專利名稱：雙驅(qū)動靜壓數(shù)控擺頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種機床用數(shù)控擺頭，具體涉及一種雙驅(qū)動靜壓數(shù)控擺頭。
背景技術(shù)：
數(shù)控擺頭主要應(yīng)用于立式或龍門式五軸聯(lián)動數(shù)控機床的刀具擺軸，擺動范圍一般 在-90° 90°之間，通過擺頭的擺動來改變刀具的加工角度，以實現(xiàn)自由形面的加工?，F(xiàn) 有擺頭設(shè)計方案主要有單驅(qū)動和雙驅(qū)動兩種形式，單驅(qū)動采用減速機構(gòu)聯(lián)接伺服電機和擺 軸，而減速機構(gòu)往往存在傳動間隙，從而降低了擺頭的精度，高精度單驅(qū)動擺頭通常采用精 密蝸輪蝸桿傳動，而精密渦輪蝸桿造價不匪，而且其傳動加速度受到限制。雙驅(qū)動擺頭采用 兩個直驅(qū)電機同步驅(qū)動主軸，從而消除了傳動間隙，同時可獲得較大的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩和較好的 動態(tài)性能?，F(xiàn)有雙驅(qū)動擺頭主要采用滾子軸承組合支撐方式，其回轉(zhuǎn)精度較低，在高精度雙 驅(qū)動擺頭中，有部分產(chǎn)品采用氣浮軸承，其回轉(zhuǎn)精度較高，但軸向和徑向剛度較低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，提供了一種能夠消除擺頭的背隙， 提高擺頭的回轉(zhuǎn)定位精度和重復(fù)定位精度，同時使其具有較高的軸向剛度和徑向剛度的雙 驅(qū)動靜壓數(shù)控擺頭。為達到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是包括擺頭支撐件以及安裝在擺頭支 撐件兩側(cè)的左、右軸承徑向支撐，在左、右軸承徑向支撐的軸向外側(cè)分別安裝左、右電機固 定件，主軸固定件置于擺頭支撐件的內(nèi)側(cè)，在主軸固定件內(nèi)側(cè)安裝有電主軸，在主軸固定件 的兩側(cè)分別安裝有左、右傳動軸構(gòu)成剛性體結(jié)構(gòu)，左、右傳動軸分別穿過擺頭支撐件及左、 右軸承徑向支撐，左、右軸承徑向支撐與左、右傳動軸外圓之間分別設(shè)置軸承徑向靜壓油 腔，右軸承徑向支撐的軸向外側(cè)安裝軸承軸向支撐板，在右軸承徑向支撐的兩端面與右傳 動軸對應(yīng)臺階面及軸承軸向支撐板的端面之間分別設(shè)置軸承軸向靜壓油腔，在左、右電機 固定件的徑向內(nèi)側(cè)分別安裝有左、右直驅(qū)電機，左、右直驅(qū)電機分別通過左、右電機轉(zhuǎn)接件 連接在左、右傳動軸與主軸固定件構(gòu)成的剛性體結(jié)構(gòu)上，在右電機轉(zhuǎn)接件的軸向外側(cè)安裝 旋轉(zhuǎn)編碼器。本發(fā)明的左右直驅(qū)動電機在機械結(jié)構(gòu)上并聯(lián)，而在電器連接上采用串級連接方 法；左傳動軸的軸向末端設(shè)置電磁離合器；左、右傳動軸采用空心結(jié)構(gòu)；左、右電機轉(zhuǎn)接件 與左、右傳動軸之間分別通過左、右鍵或脹緊套緊固連接；擺頭支撐件與左、右傳動軸外圓 之間分別設(shè)置有左、右傳動軸密封圈；擺頭支撐件的左右兩側(cè)分別安裝有左、右擺頭防護 罩；軸承軸向支撐板與右電機固定件通過鎖緊螺母緊固；左軸承徑向支撐的軸向外側(cè)安裝 有軸承密封環(huán)，左軸承徑向支撐與軸承密封環(huán)之間設(shè)置左密封圈，右軸承徑向支撐與軸承 軸向支撐板之間設(shè)置右密封圈。本發(fā)明雙驅(qū)動靜壓數(shù)控擺頭采用兩個直驅(qū)電機同步驅(qū)動，液體靜壓軸承支撐的方 式，同時采用單側(cè)軸向支撐設(shè)計，提高了擺頭的精度和剛度，其定位精度設(shè)計值達3. 5"，重復(fù)定位精度設(shè)計值達1"，分辨率設(shè)計值達0.5"，軸向和徑向跳動設(shè)計值不大于0. ιμπι， 徑向剛度設(shè)計值高于800Ν/ μ m，軸向剛度設(shè)計值高于3000N/ μ m,該擺頭采用旋轉(zhuǎn)編碼器 檢測反饋實現(xiàn)閉環(huán)控制，采用電磁離合器實現(xiàn)掉電保護功能。


