CN206690767U - 机械式变速主轴的五轴雕刻机 - Google Patents
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Abstract
本实用新型专利提供了一种机械式变速主轴的五轴雕刻机，其执行机构固定工具进行雕刻，所述的执行机构采用机械式变速电主轴(5)，所述的机械式变速电主轴(5)包括：永磁同步电机、联轴器、输入主轴(5‑1)、行星齿轮变速机构与输出夹头轴(5‑13)；永磁同步电机通过联轴器驱动输入主轴(5‑1)旋转，输入主轴(5‑1)通过行星齿轮变速机构连接并控制输出夹头轴(5‑13)三级变速旋转。搭载高速大扭矩电主轴的五轴联动雕刻机，能够实现复杂立体曲面除底面外的五面加工，精度高，功耗低且自动化程度高。
Description
技术领域
本实用新型涉及机械加工设备，具体为一种机械式变速主轴的五轴雕刻机。
背景技术
随着经济和科学技术的迅猛发展，在航空、航天、汽车机械、模具加工等技术领域中，复杂曲面零件的加工越来越多，复杂程度及加工精度要求越来越高，但现有的三轴联动数控机床很难完成复杂曲面加工，五轴联动加工是必然趋势。五轴联动加工能够弥补三轴加工刀具的加工误差，完成复杂立体曲面的五面加工，且自动化程度以及加工效率高。采用永磁同步电机机械式变速主轴能够实现高速大扭矩加工，较变频电机成本低、节能、加工效率高。
发明内容
本实用新型要解决的技术问题和提出的技术任务是弥补现有技术的不足，提供一种机械式变速主轴的五轴雕刻机，搭载高速大扭矩电主轴的五轴联动雕刻机，能够实现复杂立体曲面除底面外的五面加工，精度高，功耗低且自动化程度高。
本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：
一种机械式变速主轴的五轴雕刻机，其执行机构固定工具进行雕刻，所述的执行机构采用机械式变速电主轴5，所述的机械式变速电主轴5包括：永磁同步电机、联轴器、输入主轴5-1、行星齿轮变速机构与输出夹头轴5-13；
永磁同步电机通过联轴器驱动输入主轴5-1旋转，输入主轴5-1通过行星齿轮变速机构连接并控制输出夹头轴5-13三级变速旋转。
所述的星齿轮变速机构包括：行星架内齿轮一5-3、主轴外齿轮5-4、芯轴齿轮一5-5、行星架5-6、芯轴齿轮二5-7、夹头轴外齿轮5-8、推出装置5-9、行星架内齿轮二5-15、夹头轴内齿轮5-16、芯轴5-17、中心轮5-18、行星轮5-19与主轴内齿轮5-20；
所述输入主轴5-1通过第一深沟球轴承5-2安装于主轴壳体5-11上端，所述输入主轴5-1上固连外齿轮5-4和内齿轮5-20；所述芯轴5-17固定安装中心轮5-18、一对第二深沟球轴承5-21、芯轴齿轮一5-5、芯轴齿轮二5-7；所述行星架5-6两端固连行星架内齿轮一5-3和行星架内齿轮二5-15，行星架5-6上还有三个可以自转的行星轮5-19，行星架上安装两组第三深沟球轴承5-22实现自转；所述输出夹头轴5-13上固连夹头轴外齿轮5-8和夹头轴 内齿轮5-16，所述输出夹头轴5-13通过一组圆锥滚子轴承5-10安装于主轴壳体5-11下端；
推出装置5-9推动星齿轮变速机构的行星架5-6移动，控制输出夹头轴5-13三级变速旋转。
所述的推出装置5-9包括减速器5-9-1、推杆步进电机5-9-2、螺纹推杆5-9-3与螺纹导杆5-9-4；
所述的推出装置中步进电机5-9-2将动力经过减速器5-9-1降速增大扭矩传递给螺纹推杆5-9-3，驱动设于螺纹推杆5-9-3上的螺纹导杆5-9-4移动，带动推环5-9-5上升或下降，推动星齿轮变速机构的行星架5-6移动。
