專利名稱：一種用于五坐標(biāo)機(jī)床的鎖緊擺頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于五坐標(biāo)機(jī)床的鎖緊擺頭，屬工藝裝備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制造技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
近些年，五坐標(biāo)機(jī)床以其能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜曲面成型加工的特點(diǎn)，在航空、航天、航海等高端行業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用越來越廣泛；主要用于加工具有復(fù)雜曲面的高精度零件，如航空工業(yè)中的葉片、葉盤、葉輪類零件。五坐標(biāo)加工機(jī)床是在標(biāo)準(zhǔn)三坐標(biāo)(直線坐標(biāo))機(jī)床上，在主軸或工作臺上增加兩個聯(lián)動的回轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸，實(shí)現(xiàn)五軸聯(lián)動功能。而具有主軸擺動功能的擺頭是三坐標(biāo)機(jī)床或四坐標(biāo)機(jī)床升級為五坐標(biāo)機(jī)床的關(guān)鍵功能部件之一。由于五坐標(biāo)機(jī)床目·前多用于加工鈦合金、高溫合金等難加工材料復(fù)雜型面零件，所以要求擺頭應(yīng)具有高精度、大扭矩、高剛度、大范圍擺角的特點(diǎn)，某些加工工藝如插銑還要求擺頭能夠擺動到一定角度后鎖緊，實(shí)現(xiàn)定軸加工。專利201010610971. X中公開了具有大擺角范圍的高剛性擺頭，通過帶筋肋板電機(jī)座將伺服電機(jī)固定在左箱體內(nèi)腔中；電主軸管線由后端接出，通過旋轉(zhuǎn)主軸箱、編碼器安裝軸中心孔、環(huán)形拖鏈支架中心孔、RBR拖鏈從右箱體的走線孔由擺頭后接出；環(huán)形分配器內(nèi)部設(shè)有多路油氣孔，入口分別通過各輸入端外接管與外部油氣源相連，旋轉(zhuǎn)主軸箱內(nèi)部亦開有多路通油氣孔，并與環(huán)形分配器內(nèi)部的油氣孔對應(yīng)。該發(fā)明的擺頭由于一邊可以拆卸，故整體剛性較弱；此外，該發(fā)明專利中未提及擺頭的鎖緊，若在大扭矩定軸工作條件下單依靠渦輪蝸桿反向自鎖將會降低結(jié)構(gòu)使用壽命。

發(fā)明內(nèi)容
為避免現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提出一種用于五坐標(biāo)機(jī)床的鎖緊擺頭。擺頭具有精度高、大扭矩，高剛度、擺動范圍大的特點(diǎn)，且能夠在擺頭擺動到任意角度后將旋轉(zhuǎn)軸鎖緊，實(shí)現(xiàn)插銑類工藝所需的定軸加工功能。