CN115625550A - 紧凑可集成于双摆头的直线运动轴系统及双摆头结构 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种紧凑可集成于双摆头的直线运动轴系统及双摆头结构，包括W轴箱体、直线驱动组件以及运动轴组件，所述直线驱动组件和运动轴组件二者均设置在W轴箱体内；直线驱动组件和运动轴组件呈线形设置，所述直线驱动组件驱动运动轴组件沿其中心轴线进行往复运动。通过呈线形设置的直线驱动组件驱动运动轴组件往复运动，使整体结构的互换性好、受力均匀、结构紧凑。组装效率高、零件维护要求低。体积小、变形小、刚性大，可靠性高和寿命长，可适用于负载较大的工况。且力矩电机直驱的驱动方式，负载直接连接电机转子，相对于传统的伺服电机配合减速机传动机构，减少了机械传动和机械摩擦，具有高精度、高动态性能的优点。

Description

紧凑可集成于双摆头的直线运动轴系统及双摆头结构

技术领域

本发明涉及机械加工设备技术领域，具体地，涉及一种紧凑可集成于双摆头的直线运动轴系统及双摆头结构。

背景技术

双摆头五轴加工中心，是一种科技含量高、精密度高专门用于加工复杂曲面的加工中心，这种加工中心系统对一个国家的航空、航天、军事、科研、精密器械、高精医疗设备等等行业有着举足轻重的影响力。

运动轴系统集成于双摆头上，其对安装空间的大小有很高的要求。

现有公开号为CN202607373U的中国专利申请，其公开了一种数控双轴加工机主轴进给系统，包括伺服电机、进给电机座、进给电机同步轮、圆弧齿型带、进给滚珠丝杠、进给同步轮、导向杆及主轴，所述伺服电机固定于所述进给电机座上，同时该伺服电机依次通过所述进给电机同步轮及圆弧齿型带与进给同步轮连接，并通过该进给同步轮传动进给滚珠丝杠完成所述主轴进给。

现有公开号为CN214685458U的中国专利申请，其公开了一种自动驱动主轴进给的钻床，包括机架，机架的上部设置有主轴箱，主轴箱上转动连接有主轴，主轴箱上还设置有用于驱动主轴转动的驱动机构，驱动机构包括第一驱动电机、减速器与第一齿轮，第一驱动电机架通过减速器与第一齿轮传动连接，第一齿轮套设在主轴上，第一齿轮的内周面上固定连接有花键，主轴的外周面上开设有花键槽，第一齿轮通过花键与主轴键连接，主轴箱上还设置有用于驱动主轴进给的进给机构，进给机构包括第二驱动电机以及传动组件，第二驱动电机通过传动组件与主轴传动连接。

现有技术中加工轴进给系统的集成度低，需要的安装空间大，传动复杂，精度低，且传动机构间的机械磨损大，维护成本高，存在待改进之处。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种紧凑可集成于双摆头的直线运动轴系统及双摆头结构。

根据本发明提供的一种紧凑可集成于双摆头的直线运动轴系统,包括W轴箱体、直线驱动组件以及运动轴组件，所述直线驱动组件和运动轴组件二者均设置在W轴箱体内；直线驱动组件和运动轴组件呈线形设置，所述直线驱动组件驱动运动轴组件沿其中心轴线进行往复运动。

优选地，所述直线驱动组件包括力矩电机和滚珠丝杠，所述力矩电机紧固安装在W轴箱体内的一端，所述滚珠丝杠的一端同轴穿过力矩电机的输出口并与其螺纹配合，所述滚珠丝杠的另一端与运动轴组件连接，且所述滚珠丝杠的运动方向与运动轴组件的运动方向同向。

优选地，还包括电机座，所述电机座与W轴箱体紧固连接，所述力矩电机紧固安装在电机座上，所述电机座的结构以力矩电机的中心轴线呈对称分布。

优选地，所述力矩电机的转子紧固连接有电机连接轴，所述电机连接轴的中心轴线与力矩电机的中心轴线共线，所述丝杠螺母与电机连接轴远离主轴箱体的一端紧固连接。

优选地，所述电机连接轴靠近运动轴组件的一侧设置有交叉滚柱轴环和轴环座；所述轴环座与W轴箱体紧固连接，所述交叉滚柱轴环的外环与轴环座紧固连接，所述交叉滚柱轴环的内环与电机连接轴连接。