由上述本实用新型提供的技术方案可以看出，本实用新型实施例提供的一种机械式变速主轴的五轴雕刻机，搭载高速大扭矩电主轴的五轴联动雕刻机，能够实现复杂立体曲面除底面外的五面加工，精度高，功耗低且自动化程度高。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
图1为本实用新型实施例提供的机械式变速主轴的五轴雕刻机的整体示意图；
图2为本实用新型实施例提供的机械式变速主轴的五轴雕刻机的K向视图；
图3为本实用新型实施例提供的机械式变速主轴的机械式变速电主轴零件分解图；
图4为本实用新型实施例提供的机械式变速主轴的机械式变速电主轴半剖视图；
图5为本实用新型实施例提供的机械式变速主轴的推出装置示意图；
图6为本实用新型实施例提供的机械式变速主轴的控制系统示意图；
1、龙门架，2、X轴滑动系统，3、Z轴滑动系统，4、B轴转动系统，5、机械式变速电主轴，6、工作台，7、底座，8、C轴转动系统，9、Y轴滑动系统，5-1、输入主轴，5-2、第一深沟球轴承，5-3、行星架内齿轮一，5-4、主轴外齿轮，5-5、芯轴齿轮一，5-6、行星架，5-7、芯轴齿轮二，5-8、夹头轴外齿轮，5-9、推出装置，5-10、圆锥滚子轴承，5-11、主轴壳体，5-12、紧定环，5-13、输出夹头轴，5-14、密封圈，5-15、行星架内齿轮二，5-16、夹头轴内齿轮，5-17、芯轴，5-18、中心轮，5-19、行星轮，5- 20、主轴内齿轮，5-21、第二深沟球轴承，5-22、第三深沟球轴承；
注：5-9推出装置包括5-9-1、减速器，5-9-2、推杆步进电机，5-9-3、螺纹推杆，5-9-4、螺纹导杆。
具体实施方式
下面结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型的实施例，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，都属于本实用新型的保护范围。
下面将结合附图对本实用新型实施例作进一步地详细描述。
如图1到图2所示，一种机械式变速主轴的五轴雕刻机，包括底座7、工作台6、龙门架1、X轴滑动系统2、Y轴滑动系统9、Z轴滑动系统3、B轴转动系统4、C轴转动系统8与电控系统；所述底座7安装能够升降的基座；所述龙门架1的横梁与立柱以及立柱与底座7之间的连接采用齿嵌啮合的方式连接，通过螺栓在垂直的两个方向固定，提高龙门架1刚度。
Y轴滑动系统9的固定部件固定于底座7上，C轴转动系统8的固定部件固定于Y轴滑动系统9的移动部件上，工作台6固定于C轴转动系统8的转动部件上；龙门架1固定于底座7上，X轴滑动系统2的固定部件固定于龙门架1上方，Z轴滑动系统3的固定于X轴滑动系统2的移动部件上，B轴转动系统4的固定部件固定于Z轴滑动系统3的移动部件上，执行机构固定于B轴转动系统4的转动部件上；X轴滑动系统2、Y轴滑动系统9、Z轴滑动系统3、B轴转动系统4与C轴转动系统8均由各自的步进电机驱动，电控系统控制所有步进电机工作，驱动工作台6与执行机构协同工作；实现五轴雕刻。
如图3与图4所示，所述的执行机构采用机械式变速电主轴5，所述的机械式变速电主轴5包括：永磁同步电机、联轴器、输入主轴5-1、行星齿轮变速机构与输出夹头轴5-13；永磁同步电机通过联轴器驱动输入主轴5-1旋转，输入主轴5-1通过行星齿轮变速机构连接并控制输出夹头轴5-13三级变速旋转。输出转速的三档调节，满足大扭矩加工需求。
