WO2018187882A1 - 机电一体式b轴摆头装置 - Google Patents

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黄展源
郑苗远
郭楷铭
郑哲宇
洪泽斌
江晓波
蔡桂阳
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巨轮智能装备股份有限公司
巨轮（广州）机器人与智能制造有限公司
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    • B23Q11/0017—Arrangements compensating weight or flexion on parts of the machine compensating the weight of vertically moving elements, e.g. by balancing liftable machine parts

Abstract

一种机电一体式B轴摆头装置，包括一体式伺服电机(3)、连接法兰(4)、主轴座(5)、主轴限位板(6)和电主轴(7)，在Z轴两侧增加两条平衡气缸（11），有效地减轻了Z轴和B轴摆头的负载，使Z轴电机空载输出功率低至10％以下，B轴摆头装置的升降运动更加灵活、平稳，确保长期稳定性。

Description

机电一体式B轴摆头装置 技术领域
本发明涉及一种数控机床的部件，具体是一种配套于数控机床上的机电一体式B轴摆头装置。
背景技术
当前高端零件的结构越来越复杂，花纹图案繁杂，对加工设备的要求越来越高。数控机床是精密零件的主要加工设备，其综合了电子计算机、自动控制、伺服驱动、精密测量和新型机械结构等诸方面的先进技术，使得数控机床的发展日新月异，功能也越来越强大。数控机床的发展趋势体现在数控功能、数控伺服系统、编程方法、检测监控功能、自动调整和控制技术等方面的发展。
机电一体式B轴摆头装置安装在数控机床Z轴拖板上，是数控机床的重要零部件，现有普通的B轴摆头装置，大多采用同步带轮组传动、谐波减速器减速输出，结构复杂，安装、维护困难，装配累积误差大、精度低。
发明内容
本发明的目的是针对现有普通B轴摆头装置的缺点，提供一种配套于数控机床上的机电一体式B轴摆头装置，旨在通过改进机床B轴结构，以提高机床加工精度。
本发明，包括一体式伺服电机、连接法兰、主轴座、主轴限位板和电主轴，所述一体式伺服电机的固定法兰通过螺栓与机床的Z轴连结，电机的输出法兰通过螺栓与连接法兰连结，连接法兰另一端与主轴座连结；主轴限位板通过螺栓与电主轴连结，连结时配合工装锁紧，保证电主轴安装位置的一致性；主轴座一侧厚度开槽，并钻孔攻牙，连结有主轴限位板的电主轴穿过主轴座，主轴座通过螺栓夹紧电主轴；主轴限位板通过螺栓固定在主轴座上端而构成限位结构。
本发明，在连接法兰与Z轴之间安装有VA型密封圈，以防止冷却水、铁屑进入装置内部；密封圈压环通过螺栓与连接法兰连结，夹紧VA型密封圈。
本发明，所述Z轴通过丝杆副、导轨副与X轴滑板连结，在Z轴两侧设置有一对左右对称的平衡气缸；平衡气缸的本体通过螺栓与气缸固定座连接，气缸固定座则固定连接在X轴滑板上；气缸拉杆头与气缸浮动接头连结，气缸浮动接头另一端通过螺栓与气缸限位座连结，气缸限位座固定连接在Z轴上。
本发明的有益效果是：
1、本发明采用一体式伺服电机驱动，无需加装同步带轮组和减速器，简化了B轴结构，有效降低了装配误差，提高了B轴刚性和精度；一体式伺服电机，自带电磁制动器，回转间隙低至1arcmin，具有结构紧凑、高扭转刚度、高稳定性等特点；同时采用高转速电主轴，静音运行，低成本维护，且能完美地与更换刀柄的刀库配合运行。且安装维护简单；具有刚性好、精度高、动态性能高等优点。
2、伺服一体式电机将伺服电机和齿轮箱完美整合为一个多功能装置，具有良好的稳定性和持续精度。
3、开创性的在Z轴增设平衡气缸，有效的降低了Z轴和B轴负载，使Z轴电机空载输出功率低至10％以下，B轴摆头装置的升降运动更加灵活、平稳，确保长期稳定性，能轻松的完成各种高难度加工动作，同时可保证长期的加工精度。
4、该B轴摆头装置配备高转速电主轴，所有加工任务都是通过电主轴及其配套的刀具完成，可加工航天航空零件、手表壳、3C产品等精密零件。
下面实施例结合附图说明对本发明作进一步的说明。
附图说明
图1是本发明的一个实施例的正面示意图；
图2是图1的A-A局部剖视图；
图3是图1的侧面示意图；
图4是图1的外观立体示意图。
图中，1、Z轴；2、X轴滑板；3、一体式伺服电机；4、连接法兰；5、主轴座；6、主轴限位板；7、电主轴；8、密封圈压环；9、防护盖板；10、VA型密封圈；11、平衡气缸；12、气缸固定座；13、气缸浮动接头；14、气缸限位座；15、气缸拉杆头。
具体实施方式
参照图1和图2，B轴摆头装置主要由一体式伺服电机3、连接法兰4、主轴座5、主轴限位板6、电主轴7构成，一体式伺服电机3的固定法兰通过螺栓与机床的Z轴1连结，电机的输出法兰通过螺栓与连接法兰4连结，连接法兰4另一端与主轴座5连结；主轴限位板6通过螺栓与电主轴7连结，连结时配合工装锁紧，保证电主轴安装位置的一致性；主轴座5一侧厚度开槽，并钻孔攻牙，连结有主轴限位板6的电主轴7穿过主轴座5，通过螺栓夹紧电主轴；主轴限位板6通过螺栓固定在主轴座5上端而构成限位结构。
参考图1和图3，Z轴1通过丝杆副、导轨副与X轴滑板2连结，Z轴两侧设置有一对平衡气缸11，左右对称；气缸本体通过螺栓与气缸固定座12，气缸固定座12(左右各一件)则固定在X轴滑板2上；气缸拉杆头15与气缸浮动接头13连结，气缸浮动接头13另一端通过螺栓与气缸限位座14连结，气缸限位座14与Z轴固定连接。
参照图2，连接法兰4与Z轴1之间安装有VA型密封圈10，防止冷却水、铁屑进入装置内部；密封圈压环8通过螺栓与连接法兰3连结，夹紧VA型密封圈10。
参照图2和图3，防护盖板9通过螺栓固定在Z轴1背面，防止冷却水、铁屑进入。
本发明的工作原理如下：根据加工零件的形状及加工工艺，用规定的 代码和程序格式编写程序单，然后将程序单输入到控制系统，控制系统将程序处理后，B轴的伺服系统发出带有功率的信号，一体式伺服电机3驱动连接法兰4旋转，带动主轴座5及电主轴7圆周摆动。同时摆头上的高速旋转电主轴，通过配套的刀具，对装夹在工作台上的工件进行切削，配合其他X、Y、C等各轴的运动合成，即可雕铣出各种平面或立体的浮雕图形及文字，实现雕铣自动化作业。
参照图1，Z轴电机(图中未画出)带动Z轴1及B轴摆头装置做升降运动，同时，Z轴两侧的平衡气缸拉杆头随之运动，通过控制系统的控制，两者实现同步运行。在机床气动系统控制下，抵消Z轴1和B轴摆头部分负载；以电主轴7垂直位置为0°，B轴的摆动角度为-90°至+90°，共180°，能够满足大多数零件的雕刻作业。
本发明结构简单、合理，整体精度高，具有结构刚性好、精度高、动态性能高和长期稳定性高等优点。

