CN112427978A - 一种主轴带四轴功能的结构及其装配方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机械制造技术领域，特别涉及一种主轴带四轴功能的结构及其装配方法，该结构包括四轴体和电主轴，四轴体内设置有减速机构和驱动减速机构的四轴电机，减速机构的输出轴上安装有传动芯轴且两者的轴线在一条直线上，传动芯轴的外周向设置有气刹装置，电主轴设置在主轴箱内，主轴箱通过传动法兰连接于传动芯轴。本发明的主轴带四轴功能的结构可使得四轴体参与联动时保证零件加工精度，有效地提高吸收刀具切削时产生振动的能力，并很好地防止四轴体启、停时的振荡，同时可以实现工件一次装夹后，完成空间内各种复杂形面的加工，提高工件的加工效率并且消除工件多次装夹产生的误差，加工时能承受大的切削力。

Description

一种主轴带四轴功能的结构及其装配方法

技术领域

本发明涉及机械制造技术领域，具体为一种主轴带四轴功能的结构及其装配方法。

背景技术

主轴带四轴功能的结构及其装配方法常用于立式加工中心或者卧式加工中心上，是立（卧）式加工中心的核心动力结构，主轴带四轴功能的结构及其装配方法直接地影响着加工中心性能、运动精度和加工工件的质量，因而主轴带四轴功能的结构及其装配方法设计非常重要。

目前，立式加工中心（三轴机）通常是工作台在水平面内走x,y两个轴向，主轴垂直于工作台（地面）走z轴，该类型机床通常用于加工中小型零件，只能加工到零件的顶面，零件侧面的加工有一定的局限性。卧式加工中心（一般是四轴机）通常是倒t型结构，主轴平行于地面，在立面走x,y两个轴向，工作台（卧式转台）在水平面沿着主轴方向走z轴，该类型机床通常用于加工中型、中大型零件，搭配上卧式转台，可以加工到零件的四个侧面，零件顶面的加工有一定的局限性。

而对于目前市面上常见的一些中小型零件，大多数需要六面加工，使用立式或者卧式加工中心加工该类型零件，需要多次装夹才能完成六个面的加工，有些零件甚至需要立式加工中心和卧式加工中心交替加工才能完成六面加工。这样多次的装夹和多台加工机床交替使用，导致了零件的加工时间长，加工精度降低，装夹时间长，加工成本高。

目前对于常见的一些中小型零件，大多数需要六面加工，使用立式或者卧式加工中心加工该类型零件的缺点是：由于工件多次装夹，工件定位时易产生定位误差，加工产生不合格品；需要多次装夹才能完成六个面的加工，增加了辅助时间；多次装夹，多工序的加工，需要增加加工设备，从而增加企业设备管理成本，因此本发明提出一种主轴带四轴功能的结构及其装配方法。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明试图克服以上缺陷，因此本发明提供了一种主轴带四轴功能的结构及其装配方法，解决现有技术中需要多次装夹才能完成六个面的加工的技术问题，有些零件甚至需要立式加工中心和卧式加工中心交替加工才能完成六面加工，这样多次的装夹和多台加工机床交替使用，导致了零件的加工时间长，加工精度降低，装夹时间长，加工成本高。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

本发明的一方面，提供一种主轴带四轴功能的结构，包括：

四轴体，所述四轴体内设置有减速机构和驱动所述减速机构的四轴电机，所述减速机构的输出轴上安装有传动芯轴且两者的轴线在一条直线上，所述传动芯轴的外周向设置有气刹装置；

电主轴，电主轴设置在主轴箱内，所述主轴箱通过传动法兰连接于所述传动芯轴。

根据本发明的一个实施例，所述减速机构的输入轴端设有同步带轮Ⅰ，所述四轴电机的输出轴端设有同步带轮Ⅱ，所述四轴电机借助同步带驱动所述减速机构，所述同步带通过涨紧块涨紧。

