一种用于复合材料加工的高精度A/C摆动头的制作方法

本发明涉及复合材料加工技术领域，具体涉及一种用于复合材料加工的高精度A/C摆动头。

背景技术：

在航空航天、国防、交通等尖端技术领域，复合材料的应用越来越广泛。复合材料中以纤维增强材料应用最广、用量最大，其特点是比重小、比强度和比模量大。

特别在航空领域，复合材料在飞机上所占的比例很高，这些复合材料零部件的外形尺寸大、形状复杂，许多零部件的加工都需要五轴联动机床。A/C摆动头和电主轴是五轴联动机床上的关键功能部件。在加工复合材料时，一般切削力较小，部分复合材料会产生很多碎屑和灰尘，因此在加工复合材料时，都需要外加大功率的专用吸尘排屑系统，结构复杂，成本高且安装不紧凑。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种用于复合材料加工的高精度A/C摆动头，其采用独特的专用吸尘排屑系统，解决了加工中的粉尘问题，结构简单且紧凑。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种用于复合材料加工的高精度A/C摆动头，包含C轴伺服电机、右侧吸尘排屑管路、联轴器、转接套筒、压板、右支架、A轴伺服电机安装板、A轴伺服电机、主动圆弧齿同步带轮、第一胀紧套、圆弧齿同步带、A轴减速器、从动圆弧齿同步带轮、第二胀紧套、芯轴、平键、调整垫、盖板、吸尘排屑管路安装支架、左支架、C轴法兰盘、组合密封件、C轴基座、C轴减速器、左侧吸尘排屑管路、箱体、锁紧外壳、C轴外壳体、密封环、C轴电缆保护套、C轴绝对式圆光栅、C轴光栅座、C轴光栅防护罩、C轴光栅读数头、C轴光栅读数头调整垫、C轴光栅安装支架、A轴光栅读数头调整垫、A轴限位开关触发板、轴承、A轴光栅座、A轴绝对式圆光栅、A轴光栅保护套、A轴光栅读数头、SP电主轴、吸尘排屑吸嘴、波纹软管、吸尘排屑管路、A轴同步带中心距调节螺钉、A轴正限位开关和A轴负限位开关；所述C轴伺服电机安装在C轴减速器上且C轴伺服电机输出轴通过联轴器与C轴减速器输入轴连接，所述C轴减速器固定安装在C轴基座上，所述箱体通过螺钉固定安装在C轴基座顶面上，所述右侧吸尘排屑管路和左侧吸尘排屑管路都安装在C轴基座顶面上，所述C轴基座通过螺钉固定安装在C轴外壳体上，所述锁紧外壳套在C轴外壳体上，所述右支架安装在C轴减速器输出法兰上，所述C轴法兰盘通过螺钉固定安装在右支架的顶面上，所述C轴基座与C轴法兰盘之间的环形凹槽里安装有组合密封件，所述密封环安装在C轴外壳体的环形槽里且密封环内表面与C轴法兰盘外表面接触，所述转接套筒通过螺钉固定安装在C轴法兰盘的中心凹槽里，所述C轴光栅座通过螺钉固定安装在转接套筒的顶面上，所述C轴绝对式圆光栅通过螺钉安装在C轴光栅座上，所述C轴光栅安装支架固定安装在C轴减速器外壳上，所述C轴电缆保护套通过螺钉安装在C轴光栅安装支架上，所述C轴光栅防护罩通过螺钉安装在C轴光栅安装支架上，所述C轴光栅读数头通过螺钉固定安装在C轴光栅安装支架的底面上且C轴光栅读数头与C轴光栅安装支架之间安装有C轴光栅读数头调整垫，所述A轴伺服电机安装板和左支架都通过螺钉安装在右支架上，所述A轴同步带中心距调节螺钉安装在右支架的沉孔里且A轴同步带中心距调节螺钉末端安装在A轴伺服电机安装板的顶面上的螺纹孔内，所述A轴伺服电机固定安装在A轴伺服电机安装板上，所述主动圆弧齿同步带轮通过第一胀紧套安装在A轴伺服电机输出轴上，所述从动圆弧齿同步带轮通过第二胀紧套安装在芯轴上，所述圆弧齿同步带安装在主动圆弧齿同步带轮和从动圆弧齿同步带轮上，所述A轴减速器固定安装在右支架上，所述芯轴通过平键安装在A轴减速器输入孔内，所述A轴减速器输出法兰通过螺钉与SP电主轴右端法兰盘连接，所述SP电主轴左端法兰盘通过轴承安装在左支架安装孔里，所述A轴光栅座通过螺钉固定安装在SP电主轴左端法兰盘左端面上，所述A轴绝对式圆光栅通过螺钉固定安装在A轴光栅座上，所述A轴光栅读数头通过螺钉安装在左支架上且A轴光栅读数头与左支架之间安装有A轴光栅读数头调整垫，所述A轴光栅保护套通过螺钉固定安装在左支架上，所述盖板通过螺钉固定安装在左支架上，所述吸尘排屑管路安装支架安装在盖板上，所述吸尘排屑管路安装在C轴法兰盘的通气孔里，所述波纹软管安装在吸尘排屑管路安装支架上且波纹软管与吸尘排屑管路连接，所述吸尘排屑吸嘴安装在波纹软管的下端，所述A轴限位开关触发板固定安装在SP电主轴左端法兰盘左端面上，所述A轴正限位开关和A轴负限位开关都固定安装在左支架上，所述压板安装在左支架上。

