CN111168413B - 一种摆头结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种摆头结构，采用B摆基座并在B摆基座上开设有B摆弧形轨迹槽，B摆基座一侧设有能够相对B摆基座转动的B摆伺服电机，B摆伺服电机的输出轴连接有B摆滚珠丝杠；A摆基座可转动设置于B摆基座另一侧，A摆基座的转动圆弧半径与B摆弧形轨迹槽圆弧半径相同且同心，A摆基座与B摆丝杠螺母转动连接；通过伺服电机带动丝杠螺母副螺母实现直线运动，以丝杠的直线运动在轨迹约束的条件下使螺母走出圆弧运动，从而带动B摆实现B摆方向上的摆动，结构中取消了很多传动环节，采用直线运动结合转动从而走出圆弧轨迹，可以使得整体的AB摆满足切削难加工材料时需要大扭矩并且转速不能太低的要求，本装置结构设计紧凑，结构简单，传动稳定。

Description

一种摆头结构

技术领域

本发明属于高精高速高效五轴联动加工领域，具体涉及一种摆头结构。

背景技术

五轴联动加工中心作为加工复杂薄壁件零件的适用设备，目前在航空航天领域加工方面有着广泛应用，AB摆作为五轴联动加工中心重要功能部件，是研发的重点和难点。

为了满足切削钛合金等难加工材料的要求，一般要求较高的扭矩。传统的AB摆头采用普通伺服电机驱动齿轮齿条，再经过涡轮蜗杆传动，实现扭矩的放大。但是传动环节的增加使得AB摆头整体重量增加，从而导致AB摆头的转动速度无法达到较高值，带来加工效率低下的问题。同时由于传统摆头的体积和惯量均较大，导致机械磨损增大，带来加工精度降低的问题。

基于此，对于AB摆轻量化设计，使其实现高速高效化就有了创新的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种摆头结构，以克服现有技术的不足。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种摆头结构，包括A摆结构和B摆结构；

所述B摆结构包括B摆基座，B摆基座上开设有B摆弧形轨迹槽，B摆基座一侧设有能够相对B摆基座转动的B摆伺服电机，B摆伺服电机的输出轴连接有B摆滚珠丝杠，B摆滚珠丝杠上套设有B摆丝杠螺母，B摆丝杠螺母位于B摆弧形轨迹槽内，能够沿B摆弧形轨迹槽滑动；

所述A摆结构包括A摆基座，A摆基座可转动设置于B摆基座另一侧，A摆基座的转动圆弧半径与B摆弧形轨迹槽圆弧半径相同且同心，A摆基座与B摆丝杠螺母转动连接；A摆基座上开设有A摆弧形轨迹槽，A摆基座一侧设有能够相对A摆基座转动的A摆伺服电机和电主轴套，A摆伺服电机的输出轴连接有A摆滚珠丝杠，A摆滚珠丝杠上套设有A摆丝杠螺母；A摆丝杠螺母位于A摆弧形轨迹槽内且能够沿A摆弧形轨迹槽滑动，A摆丝杠螺母与电主轴套可转动连接，电主轴套内设有电主轴。

进一步的，A摆基座沿B摆基座的转动轴线与A摆基座转动平面及电主轴套的转动平面三者相互垂直。

进一步的，B摆基座上设有螺母活动腔，B摆丝杠螺母位于螺母活动腔内，B摆丝杠螺母与B摆连接组件与A摆基座转动连接。

进一步的，B摆连接组件包括B摆连接件和B摆旋转件，B摆连接件与A摆基座固定连接，B摆连接件和B摆旋转件转动连接，B摆旋转件与B摆丝杠螺母固定连接。

进一步的，B摆伺服电机的输出轴与B摆滚珠丝杠之间设有B摆联轴器，B摆基座上固定B摆固定基座，B摆固定基座上设有能够相对B摆固定基座转动的B摆轴承座，B摆滚珠丝杠设置于B摆轴承座内。