圖1為本發(fā)明雙驅(qū)動靜壓數(shù)控擺頭的軸向剖視圖；圖2為本發(fā)明圖1的A-A向剖視圖；圖3為本發(fā)明雙驅(qū)動靜壓數(shù)控擺頭的左視圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理和工作原理作進一步詳細(xì)說明。參見圖1，本發(fā)明包括擺頭支撐件1和安裝在擺頭支撐件1兩側(cè)的左、右軸承徑向 支撐11、16，在左、右軸承徑向支撐11、16的軸向外側(cè)分別安裝有左、右電機固定件2、26， 左、右電機固定件2、26及左、右軸承徑向支撐11、16通過螺釘緊固到擺頭支撐件1上，主軸 固定件13置于擺頭支撐件1的內(nèi)側(cè)，在主軸固定件13內(nèi)側(cè)安裝有電主軸14，主軸固定件 13的兩側(cè)分別安裝有空心結(jié)構(gòu)的左、右傳動軸6、22形成剛性體結(jié)構(gòu)，左、右傳動軸6、22分 別穿過擺頭支撐件1及左、右軸承徑向支撐11、16的內(nèi)孔，在擺頭支撐件1與左、右傳動軸 6、22外圓之間分別設(shè)置左、右傳動密封圈12、15，在左、右軸承徑向支撐11、16與左、右傳動 軸6、22外圓之間分別設(shè)置有軸承徑向靜壓油腔，在右軸承徑向支撐16的軸向外側(cè)安裝軸 承軸向支撐板18，所述的軸承軸向支撐板18置于右側(cè)電機固定件26的徑向內(nèi)側(cè)，通過鎖 緊螺母21緊固，在右軸承徑向支撐16的兩端面與右傳動軸22對應(yīng)臺階面及軸承軸向支撐 板18的端面之間分別設(shè)置軸承軸向靜壓油腔，在左軸承徑向支撐11的軸向外側(cè)安裝軸承 密封環(huán)8，軸承密封環(huán)8與左傳動軸6通過螺釘緊固，在左軸承徑向支撐11與軸承密封環(huán)8 之間設(shè)置左密封圈7，在右軸承徑向支撐16與軸承軸向支撐板18之間設(shè)置右密封圈17，在 左、右電機固定件2、26的徑向內(nèi)側(cè)安裝左、右直驅(qū)電機3、25，左、右直驅(qū)電機3、25分別通 過左、右電機轉(zhuǎn)接件4、20連接在左、右傳動軸6、22與主軸固定件13構(gòu)成的剛性體結(jié)構(gòu)上， 左、右電機轉(zhuǎn)接件4、20與左、右傳動軸6、22分別通過左、右鍵5、23或脹緊套緊固連接，在 右側(cè)電機轉(zhuǎn)接件20的軸向外側(cè)安裝旋轉(zhuǎn)編碼器24，在擺頭支撐件1的左、右兩側(cè)分別安裝 有左、右擺頭防護罩10、19，在左傳動軸6的軸向末端設(shè)置電磁離合器9。本發(fā)明所說的左、右直驅(qū)電機3、25在機械結(jié)構(gòu)上并聯(lián)，而在電器連接上采用串級 連接方法。參見圖1和圖2，本發(fā)明所述的擺頭支撐件1為“U”形結(jié)構(gòu)，主軸固定件13為外方 內(nèi)圓結(jié)構(gòu)。參見圖3，本發(fā)明所述的防護罩10和19的側(cè)面為橢圓形輪廓。本發(fā)明雙驅(qū)動靜壓數(shù)控擺頭的工作過程如下左、右傳動軸6、22，主軸固定件13 及電主軸14等構(gòu)成擺頭的轉(zhuǎn)子，設(shè)置在擺頭左右兩側(cè)的軸承徑向靜壓油腔通過油膜實現(xiàn) 對轉(zhuǎn)子的徑向支撐，設(shè)置在擺頭右側(cè)的軸承軸向靜壓油腔通過油膜實現(xiàn)對轉(zhuǎn)子的軸向支 撐，左、右直驅(qū)電機3、25同步旋轉(zhuǎn)帶動擺頭轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，由計算機數(shù)字控制系統(tǒng)同步控制保 證左、右直驅(qū)電機3、25的同步旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)編碼器24檢測擺頭轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動角位移及速度信號，并反饋給計算機數(shù)字控制系統(tǒng)實現(xiàn)閉環(huán)控制，當(dāng)系統(tǒng)處于意外掉電狀態(tài)時，電磁離合器 9通過機械自鎖平衡擺頭轉(zhuǎn)子的偏心自重，以約束擺頭轉(zhuǎn)子繞軸線方向的轉(zhuǎn)動而實現(xiàn)掉電 保護。本發(fā)明可應(yīng)用于立式或龍門式五軸聯(lián)動數(shù)控機床，尤其可應(yīng)用于所述機床的刀具擺軸。能夠提高擺頭的回轉(zhuǎn)精度和剛度，具有可實現(xiàn)計算機數(shù)字控制，可實現(xiàn)掉電保護功能 的特點。所述數(shù)控擺頭的定位精度設(shè)計值達3. 5"，重復(fù)定位精度設(shè)計值達1"，分辨率設(shè) 計值達0.5"，軸向和徑向跳動設(shè)計值不大于0. 1 μ m，徑向剛度設(shè)計值高于800N/ μ m，軸向 剛度設(shè)計值高于3000N/ μ m。本發(fā)明所述的液體靜壓軸承采用20 30 μ m的油膜厚度。
權(quán)利要求