所述的星齿轮变速机构包括：行星架内齿轮一5-3、主轴外齿轮5-4、芯轴齿轮一5-5、行星架5-6、芯轴齿轮二5-7、夹头轴外齿轮5-8、推出装置5-9、行星架内齿轮二5-15、夹头轴内齿轮5-16、芯轴5-17、中心轮5-18、行星轮5-19与主轴内齿轮5-20；
所述输入主轴5-1通过第一深沟球轴承5-2安装于主轴壳体5-11上端，所述输入主轴5- 1上固连外齿轮5-4和内齿轮5-20；所述芯轴5-17固定安装中心轮5-18、一对第二深沟球轴承5-21、芯轴齿轮一5-5、芯轴齿轮二5-7；所述行星架5-6两端固连行星架内齿轮一5-3和行星架内齿轮二5-15，行星架5-6上还有三个可以自转的行星轮5-19，行星架上安装两组第三深沟球轴承5-22实现自转；所述输出夹头轴5-13上固连夹头轴外齿轮5-8和夹头轴内齿轮5-16，所述输出夹头轴5-13通过一组圆锥滚子轴承5-10安装于主轴壳体5-11下端；具体的通过所述紧定环5-12螺栓连接在主轴壳体5-11上，密封圈5-14防止外界污染；输出夹头轴5-13安装铣刀等加工工具，圆锥滚子轴承5-10能够降低或消除铣刀对电机轴的轴向力。
如图5所示，推出装置5-9推动星齿轮变速机构的行星架5-6移动，控制输出夹头轴5-13三级变速旋转。所述的推出装置5-9包括减速器5-9-1、推杆步进电机5-9-2、螺纹推杆5-9-3与螺纹导杆5-9-4；所述的推出装置中步进电机5-9-2将动力经过减速器5-9-1降速增大扭矩传递给螺纹推杆5-9-3，驱动设于螺纹推杆5-9-3上的螺纹导杆5-9-4移动，带动推环5-9-5上升或下降，推动星齿轮变速机构的行星架5-6移动。具体的单片机通过继电器控制推出装置内推杆步进电机5-9-2动作，推杆步进电机5-9-2带动螺纹推杆5-9-3推出或收回，改变行星架5-6相对位置，进而改变齿轮变速机构的齿轮相对位置，实现不同齿轮啮合，完成变速。
机械式变速电主轴5如附图5所示位置时，主轴外齿轮5-4与行星架内齿轮一5-3啮合，动力经行星架内齿轮二5-15传递给夹头轴外齿轮5-8，此时芯轴空转，刀头实现中速加工；当螺纹推杆5-9-3推出时，行星齿轮系上移，主轴内齿轮5-20与芯轴齿轮一5-5啮合，动力经中心轮5-18传递给行星轮5-19，带动行星架5-6运动，行星架内齿轮5-15与夹头轴外齿轮5-8啮合，实现低速加工；当螺纹推杆5-9-3收回时，行星齿轮系下移，主轴外齿轮5-4与行星架内齿轮一5-3啮合，行星架5-6旋转，带动行星轮5-19转动，与行星轮5-19啮合的中心轮5-18将动力经芯轴齿轮二5-7传递给夹头轴内齿轮5-16，实现高速加工。
上文中，所述Y轴滑动系统9由步进电机、同步轮、同步带、平行导轨、滚珠丝杠、滚珠丝杠螺母、螺母座及滑动平台构成，步进电机驱动滚珠丝杠转动，滚珠丝杠螺母将转动转换为直线运动，带动与螺母座固连的滑动平台移动，滑动平台底座为Y轴滑动系统9的固定部件，滑动平台滑动件为Y轴滑动系统9的移动部件。
所述C轴转动系统由步进电机、蜗轮蜗杆减速器构成，蜗轮蜗杆减速器固连在滑动平台滑动件上；所述工作台6为圆形，上面开有T型槽，可搭载虎钳或者卡盘等夹具，实现对工件的夹紧，工作台6固连在C轴转动系统的蜗轮蜗杆减速器输出轴上；
X轴滑动系统2由滑鞍、步进电机、同步轮、同步带、平行导轨、滚珠丝杠、滚珠丝杠螺母、螺母座等构成，步进电机通过同步轮、同步带驱动滚珠丝杠转动，滚珠丝杠螺母将转动转换为直线运动，带动与螺母座固连的滑鞍移动，X轴滑动系统2安装在龙门架1上；滑鞍为X轴滑动系统2的移动部件。
所述Z轴滑动系统3由滑枕、步进电机、同步轮、同步带、平行导轨、滚珠丝杠、滚珠丝杠螺母、螺母座等构成，步进电机通过同步轮、同步带驱动滚珠丝杠转动，滚珠丝杠螺母将转动转换为直线运动，带动与螺母座固连的滑枕移动，Z轴滑动系统3安装在X轴滑动系统2滑鞍上；