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是包括擺角銑頭箱體、主軸箱、電主軸、左主軸、右主軸、伺服電機(jī)、電機(jī)帶輪、雙導(dǎo)程蝸桿、同步帶輪、梯形齒同步帶、剎緊座、剎緊片、剎緊環(huán)、壓蓋、第二轉(zhuǎn)臺軸承、第一轉(zhuǎn)臺軸承、蝸輪蝸桿副、第一脹緊套、編碼器，電主軸安裝在主軸箱內(nèi)部，左主軸、右主軸位于主軸箱兩側(cè)，左主軸、右主軸分別通過第二轉(zhuǎn)臺軸承、第一轉(zhuǎn)臺軸承固連在擺角銑頭箱體的兩側(cè)；伺服電機(jī)位于擺角銑頭箱體右側(cè)，伺服電機(jī)輸出軸端安裝電機(jī)帶輪，雙導(dǎo)程蝸桿的上端安裝同步帶輪，梯形齒同步帶與電機(jī)帶輪、同步帶輪連接；剎緊座位于擺角銑頭箱體左側(cè)，剎緊片與左主軸通過螺紋連接，剎緊環(huán)通過螺紋連接于壓蓋，剎緊環(huán)與壓蓋之間形成液壓油腔；蝸輪蝸桿副與右主軸通過螺釘連接，蝸輪套在右主軸外部。所述雙導(dǎo)程蝸桿固定安裝在箱體內(nèi)部，雙導(dǎo)程蝸桿上端通過第一脹緊套與同步帶輪固連；第一推力球軸承、套、蝸桿端蓋限制雙導(dǎo)程蝸桿沿軸線向下運(yùn)動，墊、第二推力球軸承、第一螺母、第二螺母限制雙導(dǎo)程蝸桿沿軸線向上運(yùn)動；蝸桿套、第一滾針軸承、第二滾針軸承限制雙導(dǎo)程蝸桿的徑向運(yùn)動。所述編碼器通過右側(cè)端蓋與擺角銑頭箱體連接，連接軸隨擺頭的擺動而轉(zhuǎn)動，編碼器檢測連接軸轉(zhuǎn)過的角度，實(shí)時檢測主軸擺角位置，進(jìn)行閉環(huán)控制。電主軸隨主軸箱擺動，擺頭擺動為向上擺動30°，向下擺動120° ;傳感器通過支架與壓蓋連接，限位開關(guān)與左主軸連接，擺頭向上擺動30°或向下擺動120°時，傳感器與限位開關(guān)對齊，傳感器將信號傳送至數(shù)控系統(tǒng)，數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出信號，擺頭停止擺動將旋轉(zhuǎn)軸鎖緊。有益效果本發(fā)明用于五坐標(biāo)機(jī)床的鎖緊擺頭，箱體為一整體結(jié)構(gòu)，電主軸安裝在主軸箱內(nèi)，伺服電機(jī)位于擺頭右側(cè)上端后部，擺頭左右兩側(cè)安裝密封罩，使擺頭內(nèi)部零部件不受外部油污、粉塵等環(huán)境的影響；通過在擺頭內(nèi)部設(shè)置回轉(zhuǎn)編碼器進(jìn)行閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)擺頭擺動的·高精度；通過合理設(shè)計(jì)基礎(chǔ)部件、支撐部件、傳動部件，實(shí)現(xiàn)擺頭的高剛度；通過液壓鎖緊機(jī)構(gòu)，在擺頭擺動到任意角度后將旋轉(zhuǎn)軸鎖緊，實(shí)現(xiàn)插銑工藝所需的定軸加工功能；通過傳感器與限位開關(guān)的使用，實(shí)現(xiàn)擺頭的擺動角度的限制；所有管線通過擺角銑頭箱體和主軸箱體的走線孔從擺頭后方接出，進(jìn)入擺頭外部的機(jī)床走線系統(tǒng)和電氣柜。本發(fā)明特別適用于加工鈦合金、高溫合金等難加工材料復(fù)雜型面高精度零件的需求。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施方式對本發(fā)明一種用于五坐標(biāo)機(jī)床的鎖緊擺頭作進(jìn)一步詳細(xì)說明。圖I為本發(fā)明鎖緊擺頭的立體圖。圖2為本發(fā)明鎖緊擺頭的前視圖。圖3為本發(fā)明鎖緊擺頭的B-B剖視圖。圖4為本發(fā)明鎖緊擺頭的A-A剖視圖。圖5為限位傳感器H-H剖視圖。圖6為本發(fā)明的主軸箱立體圖。圖中I.擺角統(tǒng)頭箱體2.電主軸罩3.右側(cè)封罩4.