专利名称：单伺服动力刀架的制作方法
技术领域：
本实用新型属于数控机床用刀架技术领域，特别涉及一种单伺服动力刀架。
背景技术：
随着工业的发展，对机床的加工时间和加工精度等性能提出了更高的要求，车铣复合加工中心则成为航空、航天、军工等工业领域中的重要加工设备，而伺服刀架是车铣复合加工中心的重要功能部件。传统的数控刀架只能安装车刀或镗刀进行最基本的车削功能，对于能进行车削、钻孔、铣削等加工的车削中心或车铣复合加工机床来讲，除了要求刀架具有转位功能外，还需要有动力刀具的驱动功能。双伺服动力刀架，刀架转位机构和动力刀驱动机构分别由两台伺服电机驱动。两台伺服电机的使用增加了采购成本，也使刀架的体积和重量增大。采用单伺服电机分别驱动刀架转位机构和动力刀可以解决上述问题，但刀架的传动机构和动力切换机构成为重要的技术难点。
发明内容针对现有伺服动力刀架的缺陷与不足，本实用新型提供一种单伺服动力刀架，刀盘上的动力刀座安装孔在刀盘上轴线方向布置，单伺服电机同时驱动刀盘转位和动力刀具的切削动作，解决刀盘转位和动力刀具驱动的传动机构设计以及动力切换问题。为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为单伺服动力刀架，包括伺服电机、刀架箱体、刀盘和动力刀座，伺服电机连接动力输入轴，动力输入轴另一端设有滑移齿轮离合装置，滑移齿轮离合装置包括滑移齿轮和两个与其配合的动力切换齿轮，动力切换齿轮I通过二级齿轮传动的刀盘转位机构连接刀盘，动力切换齿轮II通过三级齿轮传动的动力刀传动机构连接刀具驱动件，刀具驱动件连接动力刀座。所述伺服电机与动力输入轴之间安装有力矩限制器。所述滑移齿轮离合装置包括动力输入轴、输入轴刀盘侧齿轮、滑移齿轮、动力切换齿轮I、动力切换齿轮II、拨叉和活塞，动力输入轴上依次安装输入轴刀盘侧齿轮、滑移齿轮、动力切换齿轮I、动力切换齿轮II，输入轴刀盘侧齿轮、滑移齿轮、动力切换齿轮I具有相同的齿数和模数，滑移齿轮是内啮合齿轮，输入轴刀盘侧齿轮、动力切换齿轮I是与滑移齿轮配合的外啮合齿轮，动力切换齿轮I通过滚针轴承套装在动力输入轴上，动力切换齿轮II固定在动力输入轴端部，滑移齿轮上安装有拨叉，拨叉上固定有活塞，活塞尾部设有接近开关用于检测滑移齿轮是否到达正确位置。所述刀盘转位机构主要由第二中间轴、刀盘驱动齿轮、动齿盘、定齿盘、锁紧齿盘和活塞构成，第二中间轴上的传动齿轮III与动力切换齿轮I相互啮合，第二中间轴另一端安装的传动齿轮IV与刀盘驱动齿轮相互啮合，动齿盘与刀盘驱动齿轮固定连接，刀盘驱动齿轮与齿轮轴为整体式结构，刀盘驱动齿轮外侧安装有接近开关；动齿盘上安装刀盘，刀架箱体上安装定齿盘，锁紧齿盘安装在定齿盘与动齿盘对面并且与活塞固定连接，定齿盘、动
3齿盘、锁紧齿盘形成三联齿盘机构。所述动力刀传动机构主要由第一中间轴、大齿轮、刀具驱动齿轮和刀具驱动件构成，第一中间轴上连接有与大齿轮啮合的传动齿轮II，大齿轮与动齿盘同轴线布置，大齿轮同时与刀具驱动齿轮啮合，刀具驱动齿轮内孔和刀具驱动件外缘设有配合的内、外花键，刀具驱动件前端设有“一”字形接口，刀座动力输入端呈“一”字形凸起，刀具驱动件的“一”字形接口与刀座动力输入端的“一”字形凸起配合，刀具驱动件后端与活塞相连，活塞尾部设有接近开关。本实用新型的有益效果是(1)该动力刀架的刀盘转位机构与动力刀具由同一台伺服电机驱动，可降低刀架的成本、重量和体积。(2)伺服电机的电机轴与动力输入轴之间布置有力矩限制器，可有效防止伺服电机或传动部件过载损坏，增加了刀架的可靠性。(3)采用液压系统控制离合装置、三联齿盘机构以及动力刀具的工作状态切换，系统反应迅速、可靠性高、噪声小。
