CN109719333B - 一种高强度轻量化ac轴直驱双摆铣头 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高强度轻量化AC轴直驱双摆铣头，包括切削主轴、壳体以及安装于壳体上的第一电机和第二电机，第一电机与第二电机的旋转轴线垂直相交，第一电机的输出端固定于壳体上，第二电机的外壳固定于壳体上，第二电机用以驱动切削主轴转动，还包括伸缩装置，伸缩装置具有一个固定部和一个能够相对于固定部伸缩运动的活动部，切削主轴安装于活动部上，固定部固定于第二电机的输出端。与现有技术相比，本发明通过调整伸缩装置的伸缩状态，可改变安装于活动部上的切削主轴的位置，从而使整体结构的重心落在C轴上，提高铣头高速加工时调整角度的平稳性；本发明的壳体设有镂空结构，能够减轻壳体的重量，增大散热面积，提升壳体的散热性能。

Description

一种高强度轻量化AC轴直驱双摆铣头

技术领域

本发明涉及铣削加工技术领域，特别是涉及一种高强度轻量化AC轴直驱双摆铣头。

背景技术

AC轴双摆角铣头是五轴联动数控铣床的核心部件，其结构和性能在很大程度上决定了整台机床的性能。AC轴双摆角铣头作为一个附件铣头被安装在龙门加工中心Z轴滑枕上，能够实现绕X轴方向旋转形成A轴运动和绕Z轴方向旋转形成C轴运动。

根据传动方式的不同，双摆角铣头可以分为以蜗杆传动为主的机械式铣头和力矩电机直接驱动的直驱式铣头。机械式铣头体积大、定位精度低，直驱式铣头则采用大功率的力矩电机直接驱动，省去了齿轮、蜗杆等中间传动环节，具有如下优点：零部件少，结构简单、紧凑、体积小、重量轻；避免了传动件之间的间隙带来的传动误差，从而提高了加工精度；大大降低了高速传动引起的振动、摩擦、疲劳等机械故障，并且提高了铣头系统的精度保持性。随着力矩电机价格的逐渐降低，机械式铣头逐渐被直驱式铣头代替。

现有AC轴直驱双摆铣头存在以下问题：采用一体式铸造铸铁作为主体框架，因铸造厚度及脱模厚度问题导致框架重量无法下降，直接导致AC轴直驱双摆铣头重量上升，造成进给轴负载增大及动作不灵敏，影响加工精度；AC轴直驱双摆铣头的整体重心不在内部机械旋转轴上，导致在高速回转时调整角度不够平稳。

发明内容

本发明的目的是提供一种重量轻、工作平稳、精度高的高强度轻量化AC轴直驱双摆铣头，用以解决上述现有技术存在的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明公开一种高强度轻量化AC轴直驱双摆铣头，包括切削主轴、壳体以及安装于所述壳体上的第一电机和第二电机，所述第一电机与所述第二电机的旋转轴线垂直相交，所述切削主轴的端部用以安装切削刀具，所述第一电机的输出端固定于所述壳体上，所述第一电机用以驱动所述壳体转动，所述第二电机的外壳固定于所述壳体上，所述第二电机用以驱动所述切削主轴绕所述第二电机的旋转轴线转动，还包括伸缩装置，所述伸缩装置具有一个固定部和一个能够相对于所述固定部伸缩运动的活动部，所述切削主轴安装于所述活动部上，所述固定部固定于所述第二电机的输出端。

优选地，所述伸缩装置包括驱动结构、法兰盘、螺杆、移动载具和导向伸缩杆，所述法兰盘的中心位置设有第一通孔，所述螺杆的第一端穿过所述第一通孔并与所述移动载具螺纹连接，所述螺杆的第二端与所述驱动结构固定相连，所述驱动结构用以驱动所述螺杆转动，所述切削主轴固定于所述移动载具上，所述第二电机的输出端与所述法兰盘同轴且固定相连，所述法兰盘与所述移动载具通过所述导向伸缩杆相连，所述导向伸缩杆与所述螺杆平行。

优选地，所述驱动结构为第三电机，所述第三电机的输出端与所述螺杆的所述第二端相连。

优选地，所述导向伸缩杆为多个，且以所述螺杆为中心沿圆周方向均匀分布。

优选地，所述壳体设有镂空结构。

优选地，所述壳体的部分镂空位置设置有内部加强筋。

优选地，所述第一电机上设置有C轴夹紧装置，所述第二电机上设置有A轴夹紧装置。

优选地，所述第一电机上设置有C轴编码器，所述第二电机上设置有A轴编码器。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

