CN201684975U - 一种五轴联动c轴可任意旋转的双回转摆动铣头 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种五轴联动C轴可任意旋转的双回转摆动铣头，其特征在于，在旋转轴轴体的上部及下部分别套有至少三层层叠的上导电滑环及下导电滑环，在金属壳体的上部及下部分别设有至少三层层叠的上碳刷及下碳刷，在旋转轴轴体位于层叠的上导电滑环与层叠的下导电滑环之间的部分外套有至少三层旋转管路，在金属壳体上设有至少三层环形接头，每层旋转管路与每层环形接头一一对应且通过密封部件密封，在每层旋转管路及每层环形接头上分别引出有一根输出管和一根输入管。本实用新型的优点是：旋转轴可作任意圈数旋转。

Description

一种五轴联动C轴可任意旋转的双回转摆动铣头

技术领域

本实用新型涉及一种具有五轴联动加工能力的数控机床中的回转部件。

背景技术

目前国内机械行业在加工曲面中都是球刀“点加工”，美欧已发展到用铣刀侧刃“线加工”(如欧盟Flank Milling Optimization项目)和盘刀“面加工”，工效可提高十倍以上；特别在加工旋转曲面时，盘刀“面加工”比球刀“点加工”的工效高几十倍。一个直径5米旋转抛物面罩(如大型运载火箭的整流罩)的加工，采用盘刀“面加工”的工艺需一、二天的话，球刀“点加工”就要一个月以上。

在具有五轴联动(实现“3+2”)加工能力的数控机床上，数控系统使加工刀具的轴线，始终垂直于工件被加工曲面的法线和前进方向，就能实现“线加工”；使加工刀具的轴线，始终重合于工件被加工曲面的法线，就能实现“面加工”(也称“法向加工”)。

这种装置安装在机床滑枕上能实现：铣头主轴绕C轴旋转，绕A轴(或B轴)摆动，并在数控系统的控制下，实现“3+2”的五轴联动功能部件，该装置被称为“双回转摆动铣头”。

这是一个三层结构的机械部件，上层是水平旋转的C轴，中间是T型铣头体和控制它来回摆动的A轴(或B轴)，下层是T型铣头体的主轴箱和主轴。上层C轴旋转时中间层和下层跟着一起同步旋转。

由于安装在C轴下的摆动头A轴(或B轴)和主轴所需要的传感器信号和通讯数据、动力电源、压缩空气、冷却水、液压油都是从滑枕上传输下来的。这些传输要用屏蔽线缆和高压管路穿过C轴到达A轴，其中一部分还要通过A轴到达主轴。当C轴转动角度超过一定圈数时，这些线缆和管路就会受损，所以C轴转动角度都限止在±360°(±1圈左右)。

实际加工中，大多数的曲面都需要C轴连续旋转好几圈，特别是加工大型球面、椭圆面、抛物面等旋转曲面，必须连续旋转成百上千圈。如果C轴不能作任意圈数的旋转时，就要在接近一圈时，产生一个断点，增加一个“退刀→C轴复位→再进刀到退出点→继续加工”这么一个动作。不仅精度、效率受影响，还会在断点处留下无法去除的接刀痕。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种旋转轴可作任意圈数旋转的双回转摆动铣头。

为了达到上述目的，本实用新型的技术方案是提供了一种五轴联动C轴可任意旋转的双回转摆动铣头，包括设于金属壳体内的旋转轴轴体，旋转轴轴体设于轴体座上，在旋转轴轴体内设有旋转轴，在旋转轴轴体的底部设有绕摆动轴摆动的主轴箱，在主轴箱上设有安装刀具的主轴，其特征在于，在旋转轴轴体的上部及下部分别套有至少三层层叠的上导电滑环及下导电滑环，在金属壳体的上部及下部分别设有至少三层层叠的上碳刷及下碳刷，上碳刷的层数与上导电滑环的层数相同，下碳刷的层数与下导电滑环的层数相同，每个上导电滑环分别与位于同一平面的并联的至少三个上碳刷滑动接触，每个下导电滑环分别与位于同一平面的并联的至少三个下碳刷滑动接触，一根强电输入电缆贯穿金属壳体与同一平面的并联的至少三个上碳刷相连接，一根弱电输入电缆贯穿金属壳体与同一平面的并联的至少三个下碳刷相连接，在每个上导电滑环及下导电滑环上分别引出有一根强电输出电缆及弱电输出电缆，在旋转轴轴体位于层叠的上导电滑环与层叠的下导电滑环之间的部分外套有至少三层旋转管路，在金属壳体上设有至少三层环形接头，每层旋转管路与每层环形接头一一对应且通过密封部件密封，在每层旋转管路及每层环形接头上分别引出有一根输出管和一根输入管，旋转轴通过齿轮传动部件将动力传递给主轴箱。

