專利名稱：車銑復(fù)合加工中心的高剛性高定位精度b軸裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及機械制造設(shè)備，機床中的高速車銑復(fù)合加工中心上的高剛性高定 位精度B軸裝置。
背景技術(shù)：
車銑復(fù)合加工機床上的B軸裝置可帶動裝有刀具的車銑主軸進行旋轉(zhuǎn)或固定。B 軸旋轉(zhuǎn)與其他軸配合實現(xiàn)多軸聯(lián)動功能，可完成復(fù)雜空間曲面的加工；B軸固定可完成車 削或固定角度傾斜面的銑削、鉆削、磨削等多工序的復(fù)合加工?，F(xiàn)在國內(nèi)機床的B軸裝置基 本上都用伺服電機驅(qū)動，動力傳動主要由齒型帶、齒輪或蝸輪蝸桿配合實現(xiàn)，傳統(tǒng)機械傳動 方式進行分度控制，不可避免地存在傳動間隙，使B軸裝置的定位精度受到一定的影響；軸 承結(jié)構(gòu)普遍采用滾針軸承或角接觸球軸承，B軸進行插補加工時的承載能力有限；國內(nèi)現(xiàn) 有的B軸三齒盤結(jié)構(gòu)普遍安裝在軸承的后側(cè)，影響了 B軸鎖緊時進行固定角度加工的能力。 B軸是復(fù)合加工機床的核心部件，B軸的精度和剛性在很大程度上決定了機床的精度和剛 性。為了滿足航空、航天、軍工等行業(yè)對高精度、形狀復(fù)雜的回轉(zhuǎn)體零件加工的要求，真正做 到在提高工作效率的同時保證零件的加工精度，需要開發(fā)一款高剛性高定位精度的B軸裝 置，實現(xiàn)機床的高效、高精和復(fù)合化，滿足日益增長的市場需求。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是提供一款車銑復(fù)合加工中心的高剛性高定位精度B軸裝置， 裝備在高速五軸車銑加工中心上，實現(xiàn)機床的高效、高精和復(fù)合化加工。高剛性高定位精度B軸裝置，裝備在高速五軸車銑復(fù)合加工中心上，并有配套的 電氣、液壓、冷卻控制部分與機床上的系統(tǒng)對應(yīng)結(jié)合，其特征在于主軸前端大徑外周臺肩前 安裝三齒盤，主軸前端小徑外周與主軸同心由內(nèi)至外安裝力矩電機、水套和軸套，力矩電機 前端與主軸臺肩之間安裝轉(zhuǎn)臺軸承；主軸后端安置延長軸，通過前端的螺釘與主軸后端固 定；軸套的后端蓋上安置剎車機構(gòu)，法蘭盤內(nèi)周安裝有限位機構(gòu)；延長軸外周的配油環(huán)前 端通過螺釘與法蘭盤固定，后端通過固定架與滑枕固定；延長軸末端安裝圓光柵、電子剎 車。本設(shè)計裝備在高速五軸車銑復(fù)合加工中心上，實現(xiàn)了機床的高速、高精、復(fù)合化加 工，解決了三個關(guān)鍵技術(shù)問題，即B軸高定位精度的實現(xiàn)方式；B軸高剛性的實現(xiàn)方式；小空 間內(nèi)B軸附屬功能的實現(xiàn)方式。在本實用新型中，大轉(zhuǎn)矩、高可靠性的力矩電機與主軸同軸裝配，實現(xiàn)直接驅(qū)動， 真正實現(xiàn)了無間隙傳動，大大提高了 B軸的定位精度。外環(huán)配有水套，對力矩電機進行循環(huán) 冷卻，控制B軸溫升。反饋圓光柵置于主軸后端延長軸端形成直聯(lián)結(jié)構(gòu)，保證B軸的高動態(tài) 特性和高定位精度，保證B軸的分度精度。主軸外臺肩安裝高精度、高剛性轉(zhuǎn)臺軸承作為B 軸的回轉(zhuǎn)支撐，應(yīng)用軸承前端的三齒盤結(jié)構(gòu)實現(xiàn)B軸固定角度加工時的高剛性和高定位精 度，通過比例液壓控制的B軸任意位置鎖緊機構(gòu)，提高B軸任意角度加工時的剛性和定位精度，并為B軸插補加工增加減振阻尼。
圖1是B軸裝置剖視示意圖；圖2是剎車機構(gòu)放大示意圖；圖3是限位機構(gòu)示意具體實施方式