右側(cè)端蓋5.第一回轉(zhuǎn)密封圈6.蓋7.連接軸8.編碼器9.右主軸10.蝸輪蝸桿副11.第一轉(zhuǎn)臺軸承12.第二回轉(zhuǎn)密封圈13.第一內(nèi)端蓋14.主軸箱15.左主軸16.第二轉(zhuǎn)臺軸承17.回轉(zhuǎn)密封圈18.剎緊片19.左側(cè)封罩20.支架21.傳感器22.限位開關(guān)23.擋板24.剎緊環(huán)25.壓蓋26.剎緊座27.緊定螺釘28.間隙調(diào)整塊29.電機(jī)座30.同步帶輪31.第一脹緊套32.梯形齒同步帶33.電機(jī)帶輪34.第二脹緊套35.雙導(dǎo)程蝸桿36.第一推力球軸承37.套38.調(diào)整墊39.蝸桿端蓋40.第一螺母41.第二螺母42.第二推力球軸承43.墊44.伺服電機(jī)45.電主軸46.第二內(nèi)端蓋47.蝸桿套48.第一滾針軸承49.第二滾針軸承
具體實(shí)施例方式本實(shí)施例是一種用于五坐標(biāo)機(jī)床的鎖緊擺頭，是五坐標(biāo)機(jī)床的核心功能部件；具有高精度、大扭矩、高剛度可鎖緊的特點(diǎn)。如圖I、圖2、圖3、圖6所示，五坐標(biāo)機(jī)床的鎖緊擺頭的電主軸45安裝在主軸箱14內(nèi)部，電主軸45端面法蘭與主軸箱14的端面通過螺釘連接，電主軸45的徑向端面與主軸箱14內(nèi)部后端的圓環(huán)面配合定位；裝配時需先將第二內(nèi)端蓋46、第一內(nèi)端蓋13分別安裝在擺角銑頭箱體I的左右兩側(cè)，再將右主軸9與第一轉(zhuǎn)臺軸承11連接在一起，再將右主軸9裝入擺角銑頭箱體I右側(cè)圓孔中，將右主軸9與主軸箱14連接在一起，第一轉(zhuǎn)臺軸承11與擺角銑頭箱體I連接在一起；左主軸15裝入擺角銑頭箱體I左側(cè)圓孔中，左主軸15與主軸箱14連接在一起，第二轉(zhuǎn)臺軸承16分別與左主軸15、擺角銑頭箱體I連接；然后裝入其它零部件；最后將左密封罩19、右密封罩3分別安裝在擺角銑頭箱體I的左右兩側(cè)。參見圖3、圖4，蝸輪蝸桿副10與右主軸9連接，蝸輪通過螺栓固定套在右主軸外端；雙導(dǎo)程蝸桿35安裝在擺角銑頭箱體I內(nèi)部，雙導(dǎo)程蝸桿35的上端通過第一脹緊套31·與同步帶輪30連接；電機(jī)座29與擺角銑頭箱體I連接；伺服電機(jī)44與電機(jī)座29連接；伺服電機(jī)44的軸端通過第二脹緊套34與電機(jī)帶輪33連接；梯形齒同步帶32與電機(jī)帶輪33、同步帶輪30嚙合；間隙調(diào)整塊28連接在擺角銑頭箱體I上，緊定螺釘27安裝在間隙調(diào)整塊28上并且其端部頂推電機(jī)座29 ;通過調(diào)整緊定螺釘27，將電機(jī)座29向圖3中右側(cè)推移，進(jìn)而使梯形齒同步帶32脹緊。當(dāng)擺頭擺動時，伺服電機(jī)44通過梯形齒同步帶32帶動雙導(dǎo)程蝸桿35轉(zhuǎn)動，雙導(dǎo)程蝸桿35帶動蝸輪10轉(zhuǎn)動，使右主軸9轉(zhuǎn)動，進(jìn)而使擺頭擺動。如圖3所示，蓋6與右主軸9的右端連接，連接軸7與蓋6連接，連接軸7隨著擺頭的擺動而轉(zhuǎn)動；右側(cè)端蓋4與擺角銑頭箱體I連接，編碼器8與右側(cè)端蓋4連接。當(dāng)擺頭擺動時，編碼器8檢測連接軸7轉(zhuǎn)過的角度，即實(shí)時檢測主軸擺角位置，進(jìn)行閉環(huán)控制，從而提高擺頭的定位精度與重復(fù)精度。