优选地，所述滚珠丝杠远离丝杠螺母的一端紧固连接有丝杠连接座，所述丝杠连接座位于轴环座背离力矩电机的一侧，且所述丝杠连接座与运动轴组件紧固连接。

优选地，所述运动轴组件包括主轴箱体和电主轴，所述电主轴设置在主轴箱体内；所述主轴箱体的外侧壁上设置有直线导轨，所述直线导轨的长度方向与主轴箱体的轴向平行；所述W轴箱体的内壁上设置有滑块，所述滑块与直线导轨相对应并滑移配合。

优选地，还包括导轨锁，所述导轨锁与W轴箱体之间连接有转接板，所述导轨锁作用于导轨，且所述导轨锁与常闭电磁阀信号连接。

优选地，所述W轴箱体伸出主轴箱体的一端设置有活动密封组件；其中，所述活动密封组件包括密封垫、防水板和特康圈，所述密封垫设置在防水板和W轴箱体之间，所述特康圈嵌设在防水板上，且所述特康圈与主轴箱体线接触。

根据本发明提供的一种双摆头结构，还包括A轴部件和B轴部件，所述A轴部件与B轴部件连接并驱动其转动，所述B轴部件与W轴箱体连接并驱动其摆动。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明通过呈线形设置的直线驱动组件驱动运动轴组件往复运动，使整体结构的互换性好、受力均匀、结构紧凑。组装效率高、零件维护要求低。体积小、变形小、刚性大，可靠性高和寿命长，可适用于负载较大的工况。

2、本发明通过电机连接轴被交叉滚柱轴环和轴环座支撑着，减少了径向载荷引起的倾覆力矩，即减小了结构的变形，获得了稳定的旋转运动，提高了结构的刚性和旋转精度。

3、本发明通过力矩电机直驱的驱动方式，负载直接连接电机转子，相对于传统的伺服电机配合减速机传动机构，减少了机械传动和机械摩擦，具有高精度、高动态性能的优点。通过采用力矩电机和滚珠丝杠，将大扭矩转化为大推力，可满足在大推力的需求下往复直线进给运动。

4、本发明通过直线光栅实时进行位置反馈和误差补偿，起到补偿刀具运动误差的作用，保证电主轴的走刀精度。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明主要体现直线运动轴系统整体结构的剖面示意图；

图2为本发明主要体现W轴箱体外部结构示意图；

图3为本发明主要体现电机座整体结构的示意图；

图4为本发明主要体现压块在主轴箱体外部的安装结构示意图；

图5为本发明主要体现主轴箱体外部结构示意图。

图中所示：

W轴箱体1 直线导轨13

箱体盖板2 丝杠连接座14

箱体后盖3 电主轴15

丝杠螺母4 主轴箱体16

滚珠丝杠5 滑块17

电机座6 密封垫18

力矩电机7 防水板19

电机连接轴8 特康圈20

锁紧螺母9 转接板21

交叉滚柱轴环10 硬限位22

轴环座11 防撞块23

导轨锁12 直线光栅24

压块25

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

如图1和图2所示，根据本发明提供的一种紧凑可集成于双摆头的直线运动轴系统，包括W轴箱体1、运动轴组件、直线驱动组件、直线导轨13以及滑块17。

运动轴组件包括主轴箱体16和电主轴15，电主轴15同轴安装在主轴箱体16内。运动轴组件和直线驱动组件在W轴箱体1内呈线形设置，尤其是，主轴箱体16与直线驱动组件呈线形设置，直线驱动组件的结构以主轴箱体16的中心轴线为对称轴呈对称设置，且直线驱动组件与主轴箱体16的力的作用点位于主轴箱体16的中心轴线处，直线驱动组件驱动主轴箱体16沿主轴箱体16的轴线往复运动，从而能够保证直线驱动组件施加至主轴箱体16的力稳定、可靠。

