CN116984639A - 多功能车铣复合z轴机构 - Google Patents

Abstract

一种多功能车铣复合Z轴机构，涉及机械加工设备技术领域，包括主轴箱，主轴箱靠前侧位置中竖直滑动连接有滑枕，主轴箱上固定安装有减速机，减速机上方固定安装有升降电机，减速机的输出轴上固接有丝杆，丝杆底端转动连接在主轴箱底部，丝杆上设有相适配的上丝杆螺母与下丝杆螺母，滑枕后侧外壁固接有连接座，上丝杆螺母固接在连接座上，下丝杆螺母设置在连接座下方，且连接座下方设有预紧机构，主轴箱内设有用于驱动预紧机构运动的驱动机构，本发明提供了一种多功能车铣复合Z轴机构，通过驱动机构带动预紧机构自动调节上丝杆螺母与下丝杆螺母的间距，从而不必拆开主轴箱调节，直接调节消除滚珠丝杆的间隙，从而避免丝杆振动。

Description

多功能车铣复合Z轴机构

技术领域

本发明属于机械加工设备技术领域，更具体地说，涉及一种多功能车铣复合Z轴机构。

背景技术

当今，国内机械零件制造呈小批量，高精度，加工复杂的特点，这对机床的加工效率，加工精度，自动化程度提出了更高要求，因此，车铣复合机床应运而生。由于车铣复合机床技术十分复杂，国外进口成本过高，因此，国内大多数的车铣复合机床都是基于数控车床改造而来，通过将普通数控车床的转塔换成带有动力刀具的旋转刀塔，主轴增加C轴分度功能，从而使数控车床具备铣削功能。由于车铣复合加工中心增加了铣削加工时的主轴刀具回转功能，使得Z轴机构相较于之前明显增大，因此，需要一种在加工时不会与零件、夹具、机床工作台产生干涉与碰撞的Z轴机构；同时，Z轴机构一般利用滚珠丝杆机构传动升降，在滚珠丝杆使用过程中会产生丝杆间隙，容易造成丝杆的震动，而现有的技术中没有能够自动对滚珠丝杆间隙进行调节的机构；因此，针对上述技术背景中存在的缺陷，迫切需要提出一种多功能车铣复合Z轴机构，以克服当前实际应用中的不足。

发明内容

本发明旨在于在解决现有的车铣复合加工中心中改进的Z轴机构相比改进前明显增大，容易与零件、夹具、机床工作台产生干涉；同时，现有的Z轴机构不能自动对其中的滚珠丝杆机构进行间隙调节的问题。

本发明一种多功能车铣复合Z轴机构的目的与功效，由以下具体技术手段达成：一种多功能车铣复合Z轴机构，包括主轴箱，主轴箱靠前侧位置中竖直滑动连接有滑枕，滑枕中设置有主轴旋转机构，主轴箱靠后侧位置中设有升降机构，升降机构包括升降电机，主轴箱上固定安装有减速机，减速机上方固定安装有升降电机，减速机的输出轴上固接有丝杆，丝杆底端转动连接在主轴箱底部，丝杆上设有相适配的上丝杆螺母与下丝杆螺母，上丝杆螺母与下丝杆螺母安装在连接座上，连接座固定在滑枕后侧外壁上，上丝杆螺母固接在连接座上，下丝杆螺母设置在连接座下方，且连接座下方设有用于调节上丝杆螺母与下丝杆螺母间距的预紧机构，主轴箱内设有用于驱动预紧机构运动的驱动机构。

进一步地，主轴旋转机构包括主轴电机，滑枕上端固接有连接架，连接架前方底部设有倒置的主轴电机，滑枕内上方转动连接有上主轴，且滑枕内下方转动连接有下主轴，上主轴与下主轴之间固接有主轴连接杆，主轴电机与上主轴之间设有传动机构。