高剛性高定位精度B軸裝置，裝在高速五軸車銑復(fù)合加工機床上，并有配套的電 氣、液壓、控制部分與機床上的系統(tǒng)對應(yīng)結(jié)合，其特征在于機械部分包括下列三個方面1. B軸高定位精度的實現(xiàn)方式如圖1所示，主軸2小徑外周與主軸同心由內(nèi)至外安裝力矩電機11、水套10和軸 套27，軸套27內(nèi)安裝開關(guān)觸桿8，力矩電機11前端與主軸2臺肩之間安裝轉(zhuǎn)臺軸承1 ；主 軸2后端安置延長軸15，通過延長軸15前端的螺釘與主軸2后端固定；置于軸套27后端的 后端蓋33與法蘭13盤之間安置剎車機構(gòu)，法蘭盤13內(nèi)周安裝有限位機構(gòu)12 ；與延長軸15 同心的配油環(huán)16前端通過螺釘與法蘭盤13固定，法蘭盤13與滑枕17固定，配油環(huán)16后 端通過直角固定架18與固定在后端蓋33和B軸裝置端固定架31之間的固定架14緊固、B 軸裝置端固定架31與滑枕17固定；配油環(huán)16的外圓上有一系列進、出油孔，分別與機床的 液壓系統(tǒng)相連接。延長軸15末端安裝圓光柵20、電子剎車19。固定架空間內(nèi)接入油、水、 氣、電管路和配置。三齒盤結(jié)構(gòu)鎖緊齒盤5安裝在主軸2前端外周臺肩前，動齒盤6通過調(diào)整墊28 固定在主軸2外周臺肩上，動齒盤6外周的定齒盤7通過軸套27固定在滑枕17上，油缸套 29與前端蓋30和鎖緊齒盤5構(gòu)成三齒盤結(jié)構(gòu)的松開油缸3，前端蓋30與鎖緊齒盤5和主 軸2構(gòu)成三齒盤結(jié)構(gòu)的鎖緊油缸4，在鎖緊齒盤5與前端蓋30之間安置一個導(dǎo)向鍵，避免鎖 緊齒盤5旋轉(zhuǎn)；前端蓋30固定在滑枕17上。作業(yè)狀態(tài)B軸裝置分度前，主軸2前端的三齒盤機構(gòu)的松開油缸3進油，鎖緊齒 盤5與動齒盤6和定齒盤7脫開，開關(guān)觸桿8前伸，限位開關(guān)發(fā)信號確認鎖緊齒盤5完全脫 開；主軸2后端的剎車機構(gòu)鎖緊油缸22卸載；延長軸15后端的電子剎車19供電松開；然 后大扭矩的力矩電機11開始供電直接驅(qū)動主軸2在一定角度范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)B軸分度。 延長軸15后端配有高精度直聯(lián)反饋圓光柵20，保證B軸的定位精度。主軸2支撐采用高精 度的轉(zhuǎn)臺軸承1，顯著提高剛性的同時也保證了主軸2的旋轉(zhuǎn)精度。當(dāng)B軸需要在某一角度 鎖緊時，高精度的三齒盤和剎車機構(gòu)保證了 B軸的定位精度。綜上所述，通過高精度的旋轉(zhuǎn) 支撐、高精度的系統(tǒng)反饋、無間隙的傳動方式及高精度的鎖緊機構(gòu)，實現(xiàn)了 B軸的高定位精 度。2. B軸高剛性的實現(xiàn)方式剎車機構(gòu)如圖2所示，位于延長軸15前端外臺肩處法蘭盤13與后端蓋33之間， 后端蓋33相對固定剎車片23的面有6個沉孔，內(nèi)裝回彈彈簧25，并與旋轉(zhuǎn)剎車片21為同 一平面；法蘭盤13內(nèi)有一環(huán)形槽，密封圈M與環(huán)形槽構(gòu)成油缸22，密封圈M右側(cè)與固定 剎車片23接觸，位于延長軸15前端外臺肩直角處安置調(diào)整墊32，調(diào)整剎車片之間的間隙。[0017]該B軸裝置有兩種鎖緊固定方式，當(dāng)B軸分度角度是2. 5°的整數(shù)倍時，通過軸承 前端的鎖緊齒盤進行固定；當(dāng)B軸分度角度不是2. 5°的整數(shù)倍時，通過B軸后端的剎車機 構(gòu)進行鎖緊。在B軸參與插補加工的過程中，如果出現(xiàn)振動，可以對B軸后端的剎車機構(gòu)進 行低壓控制，使其起到增加減振阻尼的作用。B軸裝置后端有復(fù)雜的液壓、冷卻、氣動配給裝 置，保證B軸裝置及車削主軸功能的實現(xiàn)。作業(yè)狀態(tài)如圖1所示，B軸進行2. 5°整數(shù)倍的固定角度加工時，主軸2前端的 三齒盤機構(gòu)的鎖緊油缸4進油，鎖緊齒盤5與動齒盤6和定齒盤7嚙合鎖緊，開關(guān)觸桿8后 伸，限位開關(guān)發(fā)信號確認鎖緊齒盤5嚙合可靠，將主軸2完全鎖緊。此時加工切削力完全由 三齒盤承受，轉(zhuǎn)臺軸承1不受力，因此將三齒盤設(shè)計在B軸的最前端大大提高了 B軸的剛 性。