CN113245906A - 一种用于五轴头c轴锁定机构及其锁定方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及车床数控领域，具体为一种用于五轴头C轴锁定机构及其锁定方法，此种用于五轴头C轴锁定机构，包括力矩电机，位于所述力矩电机的内腔设置有一夹紧制动部，夹紧制动部包括设置在所述力矩电机的内腔的基部和镜像设置在所述基部上的膨胀部，以及相邻两个所述膨胀部之间存在一间隙，其中当所述膨胀部被按压膨胀时，两个所述膨胀部的自由端部翘起靠近。此种用于五轴头C轴锁定机构，通过基部的设置，为膨胀部提供一个良好的膨胀条件，并且整体基础结构稳定，夹紧定位条件良好；通过镜像设置的膨胀部的设置，能够很好的对称协同张紧，通过两个定位点的设置，定心精度高，重复定位稳定，夹紧扭矩大，夹紧刚度高，整体具有一定的阻尼减震作用。

Description

一种用于五轴头C轴锁定机构及其锁定方法

技术领域

本发明涉及车床数控，具体涉及一种用于五轴头C轴锁定机构及其锁定方法。

背景技术

随着科技的飞速发展，航天、航空、船舶、军工等行业一些关键零件对加工精度方面的要求不断提高，更加突显了五轴联动加工技术的优势。

双摆头五轴联动是在3个直线（X、Y、Z轴）运动轴，加上2个角度（A、C轴）运动轴，在数控系统的控制下同时协调运动，实现加工中心与需要加工的零件间的五轴相对联动。A、C轴是双摆五轴头联动需要用的分度定位功能，并要求在分度后能够进行锁紧。双摆头旋转轴（A、C轴）的夹紧机构主要有两种作用：一是当突然切断电源，电机的转矩近似为零，若负载转动惯量很大，则电机容易失控造成事故，这时需要旋转轴制动保证安全；另一种作用是旋转轴任意角度夹紧固定来满足在指定角度平面强力铣削或定向结构的要求。

目前常用的是C轴制动盘锁紧方式，而该锁紧方式的作用力很大部分都用在轴承上，很容易导致轴承的轴向和径向变型，容易引起位移,从而导致轴承磨损，微观变形引起的光栅定位误差和 C 轴震荡。影响C轴精度指标，从而使得使用寿命变差、定位精度变差以及工作效率降低。制动盘的磨损造成制动扭矩变化从而影响定位飘移，同时制动磨损的微粒可进入C轴，造成C轴内部构件的损坏。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种用于五轴头C轴锁定机构。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种用于五轴头C轴锁定机构，包括力矩电机，位于所述力矩电机的内腔设置有一夹紧制动部，所述夹紧制动部包括设置在所述力矩电机的内腔的基部和镜像设置在所述基部上的膨胀部，以及

相邻两个所述膨胀部之间存在一间隙，其中

当所述膨胀部被按压膨胀时，两个所述膨胀部的自由端部翘起靠近。

作为优选，所述膨胀部包括沿着所述基部的径向开设的容液腔，所述容液腔的一内环壁为所述基部的内薄壁；

所述基部上开设有一注油道，所述注油道分别与一所述容液腔相互连通，其中

当向所述注油道注油时，所述内薄壁适于膨胀。

作为优选，所述基部的内圈腰部开设有一呈环形的凹槽，以及

两个所述容液腔关于所述凹槽镜像设置，所述凹槽的槽深大于所述内环壁的壁厚。

作为优选，位于所述基部的一个端面上开设有一与所述容液腔相互连通的工艺环槽，位于所述工艺环槽内设置一密封条，以及所述工艺环槽的槽口大于所述容液腔的上端腔口，其中

当向所述注油道注油时，液压油挤压所述密封条。

作为优选，所述注油道包括沿着所述基部径向开设的直通道，与所述直通道连通且自所述基部的外壁开设的两个横通道，每个所述横通道与一所述容液腔连通，以及

在所述横通道的外侧端口处设置一堵头。

作为优选，所述力矩电机的内腔上具有一内连环，所述基部与所述内连环的下底面相互贴合，以及

所述内连环上开设有至少一个固定口，液压进液管固定在所述固定口处，所述液压进液管与所述直通道的端部连通。

作为优选，位于所述内连环的下端面上的环所述固定口开设有一放置槽，所述放置槽内设置密封圈，所述密封圈贴合所述基部的上端面，以及

所述密封圈环所述直通道的入液口设置。

本发明的有益效果是，此种用于五轴头C轴锁定机构，通过基部的设置，为膨胀部提供一个良好的膨胀条件，并且整体基础结构稳定，夹紧定位条件良好；

通过镜像设置的膨胀部的设置，能够很好的对称协同张紧，通过两个定位

点的设置，定心精度高，重复定位稳定，夹紧扭矩大，夹紧刚度高，整体具有一定的阻尼减震作用。

本发明还提供了一种五轴头C轴锁定机构的锁定方法，包括力矩电机和位于所述力矩电机的内腔设置有一夹紧制动部，所述夹紧制动部包括设置在所述力矩电机的内腔的基部和镜像设置在所述基部上的膨胀部，以及相邻两个所述膨胀部之间存在一间隙，