进一步的是：所述C轴基座上设有两个矩形通孔，右侧吸尘排屑管路与C轴基座上的一个矩形通孔相通，左侧吸尘排屑管路与C轴基座上的另一个矩形通孔相通。

进一步的是：所述A轴伺服电机安装板上设有四个腰形孔。

进一步的是：所述左支架和右支架通过螺钉和定位销相联接，左支架和右支架组成U形支架。

进一步的是：所述A轴减速器输出法兰的中心线和C轴减速器输出法兰的中心线在空间垂直正交，A轴减速器输出法兰的中心线与SP电轴中心线在空间垂直正交。

进一步的是：所述波纹软管为中空结构，波纹软管内部和外表均为波浪型，材料为PA尼龙。

进一步的是：所述A轴绝对式圆光栅和C轴绝对式圆光栅为中空结构。

进一步的是：所述C轴减速器中心为通孔，转接套筒从C轴减速器上的中心通孔穿过，且A轴、SP电主轴上所有电缆、冷却管路从转接套筒中心孔穿过。

进一步的是：所述A轴光栅保护套为中空结构，开有豁口，材料为聚四氟乙烯。

该用于复合材料加工的A/C摆动头的工作原理：

一种用于复合材料加工的A/C摆动头主要包含A轴、C轴、SP电主轴和吸尘排屑系统构成。

A轴由伺服电机、圆弧齿同步带传动减速、精密减速器和绝对式圆光栅反馈等部分构成，全闭环控制。A轴回转摆动行程±105°，额定总减速比1:155，额定转速19.35r/min，额定扭矩800Nm。A轴定位精度≤10″，重复定位精度≤6″。

C轴由伺服电机、精密齿轮减速、精密减速器和绝对式圆光栅反馈等部分构成，全闭环控制。C轴回转行程±360°，额定总减速比1:192，额定转速15.62r/min，额定扭矩1000Nm。C轴定位精度≤10″，重复定位精度≤6″。

SP电主轴可选配高速铣削电主轴或超声加工电主轴。对于大多数复合材料，使用高速铣削，电主轴额定转速大于20000r/min。

针对芳纶纤维等弱刚度复合材料，使用超声加工方法，即在切削刀具上附加16-40kHz的高频超声振动，以刀具的切削运动和超声振动的复合作用切断/去除材料。超声切削加工复合材料时可采用直刃尖刀和圆片刀两种刀具。电主轴最大转速小于2000r/min。