进一步的，B摆基座上设有与B摆弧形轨迹槽同半径同转动圆心的B摆圆弧导轨，A摆基座上设有能够在B摆圆弧导轨滑动的滑块。

进一步的，A摆基座与B摆基座之间通过B摆转轴转动连接。

进一步的，A摆基座上设有电主轴套安装腔，电主轴套两侧通过A摆转轴可转动安装在电主轴套安装腔内。

进一步的，A摆基座上设有开设有与A摆弧形轨迹槽同半径同转动圆心的A摆圆弧导轨，电主轴套上固定有能够在A摆圆弧导轨内滑动的滑块。

进一步的，A摆基座上固定有A摆固定基座，A摆固定基座安装有能够相对A摆固定基座转动的A摆轴承座，A摆伺服电机和A摆滚珠丝杠之间设有A摆联轴器；A摆滚珠丝杠套设于A摆轴承座内。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明一种摆头结构，采用B摆基座并在B摆基座上开设有B摆弧形轨迹槽，B摆基座一侧设有能够相对B摆基座转动的B摆伺服电机，B摆伺服电机的输出轴连接有B摆滚珠丝杠，B摆滚珠丝杠上套设有B摆丝杠螺母，B摆丝杠螺母位于B摆弧形轨迹槽内，能够沿B摆弧形轨迹槽滑动；A摆基座可转动设置于B摆基座另一侧，A摆基座的转动圆弧半径与B摆弧形轨迹槽圆弧半径相同且同心，A摆基座与B摆丝杠螺母转动连接；通过伺服电机带动丝杠螺母副螺母实现直线运动，在丝杠螺母自由旋转约束下以以及丝杠一侧自由旋转约束下，同时有圆弧导轨和弧形轨迹槽进行导向支撑的情况下，实现AB摆头的摆动，以丝杠的直线运动在轨迹约束的条件下使螺母走出圆弧运动，从而带动B摆实现B摆方向上的摆动，结构中取消了很多传动环节，由于采用直线运动结合转动从而走出圆弧轨迹，在传动比计算上可以实现较大传动比，可以使得整体的AB摆满足切削难加工材料时需要大扭矩并且转速不能太低的要求，本装置结构设计紧凑，结构简单，传动稳定。

进一步的，A摆单侧驱动单侧支撑，B摆双侧驱动双侧支撑，整个AB摆即是将传动的丝杠螺母副应用于摆头上，创新设计了此AB摆，在生产制造时，只需购置标准丝杠螺母副便可对AB摆实现零件的更换，因而此AB摆的维护性很强。

进一步的，A摆基座沿B摆基座的转动轴线与A摆基座转动平面及电主轴套的转动平面三者相互垂直，避免摆动控制补偿，使A摆基座与电主轴转动中心同心。

附图说明

图1是本发明结构主视图。

图2是本发明结构侧视图。

图3是本发明结构俯视图。

图4是B摆的左摆极限位置示意图。

图5是B摆的右摆极限位置示意图。

图中：1、B摆圆弧导轨，2、B摆旋转件，3、B摆滚珠丝杠，4、B摆丝杠螺母，5、B摆基座，6、B摆连接件，7、A摆基座，8、A摆弧形轨迹槽，9、A摆旋转件，10、A摆连接件，11、A摆滚珠丝杠，12、A摆轴承座，13、A摆固定基座，14、A摆丝杠螺母，15、电主轴套，16、A摆圆弧导轨，17、电主轴，18、B摆转轴，19、B摆弧形轨迹槽，20、A摆转轴，21、B摆固定基座，22、B摆轴承座，23、B摆伺服电机，24、B摆联轴器，25、A摆伺服电机，26、A摆联轴器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

如图1至图5所示，一种摆头结构，包括A摆结构和B摆结构；

所述B摆结构包括B摆基座5，B摆基座5上开设有B摆弧形轨迹槽19，B摆基座5一侧设有能够相对B摆基座5转动的B摆伺服电机23，B摆伺服电机23的输出轴连接有B摆滚珠丝杠3，B摆滚珠丝杠3上套设有B摆丝杠螺母4，B摆丝杠螺母4位于B摆弧形轨迹槽19内，能够沿B摆弧形轨迹槽19滑动；

所述A摆结构包括A摆基座7，A摆基座7可转动设置于B摆基座5另一侧，A摆基座7的转动圆弧半径与B摆弧形轨迹槽19圆弧半径相同且同心，A摆基座7与B摆丝杠螺母4转动连接；A摆基座7上开设有A摆弧形轨迹槽8，A摆基座7一侧设有能够相对A摆基座7转动的A摆伺服电机25和电主轴套15，A摆伺服电机的输出轴连接有A摆滚珠丝杠11，A摆滚珠丝杠11上套设有A摆丝杠螺母14；A摆丝杠螺母14位于A摆弧形轨迹槽8内且能够沿A摆弧形轨迹槽8滑动，A摆丝杠螺母14与电主轴套15可转动连接，电主轴套15内设有电主轴17，电主轴套15能够相对A摆基座7转动。