进一步地，主轴电机与传动机构之间设有变速箱，变速箱固接在连接架上，且主轴电机固定安装在变速箱下方。

进一步地，传动机构包括同步带与同步带轮，变速箱输出轴上固接有同步带轮，上主轴上端也固接有同步带轮，两同步带轮之外设有相适配的同步带。

进一步地，主轴箱上固定安装有与滑枕相适配的光栅尺。

进一步地，连接座上固接有固定销，滑枕上设有对应的销孔，连接座用螺栓固定安装在滑枕上。

进一步地，连接架上固定安装有用于监测上主轴转速的回转定位装置。

进一步地，预紧机构包括活动螺管与固定螺管，上丝杆螺母与下丝杆螺母之间设有平键限制其相对转动；下丝杆螺母下侧伸出连接座，且在下丝杆螺母伸出部分外侧套设有活动螺管，活动螺管与下丝杆螺母之间设有平键限制其相对转动；活动螺管外侧设有外螺纹，且在外侧螺纹连接有上齿轮，上齿轮下方转动连接有转动块，转动块下方固接有下齿轮，下丝杆螺母下端固接有固定螺管，固定螺管外侧也设有外螺纹，且固定螺管外侧设有的外螺纹与活动螺管外侧设有的外螺纹相同，下齿轮螺纹连接在固定螺管上；上齿轮与下齿轮的齿数不相同，连接座下方前后两侧滑动连接有可复位的限位块，限位块内侧设有与上齿轮外侧齿对应的上齿圈，且限位块内侧设有与下齿轮外侧齿对应的下齿圈；连接座下方还滑动连接有可复位的卡块，卡块用于限制限位块滑动。

进一步地，驱动机构包括安装座，主轴箱内侧底部左右两侧分别设有可滑动的上齿条与下齿条，上齿条与上齿条侧边啮合连接，下齿条与下齿轮侧边啮合连接，上齿条与下齿条两端均设有固定在主轴箱上的安装座，且上齿条与下齿条滑动连接在安装座中，安装座内均设置有电磁铁一，上齿条与下齿条两端部位均为铁质材质，在电磁铁一将上齿条与下齿条向同向吸附时，其另一侧均与对应的电磁铁一相间隔，上齿轮的基圆半径大于下齿轮的基圆半径；主轴箱底部左右相应位置还固定安装有与卡块对应的电磁铁二，卡块为铁质材质，接通电磁铁二吸附卡块移动解除对限位块的移动限位，接通与上齿条和下齿条对应相间隔的电磁铁二，带动相应的上齿轮与下齿轮旋转相同齿数。

有益效果

1、本发明提供了一种多功能车铣复合Z轴机构，通过主轴电机采用倒置悬挂在滑枕前部的安装方式，降低了Z轴机构的整体高度，使重心更低，提高了在重载切削时Z轴进给的稳定性，同时也避免Z轴电机过高与机床产生干涉。

2、本发明提供了一种多功能车铣复合Z轴机构，通过驱动机构带动预紧机构自动调节上丝杆螺母与下丝杆螺母的间距，从而不必拆开主轴箱调节，直接自动调节消除滚珠丝杆的间隙，从而避免丝杆振动，达到更高精度。

3、本发明提供了一种多功能车铣复合Z轴机构，通过预紧机构的上齿轮与下齿轮齿差调隙的方式，从而能精确的对活动螺管与固定螺管间距进行调节，进而间接的调节了上丝杆螺母与下丝杆螺母的间距，配合驱动机构自动驱动预紧机构调节间距，避免传统双螺母螺纹、双螺母垫片等调隙方式调节精度差，且不能自动调节的问题。

附图说明

图1为本发明的整体前侧结构示意图。

图2为本发明的整体后侧结构示意图。

图3为本发明的滑枕与升降机构传动的示意图。

图4为本发明主轴旋转机构示意图。

图5为本发明图4中A处的放大示意图。

图6为本发明调隙机构的侧边示意图。

图7为本发明图6中B处的放大示意图。

图8为本发明图6的仰视示剖视示意图。

图1-8中：1-主轴箱、2-滑枕、3-光栅尺、4-主轴电机、5-变速箱、6-连接架、7-升降电机、8-减速机、9-连接座、10-丝杆、11-同步带、12-上主轴、13-下主轴、14-主轴连接杆、15-回转定位装置、16-固定销、17-上丝杆螺母、18-下丝杆螺母、19-活动螺管、20-上齿轮、21-固定螺管、22-转动块、23-下齿轮、24-限位块、241-上齿圈、242-下齿圈、25-卡块、26-安装座、27-电磁铁一、28-下齿条、29-上齿条、30-电磁铁二。