吸尘排屑系统由真空泵、集尘罐、管路等部分构成。终端吸气口有两种结构。

整体结构简单紧凑，SP电主轴和A轴的动力电缆、信号电缆和气管等都在内部，最后从C轴中心孔穿出。

本发明的有益效果如下：

(1)根据不同复合材料的加工需要，能够选配高速铣削电主轴，也可以选配超声切削加工专用伺服电主轴；

(2)在加工复合材料时，碎屑、灰尘很多，设计有独特的专用吸尘排屑系统；

(3)关键零部件都通过高精度设备来加工，A/C摆动头在装配调试后精度高，A轴中心线与C轴中心线在空间垂直正交，误差为0.02mm；在SP电主轴竖直时，C轴中心线与SP电轴中心线在空间同心，误差为0.01mm；A轴中心线与SP电轴中心线在空间垂直正交，误差为0.01mm；

(4)A轴和C轴伺服电机都配制有绝对式编码器，A轴和C轴分别配制有中空式绝对式圆光栅，在操作机床时不需要回零位操作。A轴和C轴都为全闭环控制，定位精度≤10″，重复定位精度≤6″；

(5)A轴支撑座为U形结构，U形结构左右两侧都有轴承支撑，在右侧利用减速器内部的轴承，在左侧配制有轴承一个，即左右同时支撑A轴负载即SP电主轴，整体刚性高；

(6)SP电主轴和A轴伺服电机的动力电缆、信号电缆和气管等都在A/C摆动头内部固定布置，最后从C轴中心孔穿出，无外露电缆，整体结构简单紧凑，外观漂亮。

附图说明

图1为本发明的一种具体实施方式的结构示意图；

图2为本发明的一种具体实施方式的结构主视图；

图3为本发明的一种具体实施方式的结构俯视图；

图4为本发明的一种具体实施方式的结构仰视图；

图5为本发明的一种具体实施方式的结构右视图；

图6为本发明的一种具体实施方式的结构左视图；

图7为本发明的一种具体实施方式的A-A剖示图；

图8为本发明的一种具体实施方式的A处局部示图；

图9为本发明的一种具体实施方式的B处局部示图；

图10为本发明的一种具体实施方式的C处局部示图；

图11为本发明的一种具体实施方式的E-E剖示图；

图12为本发明的一种具体实施方式的F-F剖示图；

图13为本发明的一种具体实施方式SP电主轴位于负极限位置的结构示意图；

图14为本发明的一种具体实施方式SP电主轴位于正极限位置的结构示意图；

图15为本发明的一种具体实施方式C轴基座的结构示意图；

图16为本发明的一种具体实施方式A轴光栅保护套的结构示意图；

图17为本发明的一种具体实施方式A轴光栅保护套的结构主视图；

图18为本发明的一种具体实施方式A轴光栅保护套的G-G剖示图；

图19为本发明的一种具体实施方式的另一种吸尘排屑结构示意图。

附图标记说明：

1：C轴伺服电机，2：右侧吸尘排屑管路，3：联轴器，4：转接套筒，5：压板，6：右支架，7：A轴伺服电机安装板，8：A轴伺服电机，9：主动圆弧齿同步带轮，10：第一胀紧套，11：圆弧齿同步带，12：A轴减速器，13：从动圆弧齿同步带轮，14：第二胀紧套，15：芯轴，16：平键，17：调整垫，18：盖板，19：吸尘排屑管路安装支架，20：左支架，21：C轴法兰盘，22：组合密封件，23：C轴基座，24：C轴减速器，25：左侧吸尘排屑管路，26：箱体，27：锁紧外壳，28：C轴外壳体，29：密封环，30：C轴电缆保护套，31：C轴绝对式圆光栅，32：C轴光栅座，33：C轴光栅防护罩，34：C轴光栅读数头，35：C轴光栅读数头调整垫，36：C轴光栅安装支架，37：A轴光栅读数头调整垫，38：A轴限位开关触发板，39：轴承，40：A轴光栅座，41：A轴绝对式圆光栅，42：A轴光栅保护套，43：A轴光栅读数头，44：SP电主轴，45：吸尘排屑吸嘴，46：波纹软管，47：吸尘排屑管路，48：A轴同步带中心距调节螺钉，49：A轴正限位开关，50：A轴负限位开关，51：连接壳体，52：转接法兰，53：吸尘排屑筒，54：铣刀，55：转接座。