所述B轴转动系统由步进电机、蜗轮蜗杆减速器构成，固连在Z轴滑动系统3滑枕上；
所述机械式变速电主轴5在内的工作头通过固定架固连B轴转动系统在蜗轮蜗杆减速器输出轴上；
如图6所示，所述电控系统包括PC机、并口六轴MACH3运动板、五个电机驱动器、单片机最小系统，PC机通过25针并口线连接MACH3运动板，运动板分别连接五个轴的电机驱动器，分别驱动一个步进电机，实现五轴联动；单片机最小系统连接继电器，控制电主轴推出装置步进电机动作，改变不同齿轮啮合，实现变速。
以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
Claims (3)
1.一种机械式变速主轴的五轴雕刻机，其执行机构固定工具进行雕刻，其特征在于：所述的执行机构采用机械式变速电主轴(5)，所述的机械式变速电主轴(5)包括：永磁同步电机、联轴器、输入主轴(5-1)、行星齿轮变速机构与输出夹头轴(5-13)；
永磁同步电机通过联轴器驱动输入主轴(5-1)旋转，输入主轴(5-1)通过行星齿轮变速机构连接并控制输出夹头轴(5-13)三级变速旋转。
2.根据权利要求1所述的机械式变速主轴的五轴雕刻机，其特征在于，所述的星齿轮变速机构包括：行星架内齿轮一(5-3)、主轴外齿轮(5-4)、芯轴齿轮一(5-5)、行星架(5-6)、芯轴齿轮二(5-7)、夹头轴外齿轮(5-8)、推出装置(5-9)、行星架内齿轮二(5-15)、夹头轴内齿轮(5-16)、芯轴(5-17)、中心轮(5-18)、行星轮(5-19)与主轴内齿轮(5-20)；
所述输入主轴(5-1)通过第一深沟球轴承(5-2)安装于主轴壳体(5-11)上端，所述输入主轴(5-1)上固连外齿轮(5-4)和内齿轮(5-20)；所述芯轴(5-17)固定安装中心轮(5-18)、一对第二深沟球轴承(5-21)、芯轴齿轮一(5-5)、芯轴齿轮二(5-7)；所述行星架(5-6)两端固连行星架内齿轮一(5-3)和行星架内齿轮二(5-15)，行星架(5-6)上还有三个可以自转的行星轮(5-19)，行星架上安装两组第三深沟球轴承(5-22)实现自转；所述输出夹头轴(5-13)上固连夹头轴外齿轮(5-8)和夹头轴内齿轮(5-16)，所述输出夹头轴(5-13)通过一组圆锥滚子轴承(5-10)安装于主轴壳体(5-11)下端；
推出装置(5-9)推动星齿轮变速机构的行星架(5-6)移动，控制输出夹头轴(5-13)三级变速旋转。
3.根据权利要求2所述的机械式变速主轴的五轴雕刻机，其特征在于，所述的推出装置(5-9)包括减速器(5-9-1)、推杆步进电机(5-9-2)、螺纹推杆(5-9-3)与螺纹导杆(5-9-4)；
所述的推出装置中步进电机(5-9-2)将动力经过减速器(5-9-1)降速增大扭矩传递给螺纹推杆(5-9-3)，驱动设于螺纹推杆(5-9-3)上的螺纹导杆(5-9-4)移动，带动推环(5-9-5)上升或下降，推动星齿轮变速机构的行星架(5-6)移动。
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| GR01 | Patent grant | ||
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
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Granted publication date: 20171201 |