雙驅(qū)動靜壓數(shù)控擺頭，包括擺頭支撐件(1)以及安裝在擺頭支撐件(1)兩側(cè)的左、右軸承徑向支撐(11、16)，其特征在于在左、右軸承徑向支撐(11、16)的軸向外側(cè)分別安裝左、右電機固定件(2、26)，主軸固定件(13)置于擺頭支撐件(1)的內(nèi)側(cè)，在主軸固定件(13)內(nèi)側(cè)安裝有電主軸(14)，在主軸固定件(13)的兩側(cè)分別安裝有左、右傳動軸(6、22)構(gòu)成剛性體結(jié)構(gòu)，左、右傳動軸(6、22)分別穿過擺頭支撐件(1)及左、右軸承徑向支撐(11、16)，左、右軸承徑向支撐(11、16)與左、右傳動軸(6、22)外圓之間分別設(shè)置軸承徑向靜壓油腔，右軸承徑向支撐(16)的軸向外側(cè)安裝軸承軸向支撐板(18)，在右軸承徑向支撐(16)的兩端面與右傳動軸(22)對應(yīng)臺階面及軸承軸向支撐板(18)的端面之間分別設(shè)置軸承軸向靜壓油腔，在左、右電機固定件(2、26)的徑向內(nèi)側(cè)分別安裝有左、右直驅(qū)電機(3、25)，左、右直驅(qū)電機(3、25)分別通過左、右電機轉(zhuǎn)接件(4、20)連接在左、右傳動軸(6、22)與主軸固定件(13)構(gòu)成的剛性體結(jié)構(gòu)上，在右電機轉(zhuǎn)接件(20)的軸向外側(cè)安裝旋轉(zhuǎn)編碼器(24)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙驅(qū)動靜壓數(shù)控擺頭，其特征在于所說的左、右直驅(qū)電機 (3,25)在機械結(jié)構(gòu)上并聯(lián)，而在電器連接上采用串級連接方法。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙驅(qū)動靜壓數(shù)控擺頭，其特征在于所說的左傳動軸(6)的 軸向末端設(shè)置電磁離合器(9)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的雙驅(qū)動靜壓數(shù)控擺頭，其特征在于所說的左、 右傳動軸(6、22)采用空心結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙驅(qū)動靜壓數(shù)控擺頭，其特征在于所說的左、右電機轉(zhuǎn)接件 (4,20)與左、右傳動軸(6、22)之間分別通過左、右鍵(5、23)或脹緊套緊固連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙驅(qū)動靜壓數(shù)控擺頭，其特征在于所說的擺頭支撐件(1) 與左、右傳動軸(6、22)外圓之間分別設(shè)置有左、右傳動軸密封圈(12、15)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙驅(qū)動靜壓數(shù)控擺頭，其特征在于所說的擺頭支撐件(1) 的左右兩側(cè)分別安裝有左、右擺頭防護罩(10、19)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙驅(qū)動靜壓數(shù)控擺頭，其特征在于所說的軸承軸向支撐板 (18)與右電機固定件(26)通過鎖緊螺母(21)緊固。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙驅(qū)動靜壓數(shù)控擺頭，其特征在于所說的左軸承徑向支撐 (11)的軸向外側(cè)安裝有軸承密封環(huán)(8)，左軸承徑向支撐(11)與軸承密封環(huán)(8)之間設(shè)置 左密封圈(7)，右軸承徑向支撐(16)與軸承軸向支撐板(18)之間設(shè)置右密封圈(17)。
全文摘要
雙驅(qū)動靜壓數(shù)控擺頭，采用兩個直驅(qū)電機同步驅(qū)動，液體靜壓軸承支撐的方式，同時采用單側(cè)軸向支撐設(shè)計，提高了擺頭的精度和剛度，其定位精度設(shè)計值達3.5″，重復(fù)定位精度設(shè)計值達1″，分辨率設(shè)計值達0.5″，軸向和徑向跳動設(shè)計值不大于0.1μm，徑向剛度設(shè)計值高于800N/μm，軸向剛度設(shè)計值高于3000N/μm，該擺頭采用旋轉(zhuǎn)編碼器檢測反饋實現(xiàn)閉環(huán)控制，采用電磁離合器實現(xiàn)掉電保護功能。
文檔編號B23Q1/25GK101829907SQ20101010206
公開日2010年9月15日 申請日期2010年1月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月26日
發(fā)明者位文明, 何仲赟, 盧秉恒, 薛飛, 趙萬華, 陳耀龍 申請人:西安瑞特快速制造工程研究有限公司;西安交通大學(xué)