CN208117351U

CN208117351U - 轻型带气动刹车的力矩电机五轴头

Info

Publication number: CN208117351U
Application number: CN201820518443.3U
Authority: CN
Inventors: 相舜元
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2018-04-12
Filing date: 2018-04-12
Publication date: 2018-11-20
Anticipated expiration: 2028-04-12

Abstract

本实用新型公开了一种轻型带气动刹车的力矩电机五轴头，包括BC摆头外壳、B轴机构、C轴机构和电主轴，C轴机构包括C轴力矩电机和C轴气动刹车器，C轴气动刹车器设置在C轴力矩电机侧以使C轴力矩电机能够通过C轴气动刹车器进行制动；所述C轴力矩电机非驱动端连接BC摆头外壳，BC摆头外壳内装置所述B轴机构，B轴机构包括B轴力矩电机和B轴气动刹车器，B轴气动刹车器设置在B轴力矩电机侧以使B轴力矩电机能够通过B轴气动刹车器进行制动；B轴力矩电机输出轴连接所述电主轴。本实用新型通过气动刹车器实现BC轴的锁止，结构紧凑，锁止扭矩大；非常适用于轻型五轴头的使用。

Description

轻型带气动刹车的力矩电机五轴头

技术领域

本实用新型属于数字机床设备技术领域，具体涉及一种轻型带气动刹车的力矩电机五轴头。

背景技术

五轴头是高端数控加工中心设备中的核心部件，由两个回转轴组成，继而带动电主轴进行机床切削运动。目前，传统的BC双摆五轴头主要由BC轴机构以及电主轴构成，其BC轴的传动方式大多采用齿轮传动、涡轮蜗杆传动、精密减速机传动等，其中齿轮传动容易产生背隙，影响加工精度；蜗轮蜗杆传动的传动效率低，发热量大，传动效率一般且磨损比较大，影响机床的刚度和精度保持；精密减速机无法适应大扭矩工作。

并且，一方面，传统BC双摆五轴头为了满足一定的加工精度要求，往往需要五轴头自身具有较大刚度，在设计的时候，传统机械式减速传动零件较多，再加上需要液压锁紧机构对BC两个回转轴实现锁紧/放松，造成整个五轴头体积大，重量大，驱动耗能高；另一方面，锁止BC轴需要使用液压站为液压锁紧机构提供压力源，零件复杂，这种五轴头不适用于轻型高速加工。

有鉴于此，特提出本实用新型。

实用新型内容

本实用新型为解决上述现有技术中的不足，提供一种轻型带气动刹车的力矩电机五轴头，结构紧凑，锁止扭矩大，提高运行效率。

为解决上述技术问题，本实用新型采用技术方案的基本构思是：

一种轻型带气动刹车的力矩电机五轴头，包括BC摆头外壳、B轴机构、C轴机构和电主轴，C轴机构包括C轴力矩电机和C轴气动刹车器，C轴气动刹车器设置在C轴力矩电机侧以使C轴力矩电机能够通过C轴气动刹车器进行制动；所述C轴力矩电机非驱动端连接BC摆头外壳，BC摆头外壳内装置所述B轴机构，B轴机构包括B轴力矩电机和B轴气动刹车器，B轴气动刹车器设置在B轴力矩电机侧以使B轴力矩电机能够通过B轴气动刹车器进行制动；B轴力矩电机输出轴连接所述电主轴。

进一步的，上述的轻型带气动刹车的力矩电机五轴头中：所述C轴力矩电机包括C轴力矩电机外壳、C轴力矩电机定子、C轴力矩电机转子以及C轴转子轴；C轴力矩电机外壳下端固定连接C轴转台轴承，上端固定连接C轴气动刹车固定板，C轴气动刹车固定板为环形板，其内环固定C轴深沟球轴承；C轴力矩电机外壳内固定所述C轴力矩电机定子，C轴力矩电机转子装置在C轴力矩电机定子内，该转子一端固定在C轴转台轴承内环，另一端固定在C轴深沟球轴承内环，C轴力矩电机转子与其内设置的C轴转子轴胶接固定；C轴转子轴的外伸端通过B轴固定板连接BC摆头外壳。