S1，将C轴放置在基部的内环中；

S2，膨胀所述膨胀部以使所述膨胀部夹紧C轴。

作为优选，所述膨胀部包括沿着所述基部的径向开设的容液腔，所述容液腔的一内环壁为所述基部的内薄壁；所述基部上开设有一注油道，所述注油道分别与一所述容液腔相互连通；

在S2中，所述膨胀部是由向所述注油道注入液压油以使所述内环壁被顶撑夹紧C轴。

作为优选，所述C轴与所述基部内腔采用H7/f8配合。

本发明的有益效果是，此种用于五轴头C轴锁定机构的锁定方法，简单快捷，锁付效果良好，为后续加工提供了一个良好的加工条件。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的实施例一的一种用于五轴头C轴锁定机构的结构示意图；

图2是本发明图1的A处的放大图；

图3是图2的液压油以及受压力示意图；

图4是本发明的实施例二的一种用于五轴头C轴锁定机构的结构示意图；

图5是本发明图4的A处的放大图；

图6是图5的液压油以及受压力示意图。

图中：

100、力矩电机，110、内连环，120、液压进液管，130、密封圈；

200、基部；

300、膨胀部，310、容液腔，311、内环壁，320、工艺环槽，330、密封条，340、凹槽，350、直通道，360、横通道，361、堵头，370、水平薄壁。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

实施例一

如图1~3所示，一种用于五轴头C轴锁定机构，包括力矩电机100，位于所述力矩电机100的内腔设置有一夹紧制动部，所述夹紧制动部包括设置在所述力矩电机100的内腔的基部200和镜像设置在所述基部200上的膨胀部300，以及相邻两个所述膨胀部300之间存在一间隙，其中当所述膨胀部300被按压膨胀时，两个所述膨胀部300的自由端部翘起靠近。

此种用于五轴头C轴锁定机构，通过基部200的设置，为膨胀部300提供一个良好的膨胀条件，并且整体基础结构稳定，夹紧定位条件良好；通过镜像设置的膨胀部300的设置，能够很好的对称协同张紧，通过两个定位点的设置，定心精度高，重复定位稳定，夹紧扭矩大，夹紧刚度高，整体具有一定的阻尼减震作用。

具体的，为了提供一种较为简单的膨胀部300的结构，如下所述：

所述膨胀部300包括沿着所述基部200的径向开设的容液腔310，所述容液腔310的一内环壁311为所述基部200的内薄壁；所述基部200上开设有一注油道，所述注油道分别与一所述容液腔310相互连通，其中当向所述注油道注油时，所述内薄壁适于膨胀。

需要指出的是，基部200的结构是呈一环状筒状，并且为了保证容液腔310的内环壁311具有良好的弹性能力，选用了耐磨铜合金材料，保证整体装夹时具有一个较好的定心精度和重复装夹的特性。

而两个容液腔310则分别关于基部200的腰部镜像设置。为了保证液压油挤压内环壁311实现良好形变的过程，在开设容液腔310的时候，会将其偏向基部200的内环开设。此时的两个容液腔310是完全开设在基部200的内部中。

而注油道则是自基部200的顶端向下开设，并且同步的设置交叉道，使其与容液腔310相互连通。

当液压油自注油道向容液腔310推送的过程中，液压油逐步布满容液腔310，并开始撑紧容液腔310，内环壁311被逐步压迫而夹紧C轴，实现良好的夹紧定位的效果。

需要指出的是，在液压油持续注入的过程中，因为内环壁311两者是同步一起出现挤压的动作，会微微翘起并且相互靠近。此时，压力最大的点则是位于两个容液腔310之间的腰部，即上文所指出的“间隙”处。需要指出的是，此处的“间隙”不是一个实指结构，而是一个虚指部件，其主要表达的是两个容液腔310虽然镜像设置，但是却不连通并且存在间隔。

此间隙处过大的压力，容易造成该内壁出现破损损坏，而为了在一定程度上实现良好的减压效果，采用了如下的技术方案：

所述基部200的内圈腰部开设有一呈环形的凹槽340，以及两个所述容液腔310关于所述凹槽340镜像设置，所述凹槽340的槽深大于所述内环壁311的壁厚。

需要指出的是，该压力点的存在，是镜像设置的两个容液腔310的形成而叠加导致的，虽然容液腔310的个数是简单的叠加，但是此处的压力却不是简单的叠加。其次，一般的会采用加强此处强度的手段来实现抗击压力的效果，而不存在通过开设凹槽340来实现减压。

