CN219025946U - Z轴主轴箱及具有其的五轴加工中心 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种Z轴主轴箱及具有其的五轴加工中心。Z轴主轴箱包括底座、主轴箱以及摆头，所述主轴箱包括箱体、驱动部、多级传动齿轮组、滚子凸轮组件以及主轴，所述箱体安装在所述底座上，所述驱动部设置于所述主轴箱，所述多级传动齿轮组设置于所述主轴箱内并与所述驱动部连接以将所述驱动部的动力传递给所述滚子凸轮组件，所述滚子凸轮组件设置于所述箱体内并与主轴驱动连接，所述主轴可转动地设置于所述箱体内并从所述箱体内部伸出于所述箱体外部；摆头，所述摆头设置在所述箱体外部并安装在所述主轴上。该Z轴主轴箱可以实现对复杂模具的五轴自动加工，提高加工效率和精度。

Description

Z轴主轴箱及具有其的五轴加工中心

技术领域

本申请涉及加工机床技术领域，具体而言，涉及一种Z轴主轴箱及具有其的五轴加工中心。

背景技术

五轴加工中心是一种精度高、效率高专用于加工复杂曲面的数控加工中心，其技术发展对于航空、航天、冶金、船舶等行业有着举足轻重的影响。五轴联动数控加工中心是加工叶轮、叶片、转子等曲面零部件的唯一手段。

现有的五轴加工中心根据组合形式可分为双转台式、双摆头式、一摆一转式三类五轴加工中心，而一转一摆式五轴加工中心由X、Y、Z、B、C轴组成，该五轴加工中心的主轴特别灵活，工作台面积无限制，由此需要较为复杂的主轴结构，以满足B轴摆头设计。

为此，本申请设计了一种Z轴主轴箱结构，满足五轴加工中心的加工要求，可以实现对复杂模具的五轴自动加工，提高加工效率和精度。

实用新型内容

本申请的主要目的在于提供一种Z轴主轴箱及具有其的五轴加工中心，该Z轴主轴箱可以实现对复杂模具的五轴自动加工，提高加工效率和精度。

根据本申请实施例的一个方面，提供了一种Z轴主轴箱，包括：

底座；

主轴箱，所述主轴箱包括箱体、驱动部、多级传动齿轮组、滚子凸轮组件以及主轴，所述箱体安装在所述底座上，所述驱动部设置于所述主轴箱，所述多级传动齿轮组设置于所述主轴箱内并与所述驱动部连接以将所述驱动部的动力传递给所述滚子凸轮组件，所述滚子凸轮组件设置于所述箱体内并与所述主轴驱动连接，所述主轴可转动地设置于所述箱体内并从所述箱体内部伸出于所述箱体外部；