进一步的，上述的轻型带气动刹车的力矩电机五轴头中：所述C轴气动刹车固定板上固定所述C轴气动刹车器，C轴气动刹车器用于锁止C轴转子轴；C轴气动刹车器为气动钳夹，C轴气动刹车器进气口设置在C轴力矩电机上方以外接高压气源。

进一步的，上述的轻型带气动刹车的力矩电机五轴头中：所述C轴力矩电机顶端设置有C轴角度编码器，该角度编码器固定在C轴转子轴上，C轴角度编码器的读数头设置在C轴力矩电机外壳上。

优选的，上述的轻型带气动刹车的力矩电机五轴头中：所述C轴角度编码器为圆光栅编码器。

进一步的，上述的轻型带气动刹车的力矩电机五轴头中：所述B轴力矩电机包括B轴力矩电机定子、B轴力矩电机转子以及B轴转子轴；BC摆头外壳一端固定连接B轴转台轴承，BC摆头外壳内靠近B轴力矩电机驱动端的位置处固定连接B轴气动刹车固定板，B轴气动刹车固定板为环形板，其内环固定有B轴深沟球轴承；BC摆头外壳内固定所述B轴力矩电机定子，B轴力矩电机转子装置在B轴力矩电机定子内，该转子一端固定在B轴转台轴承内环，另一端固定在B轴深沟球轴承内环，B轴力矩电机转子与其内设置的B轴转子轴胶接固定；B轴转子轴的外伸端通过电主轴安装板连接电主轴。

进一步的，上述的轻型带气动刹车的力矩电机五轴头中：所述B轴气动刹车固定板上固定所述B轴气动刹车器，B轴气动刹车器用于锁止B轴转子轴；C轴气动刹车器为气动钳夹，B轴气动刹车器进气口设置在B轴力矩电机驱动端的外壳上以外接高压气源。

进一步的，上述的轻型带气动刹车的力矩电机五轴头中：所述B轴力矩电机驱动端设置有C轴角度编码器，该角度编码器固定在B轴转子轴上，B轴角度编码器的读数头设置在B轴力矩电机驱动端。

优选的，上述的轻型带气动刹车的力矩电机五轴头中：所述B轴角度编码器为圆光栅编码器。

采用上述技术方案后，本实用新型与现有技术相比具有以下有益效果：

本实用新型轻型带气动刹车的力矩电机五轴头，通过气动刹车器实现BC轴的锁止，相对于传统采用液压锁紧机构的五轴头，本实用新型五轴头结构紧凑，锁止扭矩大。非常适用于轻型五轴头的使用；同时BC轴机构中，采用力矩电机直联，无减速传动机构，提高了系统的运行效率；同时配合圆光栅编码器，极大提高了BC轴旋转精度；采用转台轴承支撑力矩电机，满足系统高刚性、高精度、高寿命的要求。

附图说明

图1是本实用新型提供的一种轻型带气动刹车的力矩电机五轴头结构示意图；

图2是图1中所示轻型带气动刹车的力矩电机五轴头的剖视图；

图3为图1中所示C轴气动刹车器一个具体实施例的结构示意图；

图4是图3中所示C轴气动刹车器解除对C轴转子轴锁定的示意图；

图5是图3中所示C轴气动刹车器锁止C轴转子轴的示意图；

图中：

1-C轴气动刹车器；2-C轴力矩电机转子；3-C轴力矩电机定子；4-C轴力矩电机外壳；5-C轴转台轴承；6-B轴固定板；7-C轴转子轴；8-C轴气动刹车固定板；9-C轴深沟球轴承；10-冷却水进出口；11-读数头；12-C轴角度编码器；13-进气口；14-B轴气动刹车固定板；15-冷却水进出口；16-B轴深沟球轴承；17-读数头；18-BC摆头外壳；19-B轴角度编码器；20-进气口；21-B轴气动刹车器；22-B轴转子轴；23-B轴力矩电机转子；24-B轴力矩电机定子；25-B轴转台轴承；26-电主轴固定板；27-电主轴；28-弹性皮腔；29-缸体；30-钳夹颚