直线驱动组件包括力矩电机7、丝杠螺母4、滚珠丝杠5以及电机连接轴8。

具体地：滚珠丝杠5、力矩电机7、电主轴15以及主轴箱体16四者均安装在W轴箱体1内，力矩电机7、滚珠丝杠5以及主轴箱体16三者在W轴箱体1内呈线形设置，且力矩电机7、滚珠丝杠5、电主轴15以及主轴箱体16四者的中心轴线共线。主轴箱体同16轴设置在W轴箱体1内，主轴箱体16的结构以其中心轴线为对称轴呈对称设置，电主轴15的结构以其中心轴线为对称轴呈对称设置。通过对称设置的主轴箱体16和电主轴15，能够进一步地提高运动中在W轴箱体1内安装的紧凑性。

更为具体地：力矩电机7紧固安装在W轴箱体1内的一端中部，丝杠螺母4安装在力矩电机7的输出口，力矩电机7驱动丝杠螺母4转动，滚珠丝杠5的一端螺纹同轴穿过丝杠螺母4，且滚珠丝杠5的一端同轴穿过力矩电机7的输出口。滚珠丝杠5的另一端与主轴箱体16紧固连接，主轴箱体16远离滚珠丝杠5的一端伸出W轴箱体1，电主轴15同轴安装在主轴箱体16内。

力矩电机7驱动丝杠螺母4转动，从而带动滚珠丝杠5沿电主轴15的轴向往复运动，推动主轴箱体16沿电主轴15的轴向往复运动，进而驱动电主轴15沿其轴向进行往复运动。通过力矩电机7直驱的驱动方式，负载直接连接电机转子，相对于传统的伺服电机配合减速机传动机构，减少了机械传动和机械摩擦，具有高精度、高动态性能的优点。通过采用力矩电机7和滚珠丝杠5，将大扭矩转化为大推力，可满足在大推力的需求下往复直线进给运动。

进一步地，还包括电机座6，电机座6设置在W轴箱体1内并与W轴箱体1的内壁紧固连接，力矩电机7同轴紧固安装在电机座6上。电机座6包括呈圆柱状的电机安装部以及连接支架，电机安装部的中心轴线与电主轴15的中心轴线共线。连接支架在电机安装部相对的两侧分别紧固连接有一组。安装时，两个连接支架均分别通过螺栓与W轴箱体1连接，力矩电机7的定子通过螺栓紧固安装在电机安装部内。电机座6的结构以力矩电机7的中心轴线呈对称分布，且电机座6内设置有液冷腔，液冷腔连通有外部管路。

通过将液冷腔集成在电机座6内，不需要增加额外的水冷结构，减小了安装空间和成本。需要注意的是，电机座6与W轴箱体1的端部形成有足够滚珠丝杠5往复运动的空间。

力矩电机7的转子紧固连接有电机连接轴8，电机连接轴8的中心轴线与力矩电机7的中心轴线共线，丝杠螺母4与电机连接轴8远离主轴箱体16的一端紧固连接。滚珠丝杠5同轴穿过电机连接轴8并与其移动配合，滚珠丝杠5能够沿着电机连接轴8的轴向移动。丝杠螺母4穿出电机连接轴8的一端和滚珠丝杠5螺纹配合转动，将丝杠螺母4的旋转运动转化为滚珠丝杠5的直线运动。

电机连接轴8靠近主轴箱体16的一侧设置有交叉滚柱轴环10和轴环座11。轴环座11的中心轴线与电机连接轴8的中心轴线共线，轴环座11与W轴箱体1紧固连接，交叉滚柱轴环10的外环与轴环座11紧固连接，交叉滚柱轴环10的内环与电机连接轴8连接。

滚珠丝杠5远离丝杠螺母4的一端通过锁紧螺母9紧固连接有丝杠连接座14，丝杠连接座14位于轴环座11背离力矩电机7的一侧，且丝杠连接座14与主轴箱体16同轴紧固连接。丝杠连接座14自其与滚珠丝杠5的连接处向远离滚珠丝杠5的方向逐渐延伸扩大。从而使丝杠连接座14作用于主轴箱体16的力更加均匀。

