CN2889576Y - 主轴轴线空间多位置自动回转铣头 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种主轴轴线空间多位置自动回转铣头，包括动力装置、带有基座的传动和分度机构、带有紧刀机构和松刀机构的主轴、自动控制系统，它通过在传动和分度机构的一、二级锥齿轮轴上设置两套分度装置，实现主轴具有空间多位置，通过自动控制系统由程序协调各种动作，处理好各种检测信号，从而在一台机床上对同一工件不同空间角度的加工面进行连续作业，具有加工效率高、加工的一致性好的优点；同时采用内部管路设计，在狭小的空间内为各种油、液、气提供通畅可靠的多条通路，结构紧凑，实际体积小。

Description

主轴轴线空间多位置自动回转铣头

技术领域

本实用新型涉及一种主轴轴线具有空间多位置的自动回转铣头。

背景技术

目前国产数控机床大多只是立式或者卧式机床，虽然加工精度高，容易操作，但只限定一个面的加工，只能进行立式或者卧式的单一加工，不能在一台机床上实现对同一工件的不同加工面进行连续作业，若有另外的面需要加工则必须重新装卡，甚至需要转换到卧式或立式数控机床上进行重新装卡找正后再加工，其中浪费大量的时间，生产效率低，并且因为多次装卡有安装误差，导致零件的一致性差。而万能铣头目前国内也有一种：垂直面±180°范围内等分、45°面立卧转换(如桂林机床厂自动铣头)，由于其45°面只有两个工作位置，以及液压系统采用外部管路结构，铣头的外部附件多，其垂直面回转角度范围均不超过±180°，主轴只能在两个面内实现较少(2×144种)的空间角度，也增大了铣头的实际体积。虽然国外也有类似的万能铣头，但其结构复杂，价格昂贵。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对现有技术的上述不足，提供一种主轴轴线具有空间多位置的自动回转铣头，从而在一台机床上实现对同一工件不同空间角度的加工面进行连续作业，具有加工效率高、加工的一致性好、结构紧凑、实际体积小的优点。

为达到上述目的，本实用新型：主轴轴线空间多位置自动回转铣头，包括动力装置、带有基座的传动和分度机构、带有紧刀机构和松刀机构的主轴、自动控制系统，其特征在于所述传动和分度机构包括带有键齿的一级锥齿轮轴、二级锥齿轮轴和安装于主轴上的锥齿轮，一、二级锥齿轮轴的轴线(C轴和D轴)相交形成一夹角，二级锥齿轮轴前端的锥齿轮与一级锥齿轮轴上的锥齿轮相啮合，末端的锥齿轮与主轴上的锥齿轮相啮合，一级锥齿轮轴上设有轴承和键套，在轴承和键套外设有一端与基座固连、另一端固连有一级端盖的轴承套，在基座与轴承套之间设有活塞；在二级锥齿轮轴外依次设有轴承、轴承盒、支撑盘和中间壳体，轴承盒与中间壳体固连，在轴承盒上固连有二级端盖，支撑盘与主轴壳体固连，中间壳体的一端与活塞固连，在一级锥齿轮轴的锥齿轮上固连一内齿盘，中间壳体上固连有与其匹配的外齿盘，在二级锥齿轮轴末端的锥齿轮上固连一内齿盘，主轴壳体上固连有与其匹配的外齿盘，在基座与中间壳体、中间壳体与主轴壳体的相邻端面上分别固设有一对相互匹配的端齿盘；在活塞与轴承套的相邻端面之间、活塞与端盖之间分别形成C轴的放松油缸和卡紧油缸，它们分别配有内置的、其接口设置于基座上的放松油路和卡紧油路；在支撑盘与轴承盒的相邻端面之间、支撑盘与二级端盖之间分别形成D轴的放松油缸和卡紧油缸，它们分别配有内置的、其接口设置于基座上的放松油路和卡紧油路；

上述自动控制系统包括含有PLC控制器、I/O接口电路的数控系统、分别与数控系统相连、含有主电机驱动电路、油泵驱动电路的驱动系统、含有C轴夹紧检测开关、C轴放松检测开关、D轴夹紧检测开关、D轴放松检测开关、C轴零位检测开关、主轴编码器的反馈系统、含有液压系统的辅助系统，所述液压系统包括油泵、C轴放松油路和卡紧油路、D轴放松油路和卡紧油路、与各油路接口相连的电磁阀与各油路接口相连的电磁阀。