如圖4所示，第一推力球軸承36、套37、蝸桿端蓋39限制雙導(dǎo)程蝸桿35沿軸線向下運(yùn)動；墊43、第二推力球軸承42、螺母一 40、螺母二 41限制雙導(dǎo)程蝸桿35沿軸線向上運(yùn)動；蝸桿套47、第一滾針軸承48、第二滾針軸承49限制雙導(dǎo)程蝸桿35的徑向運(yùn)動。擺頭長時間運(yùn)行后，雙導(dǎo)程蝸桿35會發(fā)生磨損，通過調(diào)整擺角銑頭箱體I與蝸桿端蓋39之間的調(diào)整墊38的厚度，改變雙導(dǎo)程蝸桿35在軸線方向的位置，改變雙導(dǎo)程蝸桿35與蝸輪10嚙合的位置，進(jìn)而減小蝸輪蝸桿嚙合間隙。如圖3所示，剎緊座26與擺角銑頭箱體I連接，剎緊片18與左主軸15和壓蓋25連接，剎緊環(huán)24與壓蓋25連接，剎緊環(huán)24、壓蓋25均靜止不動，剎緊片18與左主軸15 —起轉(zhuǎn)動。當(dāng)擺頭擺動到指定角度后，從壓蓋25的進(jìn)油孔向剎緊環(huán)24與壓蓋25形成的腔體中通入高壓油，高壓油使剎緊環(huán)24的薄壁部分發(fā)生變形，擠壓剎緊片18，產(chǎn)生摩擦力矩，依靠摩擦力矩將擺頭在固定角度鎖緊。如圖2所示，以主軸水平狀態(tài)為零點(diǎn)，擺頭擺動范圍為向上擺動30°，向下擺動120°，電主軸隨主軸箱一起擺動。如圖3、圖5所示，支架20與壓蓋25連接，傳感器21與支架20連接，傳感器21靜止不動；限位開關(guān)22與左主軸15連接，與左主軸15—起旋轉(zhuǎn)。當(dāng)擺頭向上擺動30°或向下擺動120°時，傳感器21與限位開關(guān)22對齊，此時傳感器21將信號傳送至數(shù)控系統(tǒng)中，數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出停止擺動的信號，擺頭停止擺動，實(shí)現(xiàn)擺頭擺動范圍的限制。擺頭安裝的電主軸45所需外接的管線包括刀具冷卻液管路、電機(jī)冷卻液管路、刀具松開夾緊液壓管路、電主軸密封空氣管路、電主軸電源線、電主軸信號線，所有管線均安裝在電主軸后端。如圖3、圖6所示，左主軸15是空心軸，主軸箱14左側(cè)有兩個半圓形孔；管線從左主軸的左側(cè)進(jìn)入，通過半圓孔進(jìn)入主軸箱14，沿著主軸箱14的側(cè)棱進(jìn)入到主軸箱的后端，與電主軸45的接口連接。擋板23與左主軸15連接，擋板能夠有效防止當(dāng)擺頭擺動時管線與左主軸15纏繞在一起。所有管線通過擺角銑頭箱體I的走線孔從擺頭后方接出，進(jìn)入擺頭外部的機(jī)床走線系統(tǒng)和電氣柜。最后將左密封罩19、右密封罩3安裝在擺角銑頭箱體I上?！?br> 權(quán)利要求
1.一種用于五坐標(biāo)機(jī)床的鎖緊擺頭，其特征在于包括擺角銑頭箱體、主軸箱、電主軸、左主軸、右主軸、伺服電機(jī)、電機(jī)帶輪、雙導(dǎo)程蝸桿、同步帶輪、梯形齒同步帶、剎緊座、剎緊片、剎緊環(huán)、壓蓋、第二轉(zhuǎn)臺軸承、第一轉(zhuǎn)臺軸承、蝸輪蝸桿副、第一脹緊套、編碼器，電主軸安裝在主軸箱內(nèi)部，左主軸、右主軸位于主軸箱兩側(cè)，左主軸、右主軸分別通過第二轉(zhuǎn)臺軸承、第一轉(zhuǎn)臺軸承固連在擺角銑頭箱體的兩側(cè)；伺服電機(jī)位于擺角銑頭箱體右側(cè)，伺服電機(jī)輸出軸端安裝電機(jī)帶輪，雙導(dǎo)程蝸桿的上端安裝同步帶輪，梯形齒同步帶與電機(jī)帶輪、同步帶輪連接；剎緊座位于擺角銑頭箱體左側(cè)，剎緊片與左主軸通過螺紋連接，剎緊環(huán)通過螺紋連接于壓蓋，剎緊環(huán)與壓蓋之間形成液壓油腔；蝸輪蝸桿副與右主軸通過螺釘連接，蝸輪套在右主軸外部。