A摆基座7沿B摆基座5的转动轴线与A摆基座7转动平面及电主轴套15的转动平面相互垂直。

如图1所示，B摆基座5上设有螺母活动腔，B摆丝杠螺母4位于螺母活动腔内，B摆丝杠螺母4通过B摆连接组件与A摆基座7转动连接；

B摆连接组件包括B摆连接件6和B摆旋转件2，B摆连接件6与A摆基座7固定连接，B摆连接件6和B摆旋转件2转动连接，B摆旋转件2与B摆丝杠螺母4固定连接；具体的，B摆旋转件2与B摆丝杠螺母4嵌套固定连接。

B摆伺服电机23的输出轴与B摆滚珠丝杠3之间设有B摆联轴器24，B摆基座5上固定B摆固定基座21，B摆固定基座21上设有能够相对B摆固定基座21转动的B摆轴承座22；B摆滚珠丝杠3设置于B摆轴承座22内，且与B摆轴承座22之间设有轴承。

B摆基座5上设有与B摆弧形轨迹槽19同半径同转动圆心的B摆圆弧导轨1，A摆基座7上设有能够在B摆圆弧导轨1滑动的滑块，B摆滚珠丝杠3在B摆伺服电机23的驱动下进给，驱动B摆丝杠螺母4运动，由于B摆圆弧导轨1以及B摆弧形轨迹槽19的约束，驱使B摆丝杠螺母4、B摆旋转件2和B摆连接件6沿着弧形轨迹进行运动，从而带动A摆基座7以B摆弧形轨迹槽19的转动中心转动。

A摆基座7与B摆基座5之间通过B摆转轴18转动连接，B摆转轴18作为转动支撑，提高传动稳定性，B摆转轴18为A摆基座7的转动中心。

A摆基座7上设有电主轴套安装腔，电主轴套15两侧通过A摆转轴20可转动安装在电主轴套安装腔内。

A摆基座7上设有开设有与A摆弧形轨迹槽8同半径同转动圆心的A摆圆弧导轨16，电主轴套15上固定有能够在A摆圆弧导轨16内滑动的滑块。

A摆基座7上固定有A摆固定基座13，A摆固定基座13安装有能够相对A摆固定基座13转动的A摆轴承座12，A摆伺服电机25和A摆滚珠丝杠11之间设有A摆联轴器26；A摆滚珠丝杠11套设于A摆轴承座12内，且与A摆轴承座12之间设有轴承。

B摆丝杠螺母4与B摆旋转件2连接，B摆旋转件2可以在B摆连接件6上进行旋转，B摆滚珠丝杠3电机侧装有B摆轴承座22，B摆轴承座22可以在B摆固定基座21上进行旋转运动，从而保证在B摆圆弧导轨1和B摆弧形轨迹槽19的约束下释放自由度满足B摆丝杠螺母4、B摆旋转件2和B摆连接件6的弧形运动。A摆丝杠螺母14弧形运动的实现原理与B摆结构相同，A摆丝杠螺母14可以通过A摆旋转件9在A摆连接件10上进行旋转，A摆滚珠丝杠11的电机侧装有A摆轴承座12，A摆轴承座12可以在A摆固定基座13上进行旋转运动。当伺服电机25转动带动丝杠螺母14沿A摆滚珠丝杠11进行直线运动时，由于A摆圆弧导轨16以及A摆弧形轨迹槽8的约束，可以实现A摆圆弧轨迹的摆动。

A摆基座7上设有与B摆圆弧导轨1配合滑动的两个滑块，与B摆圆弧导轨1的导轨部分形成导轨副，构成B摆的圆弧导轨导向方式。A摆基座5可以绕B摆转轴18的轴线相对于B摆基座7做旋转运动，构成B摆的转轴导向方式；电主轴套15两侧通过对称的两根A摆转轴20与A摆基座7连接，使电主轴套15可以绕转轴20的轴线相对于A摆基座7做旋转运动，构成A摆的转轴导向方式。

如图4，为B摆结构左摆极限位置示意图；如图5，为B摆结构右摆极限位置示意图。

本发明通过伺服电机带动丝杠螺母副螺母实现直线运动，在螺母自由旋转约束下，丝杠一段自由旋转约束下，同时有导轨和弧形轨迹槽进行导向支撑的情况下，实现了AB摆头摆动，B摆实现单侧支撑，A摆实现双侧支撑。以较少的传动环节代替原始繁杂的传动环节，减轻了摆头重量，同时传动比也比较高，能够提升摆头的摆动性能，从而实现摆头系统满足难加工材料高速高效加工要求的性能。