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，对本实用新型作进一步说明，以助于理解本实用新型的内容。

如图1所示，一种轻型带气动刹车的力矩电机五轴头，包括BC摆头外壳18、B轴机构、C轴机构和电主轴27，C轴机构非驱动端连接BC摆头外壳18使得BC摆头外壳18在C轴机构驱动下绕C轴旋转；B轴机构设置于BC摆头外壳18内，B轴机构的输出轴连接电主轴27。C轴与B轴垂直。

C轴机构包括C轴力矩电机和C轴气动刹车器1，C轴气动刹车器1设置在C轴力矩电机侧，C轴力矩电机能够通过C轴气动刹车器1实现制动。

本实施例中，C轴力矩电机为内转子力矩电机以驱动BC摆头转动；C轴力矩电机包括C轴力矩电机外壳4、C轴力矩电机定子3、C轴力矩电机转子2以及C轴转子轴7；C轴力矩电机外壳4下端固定连接C轴转台轴承5，上端固定连接C轴气动刹车固定板8，C轴气动刹车固定板8为环形板，其内环固定C轴深沟球轴承9。

C轴力矩电机外壳4内固定所述C轴力矩电机定子3，并在二者中间装有冷却水路，冷却水路的冷却水进出口10位于C轴力矩电机上方；所述C轴力矩电机转子2装置在C轴力矩电机定子3内，该转子下端固定在C轴转台轴承5内环，且上端固定在C轴深沟球轴承9内环，C轴力矩电机转子2与其内设置的C轴转子轴7胶接固定。C轴转子轴7的外伸端通过B轴固定板6连接BC摆头外壳18，BC摆头外壳18内固定的B轴机构。本实用新型选用转台轴承作为旋转机构，刚性好，旋转同心度高，精度寿命持久。

所述C轴气动刹车固定板8上固定所述C轴气动刹车器1，C轴气动刹车器1用于锁止C轴转子轴7；本实用新型中C轴气动刹车器1给出的一个具体实施例，如图3所示的，C轴气动刹车器1为气动钳夹，例如德国黑马机械仪器防护有限公司(HEMA Maschinen-undApparateschutz GmbH)的气动钳夹；C轴气动刹车器1的进气口13(包括气动钳夹的OPEN口和CLOSE口)设置在C轴力矩电机上方以外接高压气源(工作压力4-6MPA)；在具体实施时，结合图4-5，利用高压气源对C轴气动刹车器1的弹性皮腔28内部(从图4所示的OPEN口)充入4或者6个大气压的压缩空气，或者排放弹性皮腔28外部缸体29(从图4所示的CLOSE口)内的压缩空气，将会使弹性皮腔28发生弯曲弓起，并连带引起该气动钳夹装置的内外圆周接触面之间距离的缩短，此时钳夹颚30放松并解除对C轴转子轴7的锁定；反之，当气动钳夹的弹性皮腔28的内部压缩空气被排放(从图5所示的OPEN口)，或者弹性皮腔28外部的缸体29被充气增压后(从图5所示的CLOSE口)，弹性皮腔28得到放松伸展并径向压紧该气动钳夹装置的内圆周和外圆周的轴向接触面，整个气动钳夹装置将在钳夹颚30接触面范围内产生弹性形变，并随之夹紧C轴转子轴7轴体。上述气动钳夹为本领域现有技术，其构成及工作原理不再做多余赘述。

C轴力矩电机通过C轴转子轴7连接并驱动BC摆头外壳旋转继而带动B轴机构和电主轴随之旋转；当需要锁止C轴转子轴7时，高压气体通过C轴气动刹车器1进气口进入C轴气动刹车器1，该气动刹车器的缸体充气增压、弹性皮腔排气伸展，使得钳夹颚30收紧，以360°环绕压紧C轴转子轴7，转子轴受到来自钳夹颚30的摩擦力而锁止，继而将C轴力矩电机定子3与C轴力矩电机转子抱死；反之，该气动刹车器缸体内的高压气体释放、所述弹性皮腔28充气膨胀，C轴转子轴7与钳夹颚30之间出现空隙，C轴转子轴7解除锁定后可以驱动BC摆头外壳18绕C轴的任意旋转。