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、完整的描述，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。

如附图1至附图8所示，一种多功能车铣复合Z轴机构，包括主轴箱1，主轴箱1固接在车铣复合机床的相应X轴机构或Y轴机构上，且主轴箱1靠前侧位置中竖直滑动连接有滑枕2，滑枕2中设置有主轴旋转机构，主轴箱1靠后侧位置中设有升降机构，升降机构包括升降电机7，主轴箱1上固定安装有减速机8，减速机8上方固定安装有升降电机7，升降电机7用于驱动减速机8运动，减速机8的输出轴上固定安装有丝杆10，丝杆10底端转动连接在主轴箱1底部，丝杆10上设有相适配的上丝杆螺母17与下丝杆螺母18，上丝杆螺母17与下丝杆螺母18安装在连接座9上，连接座9固定在滑枕2后侧外壁上，通过升降电机7驱动减速机8转动，进而带动丝杆10转动，进而可带动主轴箱1中的滑枕2升降运动；上丝杆螺母17固接在连接座9上，具体的，上丝杆螺母17上方设有凸缘，可采用螺栓穿过凸缘来将上丝杆螺母17固接在连接座9上；下丝杆螺母18设置在连接座9下方，且连接座9下方设有预紧机构，预紧机构用于调节上丝杆螺母17与下丝杆螺母18的距离，进而可调节上丝杆螺母17与下丝杆螺母18对丝杆10的预紧力，进而可消除滚珠丝杆10的间隙；主轴箱1内设有用于驱动预紧机构运动的驱动机构，通过驱动机构带动预紧机构自动调节上丝杆螺母17与下丝杆螺母18的间距，从而不必拆开主轴箱1调节，直接自动调节消除滚珠丝杆10的间隙。

其中，如附图1至附图5所示，主轴旋转机构包括主轴电机4，滑枕2上端固接有连接架6，连接架6前方底部设有倒置的主轴电机4，滑枕2内上方转动连接有上主轴12，且滑枕2内下方转动连接有下主轴13，上主轴12与下主轴13之间固接有主轴连接杆14，主轴电机4与上主轴12之间设有传动机构；主轴电机4通过传动机构带动上主轴12与下主轴13转动；通过主轴电机4采用倒置悬挂在滑枕2前部的安装方式，降低了Z轴机构的整体高度，使重心更低，提高了在重载切削时Z轴进给的稳定性。

其中，如附图3至附图5所示，主轴电机4与传动机构之间设有变速箱5，变速箱5固接在连接架6上，且主轴电机4固定安装在变速箱5下方，变速箱5为现有结构；通过变速箱5的设置，提高了电机的输出扭矩，扩大了主轴电机4恒功率的调速范围，实现分段无级变速，以而满足在实际加工过程中不同材料及大小的工件所需达到的扭矩及转速。

其中，如附图3至附图5所示，传动机构包括同步带11与同步带轮，变速箱5输出轴上固接有同步带轮，上主轴12上端也固接有同步带轮，两同步带轮之外设有相适配的同步带11；通过同步带11的设置，使机床主轴出现过载打滑时能有效保护主轴，避免主轴因打滑造成损坏；同时，同步带11传动还具有结构简单、制造容易、安装简单、缓冲能力强等特点。

其中，如附图1所示，主轴箱1上固定安装有与滑枕2相适配的光栅尺3，通过光栅尺3检测Z轴的实际位移量与设定量的差值，形成闭环控制模式，起到补偿刀具运动误差，提高定位精度的作用。