图1是本实用新型实施例的刀架整体结构示意图；图2是本实用新型实施例的滑移齿轮离合装置结构示意图；图3是本实用新型实施例的动力刀座连接关系示意图；图中1伺服电机，2力矩限制器，3动力输入轴，4拨叉，5第一中间轴，6刀具驱动件，7动力刀座，8第二中间轴，9刀盘，10定齿盘，11锁紧齿盘，12动齿盘，13刀架箱体，14滚针轴承，15动力刀具，si接近开关I，s2接近开关II，s3接近开关III，s4接近开关IV，s5接近开关V，s6接近开关VI，Ll活塞I，L2活塞II，L3活塞III，cl油腔I，c2油腔II，c3油腔 III，c4油腔IV，c5油腔V，c6油腔VI，Gl动力切换齿轮II，G2传动齿轮I，G3传动齿轮II， G4大齿轮，G5刀具驱动齿轮，G6滑移齿轮，G7动力切换齿轮I，G8传动齿轮III，G9传动齿轮IV，GlO刀盘驱动齿轮，Gll输入轴刀盘侧齿轮。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。如图1所示，单伺服动力刀架，伺服电机1通过力矩限制器2与刀架本体的动力输入轴3相连，通过接近开关I si测量力矩限制器2上的传递力矩是否过载；力矩限制器2 传递的扭矩小于预先设置的值时，力矩限制器2正常旋转，接近开关I si无感应信号；过载即扭矩大于预先设置的值时，力矩限制器2内部结构产生打滑，接近开关I si产生感应信号。如图2所示，滑移齿轮离合装置包括动力输入轴3、输入轴刀盘侧齿轮G11、滑移齿轮G6、动力切换齿轮I G7、动力切换齿轮II G1、拨叉4和活塞I Li，动力输入轴3上由内至外依次安装输入轴刀盘侧齿轮G11、滑移齿轮G6、动力切换齿轮I G7，动力切换齿轮II Gl 固定在动力输入轴3的端部，动力切换齿轮I G7与动力输入轴3同轴线布置，动力切换齿轮I G7通过滚针轴承14套装在动力输入轴3上，动力切换齿轮I G7可与动力输入轴3产生相对转动；输入轴刀盘侧齿轮G11、滑移齿轮G6、动力切换齿轮I G7具有相同的齿数和模数，滑移齿轮G6是内啮合齿轮，输入轴刀盘侧齿轮G11、动力切换齿轮I G7是与滑移齿轮G6配合的外啮合齿轮；滑移齿轮G6上安装有拨叉4，拨叉4上固定有活塞I Ll上，活塞 I Ll带动拨叉4与滑移齿轮G6往复移动，活塞I Ll尾部设有接近开关II s2和接近开关
IIIs3，用于检测活塞I Ll是否移动到正确位置。液压油由油腔I Cl流入时，活塞I Ll向A向移动，带动拨叉4与滑移齿轮G6向A 向移动，滑移齿轮G6同时与动力切换齿轮I G7和输入轴刀盘侧齿轮Gll啮合，伺服电机1 经过动力输入轴3、输入轴刀盘侧齿轮G11、滑移齿轮G6将动力传递给动力切换齿轮I G7 ； 液压油由油腔II c2流入时，活塞I Ll向B向移动，带动拨叉4与滑移齿轮G6向B向移动， 滑移齿轮G6此时仅与动力切换齿轮I G7啮合，与输入轴刀盘侧齿轮Gll脱离，动力输入轴 3旋转，动力切换齿轮I G7与动力输入轴3之间安装有滚针轴承14，动力切换齿轮I G7静止不动；滑移齿轮G6的往复移动通过接近开关II s2和接近开关III s3测量，活塞I Ll向A 向移动，带动拨叉4与滑移齿轮G6向A向移动，滑移齿轮G6同时与动力切换齿轮I G7和输入轴刀盘侧齿轮Gll啮合，接近开关II s2产生感应信号，接近开关III s3无感应信号；活塞