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種用于五坐標(biāo)機(jī)床的鎖緊擺頭，其特征在于所述雙導(dǎo)程蝸桿固定安裝在箱體內(nèi)部，雙導(dǎo)程蝸桿上端通過第一脹緊套與同步帶輪固連；第一推力球軸承、套、蝸桿端蓋限制雙導(dǎo)程蝸桿沿軸線向下運(yùn)動，墊、第二推力球軸承、第一螺母、第二螺母限制雙導(dǎo)程蝸桿沿軸線向上運(yùn)動；蝸桿套、第一滾針軸承、第二滾針軸承限制雙導(dǎo)程蝸桿的徑向運(yùn)動。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種用于五坐標(biāo)機(jī)床的鎖緊擺頭，其特征在于所述編碼器通過右側(cè)端蓋與擺角銑頭箱體連接，連接軸隨擺頭的擺動而轉(zhuǎn)動，編碼器檢測連接軸轉(zhuǎn)過的角度，實(shí)時檢測主軸擺角位置，進(jìn)行閉環(huán)控制。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種用于五坐標(biāo)機(jī)床的鎖緊擺頭，其特征在于所述電主軸隨主軸箱擺動，擺頭擺動為向上擺動30°，向下擺動120° ;傳感器通過支架與壓蓋連接，限位開關(guān)與左主軸連接，擺頭向上擺動30°或向下擺動120°時，傳感器與限位開關(guān)對齊，傳感器將信號傳送至數(shù)控系統(tǒng)，數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出信號，擺頭停止擺動將旋轉(zhuǎn)軸鎖緊。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于五坐標(biāo)機(jī)床的鎖緊擺頭，箱體為一整體結(jié)構(gòu)，電主軸安裝在主軸箱內(nèi)，伺服電機(jī)位于擺頭右側(cè)上端后部，擺頭左右兩側(cè)安裝密封罩，使擺頭內(nèi)部零部件不受外部油污、粉塵等環(huán)境的影響；在擺頭內(nèi)部設(shè)置回轉(zhuǎn)編碼器進(jìn)行閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)擺頭擺動的高精度；通過液壓鎖緊機(jī)構(gòu)，在擺頭擺動到任意角度后將旋轉(zhuǎn)軸鎖緊，實(shí)現(xiàn)插銑工藝所需的定軸加工功能；通過傳感器與限位開關(guān)的使用，實(shí)現(xiàn)擺頭的擺動角度的限制；所有管線通過擺角銑頭箱體和主軸箱體的走線孔從擺頭后方接出，進(jìn)入擺頭外部的機(jī)床走線系統(tǒng)和電氣柜。本發(fā)明特別適用于加工鈦合金、高溫合金等難加工材料復(fù)雜型面高精度零件的需求。
文檔編號B23Q5/20GK102785086SQ20121030289
公開日2012年11月21日 申請日期2012年8月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月23日
發(fā)明者于永桂, 史耀耀, 寧立群, 李志山, 王懷亮, 董宏亮, 趙暉, 趙鵬兵, 辛紅敏 申請人:西北工業(yè)大學(xué)