本实用新型中，回转轴机构中采用力矩电机直接驱动保证整机的结构简化，无二级传动单元，运行速度高动态特性良好。并且气动刹车器结构紧凑体积小，同时能提供加大的锁止扭矩，非常适合用在轻切削五轴头内，当加工负荷较大，不需要BC轴摆动时，气动刹车可以锁止电机转子，此时整个五轴头刚性变好，设定更高加工参数，缩短加工时间。

C轴力矩电机顶端设置有C轴角度编码器12，该角度编码器固定在C轴转子轴7上，C轴角度编码器的读数头11设置在C轴力矩电机外壳4上。本实施例中C轴角度编码器12为圆光栅编码器，能够确定坐标的角度位置，其固定在电机转子轴上，直联结构精度高定位准，极大提高BC摆头旋转精度(视编码器精度决定，最高可达±5″)，显著优于传统机械减速结构。

本实用新型中，所述B轴机构包括：B轴力矩电机和B轴气动刹车器21，B轴气动刹车器21设置在B轴力矩电机侧，B轴力矩电机能够通过B轴气动刹车器21实现制动。

与C轴力矩电机结构相同，所述B轴力矩电机为内转子力矩电机以驱动电主轴转动。B轴力矩电机包括B轴力矩电机定子24、B轴力矩电机转子23以及B轴转子轴22；BC摆头外壳18一端(靠近电机非驱动端)固定连接B轴转台轴承25，BC摆头外壳18内靠近B轴力矩电机驱动端的位置处固定连接B轴气动刹车固定板14，B轴气动刹车固定板14为环形板，其内环固定有B轴深沟球轴承16。

BC摆头外壳18内固定B轴力矩电机定子24，二者中间装有冷却水路，该冷却水路的冷却水进出口15位于B轴力矩电机驱动端；所述B轴力矩电机转子23装置在B轴力矩电机定子24内，该转子一端固定连接B轴转台轴承25内环，另一端固定连接B轴深沟球轴承16内环，B轴力矩电机转子23与其内设置的B轴转子轴22胶接固定。B轴转子轴22的外伸端通过电主轴安装板26连接电主轴27；B轴力矩电机驱动端设置有B轴角度编码器19，该角度编码器固定在B轴转子轴22上，B轴角度编码器19的读数头17设置在B轴力矩电机驱动端。

所述B轴气动刹车固定板上固定所述B轴气动刹车器21，B轴气动刹车器21用于锁止B轴转子轴22；B轴气动刹车器21的进气口20设置在靠近B轴力矩电机驱动端，外接高压气源(工作压力4-6MPA)；B轴气动刹车器21也为气动钳夹，其工作原理与C轴气动刹车器1相同；当需要锁止B轴转子轴22时，高压气源通过B轴气动刹车器进气口20进入B轴气动刹车器21，该气动刹车器缸体充气增压、内部的弹性皮腔排气伸展，钳夹颚收紧，以360°环绕压紧B轴转子轴22，B轴转子轴22受到来自钳夹颚的摩擦力而锁止，继而将B轴力矩电机定子24与B轴力矩电机转子抱死；反之，B轴气动刹车器21缸体的高压气体释放，其弹性皮腔充气膨胀，B轴转子轴22与钳夹颚之间出现空隙，B轴转子轴22解除锁定，可驱动电主轴27绕B轴摆动。

本实用新型采用气动刹车器对B轴机构和C轴机构进行锁止，由于气动刹车器具有结构简单，体积小、重量轻，高扭矩的特点，因此相对于传统采用液压锁紧机构的五轴头，本实用新型五轴头结构紧凑，锁止扭矩大，非常适用于轻型五轴头的使用。