电机连接轴8和丝杠螺母4随着力矩电机7的转动，将丝杠螺母4的转动转化为滚珠丝杠5的直线运动，滚珠丝杠5通过丝杠连接座14推着主轴箱体16沿电主轴15的轴线往复运动。电机连接轴8被交叉滚柱轴环10和轴环座11支撑着，减少了径向载荷引起的倾覆力矩，即减小了结构的变形，获得了稳定的旋转运动，提高了结构的刚性和旋转精度。

进一步地，电主轴15上的法兰和主轴箱体16端面通过螺钉连接。

本申请一种可行的实施方式为，主轴箱体16的外侧壁上设置有直线导轨13，直线导轨13的长度方向与主轴箱体16的运动方向同向。W轴箱体1的内壁上设置有滑块17，滑块17与直线导轨13相对应并滑移配合。从而提高主轴箱体16往复运动的稳定性。直线导轨13在主轴箱体16外壁的周侧等间隔对称设置有四组。整体结构布局对称，受力均匀，刚性大，变形小。任一直线导轨13均对应有多个滑块17，且多个滑块17沿主轴箱体16的运动方向呈等间隔设置。

另一种可行的实施方式为：直线导轨13设置在W轴箱体1的内壁上，滑块17设置在主轴箱体16的外侧壁上。其他布置方式与上述实施方式相同，仅仅只是直线导轨13和滑块17位置的调换，仍属于本申请的保护范围。

主轴箱体16的外侧壁上还设置有压块25，压块25对直线导轨13进行限位。压块25顶紧直线导轨13和直线导轨13靠山面，避免W轴受到振动、冲击使得直线导轨13偏离原来位置而影响精度。

主轴箱体16的外壁上设置有防撞块23，W轴箱体1的两端分别设置有硬限位22，防撞块23随着主轴箱体16运动，防撞块23和硬限位22二者配合限制主轴箱体16的运动范围。上述机械限位结构起到保护作用。

还包括导轨锁12，导轨锁12与W轴箱体1之间连接有转接板21，导轨锁12作用于导轨，且导轨锁12与常闭电磁阀信号连接。常闭的电磁阀在断电时能快速响应启动导轨锁12,实现即时抱闸功能。

W轴箱体1伸出主轴箱体16的一端设置有活动密封组件。其中，活动密封组件包括密封垫18、防水板19和特康圈20，密封垫18设置在防水板19和W轴箱体1之间，特康圈20嵌设在防水板19上，且所述特康圈20与主轴箱体16线接触。防水板19在工作过程中形成笫一道防护，阻挡大量的切削液和切削碎屑，特康圈20形成第二道防护，阻挡少量的切削液和切削碎屑，且特康圈20在达到移动密封的同时，也减少了与移动组件的摩擦。

直线导轨13轴向的中部设置有直线光栅24，直线光栅24固定安装在主轴箱体16上，实时进行位置反馈和误差补偿。由于电气调试参数的修改和机械误差的加大原因，使得电主轴15直线轴和数控系统指令要求的位置相差很多，直线光栅24检测电主轴15直线轴的实际位移是否和数控系统发出的指令相符合，观察和跟踪进给误差；若电主轴15直线轴由于机械等原因没有到达准确位置，直线光栅24作为位置检测元件，会向数控系统发出指令，使电主轴15直线轴能够到达比较准确的位置，直至直线光栅24的分辨率分辨不出来，起到补偿刀具运动误差的作用，保证电主轴15的走刀精度。

W轴箱体1上还安装有箱体盖板2和箱体后盖3，一方面能够提供安装、维护的便捷性，另一方面能够起到防护作用，防止灰尘、铁削等进入W轴箱体1。

需要注意的是，本申请通过整体对称的设计，使整体结构的互换性好、受力均匀、结构紧凑。组装效率高、零件维护要求低。体积小、变形小、刚性大，可靠性高和寿命长，可适用于负载较大的工况。