根据本发明的一个实施例，所述四轴电机借助电机安装板装配在所述四轴体内。

根据本发明的一个实施例，所述传动芯轴借助轴承可转动地安装在所述四轴体内，所述传动芯轴和轴承的同轴度≤0.02mm。

根据本发明的一个实施例，所述传动法兰通过联轴器刚性连接于所述传动芯轴。

根据本发明的一个实施例，所述四轴体和所述传动法兰之间设置有油封。

本发明还提供一种装配方法，用于装配上述的主轴带四轴功能的结构，该装配方法包括以下步骤：

S1、将四轴体放置在平台上，将减速机构安装在四轴体的安装孔内，用塞尺检查所述减速机构的安装面，确保减速机构的安装面无间隙；

S2、将同步带轮Ⅰ装配于减速机构的定位止口，转动减速机构的旋转轴，该旋转轴为减速机构的输入轴或者输出轴，检查同步带轮Ⅰ的径向跳动，要求径向跳动≤0.01mm；

S3、将传动芯轴装配于所述减速机构的输出轴，然后通过螺栓拧紧固定，转动减速机构的旋转轴，检查传动芯轴与减速机构的输出轴的同轴度，要求同轴度≤0.02mm；

S4、将气刹装置装配在四轴体的气刹位置上然后通过螺栓拧紧固定，用塞尺检查气刹装置与传动芯轴的间隙，要求在整个圆周上间隙均匀；

S5、将轴承装入所述四轴体内的轴承安装面上，检查轴承与传动芯轴的同轴度，要求同轴度≤0.02mm，然后将传动法兰装配于轴承并通过螺栓拧紧固定；

S6、将联轴器装入传动法兰和传动芯轴之间并拧紧联轴器上的螺栓以固定，使传动法兰和传动芯轴刚性连接为一体，然后转动同步带轮Ⅰ带动减速机构、传动芯轴和传动法兰旋转，检测传动法兰与轴承的同轴度和端面跳动，要求同轴度和端面跳动均≤0.02mm，然后将油封装入四轴体和传动法兰之间；

S7、将同步带轮Ⅱ装到四轴电机的输出轴上，用径向螺栓顶牢，检查同步带轮Ⅱ的径向跳动，要求径向跳动小于0.01mm；

S8、将同步带套在所述同步带轮Ⅱ上，然后将四轴电机装配在电机安装板上，同时将同步带套在所述同步带轮Ⅰ上，然后通过涨紧块涨紧；

S9、将电主轴装入主轴箱内，用塞尺检测电主轴与主轴箱结合面的间隙，要求间隙小于0.02mm，然后将主轴箱连接到传动法兰上，用螺栓拧紧固定，完成组装得到主轴带四轴功能的结构。

根据本发明的一个实施例，上述方法还包括总检，所述总检的方法为：将所述主轴带四轴功能的结构立起，使所述电主轴为水平位置，靠置在大理石检具旁，将电主轴上装入标准芯棒，以大理石检具上平面为基准，用千分表校准标准芯棒上的母线，摆动主轴箱、电主轴和标准芯棒，在大理石检具上平面分别检测每个位置上标准芯棒母线的数值，要求旋转轴线与电主轴轴线的垂直度≤0.02mm。

基于上述技术方案，本发明所能实现的技术效果为：

1、本发明的主轴带四轴功能的结构可装配在常用立（卧）式加工中心上，通过与立式加工中心组合实现四轴联动，与卧式加工中心组合实现五轴联动，通过上述组合，可以实现工件一次装夹后，完成空间各种复杂形面的加工，提高工件的加工效率并且消除工件多次装夹产生的误差。

2、本发明的电主轴的第四轴的运动是由四轴体来驱动的，为保证电主轴在切削中运动准确、流畅，采用无间隙的减速机构并配有气刹装置，保证了在切削加工过程中无过切现象的产生，而且气刹装置使得第四轴运动定位准确、可靠，千分之一的分度完成空间各种复杂形面的加工。此外，配备减速机构使输出扭矩成倍增加。减速机构的输出轴与传动芯轴同轴布置彻底解决了主轴带四轴功能的结构在启动、连续运动时动作延迟甚至爬行现象，改变了四轴电机的受力，提高了主轴带四轴功能的结构寿命及安全系数。

3、减速机构的输入轴端设有同步带轮Ⅰ，四轴电机的输出轴端设有同步带轮Ⅱ，四轴电机借助同步带驱动减速机构，本实施例的主轴带四轴功能的结构采用同步带结合同步带轮传动，很好地将四轴电机运转所产生的振动阻隔，四轴体参与联动时保证零件加工精度、有效地提高吸收刀具切削时产生振动的能力，并很好地防止四轴体启停时的振荡，因此可适用于高速、高精和高刚性的机床上。