并且，本实用新型中，采用电机直联方式，无减速传动机构，提高了系统的运行效率；力矩电机通过转台轴承支撑，满足五轴头高刚性、高精度、高寿命的要求。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims

1.一种轻型带气动刹车的力矩电机五轴头，包括BC摆头外壳、B轴机构、C轴机构和电主轴，其特征在于：C轴机构包括C轴力矩电机和C轴气动刹车器，C轴气动刹车器设置在C轴力矩电机侧以使C轴力矩电机能够通过C轴气动刹车器进行制动；所述C轴力矩电机非驱动端连接BC摆头外壳，BC摆头外壳内装置所述B轴机构，B轴机构包括B轴力矩电机和B轴气动刹车器，B轴气动刹车器设置在B轴力矩电机侧以使B轴力矩电机能够通过B轴气动刹车器进行制动；B轴力矩电机输出轴连接所述电主轴。

2.根据权利要求1所述的轻型带气动刹车的力矩电机五轴头，其特征在于：所述C轴力矩电机包括C轴力矩电机外壳、C轴力矩电机定子、C轴力矩电机转子以及C轴转子轴；C轴力矩电机外壳下端固定连接C轴转台轴承，上端固定连接C轴气动刹车固定板，C轴气动刹车固定板为环形板，其内环固定C轴深沟球轴承；C轴力矩电机外壳内固定所述C轴力矩电机定子，C轴力矩电机转子装置在C轴力矩电机定子内，该转子一端固定在C轴转台轴承内环，另一端固定在C轴深沟球轴承内环，C轴力矩电机转子与其内设置的C轴转子轴胶接固定；C轴转子轴的外伸端通过B轴固定板连接BC摆头外壳。

3.根据权利要求2所述的轻型带气动刹车的力矩电机五轴头，其特征在于：所述C轴气动刹车固定板上固定所述C轴气动刹车器，C轴气动刹车器用于锁止C轴转子轴；C轴气动刹车器为气动钳夹，C轴气动刹车器进气口设置在C轴力矩电机上方以外接气源。

4.根据权利要求2所述的轻型带气动刹车的力矩电机五轴头，其特征在于：所述C轴力矩电机顶端设置有C轴角度编码器，该角度编码器固定在C轴转子轴上，C轴角度编码器的读数头设置在C轴力矩电机外壳上。

5.根据权利要求4所述的轻型带气动刹车的力矩电机五轴头，其特征在于：所述C轴角度编码器为圆光栅编码器。

6.根据权利要求1所述的轻型带气动刹车的力矩电机五轴头，其特征在于：所述B轴力矩电机包括B轴力矩电机定子、B轴力矩电机转子以及B轴转子轴；BC摆头外壳一端固定连接B轴转台轴承，BC摆头外壳内靠近B轴力矩电机驱动端的位置处固定连接B轴气动刹车固定板，B轴气动刹车固定板为环形板，其内环固定有B轴深沟球轴承；BC摆头外壳内固定所述B轴力矩电机定子，B轴力矩电机转子装置在B轴力矩电机定子内，该转子一端固定在B轴转台轴承内环，另一端固定在B轴深沟球轴承内环，B轴力矩电机转子与其内设置的B轴转子轴胶接固定；B轴转子轴的外伸端通过电主轴安装板连接电主轴。

7.根据权利要求6所述的轻型带气动刹车的力矩电机五轴头，其特征在于：所述B轴气动刹车固定板上固定所述B轴气动刹车器，B轴气动刹车器用于锁止B轴转子轴；B轴气动刹车器为气动钳夹，B轴气动刹车器进气口设置在B轴力矩电机上方以外接气源。

8.根据权利要求7所述的轻型带气动刹车的力矩电机五轴头，其特征在于：所述B轴力矩电机驱动端设置有C轴角度编码器，该角度编码器固定在B轴转子轴上，B轴角度编码器的读数头设置在B轴力矩电机驱动端。

9.根据权利要求8所述的轻型带气动刹车的力矩电机五轴头，其特征在于：所述B轴角度编码器为圆光栅编码器。