进一步，所述每层上导电滑环之间两两绝缘，所述每层下导电滑环之间两两绝缘，所述每层下碳刷之间两两绝缘，所述每层上碳刷之间两两绝缘。

所述位于同一平面的并联的至少三个下碳刷具有不同共振频率；所述位于同一平面的并联的至少三个上碳刷具有不同共振频率。

所述环形接头及所述旋转管路由金属制成，在金属壳体的内壁上设有金属凸起，环形接头设于所述金属凸起上，环形接头、旋转管路及金属凸起将金属壳体的内部空间划分为上下二个电磁信号完全隔离的空间。

所述旋转管路包括第一环形基体，在第一环形基体的前端面上开有第一环形凹槽，在第一环形基体的后端设有下级管接口，输出管与下级管接口相连，第一环形凹槽与下级管接口之间通过第一通孔相通；

所述环形接头包括第二环形基体，在第二环形基体的后端面上开有第二环形凹槽，在第二环形基体的前端设有上级管接口，输入管贯穿金属壳体与上级管接口相连，第二环形凹槽与上级管接口之间通过第二通孔相通；

在第一环形基体的后端与第二环形基体的前端之间设有上下两个用于密封的环形密封圈。

本实用新型保证了C轴可作任意圈数的旋转，不受安装在其上的摆动头A轴(或B轴)和主轴需要电力(动力和数据)、流体(气动和液压)的影响。当C轴旋转时，电力(动力和数据)传递不会中断也不受干扰；流体(气动和液压)的传递不会变压也不会泄漏。。

本实用新型的优点是：旋转轴可作任意圈数旋转。

附图说明

图1为本实用新型提供的一种五轴联动C轴可任意旋转的双回转摆动铣头的结构示意图；

图2为对称分布四碳刷并联的导电滑环及碳刷示意图

图3为旋转管路及环形接头示意图；

具体实施方式

以下结合实施例来具体说明本实用新型。

实施例

如图1所示，为本实用新型提供的一种五轴联动C轴可任意旋转的双回转摆动铣头，包括设于金属壳体内的旋转轴轴体3，在实际运用中可以将滑枕作为金属壳体24，旋转轴轴体3设于轴体座23上，在旋转轴轴体3内设有旋转轴15，在旋转轴轴体3的底部设有绕摆动轴22摆动的主轴箱11，在主轴箱11上设有安装刀具的主轴12。

在旋转轴轴体3的上部及下部分别套有至少三层层叠的上导电滑环2及下导电滑环10，在金属壳体24的上部及下部分别设有至少三层层叠的上碳刷及下碳刷，上碳刷的层数与上导电滑环2的层数相同，下碳刷的层数与下导电滑环10的层数相同。

每个上导电滑环2分别与位于同一平面的并联的至少三个上碳刷滑动接触，每个下导电滑环2分别与位于同一平面的并联的至少三个下碳刷滑动接触。如图2所示，在本实施例中，每个上导电滑环2分别与位于同一平面的并联的四个上碳刷滑动接触，每个下导电滑环2分别与位于同一平面的并联的四个下碳刷滑动接触。每层上导电滑环2之间两两绝缘，每层下导电滑环10之间两两绝缘，所述每层下碳刷之间两两绝缘，所述每层上碳刷之间两两绝缘。位于同一平面的并联的四个下碳刷具有不同共振频率；所述位于同一平面的并联的四个上碳刷具有不同共振频率。