摆头，所述摆头设置在所述箱体外部并安装在所述主轴上。

进一步地，所述驱动部包括驱动电机，所述驱动电机安装在所述箱体的外部，且所述驱动电机的输出轴伸入所述箱体内部以与所述多级传动齿轮组连接。

进一步地，所述多级传动齿轮组包括：

第一传动齿轮，所述第一传动齿轮套设在所述驱动电机的输出轴上；

第二传动齿轮，所述第二传动齿轮的外径大于所述第一传动齿轮，所述第二传动齿轮与所述第一传动齿轮啮合；

第三传动齿轮，所述第三传动齿轮的外径与所述第一传动齿轮的外径一致，所述第三传动齿轮套设在所述滚子凸轮组件上并与所述第二传动齿轮啮合。

进一步地，所述滚子凸轮组件包括：

滚子凸轮，所述滚子凸轮包括滚子和设置在所述滚子外周的多个凸轮，多个所述凸轮沿所述滚子的外周间隔设置；

滚柱轴，所述滚柱轴的两端分别可转动地安装在所述箱体上，所述滚柱轴的轴线方向设置有与所述凸轮相适配的螺旋槽，所述第三传动齿轮套设在所述滚柱轴上。

进一步地，所述螺旋槽的深度沿所述滚柱轴的轴线方向的中部至两端逐渐变浅。

进一步地，所述底座的侧壁面上设置有加强筋。

进一步地，所述摆头上设置有圆盘光栅。

进一步地，所述摆头的摆动角度范围为-100°至+100°。

另一方面，本申请还提供了一种五轴加工中心，所述五轴加工中心包括上述的Z轴主轴箱。

相对于现有技术而言，本申请的技术方案至少具备如下技术效果：

将本实用新型中的Z轴主轴箱安装在五轴加工中心的立柱上，具体地，通过底座的作用，可以将整个Z轴主轴箱安装在五轴加工中心的立柱上。实际工作时，通过驱动部的作用，可以带动安装在箱体内的多级传动齿轮组转动，进而可以将驱动部的动力传递给滚子凸轮组件，通过滚子凸轮组件的作用，可以带动主轴转动，进而可以带动安装在主轴上的摆头运动，该摆头上可以安装刀具等结构，摆动转动，可以带动刀具等运动以对五轴加工中心的加工台上的工件等进行加工。

由于本实用新型中的Z轴主轴箱设置有多级传动齿轮组以及滚子凸轮组件，该多级传动齿轮组以及滚子凸轮组件可以将驱动部的动力传递至主轴，不仅能够实现驱动部动力的高精度传递，还能够起到过载保护的作用。与此同时，通过将多级传动齿轮组、滚子凸轮组件以及主轴集成设置在箱体内，各结构之间布局更合理、结构更紧凑，能够在很大程度上缩短动力的传输路径，提高Z轴主轴箱的加工效率，提升Z轴主轴箱的加工精度。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本申请实施例公开的Z轴主轴箱的主视图；

图2为本申请实施例公开的Z轴主轴箱的俯视图；

图3为本申请实施例公开的Z轴主轴箱的左视图；

图4为本申请实施例公开的Z轴主轴箱的右视图；

图5为图4中的A-A剖视图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、底座；11、加强筋；20、主轴箱；21、箱体；22、驱动部；23、多级传动齿轮组；231、第一传动齿轮；232、第二传动齿轮；233、第三传动齿轮；24、滚子凸轮组件；241、滚子凸轮；2411、滚子；2412、凸轮；242、滚柱轴；2421、螺旋槽；25、主轴；30、摆头；31、圆盘光栅。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本申请的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

参见图1至图5所示，根据本申请的实施例，提供了一种Z轴主轴箱，该Z轴主轴箱包括底座10、主轴箱20以及摆头30。

其中，主轴箱20包括箱体21、驱动部22、多级传动齿轮组23、滚子凸轮组件24以及主轴25，箱体21安装在底座10上，驱动部22设置于主轴箱20，多级传动齿轮组23设置于主轴箱20内并与驱动部22连接以将驱动部22的动力传递给滚子凸轮组件24，该滚子凸轮组件24设置于箱体21内并与主轴25驱动连接，主轴25可转动地设置于箱体21内并从箱体21内部伸出于箱体21外部；摆头30设置在箱体21外部并安装在主轴25上。

实际使用时，将本实施例中的Z轴主轴箱安装在五轴加工中心的立柱上，具体地，通过底座10的作用，可以将整个Z轴主轴箱安装在五轴加工中心的立柱上。实际工作时，通过驱动部22的作用，可以带动安装在箱体21内的多级传动齿轮组23转动，进而可以将驱动部22的动力传递给滚子凸轮组件24，通过滚子凸轮组件24的作用，可以带动主轴25转动，进而可以带动安装在主轴25上的摆头30运动，该摆头30上可以安装刀具等结构，摆头30转动，可以带动刀具等运动以对五轴加工中心的加工台上的工件等进行加工。