4、本发明运用主轴带四轴功能结构设计刚性好，可吸收安装面的装配误差，得到高精度的诉求，从而扩大立（卧）式加工中心的性能。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明的实施例一的减速机构及电主轴的结构示意图；

图2为本发明的实施例一的四轴体的内部结构示意图；

图3为本发明的实施例一的主轴带四轴功能的结构的正视图。

图中：1、第四轴盖板；2、四轴体；3、主轴箱；4、电主轴；5、四轴主轴箱盖；6、四轴电机；7、电机安装板；81、同步带轮Ⅰ；82、同步带轮Ⅱ；9、同步带；10、减速机构；11、传动芯轴；12、气刹装置；13、联轴器；14、轴承；15、传动法兰；16、油封；17、涨紧块；18、标准芯棒。

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。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

现有技术中立式加工中心（三轴机）通常是工作台在水平面内走x,y两个轴向，电主轴垂直于工作台（地面）走z轴，该类型机床通常用于加工中小型零件，只能加工到零件的顶面，零件侧面的加工有一定的局限性，当然有人提出通过第四轴来驱动电主轴旋转来实现第四轴的运动，但是现有技术中第四轴无法达到加工精度，还是不能满足零件侧面的加工要求。

而卧式加工中心（一般是四轴机）通常是倒t型结构，主轴平行于地面，在立面走x,y两个轴向，工作台（卧式转台）在水平面沿着主轴方向走z轴，该类型机床通常用于加工中型、中大型零件，搭配上卧式转台，可以加工到零件的四个侧面，零件顶面的加工有一定的局限性。

因此，本发明例提出了一种主轴带四轴功能的结构及其装配方法，以使第四轴的控制精度能够达到加工精度的要求，以下结合附图对本发明的主轴带四轴功能的结构及其装配方法进行说明。

实施例一：

如图1-3所示，本实施例的主轴带四轴功能的结构包括四轴体2和电主轴4，其中，四轴体2内设置有减速机构10和驱动减速机构10的四轴电机6，优选的，四轴电机6为伺服电机，减速机构10的输出轴上安装有传动芯轴11且两者的轴线在一条直线上，传动芯轴11的外周向设置有气刹装置12；进一步地，电主轴4设置在主轴箱3内，主轴箱3通过传动法兰15连接于传动芯轴11。

本实施例的电主轴4的第四轴的运动即其旋转运动是由四轴体2来驱动的，为保证电主轴4在切削中运动准确、流畅，采用无间隙的减速机构10并配有气刹装置12，保证了在切削加工过程中无过切现象的产生，而且气刹装置12使得第四轴运动定位准确、可靠，千分之一的分度完成空间各种复杂形面的加工。此外，配备减速机构10使输出扭矩成倍增加。减速机构10的输出轴与传动芯轴11同轴布置彻底解决了主轴带四轴功能的结构在启动、连续运动时动作延迟甚至爬行现象，改变了四轴电机6的受力，提高了主轴带四轴功能的结构寿命及安全系数。

根据本发明的一个实施例，减速机构10的输入轴端设有同步带轮Ⅰ81，四轴电机6的输出轴端设有同步带轮Ⅱ82，四轴电机6借助同步带9驱动减速机构10，本实施例的主轴带四轴功能的结构采用同步带9结合同步带轮传动，很好地将四轴电机6运转所产生的振动阻隔，四轴体2参与联动时保证零件加工精度、有效地提高吸收刀具切削时产生振动的能力，并很好地防止四轴体2启停时的振荡，因此可适用于高速、高精和高刚性的机床上。