一根强电输入电缆贯穿金属壳体与同一平面的并联的四个上碳刷相连接，一根弱电输入电缆贯穿金属壳体与同一平面的并联的四个下碳刷相连接，在每个上导电滑环2及下导电滑环10上分别引出有一根强电输出电缆及弱电输出电缆。上导电滑环的层数等于需要用到的强电电缆的根数，下导电滑环的层数等于需要用到的弱电电缆的根数。

在旋转轴轴体3位于层叠的上导电滑环2与层叠的下导电滑环10之间的部分外套有至少三层旋转管路5。在本实施例中，旋转管路5具有四层，分别用于传递压缩空气、冷却水及两路液压油。在金属壳体24上设有四层环形接头6，每层旋转管路5与每层环形接头6一一对应且通过密封部件密封，在每层旋转管路5及每层环形接头6上分别引出有一根输出管和一根输入管，旋转轴15通过齿轮传动部件将动力传递给主轴箱11。

所述环形接头6及所述旋转管路5由金属制成，在金属壳体的内壁上设有金属凸起，环形接头6设于所述金属凸起上，环形接头6、旋转管路5及金属凸起将金属壳体的内部空间划分为上下二个电磁信号完全隔离的空间。

如图3所示，旋转管路5包括第一环形基体29，在第一环形基体29的前端面上开有第一环形凹槽25，在第一环形基体29的后端设有下级管接口26，输出管与下级管接口26相连，第一环形凹槽25与下级管接口26之间通过第一通孔30相通；

环形接头6包括第二环形基体31，在第二环形基体31的后端面上开有第二环形凹槽33，在第二环形基体31的前端设有上级管接口27，输入管贯穿金属壳体24与上级管接口27相连，第二环形凹槽33与上级管接口27之间通过第二通孔32相通；

在第一环形基体29的后端与第二环形基体31的前端之间设有上下两个用于密封的环形密封圈28。

从图1中可知，“上导电滑环+碳刷”、“旋转管路+环形接头”和“下导电滑环+碳刷”都安装在滑枕内。在旋转轴轴体3任意旋转的时候，上导电滑环2、旋转管路5和下导电滑环10同步旋转：摆动头A轴或B轴和主轴所需的动力电源通过安装在滑枕体上的上碳刷和旋转中的上导电滑环2之间的滑动接触面来传递；所需的数据信号通过安装在滑枕体上的下碳刷和旋转中的下导电滑环10之间的滑动接触面来传递：所需的流体，主要为气动和液压，通过安装在滑枕体上的环形接头6和旋转中的旋转管路5之间的橡胶密封空间来传递。

旋转管路5+环形接头6部件是一个金属件，对电波有屏蔽作用，其位置在二个导电滑环+碳刷的中间，外圆形状与滑枕体内孔相配，与滑枕一起把导电滑环+碳刷分隔在上下二个电磁信号完全隔离的空间，一个传递会产生干扰信号的动力电源，另一个传递怕受干扰的数据信号，通过这样一个电磁信号的隔离，就能基本保证传递到数控系统的数据信号不受干扰。

机床滑枕在铣头加工工件时，震动很大，本实施例用四碳刷对称并联结构和调整碳刷弹簧性能就可解决震动产生的瞬间脱离。还有一种可能是碳刷产生共振，引起导电滑环和碳刷间的接触面在共振中会有瞬间的脱离，引起信号中断使数控系统工作不正常。环形接头6和旋转管路5之间的橡胶密封空间是有弹性的，不会有瞬间的脱离。本实用新型选用四个具有不同共振频率的碳刷，组成一个具有对称分布的四碳刷并联结构来传递信号，消除了这些瞬间的脱离现象。