针对于注油道以及容液腔310，若容液腔310完全在基部200内部形成，那么基部200便无法加工形成容液腔310，只能够通过采用浇筑的手段来实现，但是浇筑的工件其完全无法满足良好的弹性需求。因此，为了保证整体加工能够顺利的实现，采用了如下的技术方案：

位于所述基部200的一个端面上开设有一与所述容液腔310相互连通的工艺环槽320，位于所述工艺环槽320内设置一密封条330，以及所述工艺环槽320的槽口大于所述容液腔310的上端腔口，其中当向所述注油道注油时，液压油挤压所述密封条330。

首先，开设一个工艺环槽320，该工艺环槽320一种的作用是为了提供后续容液腔310加工的条件，另一种则是为密封条330提供一放置空间，同步实现良好的密封效果。而为了在放置密封条330不会随意掉入容液腔310内，该工艺环槽320的槽口大于容液腔310的上端腔口，而适应性的采用了型号更大的密封条330，以避免密封条330掉入容液腔310内的情况。

同步地，因为密封条330的存在以及工艺环槽320与容液腔310相互连通的现象，该密封条330实现了以下的两种技术效果：

1、设置密封条330，阻碍了液压油从基部200的上端面或者下端面扩散的情况，保证密封良好性；

2、液压油冲入容液腔310内并同步会挤压密封条330，使该密封条330更进一步地加强密封性能。

具体地，详细的说明注油道的结构：

所述注油道包括沿着所述基部200径向开设的直通道350，与所述直通道350连通且自所述基部200的外壁开设的两个横通道360，每个所述横通道360与一所述容液腔310连通，以及在所述横通道360的外侧端口处设置一堵头361。

直通道350、横通道360的设置，因为工艺的需要，都是自基部200的上下端面，外侧壁直接开设连通。而为了实现密封，因此在横通道360的外侧端口处设置堵头361，以防止油液的泄露。

具体的，该基部200与力矩电机100连接的形式：

所述力矩电机100的内腔上具有一内连环110，所述基部200与所述内连环110的下底面相互贴合，以及所述内连环110上开设有至少一个固定口，液压进液管120固定在所述固定口处，所述液压进液管120与所述直通道350的端部连通。

位于所述内连环110的下端面上的环所述固定口开设有一放置槽，所述放置槽内设置密封圈130，所述密封圈130贴合所述基部200的上端面，以及所述密封圈130环所述直通道350的入液口设置。

需要指出的是，上述密封圈130重在自身挤压而实现密封的效果，至于加强密封则是借助外部其他的结构。

实施例二

实施例二是在实施例一的基础上进行的。

如图4~6所示，需要指出的是，在容液腔310与工艺环槽320连通的情况下，虽然有密封条330的存在以及液压油的冲击密封的效果。但是其液压油始终存在一泄露的风险，而为了能够较好的规避该问题，采用了如下的技术方案：

在工艺环槽320的槽底设置一水平薄壁370，该水平薄壁370的材料同样为耐磨铜合金材料。

此时，液压油冲击到该水平薄壁370时，该水平薄壁370同步会被压迫并且同步挤压密封条330，此时的密封条330，具有如下效果：

1、设置密封条330，阻碍了液压油从基部200的上端面或者下端面扩散的情况，保证密封良好性；

2、液压油冲入容液腔310内并同步会挤压水平薄壁370，使该密封条330更进一步地加强密封性能。

并且整体不存在液压油与该密封条330的直接接触，密封效果良好。

实施例三

实施例三是在实施例一和二的基础上进行的。

一种五轴头C轴锁定机构的锁定方法，包括力矩电机100和位于所述力矩电机100的内腔设置有一夹紧制动部，所述夹紧制动部包括设置在所述力矩电机100的内腔的基部200和镜像设置在所述基部200上的膨胀部300，以及相邻两个所述膨胀部300之间存在一间隙，所述膨胀部300包括沿着所述基部200的径向开设的容液腔310，所述容液腔310的一内环壁311为所述基部200的内薄壁；所述基部200上开设有一注油道，所述注油道分别与一所述容液腔310相互连通。

S1，将C轴放置在基部200的内环中；

S2，膨胀所述膨胀部300以使所述膨胀部300夹紧C轴即所述膨胀部300是由向所述注油道注入液压油以使所述内环壁311被顶撑夹紧C轴。

所述C轴与所述基部200内腔采用H7/f8配合。通常C轴被夹紧面与定心基准面的同轴度在0.01mm以内；但受基部200本身材料的弹性极限所限，其变形量不能过大，经过多次试验结果为C轴被夹紧面与基部200采用H7/f8配合。