根据本发明的一个实施例，四轴电机6借助电机安装板7装配在四轴体2内，同步带9通过涨紧块17涨紧。

根据本发明的一个实施例，传动芯轴11借助轴承14可转动地安装在四轴体2内，传动芯轴11和轴承14的同轴度≤0.02mm。

根据本发明的一个实施例，传动法兰15通过联轴器13刚性连接于传动芯轴11。

根据本发明的一个实施例，四轴体2和传动法兰15之间设置有油封16。

本实施例的主轴带四轴功能的结构可吸收安装面的装配误差，得到高精度的诉求，从而扩大立（卧）式加工中心的性能。

实施例二：

本实施例提供一种装配方法，用于上述的主轴带四轴功能的结构，该装配方法包括以下步骤：

S1、将四轴体2放置在平台上，将减速机构10安装在四轴体2的安装孔内，用塞尺检查减速机构10的安装面，确保减速机构10的安装面无间隙；

S2、将同步带轮Ⅰ81装配于减速机构10的定位止口，转动减速机构10的旋转轴，该旋转轴为减速机构10的输入轴或者输出轴，检查同步带轮Ⅰ81的径向跳动，要求径向跳动≤0.01mm；

S3、将传动芯轴11装配于减速机构10的输出轴，然后通过螺栓拧紧固定，转动减速机构10的旋转轴，检查传动芯轴11与减速机构10的输出轴的同轴度，要求同轴度≤0.02mm；

S4、将气刹装置12装配在四轴体2的气刹位置上然后通过螺栓拧紧固定，用塞尺检查气刹装置12与传动芯轴11的间隙，要求在整个圆周上间隙均匀；

S5、将轴承14装入四轴体2内的轴承安装面上，检查轴承14与传动芯轴11的同轴度，要求同轴度≤0.02mm，然后将传动法兰15装配于轴承14并通过螺栓拧紧固定；

S6、将联轴器13装入传动法兰15和传动芯轴11之间并拧紧联轴器13上的螺栓以固定，使传动法兰15和传动芯轴11刚性连接为一体，然后转动同步带轮Ⅰ81带动减速机构10、传动芯轴11和传动法兰15旋转，检测传动法兰15与轴承14的同轴度和端面跳动，要求同轴度和端面跳动均≤0.02mm，然后将油封16装入四轴体2和传动法兰15之间；

S7、将同步带轮Ⅱ82装到四轴电机6的输出轴上，用径向螺栓顶牢，检查同步带轮Ⅱ82的径向跳动，要求径向跳动小于0.01mm；

S8、将同步带9套在同步带轮Ⅱ82上，然后将四轴电机6装配在电机安装板7上，同时将同步带9套在同步带轮Ⅰ81上，然后通过涨紧块17涨紧；

S9、将电主轴4装入主轴箱3内，用塞尺检测电主轴4与主轴箱3结合面的间隙，要求间隙小于0.02mm，然后将主轴箱3连接到传动法兰15上，用螺栓拧紧固定，完成组装得到主轴带四轴功能的结构。

进一步地，该装配方法还包括总检，总检的方法为：将主轴带四轴功能的结构立起，使电主轴4为水平位置，靠置在大理石检具旁，该大理石检具为辅助检测工装，为六面体，其上平面对于仪器仪表、精密工具、机械制件的检验，都是理想的基准面，接着将电主轴4上装入标准芯棒18，以大理石检具上平面为基准，用千分表校准标准芯棒18上的母线，摆动主轴箱3、电主轴4和标准芯棒18，在大理石检具上平面分别检测每个位置上标准芯棒18母线的数值，要求旋转轴线与电主轴4轴线的垂直度≤0.02mm。

总检完成后，将第四轴盖板1装配到四轴体2上，将四轴主轴箱盖5装配到主轴箱3上。

本实施例的装配方法可以保证主轴带四轴功能的结构的装配精度，从而保证第四轴控制的精度，需要强调的是，本实施例的主轴带四轴功能的结构必须按照上述步骤进行装配然后进行总检。

最后应说明的是：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，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。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 (8)

1.一种主轴带四轴功能的结构，其特征在于，包括：

四轴体（2），所述四轴体（2）内设置有减速机构（10）和驱动所述减速机构（10）的四轴电机（6），所述减速机构（10）的输出轴上安装有传动芯轴（11）且两者的轴线在一条直线上，所述传动芯轴（11）的外周向设置有气刹装置（12）；

电主轴（4），电主轴（4）设置在主轴箱（3）内，所述主轴箱（3）通过传动法兰（15）连接于所述传动芯轴（11）。

2.根据权利要求1所述的主轴带四轴功能的结构，其特征在于，所述减速机构（10）的输入轴端设有同步带轮Ⅰ（81），所述四轴电机（6）的输出轴端设有同步带轮Ⅱ（82），所述四轴电机（6）借助同步带（9）驱动所述减速机构（10）。