ILl向B向移动，带动拨叉4与滑移齿轮G6向B向移动，滑移齿轮G6此时仅与动力切换齿轮IG7啮合，与输入轴刀盘侧齿轮Gll脱离，接近开关III s3产生感应信号，接近开关II s2 无感应信号。所述动力刀传动机构包括第一中间轴5、大齿轮G4、刀具驱动齿轮G5和和刀具驱动件6构成，第一中间轴5端部设有与动力切换齿轮II Gl相互啮合的传动齿轮I G2，第一中间轴5另一端安装有传动齿轮II G3，传动齿轮II G3与大齿轮G4相互啮合，大齿轮G4与刀盘9同轴线安装，大齿轮G4同时与刀具驱动齿轮G5相互啮合；如图3所示，刀具驱动齿轮G5的内孔设有花键槽，刀具驱动件6外缘设有与刀具驱动齿轮G5的花键槽相互配合的花键，刀具驱动件6可在刀具驱动齿轮G5的花键槽内滑动；刀具驱动件6前端设有“一”字形接口，动力刀座7输入端呈“一”字形凸起，刀具驱动件6的“一”字形接口与动力刀座7 输入端的“一”字形凸起配合；刀具驱动件6后端与活塞II L2相连，活塞II L2尾部设有接近开关IV s4和接近开关V s5。液压油由油腔III c3流入时，活塞II L2向A向移动，带动刀具驱动件6向A向移动，刀具驱动件6与动力刀座7脱离；液压油由油腔IV c4流入时，活塞II L2向B向移动， 带动刀具驱动件6向B向移动，刀具驱动件6与动力刀座7接触，动力刀座7上的动力刀具 15在伺服电机1的带动下，经过动力切换齿轮II G1、传动齿轮I G2、传动齿轮II G3、大齿轮 G4、刀具驱动齿轮G5间的啮合传动，以及刀具驱动齿轮G5与刀具驱动件6上的键连接传动实现旋转运动；刀具驱动件6与动力刀座7的接触或是分离状态由接近开关IV s4和接近开关V s5进行测量，刀具驱动件6和活塞II L2向A移动，刀具驱动件6与动力刀座7脱离接触，接近开关IV s4产生感应信号，接近开关V s5不产生感应信号；刀具驱动件6和活塞
IIL2向B移动，刀具驱动件6与动力刀座7接触，接近开关V S5产生感应信号，接近开关
IVS4不产生感应信号。所述刀盘转位机构包括第二中间轴8、刀盘驱动齿轮G10、动齿盘12、定齿盘10、锁紧齿盘11和活塞III L3构成，动力切换齿轮I G7与滑移齿轮G6啮合，同时动力切换齿轮 I G7与第二中间轴8上的传动齿轮III G8相互啮合，第二中间轴8另一端安装有传动齿轮IV G9，传动齿轮IV G9与刀盘驱动齿轮GlO相互啮合，刀盘驱动齿轮GlO安装在刀盘9上，刀盘9在伺服电机1的带动下，经过动力输入轴3、输入轴刀盘侧齿轮G11、滑移齿轮G6、动力切换齿轮I G7、传动齿轮III G8、传动齿轮IV G9和刀盘驱动齿轮GlO的啮合传动实现旋转动作，刀盘驱动齿轮GlO外侧设置有接近开关VI s6,刀塔零位采用接近开关VI s6测量，非零位时接近开关VI s6产生感应信号，零位时接近开关VI s6无感应信号；刀盘驱动齿轮GlO与刀盘9相连，动齿盘12上安装刀盘9，，刀架箱体13上安装定齿盘10，锁紧齿盘11安装在定齿盘10与动齿盘12对面，定齿盘10、动齿盘12、锁紧齿盘11形成三联齿盘机构，锁紧齿盘 11与活塞III L3固定连接，活塞III L3的往复移动带动锁紧齿盘11与动齿盘12和定齿盘10 的相互接触与分离。 液压油由油腔V c5流入时，活塞III L3向A向移动，带动锁紧齿盘11向A向移动， 锁紧齿盘11与动齿盘12和定齿盘10分离，刀盘9由刀盘驱动齿轮GlO驱动，在伺服电机 1的带动下旋转；液压油由油腔VI C6流入时，活塞III L3向B向移动，带动锁紧齿盘11向B 向移动，锁紧齿盘U与动齿盘12和定齿盘10接触，限制动齿盘12和刀盘9的旋转，对刀盘9进行分度定位。