此种用于五轴头C轴锁定机构的锁定方法，简单快捷，锁付效果良好，为后续加工提供了一个良好的加工条件。

结合实施例一、二和三，具有如下的有益效果：

1.定心精度高、重复定位稳定。利用液压油的不可压缩性，其作为介质，可将压力均匀地传递给基部200，使基部200产生均匀的径向弹性变形，而将C轴定位和夹紧。夹紧方式为环抱式，材料选用耐磨铜合金，具有很高的弹性能力，因此具有很高的定心精度和重复性。

2.夹紧扭矩大，夹紧刚度高。当液压施压时，基部200均匀受压，均匀地环抱紧被夹紧件，并夹紧运动完全以轴对称，因此具有极高的夹紧力和夹紧刚度。基部200与被夹紧件是圆柱面接触．接触面可达整个薄壁套筒长度的80％，定位误差小。

3.具有一定的阻尼减震作用。由于使用液压轴来做压力的传导体，油的流动性好，液压夹紧油腔内充满液压油，具有一定的阻尼，起到一定的吸震作用。

上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (10)

1.一种用于五轴头C轴锁定机构，包括力矩电机，其特征在于，位于所述力矩电机的内腔设置有一夹紧制动部，所述夹紧制动部包括设置在所述力矩电机的内腔的基部和镜像设置在所述基部上的膨胀部，以及

相邻两个所述膨胀部之间存在一间隙，其中

当所述膨胀部被按压膨胀时，两个所述膨胀部的自由端部翘起靠近。

2.如权利要求1所述的用于五轴头C轴锁定机构，其特征在于，

所述膨胀部包括沿着所述基部的径向开设的容液腔，所述容液腔的一内环壁为所述基部的内薄壁；

所述基部上开设有一注油道，所述注油道分别与一所述容液腔相互连通，其中

当向所述注油道注油时，所述内薄壁适于膨胀。

3.如权利要求2所述的用于五轴头C轴锁定机构，其特征在于，

所述基部的内圈腰部开设有一呈环形的凹槽，以及

两个所述容液腔关于所述凹槽镜像设置，所述凹槽的槽深大于所述内环壁的壁厚。

4.如权利要求3所述的用于五轴头C轴锁定机构，其特征在于，

位于所述基部的一个端面上开设有一与所述容液腔相互连通的工艺环槽，位于所述工艺环槽内设置一密封条，以及所述工艺环槽的槽口大于所述容液腔的上端腔口，其中

当向所述注油道注油时，液压油挤压所述密封条。

5.如权利要求4所述的用于五轴头C轴锁定机构，其特征在于，

所述注油道包括沿着所述基部径向开设的直通道，与所述直通道连通且自所述基部的外壁开设的两个横通道，每个所述横通道与一所述容液腔连通，以及

在所述横通道的外侧端口处设置一堵头。

6.如权利要求5所述的用于五轴头C轴锁定机构，其特征在于，

所述力矩电机的内腔上具有一内连环，所述基部与所述内连环的下底面相互贴合，以及

所述内连环上开设有至少一个固定口，液压进液管固定在所述固定口处，所述液压进液管与所述直通道的端部连通。

7.如权利要求6所述的用于五轴头C轴锁定机构，其特征在于，

位于所述内连环的下端面上的环所述固定口开设有一放置槽，所述放置槽内设置密封圈，所述密封圈贴合所述基部的上端面，以及

所述密封圈环所述直通道的入液口设置。

8.一种五轴头C轴锁定机构的锁定方法，其特征在于，

包括力矩电机和位于所述力矩电机的内腔设置有一夹紧制动部，所述夹紧制动部包括设置在所述力矩电机的内腔的基部和镜像设置在所述基部上的膨胀部，以及相邻两个所述膨胀部之间存在一间隙，

S1，将C轴放置在基部的内环中；

S2，膨胀所述膨胀部以使所述膨胀部夹紧C轴。

9.如权利要求8所述的五轴头C轴锁定机构的锁定方法，其特征在于，

所述膨胀部包括沿着所述基部的径向开设的容液腔，所述容液腔的一内环壁为所述基部的内薄壁；所述基部上开设有一注油道，所述注油道分别与一所述容液腔相互连通；

在S2中，所述膨胀部是由向所述注油道注入液压油以使所述内环壁被顶撑夹紧C轴。

10.如权利要求9所述的五轴头C轴锁定机构的锁定方法，其特征在于，

所述C轴与所述基部内腔采用H7/f8配合。

Images