其中，如附图6所示，连接座9上固接有固定销16，滑枕2上设有对应的销孔，连接座9用螺栓固定安装在滑枕2上；通过采用螺栓加固定销16的双重固定方式，解决了因主轴电机4位于滑枕2前部所带来的拉应力较大的问题，使Z轴在快速进给时震动降低，提高了加工精度及使用寿命。

其中，如附图5所示，连接架6上固定安装有回转定位装置15，回转定位装置15为现有机构，通过回转定位装置15的设置，实时监测上主轴12的转速，提高主轴高回转精度；通过设换刀原点，换刀时使主轴每次都准确停在固定不变的周向位置上，以保证自动换刀时刀柄与主轴的相对位置不变，提高刀具的重复安装精度。

其中，如附图6至附图7所示，作为预紧机构的一种具体的结构和实施方式为，预紧机构包括活动螺管19与固定螺管21，上丝杆螺母17与下丝杆螺母18之间设有平键限制其相对转动，下丝杆螺母18下侧伸出连接座9，且在下丝杆螺母18伸出部分外侧套设有活动螺管19，活动螺管19与下丝杆螺母18之间设有平键限制两者之间的相对转动，即活动螺管19可在下丝杆螺母18上滑动；活动螺管19外侧设有外螺纹，且在外侧设有与之螺纹连接的上齿轮20，上齿轮20下方转动连接有转动块22，转动块22下方固定连接有下齿轮23，下齿轮23通过转动块22转动连接在上齿轮20下方，且下齿轮23与上齿轮20旋转轴心重合，下丝杆螺母18下端固接有固定螺管21，固定螺管21中心轴与活动螺管19中心轴重合，且固定螺管21外侧也设有外螺纹，固定螺管21外侧设有的外螺纹与活动螺管19外侧设有的外螺纹相同，即螺距、外径、内径等参数均相同，下齿轮23螺纹连接在固定螺管21上；上齿轮20与下齿轮23的齿数不相同，连接座9下方前后两侧滑动连接有可复位的限位块24，限位块24内侧设有与上齿轮20外侧齿对应的上齿圈241，且限位块24内侧设有与下齿轮23外侧齿对应的下齿圈242；具体的，可通过在限位块24与连接座9之间设置复位弹簧实现其复位功能；前后两限位块24初始时其内侧的上齿圈241与上齿轮20前后两侧相应的齿重合，进而限制上齿轮20的转动，且前后两限位块24内侧的下齿圈242与下齿轮23前后两侧相应的齿重合，进而限制下齿轮23的转动，连接座9下方还滑动连接有可复位的卡块25，卡块25为“凹”字形，通过卡块25限制限位块24滑动，进而限制上齿轮20与下齿轮23的转动；当需要调节丝杆10螺母的预紧力时，先将左右连两侧的连接座9卡块25向外移动解除限位块24的限制，之后可通过将上齿轮20与下齿轮23向同一方向转动一个齿或数个齿，此时限位块24被顶开后又自动复位，在调节完毕后将卡块25复位重新限制限位块24的移动；此过程中活动螺管19与固定螺管21的之间的间距发生改变，固定螺管21固接在下丝杆螺母18上，进而可带动上丝杆螺母17与下丝杆螺母18之间的间距发生改变，进而可调节丝杆10螺母对滚珠丝杆10的预紧力，进而可通过调节消除滚珠丝杆10的间隙，避免丝杆10运动中发生振动，达到更高的精度；具体的，活动螺管19相对于固定螺管21的位移量的计算公式为：