具体实施方式

下面结合附图及实施例描述本发明具体实施方式：

图1～图19示出了本发明的具体实施方式，一种用于复合材料加工的高精度A/C摆动头，包含C轴伺服电机1、右侧吸尘排屑管路2、联轴器3、转接套筒4、压板5、右支架6、A轴伺服电机安装板7、A轴伺服电机8、主动圆弧齿同步带轮9、第一胀紧套10、圆弧齿同步带11、A轴减速器12、从动圆弧齿同步带轮13、第二胀紧套14、芯轴15、平键16、调整垫17、盖板18、吸尘排屑管路安装支架19、左支架20、C轴法兰盘21、组合密封件22、C轴基座23、C轴减速器24、左侧吸尘排屑管路25、箱体26、锁紧外壳27、C轴外壳体28、密封环29、C轴电缆保护套30、C轴绝对式圆光栅31、C轴光栅座32、C轴光栅防护罩33、C轴光栅读数头34、C轴光栅读数头调整垫35、C轴光栅安装支架36、A轴光栅读数头调整垫37、A轴限位开关触发板38、轴承39、A轴光栅座40、A轴绝对式圆光栅41、A轴光栅保护套42、A轴光栅读数头43、SP电主轴44、吸尘排屑吸嘴45、波纹软管46、吸尘排屑管路47、A轴同步带中心距调节螺钉48、A轴正限位开关49和A轴负限位开关50；所述C轴伺服电机1安装在C轴减速器24上且C轴伺服电机1输出轴通过联轴器3与C轴减速器24输入轴连接，所述C轴减速器24固定安装在C轴基座23上，所述箱体26通过螺钉固定安装在C轴基座23顶面上，所述右侧吸尘排屑管路2和左侧吸尘排屑管路25都安装在C轴基座23顶面上，所述C轴基座23通过螺钉固定安装在C轴外壳体28上，所述锁紧外壳27套在C轴外壳体28上，所述右支架6安装在C轴减速器24输出法兰上，所述C轴法兰盘21通过螺钉固定安装在右支架6的顶面上，所述C轴基座23与C轴法兰盘21之间的环形凹槽里安装有组合密封件22，所述密封环29安装在C轴外壳体28的环形槽里且密封环29内表面与C轴法兰盘21外表面接触，所述转接套筒4通过螺钉固定安装在C轴法兰盘21的中心凹槽里，所述C轴光栅座32通过螺钉固定安装在转接套筒4的顶面上，所述C轴绝对式圆光栅31通过螺钉安装在C轴光栅座32上，所述C轴光栅安装支架36固定安装在C轴减速器24的外壳上，所述C轴电缆保护套30通过螺钉安装在C轴光栅安装支架36上，所述C轴光栅防护罩33通过螺钉安装在C轴光栅安装支架36上，所述C轴光栅读数头34通过螺钉固定安装在C轴光栅安装支架36的底面上且C轴光栅读数头34与C轴光栅安装支架36之间安装有C轴光栅读数头调整垫35，所述A轴伺服电机安装板7和左支架20都通过螺钉安装在右支架6上，所述A轴同步带中心距调节螺钉48安装在右支架6的沉孔里且A轴同步带中心距调节螺钉48末端安装在A轴伺服电机安装板7顶面上的螺纹孔内，所述A轴伺服电机8固定安装在A轴伺服电机安装板7上，所述主动圆弧齿同步带轮9通过第一胀紧套10安装在A轴伺服电机8输出轴上，所述从动圆弧齿同步带轮13通过第二胀紧套14安装在芯轴15上，所述圆弧齿同步带11安装在主动圆弧齿同步带轮9和从动圆弧齿同步带轮13上，所述A轴减速器12固定安装在右支架6上，所述芯轴15通过平键16安装在A轴减速器12输入轴上，所述A轴减速器12输出法兰通过螺钉与SP电主轴44右端法兰盘连接，所述SP电主轴44左端法兰盘通过轴承39安装在左支架20安装孔里，所述A轴光栅座40通过螺钉固定安装在SP电主轴44左端法兰盘左端面上，所述A轴绝对式圆光栅41通过螺钉固定安装在A轴光栅座40上，所述A轴光栅读数头43通过螺钉安装在左支架20上且A轴光栅读数头43与左支架20之间安装有A轴光栅读数头调整垫37，所述A轴光栅保护套42固定安装在左支架20上，所述盖板18通过螺钉固定安装在左支架20上，所述吸尘排屑管路安装支架19安装在盖板18上，所述吸尘排屑管路47安装在C轴法兰盘21的通气孔里，所述波纹软管46安装在吸尘排屑管路安装支架19上且波纹软管46与吸尘排屑管路47连接，所述吸尘排屑吸嘴45安装在波纹软管46的下端，所述A轴限位开关触发板38固定安装在SP电主轴44左端法兰盘左端面上，所述A轴正限位开关49和A轴负限位开关50都固定安装在左支架20上，所述压板5安装在左支架20上。