根据本发明提供的一种双摆头结构，采用上述的直线运动轴紧凑布局结构，还包括A轴部件和B轴部件，A轴部件与B轴部件连接并驱动其转动，B轴部件与W轴箱体1连接并驱动其摆动。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种紧凑可集成于双摆头的直线运动轴系统，其特征在于，包括W轴箱体(1)、直线驱动组件以及运动轴组件，所述直线驱动组件和运动轴组件二者均设置在W轴箱体(1)内；

直线驱动组件和运动轴组件呈线形设置，所述直线驱动组件驱动运动轴组件沿其中心轴线进行往复运动。

2.如权利要求1所述的紧凑可集成于双摆头的直线运动轴系统，其特征在于，所述直线驱动组件包括力矩电机(7)和滚珠丝杠(5)，所述力矩电机(7)紧固安装在W轴箱体(1)内的一端，所述滚珠丝杠(5)的一端同轴穿过力矩电机(7)的输出口并与其螺纹配合，所述滚珠丝杠(5)的另一端与运动轴组件连接，且所述滚珠丝杠(5)的运动方向与运动轴组件的运动方向同向。

3.如权利要求1所述的紧凑可集成于双摆头的直线运动轴系统，其特征在于，还包括电机座(6)，所述电机座(6)与W轴箱体(1)紧固连接，所述力矩电机(7)紧固安装在电机座(6)上，所述电机座(6)的结构以力矩电机(7)的中心轴线呈对称分布。

4.如权利要求1所述的紧凑可集成于双摆头的直线运动轴系统，其特征在于，所述力矩电机(7)的转子紧固连接有电机连接轴(8)，所述电机连接轴(8)的中心轴线与力矩电机(7)的中心轴线共线，所述丝杠螺母(4)与电机连接轴(8)远离运动轴组件的一端紧固连接。

5.如权利要求4所述的紧凑可集成于双摆头的直线运动轴系统，其特征在于，所述电机连接轴(8)靠近运动轴组件的一侧设置有交叉滚柱轴环(10)和轴环座(11)；

所述轴环座(11)与W轴箱体(1)紧固连接，所述交叉滚柱轴环(10)的外环与轴环座(11)紧固连接，所述交叉滚柱轴环(10)的内环与电机连接轴(8)连接。

6.如权利要求5所述的紧凑可集成于双摆头的直线运动轴系统，其特征在于，所述滚珠丝杠(5)远离丝杠螺母(4)的一端紧固连接有丝杠连接座(14)，所述丝杠连接座(14)位于轴环座(11)背离力矩电机(7)的一侧，且所述丝杠连接座(14)与运动轴组件连接。

7.如权利要求1所述的紧凑可集成于双摆头的直线运动轴系统，其特征在于，所述运动轴组件包括主轴箱体(16)和电主轴(15)，所述电主轴(15)设置在主轴箱体(16)内；

所述主轴箱体(16)的外侧壁上设置有直线导轨(13)，所述直线导轨(13)的长度方向与主轴箱体(16)的轴向平行；

所述W轴箱体(1)的内壁上设置有滑块(17)，所述滑块(17)与直线导轨(13)相对应并滑移配合。

8.如权利要求7所述的紧凑可集成于双摆头的直线运动轴系统，其特征在于，还包括导轨锁(12)，所述导轨锁(12)与W轴箱体(1)之间连接有转接板(21)，所述导轨锁(12)作用于直线导轨(13)，且所述导轨锁(12)与常闭电磁阀信号连接。

9.如权利要求7所述的紧凑可集成于双摆头的直线运动轴系统，其特征在于，所W轴箱体(1)伸出主轴箱体(16)的一端设置有活动密封组件；

其中，所述活动密封组件包括密封垫(18)、防水板(19)和特康圈(20)，所述密封垫(18)设置在防水板(19)和W轴箱体(1)之间，所述特康圈(20)嵌设在防水板(19)上，且所述特康圈(20)与主轴箱体(16)线接触。

10.一种双摆头结构，其特征在于，采用权利要求1-9任一项所述的紧凑可集成于双摆头的直线运动轴系统，还包括A轴部件和B轴部件，所述A轴部件与B轴部件连接并驱动其转动，所述B轴部件与W轴箱体(1)连接并驱动其摆动。

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