当然上述显示和描述只为说明本发明的技术构思和特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本发明的内容并据以实施，本发明不受上述实例的限制，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还有会有各种改进和变化，凡根据本发明作的改进、变化或修饰都要落入要求保护的本发明范围内。

Claims (10)

1.一种摆头结构，其特征在于，包括A摆结构和B摆结构；

所述B摆结构包括B摆基座（5），B摆基座（5）上开设有B摆弧形轨迹槽（19），B摆基座（5）一侧设有能够相对B摆基座（5）转动的B摆伺服电机（23），B摆伺服电机（23）的输出轴连接有B摆滚珠丝杠（3），B摆滚珠丝杠（3）上套设有B摆丝杠螺母（4），B摆丝杠螺母（4）位于B摆弧形轨迹槽（19）内，能够沿B摆弧形轨迹槽（19）滑动；

所述A摆结构包括A摆基座（7），A摆基座（7）可转动设置于B摆基座（5）另一侧，A摆基座（7）的转动圆弧半径与B摆弧形轨迹槽（19）圆弧半径相同且同心，A摆基座（7）与B摆丝杠螺母（4）转动连接；A摆基座（7）上开设有A摆弧形轨迹槽（8），A摆基座（7）一侧设有能够相对A摆基座（7）转动的A摆伺服电机（25）和电主轴套（15），A摆伺服电机的输出轴连接有A摆滚珠丝杠（11），A摆滚珠丝杠（11）上套设有A摆丝杠螺母（14）；A摆丝杠螺母（14）位于A摆弧形轨迹槽（8）内且能够沿A摆弧形轨迹槽（8）滑动，A摆丝杠螺母（14）与电主轴套（15）可转动连接，电主轴套（15）内设有电主轴（17）。

2.根据权利要求1所述的一种摆头结构，其特征在于，A摆基座（7）沿B摆基座（5）的转动轴线与A摆基座（7）转动平面及电主轴套（15）的转动平面三者相互垂直。

3.根据权利要求1所述的一种摆头结构，其特征在于，B摆基座（5）上设有螺母活动腔，B摆丝杠螺母（4）位于螺母活动腔内，B摆丝杠螺母（4）通过B摆连接组件与A摆基座（7）转动连接。

4.根据权利要求3所述的一种摆头结构，其特征在于，B摆连接组件包括B摆连接件（6）和B摆旋转件（2），B摆连接件（6）与A摆基座（7）固定连接，B摆连接件（6）和B摆旋转件（2）转动连接，B摆旋转件（2）与B摆丝杠螺母（4）固定连接。

5.根据权利要求1所述的一种摆头结构，其特征在于，B摆伺服电机（23）的输出轴与B摆滚珠丝杠（3）之间设有B摆联轴器（24），B摆基座（5）上固定B摆固定基座（21），B摆固定基座（21）上设有能够相对B摆固定基座（21）转动的B摆轴承座（22），B摆滚珠丝杠（3）设置于B摆轴承座（22）内。

6.根据权利要求1所述的一种摆头结构，其特征在于，B摆基座（5）上设有与B摆弧形轨迹槽（19）同半径同转动圆心的B摆圆弧导轨（1），A摆基座（7）上设有能够在B摆圆弧导轨（1）滑动的滑块。

7.根据权利要求1所述的一种摆头结构，其特征在于，A摆基座（7）与B摆基座（5）之间通过B摆转轴（18）转动连接。

8.根据权利要求1所述的一种摆头结构，其特征在于，A摆基座（7）上设有电主轴套安装腔，电主轴套（15）两侧通过A摆转轴（20）可转动安装在电主轴套安装腔内。

9.根据权利要求1所述的一种摆头结构，其特征在于，A摆基座（7）上设有与A摆弧形轨迹槽（8）同半径同转动圆心的A摆圆弧导轨（16），电主轴套（15）上固定有能够在A摆圆弧导轨（16）内滑动的滑块。

10.根据权利要求1所述的一种摆头结构，其特征在于，A摆基座（7）上固定有A摆固定基座（13），A摆固定基座（13）安装有能够相对A摆固定基座（13）转动的A摆轴承座（12），A摆伺服电机（25）和A摆滚珠丝杠（11）之间设有A摆联轴器（26）；A摆滚珠丝杠（11）套设于A摆轴承座（12）内。

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