权利要求1.一种单伺服动力刀架，包括伺服电机、刀架箱体、刀盘和动力刀座，其特征在于伺服电机连接动力输入轴，动力输入轴另一端设有滑移齿轮离合装置，滑移齿轮离合装置包括滑移齿轮和两个与其配合的动力切换齿轮，动力切换齿轮I通过二级齿轮传动的刀盘转位机构连接刀盘，动力切换齿轮II通过三级齿轮传动的动力刀传动机构连接刀具驱动件， 刀具驱动件配合动力刀座。
2.根据权利要求1所述的单伺服动力刀架，其特征在于所述伺服电机与动力输入轴之间安装有力矩限制器。
3.根据权利要求1所述的单伺服动力刀架，其特征在于所述滑移齿轮离合装置包括动力输入轴、输入轴刀盘侧齿轮、滑移齿轮、动力切换齿轮I、动力切换齿轮II、拨叉和活塞， 动力输入轴上依次安装输入轴刀盘侧齿轮、滑移齿轮、动力切换齿轮I，动力切换齿轮II固定在动力输入轴端部，输入轴刀盘侧齿轮、滑移齿轮、动力切换齿轮I具有相同的齿数和模数，滑移齿轮是内啮合齿轮，输入轴刀盘侧齿轮、动力切换齿轮I是与滑移齿轮配合的外啮合齿轮，动力切换齿轮I通过滚针轴承套装在动力输入轴上，滑移齿轮上安装有拨叉，拨叉上固定有活塞，活塞尾部设有接近开关。
4.根据权利要求1所述的单伺服动力刀架，其特征在于所述刀盘转位机构主要由第二中间轴、刀盘驱动齿轮、动齿盘、定齿盘、锁紧齿盘和活塞构成，第二中间轴上的传动齿轮 III与动力切换齿轮I相互啮合，第二中间轴另一端安装的传动齿轮IV与刀盘驱动齿轮相互啮合，动齿盘与刀盘驱动齿轮固定连接，刀盘驱动齿轮与齿轮轴为整体式结构，刀盘驱动齿轮外侧安装有接近开关；动齿盘上安装刀盘，刀架箱体上安装定齿盘，锁紧齿盘安装在定齿盘与动齿盘对面并且与活塞固定连接，定齿盘、动齿盘、锁紧齿盘形成三联齿盘机构。
5.根据权利要求1所述的单伺服动力刀架，其特征在于所述动力刀传动机构主要由第一中间轴、大齿轮、刀具驱动齿轮和刀具驱动件构成，第一中间轴上连接有与大齿轮啮合的传动齿轮II，大齿轮与动齿盘同轴线布置，大齿轮同时与刀具驱动齿轮啮合，刀具驱动齿轮内孔和刀具驱动件外缘设有配合的内、外花键，刀具驱动件前端设有“一”字形接口，刀座动力输入端呈“一”字形凸起，刀具驱动件的“一”字形接口与刀座动力输入端的“一”字形凸起配合，刀具驱动件后端与活塞相连，活塞尾部设有接近开关。
专利摘要本实用新型属于数控机床用刀架领域，具体涉及一种单伺服动力刀架，刀盘和动力刀具由同一台伺服电机驱动，由滑移齿轮离合器解决刀架的动力切换问题。伺服电机通过力矩限制器与动力输入轴相连，刀盘转位采用二级齿轮传动，动力刀具驱动采用三级齿轮传动。用液压系统控制离合器、三联齿盘以及动力刀具的工作状态。与常用伺服动力刀架相比，该单伺服刀架具有成本低、重量轻、体积小等优点并且增加了过载保护功能。
文档编号B23B21/00GK202155536SQ201120271200
公开日2012年3月7日 申请日期2011年7月28日 优先权日2011年7月28日
发明者张义民, 杨周, 闫明, 黄贤振 申请人:东北大学