作为本实用新型的进一步改进，C轴和D轴卡紧油缸的截面积大于对应的放松油缸的截面积，以保证在系统压力相同的情况下获得更大的锁紧力；

作为本实用新型的进一步改进，所述主轴的松刀机构包括固设于主轴壳体上、位于拉杆后侧的缸体和置于缸体内的活塞，活塞的前端设有弹簧，活塞的后端设有油缸，油缸通过内置的松刀油路与D轴的放松油缸连通，松刀时无需施加其它外力，操作方便；

作为本实用新型的进一步改进，辅助系统还设有气动系统，它包括气泵、置于铣头内的换刀吹气管路、气阀，管路进口与气阀连接，出口设置在主轴的刀柄锥孔内，在换刀时通过气动系统清除刀柄锥孔内的铁屑，驱动系统设有气泵驱动电路；

作为本实用新型的进一步改进，在两对端齿盘外分别设有密封环和密封圈，气动系统还设有内置的、进口与气泵连接的主轴轴承气幕呼吸管路，其三个出口分别设置在两对端齿盘之间的腔体和主轴的轴承盒内，通过在上述空间通入高压气体，可防止杂质进入上述空间；

作为本实用新型的进一步改进，辅助系统还设有冷却系统，它包括水泵和置于铣头内的冷却液管路，其进口与水泵连接，出口设置在主轴的端面上，通过内置的冷却液管路可对刀具进行冷却，结构紧凑，驱动系统设有水泵驱动电路；

综上所述，本实用新型的主轴轴线空间多位置自动回转铣头，通过C轴和D轴的两次分度，实现主轴具有多个空间位置，从而实现在一台机床上对同一工件不同空间角度的加工面进行连续作业，具有加工效率高、加工的一致性好的优点，同时采用内部管路设计，结构紧凑，实际体积小。

附图说明

图1为本实用新型实施例的内部结构原理图。

图2为本实用新型实施例的外形图。

图3为图2的左视图。

图4为本实用新型实施例的内部管路结构示意图。

图5为本实用新型实施例的电路框图。

图6为本实用新型实施例的电气控制原理图。

图7为本实用新型实施例端齿盘的主视图。

图8为C轴夹紧和放松检测开关工作状态的局部剖视图。

图9为C轴零位检测开关工作状态的局部剖视图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进一步说明。

本实用新型实施例的主轴轴线空间多位置自动回转铣头，包括由主电机、外部减速机构(未示出)组成的动力装置、带有基座的传动和分度机构、带有紧刀机构和松刀机构的主轴、自动控制系统，所述带有基座的传动和分度机构，由图1所示，包括带有键齿的一级锥齿轮轴7、二级锥齿轮轴26和通过花键安装于主轴21上的锥齿轮20，一、二级锥齿轮轴的轴线(C轴和D轴)呈45°倾斜相交，二级锥齿轮轴26前端的锥齿轮与一级锥齿轮轴7上的锥齿轮相啮合，末端的锥齿轮与主轴21上的锥齿轮20相啮合，一级锥齿轮轴7上设有轴承25和通过螺栓固连的两键套27、29，在轴承25和键套27、29外设有一端与基座2通过螺栓固连、另一端通过螺栓固连有一级端盖8的轴承套5，在基座2与轴承套5之间设有活塞4；在二级锥齿轮轴26外依次设有轴承28、轴承盒13、支撑盘14和中间壳体11，轴承盒13与中间壳体11通过螺栓固连，在轴承盒13上通过螺栓固连有二级端盖15，支撑盘14与主轴壳体19通过螺栓固连，中间壳体11的一端与活塞4通过螺栓固连，在一级锥齿轮轴7的锥齿轮上通过螺栓固连一内齿盘10，中间壳体11上通过螺栓固连有与其匹配的外齿盘9，在二级锥齿轮轴26末端的锥齿轮上通过螺栓固连一内齿盘30，主轴壳体19上通过螺栓固连有与其匹配的外齿盘31，在基座2与中间壳体11、中间壳体11与主轴壳体19的相邻端面上分别通过螺栓固设有一对相互匹配的端齿盘6、32(鼠牙盘)，在两对端齿盘外分别设有密封环和密封圈，端齿盘上的齿数越多，其分度精度越高，但加工难度越大，根据实际需要，常用的多为1°、2.5°、5°，本实施例中每个端齿盘设有72个齿(如图7所示)，分度精度为5°，在活塞4与轴承套5的相邻端面之间、活塞4与端盖8之间分别形成C轴的放松油缸33和卡紧油缸34，它们分别配有内置的、其接口61、62设置于基座2上(如图2、图3所示)的放松油路51和卡紧油路52(如图4所示)，C轴卡紧油缸34的截面积大于放松油缸33的截面积；在支撑盘14与轴承盒13的相邻端面之间、支撑盘14与二级端盖15之间分别形成D轴的放松油缸35和卡紧油缸36，它们分别配有内置的、其接口63、64设置于基座上(如图2、图3所示)的放松油路53和卡紧油路54(如图4所示)，D轴卡紧油缸36的截面积大于放松油缸35的截面积；