Δ=n（1/-1/）S

n:上齿轮与下齿轮同向旋转过的齿数；：上齿轮齿数；：下齿轮齿数；S：固定 螺管的螺距。

具体的，可为99，可为100，S可为10mm,则每次上齿轮与下齿轮旋转过一个齿 数时，Δ≈1μm，即每次可调整1μm间距，具有很高的调整精度。

其中，如附图6至附图8所示，驱动机构包括安装座26，主轴箱1内侧底部左右两侧分别设有可滑动的上齿条29与下齿条28，上齿条29与上齿条29侧边啮合连接，下齿条28与下齿轮23侧边啮合连接，上齿条29与下齿条28两端均设有安装座26，安装座26固定在主轴箱1底部对应位置，上齿条29与下齿条28滑动连接在安装座26中，安装座26内均设置有电磁铁一27，上齿条29与下齿条28两端部位均为铁质材质，在电磁铁一27将上齿条29与下齿条28向同向吸附时，其另一侧均与对应的电磁铁一27相间隔，此时可通过丝杆10转动带动连接座9向下移动，进而带动上齿条29与下齿条28分别与上齿轮20与下齿轮23啮合连接；优选的，上齿轮20的基圆半径大于下齿轮23的基圆半径，从而避免连接座9向下移动时，上齿条29与下齿轮23产生干涉；主轴箱1底部左右相应位置还固定安装有与卡块25对应的电磁铁二30，卡块25为铁质材质，通过接通电磁铁二30带动卡块25移动解除对限位块24的移动限制，之后接通与上齿条29和下齿条28对应的相间隔的电磁铁二30，进而带动上齿轮20与下齿轮23均旋转相同齿数，具体可为旋转一个齿，此时限位块24也复位，断开电磁铁二30的通电，使得卡块25复位重新对限位块24进行移动限制；当需要调节多个齿时，只需重复上述步骤即可。

通过升降电机7带动减速机8运动，进而带动丝杆10转动，进而带动丝杆10上的连接座9产生竖直位移滑动，进而使得与连接座9固接的滑枕2上下升降移动；通过主轴电机4驱动变速箱5运动，变速箱5输出轴通过同步带轮和同步带11带动上主轴12与下主轴13转动，进而使得主轴刀具回转；在需要消除滚珠丝杆10间隙时，通过丝杆10转动带动连接座9向下移动，带动上齿条29与上齿轮20啮合，下齿条28与下齿条28啮合，接通电磁铁二30带动卡块25移动解除限位块24的移动限制，之后接通与上齿条29与下齿条28相间隔的电磁铁一27，进而带动上齿轮20与下齿轮23均旋转一个齿数，此时限位块24也复位，断开电磁铁二30的通电，使得卡块25复位重新对限位块24进行移动限制；当需要调节多个齿时，只需将连接座9重新上移，上齿条29与下齿条28重新复位后重复上述步骤即可。

Claims (9)

1.一种多功能车铣复合Z轴机构，包括主轴箱（1），所述主轴箱（1）靠前侧位置中竖直滑动连接有滑枕（2），所述滑枕（2）中设置有主轴旋转机构，所述主轴箱（1）靠后侧位置中设有升降机构，所述升降机构包括升降电机（7），所述主轴箱（1）上固定安装有减速机（8），所述减速机（8）上方固定安装有升降电机（7），所述减速机（8）的输出轴上固接有丝杆（10），所述丝杆（10）底端转动连接在主轴箱（1）底部，所述丝杆（10）上设有相适配的上丝杆螺母（17）与下丝杆螺母（18），所述上丝杆螺母（17）与下丝杆螺母（18）安装在连接座（9）上，所述连接座（9）固定在滑枕（2）后侧外壁上，其特征在于，所述上丝杆螺母（17）固接在连接座（9）上，所述下丝杆螺母（18）设置在连接座（9）下方，且连接座（9）下方设有用于调节上丝杆螺母（17）与下丝杆螺母（18）间距的预紧机构，所述主轴箱（1）内设有用于驱动预紧机构运动的驱动机构。

2.根据权利要求1所述的一种多功能车铣复合Z轴机构，其特征在于，所述主轴旋转机构包括主轴电机（4），所述滑枕（2）上端固接有连接架（6），所述连接架（6）前方底部设有倒置的主轴电机（4），所述滑枕（2）内上方转动连接有上主轴（12），且滑枕（2）内下方转动连接有下主轴（13），所述上主轴（12）与下主轴（13）之间固接有主轴连接杆（14），所述主轴电机（4）与上主轴（12）之间设有传动机构。