3.根据权利要求2所述的主轴带四轴功能的结构，其特征在于，所述四轴电机（6）为伺服电机，所述四轴电机（6）借助电机安装板（7）装配在所述四轴体（2）内，所述同步带（9）通过涨紧块（17）涨紧。

4.根据权利要求1所述的主轴带四轴功能的结构，其特征在于，所述传动芯轴（11）借助轴承（14）可转动地安装在所述四轴体（2）内，所述传动芯轴（11）和轴承（14）的同轴度≤0.02mm。

5.根据权利要求1所述的主轴带四轴功能的结构，其特征在于，所述传动法兰（15）通过联轴器（13）刚性连接于所述传动芯轴（11）。

6.根据权利要求1所述的主轴带四轴功能的结构，其特征在于，所述四轴体（2）和所述传动法兰（15）之间设置有油封（16）。

7.一种装配方法，其特征在于，该装配方法包括以下步骤：

S1、将四轴体（2）放置在平台上，将减速机构（10）安装在四轴体（2）的安装孔内，用塞尺检查所述减速机构（10）的安装面，确保减速机构（10）的安装面无间隙；

S2、将同步带轮Ⅰ（81）装配于减速机构（10）的定位止口，转动减速机构（10）的旋转轴，该旋转轴为减速机构（10）的输入轴或者输出轴，检查同步带轮Ⅰ（81）的径向跳动，要求径向跳动≤0.01mm；

S3、将传动芯轴（11）装配于所述减速机构（10）的输出轴，然后通过螺栓拧紧固定，转动减速机构（10）的旋转轴，检查传动芯轴（11）与减速机构（10）的输出轴的同轴度，要求同轴度≤0.02mm；

S4、将气刹装置（12）装配在四轴体（2）的气刹位置上然后通过螺栓拧紧固定，用塞尺检查气刹装置（12）与传动芯轴（11）的间隙，要求在整个圆周上间隙均匀；

S5、将轴承（14）装入所述四轴体（2）内的轴承安装面上，检查轴承（14）与传动芯轴（11）的同轴度，要求同轴度≤0.02mm，然后将传动法兰（15）装配于轴承（14）并通过螺栓拧紧固定；

S6、将联轴器（13）装入传动法兰（15）和传动芯轴（11）之间并拧紧联轴器（13）上的螺栓以固定，使传动法兰（15）和传动芯轴（11）刚性连接为一体，然后转动同步带轮Ⅰ（81）带动减速机构（10）、传动芯轴（11）和传动法兰（15）旋转，检测传动法兰（15）与轴承（14）的同轴度和端面跳动，要求同轴度和端面跳动均≤0.02mm，然后将油封（16）装入四轴体（2）和传动法兰（15）之间；

S7、将同步带轮Ⅱ（82）装到四轴电机（6）的输出轴上，用径向螺栓顶牢，检查同步带轮Ⅱ（82）的径向跳动，要求径向跳动小于0.01mm；

S8、将同步带（9）套在所述同步带轮Ⅱ（82）上，然后将四轴电机（6）装配在电机安装板（7）上，同时将同步带（9）套在所述同步带轮Ⅰ（81）上，然后通过涨紧块（17）涨紧；

S9、将电主轴（4）装入主轴箱（3）内，用塞尺检测电主轴（4）与主轴箱（3）结合面的间隙，要求间隙小于0.02mm，然后将主轴箱（3）连接到传动法兰（15）上，用螺栓拧紧固定，完成组装得到主轴带四轴功能的结构。

8.根据权利要求7所述的装配方法，其特征在于，还包括总检，所述总检的方法为：将所述主轴带四轴功能的结构立起，使所述电主轴（4）为水平位置，靠置在大理石检具旁，将电主轴（4）上装入标准芯棒（18），以大理石检具上平面为基准，用千分表校准标准芯棒（18）上的母线，摆动主轴箱（3）、电主轴（4）和标准芯棒（18），在大理石检具上平面分别检测每个位置上标准芯棒（18）母线的数值，要求旋转轴线与电主轴（4）轴线的垂直度≤0.02mm。

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