所述主轴的紧刀机构包括安装于主轴21外侧的轴承37、密封环23、轴承盒22、法兰盘24、主轴壳体19，以及安装于主轴21内腔中的拉杆18、碟形弹簧38、卡箍39，松刀机构包括通过螺栓固设于主轴壳体19上、位于拉杆18后侧的缸体16和置于缸体16内的活塞17，活塞17的前端设有弹簧，活塞的后端设有油缸40，油缸40通过内置的松刀油路55与D轴的放松油缸35连通(如图4所示)；

所述自动控制系统，如图5所示，包括含有PLC控制器、I/O接口电路的数控系统、分别与数控系统相连的、含有主电机驱动电路、油泵驱动电路、气泵驱动电路、水泵驱动电路的驱动系统、含有C轴夹紧检测开关、C轴放松检测开关、D轴夹紧检测开关、D轴放松检测开关、C轴零位检测开关、主轴编码器的反馈系统、含有液压系统、气动系统、冷却系统的辅助系统；

主轴编码器用于反馈主轴的旋转位置；上述各检测开关均为感应开关，其中由图3所示，C轴夹紧检测开关44和C轴放松检测开关45共用一检测杆和一探头，D轴夹紧检测开关41和D轴放松检测开关42共用一组检测杆和一探头，C轴零位检测开关46单独使用一检测杆和一探头，分别将C轴放松、夹紧、零位、D轴放松、夹紧的电信号传递给数控系统，以D轴为例说明检测原理，由图1所示，D轴夹紧检测开关41和D轴放松检测开关42共用一前端检测杆12和中间检测杆3，前端检测杆12的头部与支撑盘14的端面相接触，后端设有压紧弹簧43，中部设有一竖直的切槽，中间检测杆3的前端与切槽相接触，后端与检测杆47相接触，中间检测杆3和检测杆47上均设有弹簧，探头1用螺钉安装在检测杆47上，探头1与左右两侧的夹紧检测开关41和放松检测开关42相邻，当D轴放松时，D轴放松油缸35通压力油，使支撑盘14随着主轴壳体19向前移动，因前端检测杆12上端面有压紧弹簧43，所以前端检测杆12随着支撑盘14一起向前移动，前端检测杆12移动的时候能使切槽的水平位置发生变化，靠中间检测杆3和检测杆47上的弹簧带动中间检测杆3和探头1一起向前移动，当探头1与放松检测开关42的距离足够近时，放松检测开关42感应得电代表松开到位，并将此信号传递给数控系统；当D轴夹紧时，支撑盘14、前端检测杆12、中间检测杆3、探头1执行相反的动作，当探头1与夹紧检测开关41的距离足够近时，夹紧检测开关41感应得电代表夹紧到位，并将此信号传递给数控系统；

同理，由图8所示，C轴夹紧检测开关44和C轴放松检测开关45共用的检测杆48与活塞4的端面相接触，当C轴处于夹紧或放松状态时，其探头分别靠近对应的C轴夹紧检测开关44或C轴放松检测开关45，它们感应得电并将此信号传递给数控系统；C轴零位为机械上规定的一个特殊位置，代表的是D轴夹紧检测开关41和放松检测开关42的中间检测杆3与检测杆47相接触的状态，只有当C轴处于这个位置的时候D轴信号才能通过中间检测杆3传递给检测杆47，为了C轴归零位具有可靠性而设有一个C轴零位检测开关46，由图9所示，当C轴处于夹紧状态且C轴夹紧时检测开关46的检测杆49置于活塞4端面的凹槽中，检测杆49上的探头靠近检测开关46，检测开关46得电，此时C轴处于零位，对应地，D轴夹紧检测开关41和放松检测开关42的中间检测杆3与检测杆47相接触；当C轴不处于零位且C轴夹紧时检测开关46的检测杆49与活塞4端面接触，使检测杆49向后移动远离检测开关46，使检测开关46失电，此时中间检测杆3也与检测杆47偏离，D轴放松和卡紧的位置信号无法传递给D轴放松检测开关42和夹紧检测开关41，因此，当D轴需要进行分度时，C轴必须先回零位；按实际工况的需要，C轴夹紧检测开关44和C轴放松检测开关45不允许同时得电，D轴放松检测开关42和D轴夹紧检测开关41不允许同时得电，C轴放松检测开关45和D轴放松检测开关42不允许同时得电，松刀时，C轴夹紧检测开关44和D轴夹紧检测开关41必须同时得电；