3.根据权利要求2所述的一种多功能车铣复合Z轴机构，其特征在于，所述主轴电机（4）与传动机构之间设有变速箱（5），所述变速箱（5）固接在连接架（6）上，且主轴电机（4）固定安装在变速箱（5）下方。

4.根据权利要求3所述的一种多功能车铣复合Z轴机构，其特征在于，所述传动机构包括同步带（11）与同步带轮，所述变速箱（5）输出轴上固接有同步带轮，所述上主轴（12）上端也固接有同步带轮，两同步带轮之外设有相适配的同步带（11）。

5.根据权利要求1所述的一种多功能车铣复合Z轴机构，其特征在于，所述主轴箱（1）上固定安装有与滑枕（2）相适配的光栅尺（3）。

6.根据权利要求1所述的一种多功能车铣复合Z轴机构，其特征在于，所述连接座（9）上固接有固定销（16），所述滑枕（2）上设有对应的销孔，所述连接座（9）用螺栓固定安装在滑枕（2）上。

7.根据权利要求2所述的一种多功能车铣复合Z轴机构，其特征在于，所述连接架（6）上固定安装有用于监测上主轴（12）转速的回转定位装置（15）。

8.根据权利要求1所述的一种多功能车铣复合Z轴机构，其特征在于，所述预紧机构包括活动螺管（19）与固定螺管（21），所述上丝杆螺母（17）与下丝杆螺母（18）之间设有平键限制其相对转动；所述下丝杆螺母（18）下侧伸出连接座（9），且在下丝杆螺母（18）伸出部分外侧套设有活动螺管（19），所述活动螺管（19）与下丝杆螺母（18）之间设有平键限制其相对转动；所述活动螺管（19）外侧设有外螺纹，且在外侧螺纹连接有上齿轮（20），所述上齿轮（20）下方转动连接有转动块（22），所述转动块（22）下方固接有下齿轮（23），所述下丝杆螺母（18）下端固接有固定螺管（21），所述固定螺管（21）外侧也设有外螺纹，且固定螺管（21）外侧设有的外螺纹与活动螺管（19）外侧设有的外螺纹相同，所述下齿轮（23）螺纹连接在固定螺管（21）上；所述上齿轮（20）与下齿轮（23）的齿数不相同，所述连接座（9）下方前后两侧滑动连接有可复位的限位块（24），所述限位块（24）内侧设有与上齿轮（20）外侧齿对应的上齿圈（241），且限位块（24）内侧设有与下齿轮（23）外侧齿对应的下齿圈（242）；所述连接座（9）下方还滑动连接有可复位的卡块（25），所述卡块（25）用于限制限位块（24）滑动。

9.根据权利要求8所述的一种多功能车铣复合Z轴机构，其特征在于，所述驱动机构包括安装座（26），所述主轴箱（1）内侧底部左右两侧分别设有可滑动的上齿条（29）与下齿条（28），所述上齿条（29）与上齿条（29）侧边啮合连接，所述下齿条（28）与下齿轮（23）侧边啮合连接，所述上齿条（29）与下齿条（28）两端均设有固定在主轴箱（1）上的安装座（26），且上齿条（29）与下齿条（28）滑动连接在安装座（26）中，所述安装座（26）内均设置有电磁铁一（27），所述上齿条（29）与下齿条（28）两端部位均为铁质材质，在电磁铁一（27）将上齿条（29）与下齿条（28）向同向吸附时，其另一侧均与对应的电磁铁一（27）相间隔，所述上齿轮（20）的基圆半径大于下齿轮（23）的基圆半径；所述主轴箱（1）底部左右相应位置还固定安装有与卡块（25）对应的电磁铁二（30），所述卡块（25）为铁质材质，接通电磁铁二（30）吸附卡块（25）移动解除对限位块（24）的移动限位，接通与上齿条（29）和下齿条（28）对应相间隔的电磁铁二（30），带动相应的上齿轮（20）与下齿轮（23）旋转相同齿数。