由于本实施例中的Z轴主轴箱设置有多级传动齿轮组23以及滚子凸轮组件24，该多级传动齿轮组23以及滚子凸轮组件24可以将驱动部22的动力传递至主轴25，不仅能够实现驱动部22动力的高精度传递，还能够起到过载保护的作用。与此同时，通过将多级传动齿轮组23、滚子凸轮组件24以及主轴25集成设置在箱体21内，各结构之间布局更合理、结构更紧凑，能够在很大程度上缩短动力的传输路径，提高Z轴主轴箱的加工效率，提升Z轴主轴箱的加工精度。

具体来说，本实施例中的底座10为一个块状的座体，该底座10的外周设置有加强筋11，该加强筋11可以是一根、两根或者两根以上，通过在底座10上设置加强筋11，能够在降低底座10重量的同时保证底座10的结构强度，更便于对主轴箱20和摆头30进行支撑和安装。

进一步地，本实施例中的驱动部22包括驱动电机，该驱动电机安装在箱体21的外部，且该驱动电机的输出轴伸入箱体21内部以与多级传动齿轮组23连接，实际加工时，驱动电机工作，可以带动多级传动齿轮组23、滚子凸轮组件24运动，进而可以带动主轴25运动以带动摆头30转动，结构简单，动力传动效率高。

进一步地，本实施中的多级传动齿轮组23包括第一传动齿轮231、第二传动齿轮232以及第三传动齿轮233。

其中，第一传动齿轮231套设在驱动电机的输出轴上；第二传动齿轮232的外径大于第一传动齿轮231，且该第二传动齿轮232与第一传动齿轮231啮合；第三传动齿轮233的外径与第一传动齿轮231的外径一致，该第三传动齿轮233套设在滚子凸轮组件24上并与第二传动齿轮232啮合。

当驱动电机工作时，可以带动第一传动齿轮231转动，进而带动第二传动齿轮232以及第三传动齿轮233转动。由于第二传动齿轮232的外径大于第一传动齿轮231的外径，可以对驱动电机的转动速率进行调节，还能够达到过载保护的作用。

进一步地，滚子凸轮组件24包括滚子凸轮241以及滚柱轴242。其中，滚子凸轮241包括滚子2411和设置在滚子2411外周的多个凸轮2412，多个凸轮2412沿滚子2411的外周间隔设置；滚柱轴242的两端分别可转动地安装在箱体21上，滚柱轴242的轴线方向设置有与凸轮2412相适配的螺旋槽2421，第三传动齿轮233套设在滚柱轴242上。

如此，当驱动电机带动第三传动齿轮233转动时，可以带动滚柱轴242转动，滚柱轴242转动时，可以推动位于螺旋槽2421内的凸轮2412转动，最终达到带动滚子凸轮241以及主轴25转动的目的。

可选地，本实施例中的螺旋槽2421的深度沿滚柱轴242的轴线方向的中部至两端逐渐变浅，如此设置，能够与滚子凸轮241上的凸轮2412运动状态相适配，避免凸轮2412与螺旋槽2421之间存在配合间隙，能够有效避免零件的损耗，可以在降低Z轴主轴箱制造成本的同时提高Z轴主轴箱的加工精度。

进一步地，本实施例中的摆头30上设置有圆盘光栅31，通过该圆盘光栅31的作用，可以对加工工件的位置进行检测，保证加工定位精度和重复定位将。

可选地，本实施例中的摆头30的摆动角度范围为-100°至+100°。

根据以上的结构可以知道，本申请的Z轴主轴箱选用多级齿轮传动方案，能够很大程度上降低间隙，其驱动精度高，且配有圆盘光栅可检测工件位置，保证加工定位精度和重复定位精度。同时，通过设置滚子凸轮组件24传递动力，传动效率高，耐磨损，零间隙，无需周期性维护。并且，该Z轴主轴箱通过滚子凸轮组件24的滚动传动形式接触，提高加工效率，提升加工精度。