液压系统包括油泵(未示出)、C轴放松油路51和卡紧油路52、D轴放松油路53和卡紧油路54、主轴松刀油路55(如图4所示)、与各油路接口相连的电磁阀(未示出)；主轴松刀油路55和D轴放松油路53相通；

气动系统包括气泵(未示出)、置于铣头内的换刀吹气管路56、气阀和主轴轴承气幕呼吸管路57(如图4所示)，换刀吹气管路和主轴轴承气幕呼吸管路的进气接口65、66均设置在基座2上(如图2、图3所示)，换刀吹气管路通过气阀(未示出)与气泵连接，其出口设置在主轴的刀柄锥孔内，主轴轴承气幕呼吸管路直接与气泵连接，其三个出口分别设置在两对端齿盘之间的腔体和主轴的轴承盒内；

冷却系统包括水泵(未示出)、置于铣头内的冷却液管路58(如图4所示)，其进液接口67设置在基座2上(如图2、图3所示)并与水泵连接，出口设置在主轴的端面上；

C轴放松油路51和卡紧油路52、D轴放松油路53和卡紧油路54、主轴松刀油路55、换刀吹气管路56、主轴轴承气幕呼吸管路57和冷却液管路58在有相对转动的零件界面处均设有环行油槽，以保证转动时各管路的畅通；

下面说明铣头的工作原理：

铣头的旋转分度的动力和主轴旋转加工的动力都是由主电机直接提供，主电机动力经过外部减速机构、花键套29、27传递给一级锥齿轮轴，再经过二级锥齿轮轴26、锥齿轮20将动力传递给主轴21实现零件加工，所有锥齿轮副的传动比为1∶1，能更好的通过主轴编码器反馈主轴21的旋转位置；

当需要C轴分度时，首先通过主轴编码器反馈主轴21的位置，再通过主电机进行主轴定位使内外齿盘10和9能进入啮合状态，高压油经过基座2和轴承套5中的C轴放松油路51进入C轴放松油缸33推动活塞4和中间壳体11运动使一对端齿盘6脱开，同时内外齿盘10、9进入啮合，主电机旋转带动C轴旋转到指定角度后，给C轴卡紧油路52通高压油进入卡紧油缸34同时撤消放松油缸33的压力即能实现卡紧，一次分度结束，C轴可实现72个分度位置；

当需要D轴分度时，首先通过C轴分度使C轴回归零位，再进行主轴定位同样使D轴的内外齿盘30、31能进入啮合状态，然后给穿过基座2、轴承套5、活塞4、中间壳体11、轴承盒13的D轴放松油路53通高压油进入D轴放松油缸35，推动支撑盘14和主轴壳体19运动，使一对端齿盘32脱开，同时内外齿盘30、31啮合，主电机旋转带动D轴旋转到指定角度后，给D轴卡紧油路54通高压油进入D轴卡紧油缸36同时撤消放松油缸35的压力即能实现卡紧，一次分度结束，D轴也可实现72个分度位置，因此主轴21可实现5184个空间位置；

上述过程均由PLC控制器按预设的程序和反馈系统传递来的信号控制执行：首先需要编制转头程序并储存于数控系统中，然后数控系统对程序进行数据处理，发出转头的指令：辅助系统得到转头信号，做好转头准备：液压系统驱动回转头，将PLC控制器决定旋转的轴放松，当放松到位后，回转头通过反馈系统将放松到位信号送回PLC控制器，PLC控制器得到该信号发出转头指令给驱动系统，驱动系统得到PLC控制器发出的指令后驱动电机旋转，电机旋转带动回转头旋转，同时电机适时将当前位置反馈回驱动，当转到PLC控制器指令的位置时，驱动系统发出指令，电机停止转动，告诉数控系统，回转头现在已经到达指令位置，此时PLC控制器又发出指令给辅助系统，辅助系统得到指令，液压系统再次驱动回转头，将回转头锁紧，锁紧到位后，回转头通过反馈系统将锁紧信号反馈给PLC控制器，PLC控制器得到信号，整过转头控制完成；两对端齿盘和主轴的轴承盒的气压密封、主轴锥孔清空和刀具冷却也均由数控系统按程序控制执行；