Claims (3)

  1. 一种配套于数控机床上的机电一体式B轴摆头装置，包括一体式伺服电机(3)、连接法兰(4)、主轴座(5)、主轴限位板(6)和电主轴(7)，其特征在于：所述一体式伺服电机(3)的固定法兰通过螺栓与机床的Z轴(1)连结，电机的输出法兰通过螺栓与连接法兰(4)连结，连接法兰(4)另一端与主轴座(5)连结；主轴限位板(6)通过螺栓与电主轴(7)连结，连结时配合工装锁紧，保证电主轴安装位置的一致性；主轴座(5)一侧厚度开槽，并钻孔攻牙，连结有主轴限位板(6)的电主轴(7)穿过主轴座(5)，主轴座(5)通过螺栓夹紧电主轴(7)；主轴限位板(6)通过螺栓固定在主轴座(5)上而构成限位结构。
  2. 根据权利要求1所述的机电一体式B轴摆头装置，其特征在于：在连接法兰(4)与Z轴(1)之间安装有VA型密封圈(10)，以防止冷却水、铁屑进入装置内部；密封圈压环(8)通过螺栓与连接法兰(3)连结，夹紧VA型密封圈(10)。
  3. 根据权利要求1或2所述的机电一体式B轴摆头装置，其特征在于：所述Z轴(1)通过丝杆副、导轨副与X轴滑板(2)连结，在Z轴两侧设置有一对左右对称的平衡气缸(11)；平衡气缸的本体通过螺栓与气缸固定座(12)连接，气缸固定座(12)则固定连接在X轴滑板(2)上；气缸拉杆头(15)与气缸浮动接头(13)连结，气缸浮动接头(13)另一端通过螺栓与气缸限位座(14)连结，气缸限位座(14)固定连接在Z轴(1)上。
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