优选的，所述C轴基座23上设有两个矩形通孔，右侧吸尘排屑管路2与C轴基座23上的一个矩形通孔相通，左侧吸尘排屑管路25与C轴基座23上的另一个矩形通孔相通。

优选的，所述A轴伺服电机安装板7上设有四个腰形孔。

优选的，所述左支架20和右支架6通过螺钉和定位销相联接，左支架20和右支架6组成U形支架。

C轴伺服电机1输出轴通过联轴器3和C轴减速器24输入端小齿轮轴相连，即通过第一级齿轮减速将扭矩传输到C轴减速器24里面。转接套筒4被固定在右支架6上，C轴光栅座32和转接套筒4固定，转接套筒4通过C轴减速器24的中心孔。

C轴法兰盘21、组合密封件22、C轴基座23、锁紧外壳27、C轴外壳体28、密封环29形成一个环形的密封腔，C轴法兰盘21和右支架6一起转动，组合密封件22、密封环29为旋转密封件。C轴法兰盘21下端有一个圆孔，C轴法兰盘21上的圆孔和吸尘排屑管路47相连。因此，吸尘排屑吸嘴45、波纹软管46、吸尘排屑管路47管路内的碎屑、灰尘被吸到这个环形密封腔内，然后通过右侧吸尘排屑管路2和左侧吸尘排屑管路25，碎屑、灰尘被吸到集尘罐内。

A轴限位开关触发板38和SP电主轴44外壳固定，在A轴转动±105°两个极限位置时，A轴限位开关触发板38分别触发A轴正限位开关49、A轴负限位开关50，给数控系统发送到达极限位置信号。

A轴伺服电机8安装在A轴伺服电机安装板7上，转动调节A轴同步带中心距调节螺钉48，可使A轴伺服电机安装板7可上下移动，从而使两个圆弧齿同步带轮的中心距发生变化，实现调节同步带的松紧程度。调节完成后，锁紧A轴同步带中心距调节螺钉48上的螺母，用螺钉将A轴伺服电机安装板7固定在右支架6上。

实施例2，连接壳体51右端固定安装在波纹软管46上，连接壳体51左端固定安装在转接座55右端面上且连接壳体51与转接座55相通，转接法兰52通过螺钉固定安装在转接座55上，转接座55安装在SP电主轴44的外壳上，吸尘排屑口53安装在转接法兰52上，SP电主轴44的铣刀54位于吸尘排屑口53内。

上面结合附图对本发明优选实施方式作了详细说明，但是本发明不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

不脱离本发明的构思和范围可以做出许多其他改变和改型。应当理解，本发明不限于特定的实施方式，本发明的范围由所附权利要求限定。