本申请的Z轴主轴箱采用多级齿轮传动，通过一定的传动系统，经主轴箱20内各个位置上的多级传动齿轮组23和滚子凸轮组件24，最后把运动传到主轴25上，使主轴25获得转速和方向。于此同时，滚子凸轮组件24在旋转过程中传递扭矩，这样的工作原理保证了零间隙，提高加工精度和加工效率，有效避免内部零件的损耗，能提供五轴加工中心持久的高精度工作状态。本发明的Z轴主轴箱能够满足五轴加工中心的加工要求，从而完成±100°的加工摆动范围，实现对复杂模具的五轴自动加工，提高加工效率和精度。

另一方面，本申请实施例还提供了一种五轴加工中心，该五轴加工中心上述的Z轴主轴箱。因此，本实施例中的五轴加工中心包括上述实施例中的Z轴主轴箱的所有技术效果，由于前文已经对Z轴主轴箱的技术效果进行了详细描述，此处不再赘述。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。

以上仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种Z轴主轴箱，其特征在于，包括：

底座(10)；

主轴箱(20)，所述主轴箱(20)包括箱体(21)、驱动部(22)、多级传动齿轮组(23)、滚子凸轮组件(24)以及主轴(25)，所述箱体(21)安装在所述底座(10)上，所述驱动部(22)设置于所述主轴箱(20)，所述多级传动齿轮组(23)设置于所述主轴箱(20)内并与所述驱动部(22)连接以将所述驱动部(22)的动力传递给所述滚子凸轮组件(24)，所述滚子凸轮组件(24)设置于所述箱体(21)内并与所述主轴(25)驱动连接，所述主轴(25)可转动地设置于所述箱体(21)内并从所述箱体(21)内部伸出于所述箱体(21)外部；

摆头(30)，所述摆头(30)设置在所述箱体(21)外部并安装在所述主轴(25)上。

2.根据权利要求1所述的Z轴主轴箱，其特征在于，所述驱动部(22)包括驱动电机，所述驱动电机安装在所述箱体(21)的外部，且所述驱动电机的输出轴伸入所述箱体(21)内部以与所述多级传动齿轮组(23)连接。

3.根据权利要求2所述的Z轴主轴箱，其特征在于，所述多级传动齿轮组(23)包括：

第一传动齿轮(231)，所述第一传动齿轮(231)套设在所述驱动电机的输出轴上；

第二传动齿轮(232)，所述第二传动齿轮(232)的外径大于所述第一传动齿轮(231)，所述第二传动齿轮(232)与所述第一传动齿轮(231)啮合；

第三传动齿轮(233)，所述第三传动齿轮(233)的外径与所述第一传动齿轮(231)的外径一致，所述第三传动齿轮(233)套设在所述滚子凸轮组件(24)上并与所述第二传动齿轮(232)啮合。

4.根据权利要求3所述的Z轴主轴箱，其特征在于，所述滚子凸轮组件(24)包括：

滚子凸轮(241)，所述滚子凸轮(241)包括滚子(2411)和设置在所述滚子(2411)外周的多个凸轮(2412)，多个所述凸轮(2412)沿所述滚子(2411)的外周间隔设置；

滚柱轴(242)，所述滚柱轴(242)的两端分别可转动地安装在所述箱体(21)上，所述滚柱轴(242)的轴线方向设置有与所述凸轮(2412)相适配的螺旋槽(2421)，所述第三传动齿轮(233)套设在所述滚柱轴(242)上。

5.根据权利要求4所述的Z轴主轴箱，其特征在于，所述螺旋槽(2421)的深度沿所述滚柱轴(242)的轴线方向的中部至两端逐渐变浅。

6.根据权利要求1所述的Z轴主轴箱，其特征在于，所述底座(10)的侧壁面上设置有加强筋(11)。

7.根据权利要求1所述的Z轴主轴箱，其特征在于，所述摆头(30)上设置有圆盘光栅(31)。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的Z轴主轴箱，其特征在于，所述摆头(30)的摆动角度范围为-100°至+100°。

9.一种五轴加工中心，其特征在于，所述五轴加工中心包括权利要求1至8中任一项所述的Z轴主轴箱。

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