1.当更换切削主轴端部安装的铣头时，由于铣头重量的变化，使得整体结构的重心偏离C轴。本发明通过调整伸缩装置的伸缩状态，可改变安装于活动部上的切削主轴的位置，从而使整体结构的重心落在C轴上，提高铣头高速加工时调整角度的平稳性。

2.本发明的壳体设有镂空结构，能够减轻壳体的重量，增大散热面积，提升壳体的散热性能。

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为本发明高强度轻量化AC轴直驱双摆铣头的结构示意图；

图2为壳体的结构示意图；

图3为伸缩装置的部分结构示意图；

附图标记说明：1.C轴电机；2.C轴编码器；3.C轴夹紧装置；4.壳体；5.A轴电机；6.A轴夹紧装置；7.A轴编码器；8.切削主轴；9.A轴安装孔；10.C轴安装孔；11.加强筋；12.镂空结构；13.第三电机；14.螺杆；15.移动载具；16.导向伸缩杆。

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重量轻、工作平稳、精度高的高强度轻量化AC轴直驱双摆铣头，用以解决上述现有技术存在的技术问题。

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。

如图1-3所示，本实施例提供一种高强度轻量化AC轴直驱双摆铣头，包括切削主轴8、壳体4以及安装于壳体4上的第一电机和第二电机。第一电机与第二电机的旋转轴线垂直相交，切削主轴8的端部用以安装切削刀具。第一电机的输出端固定于壳体4上，第一电机用以驱动壳体4转动，第二电机的外壳固定于壳体4上，第二电机用以驱动切削主轴8绕第二电机的旋转轴线转动。其中，第一电机即为C轴电机1，第一电机的旋转轴线即为C轴，第二电机即为A轴电机5，第二电机的旋转轴线即为A轴。本实施例还包括伸缩装置，伸缩装置具有一个固定部和一个能够相对于固定部伸缩运动的活动部，切削主轴8安装于活动部上，固定部固定于第二电机的输出端。

本实施例的高强度轻量化AC轴直驱双摆铣头在工作时，第一电机可驱动壳体4绕C轴转动，从而带动切削主轴8绕C轴转动，第二电机可驱动切削主轴8绕A轴转动。当更换切削主轴8端部安装的铣头时，由于铣头重量的变化，使得整体结构的重心偏离C轴。通过调整伸缩装置的伸缩状态，可改变安装于活动部上的切削主轴8的位置，从而使整体结构的重心落在C轴上，提高铣头高速加工时调整角度的平稳性。

该伸缩装置的类型可以根据需要进行选择，例如电动伸缩轴，只要能够实现伸缩功能即可。本实施例中，伸缩装置包括驱动结构、法兰盘、螺杆14、移动载具15和导向伸缩杆16。法兰盘的中心位置设有第一通孔，螺杆14的第一端穿过第一通孔并与移动载具15螺纹连接，螺杆14的第二端与驱动结构固定相连，驱动结构用以驱动螺杆14转动，切削主轴8固定于移动载具15上，第二电机的输出端与法兰盘同轴且固定相连，法兰盘与移动载具15通过导向伸缩杆16相连，导向伸缩杆16与螺杆14平行。其中，移动载具15相当于活动部，法兰盘相当于固定部。

当第二电机的输出端转动时，带动法兰盘转动，法兰盘通过导向伸缩杆16带动移动载具15转动，由于切削主轴8固定于移动载具15上，从而可实现切削主轴8绕A轴的转动；当第二电机的输出轴不转动时，法兰盘也不转动，由于导向伸缩杆16的限制，移动载具15只能相对于法兰盘移动而不能相对于法兰盘转动，通过驱动结构带动螺杆14转动，可使移动载具15沿平行于螺杆14的方向移动，从而调整整体结构的重心，使整体结构的重心落在C轴上。

需要说明的是，在更换铣头后，应先保持第二电机的输出轴不动，待移动载具15的位置调整完毕，使得整体结构的重心落在C轴上后，再进行后续的操作。

本实施例中，驱动结构为第三电机13，第三电机13的输出端与螺杆14的第二端相连。由于本实施例未设置中间传动结构，可减小占用空间，降低装置的整体重量，本领域技术人员也可以根据需要设置齿轮等中间传动结构。本实施例中，切削主轴8为电主轴。

