带轮和C轴从动同步带轮之间。

3.根据权利要求1所述的十字交叉主轴加工系统，其特征在于：所述A轴电机皮带驱动系统包括A轴驱动电机、A轴主动同步带轮、A轴同步带和A轴从动同步带轮，所述A轴驱动电机固定安装在转臂主体内部，所述A轴驱动电机外端设有所述A轴主动同步带轮，所述A轴从动同步带轮与与A轴减速机的输入端连接，所述所述A轴同步带连接在A轴主动同步带轮和A轴从动同步带轮之间。

4.根据权利要求1所述的十字交叉主轴加工系统，其特征在于：所述C轴减速机和A轴减速机的转动轴心均为空心结构，所述C轴减速机和A轴减速机的转动轴心分别设有C轴护线管和A轴护线管。

5.根据权利要求1所述的十字交叉主轴加工系统，其特征在于：所述第一主轴加工系统和第二主轴加工系统均为回转切削系统，所述第一主轴加工系统包括同回转轴线的第一刀具系统和第二刀具系统，所述第一刀具系统和第二刀具系统互相背向安装；所述第二主轴加工系统包括同回转轴线的第三刀具系统和第四刀具系统，所述第三刀具系统和第四刀具系统互相背向安装。

6.根据权利要求5所述的十字交叉主轴加工系统，其特征在于：所述第一刀具和第二刀具的共同回转轴线与A轴运动回转轴线空间垂直相交，所述第三刀具和第四刀具的共同回转轴线与A轴运动回转轴线空间垂直相交。

7.根据权利要求6所述的十字交叉主轴加工系统，其特征在于：所述第一刀具和第二刀具由同一电机驱动回转，第三刀具和第四刀具也由同一电机驱动回转。

8.根据权利要求1所述的十字交叉主轴加工系统，其特征在于：所述A轴连接法兰板体模块的外端通过螺纹紧固件固定连接有第一轴连接板，所述第一主轴加工系统通过第一轴连接板与A轴连接法兰板体模块固定连接。

9.根据权利要求8所述的十字交叉主轴加工系统，其特征在于：所述第一主轴加工系统的外端通过螺纹紧固件固定连接有第二轴连接板，所述第二主轴加工系统通过第二轴连接板与第一主轴加工系统固定连接。

10.根据权利要求1所述的十字交叉主轴加工系统，其特征在于：所述转臂主体为内部设有安装支架的板壳式结构。