综上所述，本实用新型的特点在于：

1、采用装在独立电磁屏蔽腔里的“上导电滑环+碳刷”结构，传递传感器信号和通讯数据，能把这些传感器信号和通讯数据不受干扰地从滑枕上正确传递下来；

2、采用装在独立电磁屏蔽腔里的“下导电滑环+碳刷”结构，传递动力电源，能把动力电源从滑枕上正确传递下来，不发出电磁干扰波；

3、采用“旋转管路+环形接头”的结构，能把压缩空气、冷却水、液压油等无泄漏地从滑枕上正常传递下来；

4、独立电磁屏蔽腔是利用“旋转管路+环形接头”部件，这是一个金属件，对电波有屏蔽作用，其位置放在“导电滑环+碳刷”的中间，外圆形状与滑枕内孔相配，把“导电滑环+碳刷”分隔成上下二部分，形成二个独立的电磁屏蔽腔，起一个电磁信号隔离作用，把会产生干扰信号的动力电源，和怕受干扰的传感器信号、通讯数据分隔开来，这样就能保证这些信号和数据不受干扰地从滑枕上正确传递下来。

Claims (5)

1.一种五轴联动C轴可任意旋转的双回转摆动铣头，包括设于金属壳体内的旋转轴轴体(3)，旋转轴轴体(3)设于轴体座(23)上，在旋转轴轴体(3)内设有旋转轴(15)，在旋转轴轴体(3)的底部设有绕摆动轴(22)摆动的主轴箱(11)，在主轴箱(11)上设有安装刀具的主轴(12)，其特征在于，在旋转轴轴体(3)的上部及下部分别套有至少三层层叠的上导电滑环(2)及下导电滑环(10)，在金属壳体的上部及下部分别设有至少三层层叠的上碳刷及下碳刷，上碳刷的层数与上导电滑环(2)的层数相同，下碳刷的层数与下导电滑环(10)的层数相同，每个上导电滑环(2)分别与位于同一平面的并联的至少三个上碳刷滑动接触，每个下导电滑环(2)分别与位于同一平面的并联的至少三个下碳刷滑动接触，一根强电输入电缆贯穿金属壳体与同一平面的并联的至少三个上碳刷相连接，一根弱电输入电缆贯穿金属壳体与同一平面的并联的至少三个下碳刷相连接，在每个上导电滑环(2)及下导电滑环(2)上分别引出有一根强电输出电缆及弱电输出电缆，在旋转轴轴体(3)位于层叠的上导电滑环(2)与层叠的下导电滑环(10)之间的部分外套有至少三层旋转管路(5)，在金属壳体上设有至少三层环形接头(6)，每层旋转管路(5)与每层环形接头(6)一一对应且通过密封部件密封，在每层旋转管路(5)及每层环形接头(6)上分别引出有一根输出管和一根输入管。

2.如权利要求1所述的一种五轴联动C轴可任意旋转的双回转摆动铣头，其特征在于，所述每层上导电滑环(2)之间两两绝缘，所述每层下导电滑环(10)之间两两绝缘，所述每层下碳刷之间两两绝缘，所述每层上碳刷之间两两绝缘。

3.如权利要求1所述的一种五轴联动C轴可任意旋转的双回转摆动铣头，其特征在于，所述位于同一平面的并联的至少三个下碳刷具有不同共振频率；所述位于同一平面的并联的至少三个上碳刷具有不同共振频率。

4.如权利要求1所述的一种五轴联动C轴可任意旋转的双回转摆动铣头，其特征在于，所述环形接头(6)及所述旋转管路(5)由金属制成，在金属壳体的内壁上设有金属凸起，环形接头(6)设于所述金属凸起上，环形接头(6)、旋转管路(5)及金属凸起将金属壳体的内部空间划分为上下二个电磁信号完全隔离的空间。

5.如权利要求1所述的一种五轴联动C轴可任意旋转的双回转摆动铣头，其特征在于，所述旋转管路(5)包括第一环形基体(29)，在第一环形基体(29)的前端面上开有第一环形凹槽(25)，在第一环形基体(29)的后端设有下级管接口(26)，输出管与下级管接口(26)相连，第一环形凹槽(25)与下级管接口(26)之间通过第一通孔(30)相通；

所述环形接头(6)包括第二环形基体(31)，在第二环形基体(31)的后端面上开有第二环形凹槽(33)，在第二环形基体(31)的前端设有上级管接口(27)，输入管贯穿金属壳体(24)与上级管接口(27)相连，第二环形凹槽(33)与上级管接口(27)之间通过第二通孔(32)相通；

在第一环形基体(29)的后端与第二环形基体(31)的前端之间设有上下两个用于密封的环形密封圈(28)。

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