为了降低导向伸缩杆16承受的载荷，保证法兰盘与移动载具15的周向相对位置不变，提高法兰盘和移动载具15转动动作的一致性，本实施例的导向伸缩杆16为多个，且以螺杆14为中心沿圆周方向均匀分布。法兰盘和移动载具15上均设置有与导向伸缩杆16对应的安装孔，导向伸缩杆16的两端分别插入法兰盘与移动载具15上与其对应的安装孔内并固定。

进一步的，为了减轻壳体4的重量，增大散热面积，提升壳体4的散热性能，本实施例的壳体4设有镂空结构12。通过借助ANSYS拓扑优化设计理念优化壳体4，能够减轻传统壳体4大约40％的重量。壳体4上设有C轴安装孔10和A轴安装孔9，C轴电机1安装于C轴安装孔10处，A轴电机5安装于A轴安装孔9处。

更进一步的，为了提高壳体4的强度，吸收从机械内部传来的震动能量，本实施例在壳体4的部分镂空位置设置有内部加强筋11。

为了增加摆头高速切削和重切削的能力，并防止在加工过程中机床或系统异常掉电以致摆头失控损坏被加工工件，本实施例的第一电机上设置有C轴夹紧装置3，第二电机上设置有A轴夹紧装置6，用以提供夹紧功能。本实施例中，C轴夹紧装置3和A轴夹紧装置6选用型号为德国HEMA RC180，本领域技术人员也可根据需要进行选择。

为了便于对第一电机和第二电机的转动角度进行控制，本实施例的第一电机上设置有C轴编码器2，第二电机上设置有A轴编码器7，C轴编码器2和A轴编码器7用以和机床的控制系统电连接。

由于在AC轴直驱双摆铣头的力矩电机上设置夹紧装置和编码器为本领域的常规技术，此处不做赘述。

本说明书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 (6)

1.一种高强度轻量化AC轴直驱双摆铣头，包括切削主轴、壳体以及安装于所述壳体上的第一电机和第二电机，所述第一电机与所述第二电机的旋转轴线垂直相交，所述切削主轴的端部用以安装切削刀具，所述第一电机的输出端固定于所述壳体上，所述第一电机用以驱动所述壳体转动，所述第二电机的外壳固定于所述壳体上，所述第二电机用以驱动所述切削主轴绕所述第二电机的旋转轴线转动，其特征在于，还包括伸缩装置，所述伸缩装置具有一个固定部和一个能够相对于所述固定部伸缩运动的活动部，所述切削主轴安装于所述活动部上，所述固定部固定于所述第二电机的输出端；所述伸缩装置包括驱动结构、法兰盘、螺杆、移动载具和导向伸缩杆，所述法兰盘的中心位置设有第一通孔，所述螺杆的第一端穿过所述第一通孔并与所述移动载具螺纹连接，所述螺杆的第二端与所述驱动结构固定相连，所述驱动结构用以驱动所述螺杆转动，所述切削主轴固定于所述移动载具上，所述第二电机的输出端与所述法兰盘同轴且固定相连，所述法兰盘与所述移动载具通过所述导向伸缩杆相连，所述导向伸缩杆与所述螺杆平行；所述驱动结构为第三电机，所述第三电机的输出端与所述螺杆的所述第二端相连。

2.根据权利要求1所述的高强度轻量化AC轴直驱双摆铣头，其特征在于，所述导向伸缩杆为多个，且以所述螺杆为中心沿圆周方向均匀分布。

3.根据权利要求1所述的高强度轻量化AC轴直驱双摆铣头，其特征在于，所述壳体设有镂空结构。

4.根据权利要求3所述的高强度轻量化AC轴直驱双摆铣头，其特征在于，所述壳体的部分镂空位置设置有内部加强筋。

5.根据权利要求1所述的高强度轻量化AC轴直驱双摆铣头，其特征在于，所述第一电机上设置有C轴夹紧装置，所述第二电机上设置有A轴夹紧装置。

6.根据权利要求1所述的高强度轻量化AC轴直驱双摆铣头，其特征在于，所述第一电机上设置有C轴编码器，所述第二电机上设置有A轴编码器。