B軸參與插補加工時，所有的鎖緊機構(gòu)松開，力矩電機11驅(qū)動主軸2旋轉(zhuǎn)參與多軸聯(lián) 動加工。額定扭矩可達IOOONm的大扭矩力矩電機11的采用有力地保證了 B軸插補加工的 能力；較之滾針軸承和角接觸球軸承，轉(zhuǎn)臺軸承1的應(yīng)用大大提高了 B軸插補加工的剛性。 綜上所述，通過大扭矩力矩電機11，高剛性轉(zhuǎn)臺軸承1以及三齒盤機構(gòu)前置，實現(xiàn)了 B軸的 高剛性。3.小空間內(nèi)B軸附屬機構(gòu)的實現(xiàn)方式雖然B軸的空間較小，但其附屬功能較多。a.如圖1所示，三齒盤的開關(guān)觸桿8的結(jié)構(gòu)主體為兩個細長桿，中間由彈簧9對 接成一體；開關(guān)觸桿8前端穿過定齒盤7與鎖緊齒盤5接觸，后端固定在后端蓋33上。開 關(guān)觸桿8采用前后兩個桿利用彈簧9對接的方式，提高加工工藝性，在小空間內(nèi)實現(xiàn)了三齒 盤鎖緊狀態(tài)的監(jiān)控。b.如圖2所示，當(dāng)B軸需要鎖緊的角度不是2. 5°的整數(shù)倍時，則通過主軸2后端 的剎車機構(gòu)進行鎖緊。鎖緊時，油缸22進入高壓油，壓迫固定剎車片23與旋轉(zhuǎn)剎車片21 接觸，依靠摩擦力實現(xiàn)B軸的鎖緊；松開時，油缸22液壓卸載，回彈彈簧25壓迫固定剎車片 23與旋轉(zhuǎn)剎車片21松開。c.如圖3所示，為保證B軸在誤操作的情況下也不會超出安全角度，設(shè)計了角度限 位機構(gòu)。限位機構(gòu)用于限位的旋轉(zhuǎn)塊12安裝在延長軸15外周的端面上，位于配油環(huán)16前 端與法蘭盤13之間的空間內(nèi)，旋轉(zhuǎn)塊12為一截弧形體，其兩寬端立面通過螺栓固定橡膠塊 26，其高度與在同一圓周內(nèi)的法蘭盤13突起體相同，法蘭盤13突起體與旋轉(zhuǎn)塊相對180° 設(shè)置。法蘭盤13安裝在滑枕17上固定不動；旋轉(zhuǎn)塊12安裝在延長軸15上隨主軸2 —起 旋轉(zhuǎn)，當(dāng)B軸超出旋轉(zhuǎn)角度時，橡膠塊沈與法蘭盤13的突起相撞，限制住了主軸的旋轉(zhuǎn)角 度。d.剎車機構(gòu)安裝時，通過修磨調(diào)整墊32，保證旋轉(zhuǎn)剎車片21與后端蓋33之間的 間隙為0. 2mm ；通過修磨后端蓋33的左側(cè)面，保證固定剎車片23與旋轉(zhuǎn)剎車片21之間的 間隙為0. 2mm ；通過修磨安裝在定齒盤7后端的調(diào)整墊觀，保證動齒盤6在軸向上比定齒盤 7 低 0. 002mm。
權(quán)利要求1.車銑復(fù)合加工中心的高剛性高定位精度B軸裝置，并有配套的電氣、液壓、冷卻控制 部分與機床上的系統(tǒng)對應(yīng)結(jié)合，其特征在于主軸(2)前端大徑外周臺肩前安裝三齒盤，小 徑外周與主軸同心由內(nèi)至外安裝力矩電機(11)、水套(10)和軸套(27)，軸套(XT)內(nèi)安裝 開關(guān)觸桿(8)，力矩電機前端與主軸臺肩之間安裝轉(zhuǎn)臺軸承(1)；主軸(2)后端安置延長軸 (15)及其外周的配油環(huán)(16)，延長軸(1 通過主軸( 后端的法蘭盤(1 及固定架與滑 枕(17)固定；軸套(XT)后端的后端蓋(33)上安置剎車機構(gòu)，法蘭盤(13)內(nèi)周安裝有限位 機構(gòu)；延長軸(15)末端安裝圓光柵(20)、電子剎車(19)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車銑復(fù)合加工中心的高剛性高定位精度B軸裝置，其特征在 于三齒盤結(jié)構(gòu)鎖緊齒盤(5)安裝在主軸(2)前端外周臺肩前，動齒盤(6)通過調(diào)整墊08) 固定在主軸( 外周臺肩上，動齒盤(6)在軸向上比定齒盤(7)低0.002mm;動齒盤(6)外 周的定齒盤(7)通過軸套(XT)固定在滑枕(17)上，油缸套09)與前端蓋(30)和鎖緊齒 盤(5)構(gòu)成三齒盤結(jié)構(gòu)的松開油缸(3)，前端蓋(30)與鎖緊齒盤(5)和主軸(2)構(gòu)成三齒 