当需要松刀时，给C轴卡紧油路52、D轴卡紧油路54和松刀油路55同时通高压油，来保证松刀的同时D轴依然处于卡紧状态。当松刀时，高压油进入松刀油缸40推动活塞17往前运动与拉杆18接触从而压缩碟形弹簧38，进行松刀。

Claims (6)

1.一种主轴轴线空间多位置自动回转铣头，包括动力装置、带有基座的传动和分度机构、带有紧刀机构和松刀机构的主轴、自动控制系统，其特征在于所述传动和分度机构包括带有键齿的一级锥齿轮轴、二级锥齿轮轴和安装于主轴上的锥齿轮，一、二级锥齿轮轴的轴线(C轴和D轴)相交形成一夹角，二级锥齿轮轴前端的锥齿轮与一级锥齿轮轴上的锥齿轮相啮合，末端的锥齿轮与主轴上的锥齿轮相啮合，一级锥齿轮轴上设有轴承和键套，在轴承和键套外设有一端与基座固连、另一端固连有一级端盖的轴承套，在基座与轴承套之间设有活塞；在二级锥齿轮轴外依次设有轴承、轴承盒、支撑盘和中间壳体，轴承盒与中间壳体固连，在轴承盒上固连有二级端盖，支撑盘与主轴壳体固连，中间壳体的一端与活塞固连，在一级锥齿轮轴的锥齿轮上固连一内齿盘，中间壳体上固连有与其匹配的外齿盘，在二级锥齿轮轴末端的锥齿轮上固连一内齿盘，主轴壳体上固连有与其匹配的外齿盘，在基座与中间壳体、中间壳体与主轴壳体的相邻端面上分别固设有一对相互匹配的端齿盘；在活塞与轴承套的相邻端面之间、活塞与端盖之间分别形成C轴的放松油缸和卡紧油缸，它们分别配有内置的、其接口设置于基座上的放松油路和卡紧油路；在支撑盘与轴承盒的相邻端面之间、支撑盘与二级端盖之间分别形成D轴的放松油缸和卡紧油缸，它们分别配有内置的、其接口设置于基座上的放松油路和卡紧油路；所述自动控制系统包括含有PLC控制器、I/O接口电路的数控系统、分别与数控系统相连的、含有主轴电机驱动电路、油泵驱动电路的驱动系统、含有C轴夹紧检测开关、C轴放松检测开关、D轴夹紧检测开关、D轴放松检测开关、C轴零位检测开关、主轴编码器的反馈系统、含有液压系统的辅助系统，所述液压系统包括油泵、C轴放松油路和卡紧油路、D轴放松油路和卡紧油路、与各油路接口相连的电磁阀。

2.根据权利要求1所述的主轴轴线空间多位置自动回转铣头，其特征在于C轴和D轴卡紧油缸的截面积大于对应的放松油缸的截面积。

3.根据权利要求1或2所述的主轴轴线空间多位置自动回转铣头，其特征在于所述主轴的松刀机构包括固设于主轴壳体上、位于拉杆后侧的缸体和置于缸体内的活塞，活塞的前端设有弹簧，活塞的后端设有油缸，油缸通过内置的松刀油路与D轴的放松油缸连通。

4.根据权利要求1或2所述的主轴轴线空间多位置自动回转铣头，其特征在于辅助系统还设有气动系统，它包括气泵、置于铣头内的换刀吹气管路、气阀，管路进口与气阀连接，出口设置在主轴的刀柄锥孔内，驱动系统设有气泵驱动电路。

5.根据权利要求4所述的主轴轴线空间多位置自动回转铣头，其特征在于在两对端齿盘外分别设有密封环和密封圈，气动系统还设有内置的、进口与气泵连接的主轴轴承气幕呼吸管路，其三个出口分别设置在两对端齿盘之间的腔体和主轴的轴承盒内。

6.根据权利要求5所述的主轴轴线空间多位置自动回转铣头，其特征在于辅助系统还设有冷却系统，它包括水泵和置于铣头内的冷却液管路，其进口与水泵连接，出口设置在主轴的端面上，驱动系统设有水泵驱动电路。

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