盤結(jié)構(gòu)的鎖緊油缸，在鎖緊齒盤(5)與前端蓋(30)之間安置一個導(dǎo)向鍵，避免鎖緊齒盤 (5)旋轉(zhuǎn)；前端蓋(30)固定在滑枕(17)上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車銑復(fù)合加工中心的高剛性高定位精度B軸裝置，其特征在 于與延長軸(1 同心的配油環(huán)(16)前端通過螺釘與法蘭盤(1 固定，法蘭盤(1 與滑 枕(17)固定，配油環(huán)(16)后端通過直角固定架(18)與固定在后端蓋(3 和B軸裝置端固 定架(31)之間的固定架(14)緊固、B軸裝置端固定架(31)與滑枕(17)固定；配油環(huán)(16) 的外圓上有一系列進、出油孔，分別與機床的液壓系統(tǒng)相連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車銑復(fù)合加工中心的高剛性高定位精度B軸裝置，其特征在 于三齒盤的開關(guān)觸桿(8)的結(jié)構(gòu)主體為兩個細長桿，中間由彈簧(9)對接成一體；開關(guān)觸 桿(8)前端穿過定齒盤(7)與鎖緊齒盤( 接觸，后端固定在后端蓋(3 上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車銑復(fù)合加工中心的高剛性高定位精度B軸裝置，其特征在 于限位結(jié)構(gòu)用于限位的旋轉(zhuǎn)塊(12)安裝在延長軸(15)外周的端面上，位于配油環(huán)(16) 前端與法蘭盤(1 之間的空間內(nèi)，旋轉(zhuǎn)塊(1 為一截弧形體，其兩寬端立面通過螺栓固定 橡膠塊(26)，其高度與在同一圓周內(nèi)的法蘭盤(1 突起體相同，法蘭盤(1 突起體與旋轉(zhuǎn) 塊(12)相對180°設(shè)置。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車銑復(fù)合加工中心的高剛性高定位精度B軸裝置，其特征在 于剎車機構(gòu)延長軸(15)前端外臺肩處法蘭盤(13)與后端蓋(33)之間，后端蓋(33)相 對固定剎車片03)的面有6個沉孔，內(nèi)裝回彈彈簧(25)，并與旋轉(zhuǎn)剎車片為同一平 面；法蘭盤(1 內(nèi)有一環(huán)形槽，密封圈04)與環(huán)形槽構(gòu)成油缸(22)，密封圈04)右側(cè)與 固定剎車片03)接觸，位于延長軸(15)前端外臺肩直角處安置調(diào)整墊(32)，調(diào)整剎車片 (21)與后端蓋(33)之間的間隙為0. 2mm，固定剎車片Q3)與旋轉(zhuǎn)剎車片Ql)之間的間隙 為 0. 2mmο
專利摘要車銑復(fù)合加工中心的高剛性高定位精度B軸裝置，其特征在于采用大轉(zhuǎn)矩、高可靠性的力矩電機實現(xiàn)直接驅(qū)動，反饋圓光柵直聯(lián)結(jié)構(gòu)，保證B軸的高動態(tài)特性和高定位精度；采用高精度、高剛性轉(zhuǎn)臺軸承作為B軸的回轉(zhuǎn)支撐；應(yīng)用軸承前端的三齒盤結(jié)構(gòu)實現(xiàn)B軸固定角度加工時的高剛性和高定位精度；通過比例液壓控制的B軸任意位置鎖緊機構(gòu)，提高B軸任意角度加工時的剛性和定位精度，并為B軸插補加工增加減振阻尼。本設(shè)計裝備在高速五軸車銑復(fù)合加工中心上，實現(xiàn)了機床的高速、高精、復(fù)合化加工，解決了三個關(guān)鍵技術(shù)問題，即B軸高定位精度的實現(xiàn)方式；B軸高剛性的實現(xiàn)方式；小空間內(nèi)B軸附屬功能的實現(xiàn)方式。
文檔編號B23Q1/44GK201889637SQ201020507089
公開日2011年7月6日 申請日期2010年8月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月27日
發(fā)明者何峰, 侯貴堂, 劉妍, 劉守勝, 宋宇, 徐書友, 王家興, 蓋立亞, 趙尚福, 顏克輝 申請人:沈陽第一機床廠