专利名称：带双摆角内藏式电主轴的主轴头的制作方法
技术领域：
本实用新型属于机械加工设备技术，而具体说的是一种带双摆角内藏式电主轴的主轴头，特别是一种适用于数控镗铣床或加工中心的带双摆角内藏式电主轴的主轴头。
背景技术：
目前一般的立、卧和龙门式数控镗铣床以及加工中心，只具备三个直线坐标轴，即三维空间互相垂直的X、Y、Z轴，而具有三轴联动的功能，可以加工一般零件。当需要加工复杂曲面时，只能采用球头铣刀，以点接触方式低效率加工。而对形状复杂的零件，如导风轮、整体叶轮等扭曲件的加工，则三坐标机床就无能为力了。而要高效加工这类零件，必须要靠刀具的摆动，利用刀具的侧、端面切削刃加工成形。为了提高加工效率，就需要在原有三个直线运动轴的基础上增加二个互相垂直的旋转轴。而将两个旋转轴通过数控复合转台的形式布置在机床工作台上，这相对来说还比较容易些，若要将这两个转轴装在主轴上，使刀具产生两个旋转运动，就要复杂和困难得多。至今具有这类带双摆角(即互相垂直的旋转摆动轴)的主轴头国内尚是空白。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种带双摆角内藏式电主轴的主轴头，以实现其两个互相垂直的旋转运动轴，与机床已有的X、Y、Z三个直线运动轴一起组成五轴联动控制，以期提高加工效率，完成形面复杂零件的精确加工。
本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的。
一种带双摆角内藏式电主轴的主轴头，包括固定设在滑枕上的C轴，其改进点在于，它还包括内藏式电主轴，电主轴U型架，A轴，A轴旋转减速传动机构和C轴旋转减速传动机构；而由内藏式电主轴所包括的内藏式伺服主轴电机通过其设在两侧的且与其动力输出轴成正相交的A轴与电主轴U型架成转动连结；而电主轴U型架与C轴固定连结；而A轴由A轴旋转减速传动机构所包括的且设在电主轴U型架内的伺服电机和减速器经由A轴旋转减速传动链机构驱动旋转；而C轴由C轴旋转减速传动机构所包括的且固定设在滑枕上的伺服电机，经由同步带轮副、减速器和齿轮副驱动旋转；在A轴和C轴上分别设有角度编码器，而驱动A轴和C轴的伺服电机均由机床数控系统控制。
本实用新型为了进一步提高其机械运动特性及其加工复杂形面零件的精度，还提出了如下进一步的改进点所说的A轴旋转减速传动链机构，是具有齿轮消隙减速传动结构的齿轮减速传动链，且所说的消隙齿轮减速传动链是在伺服电机驱动的减速器的动力输出法兰上固定连结有具有端面齿的主动齿轮轴，而在主动齿轮轴的中心螺孔内，通过螺钉和碟簧固定有定位套，而在定位套上套装有具有端面齿的主动齿轮，且令主动齿轮轴和主动齿轮两者的端面齿相互啮合而使两者联合在一起；主动齿轮轴和主动齿轮的齿数相等，且主动齿轮轴和主动齿轮的齿数与两者的端面齿齿数之间不存在公约数；主动齿轮轴和主动齿轮分别同时与从动齿轮呈不同侧齿面相啮合，且继而通过两套减速齿轮副驱动与A轴固定连结的终端从动齿轮，从而驱动A轴旋转。
所说的驱动C轴旋转的齿轮副是具有消隙减速传动结构的齿轮副，且所说的具有消隙减速传动结构的齿轮副，是在减速器的动力输出主动齿轮轴的中心螺孔内，通过螺纹连结有两头具有螺纹的短轴，在短轴上套装有具有与主动齿轮轴相同端面齿的主动齿轮，而螺母经由碟簧与短轴相拧接而令主动齿轮轴和主动齿轮两者的端面齿相互啮合而使两者联合在一起，主动齿轮轴和主动齿轮两者的齿数相等且两者的齿数与两者的端面齿齿数之间不存在公约数；主动齿轮轴和主动齿轮分别同时与固定装设在C轴上的从动齿轮呈不同侧齿面相啮合，从而驱动C轴旋转。
本实用新型还在其C轴上设置C轴波纹管液压夹紧定位机构，而该机构是在C轴与滑枕相配置的轴孔内，设有波纹管，且波纹管与所说轴孔系小间隙配合；而波纹管的一端抵靠在滑枕的台肩上，其另一端与设在所说轴孔内的活塞相抵靠；在与滑枕固定连结的端盖上，设有通达活塞的端部的油路，且在与该油路连接的管路上设有电磁阀，而该电磁阀与机床数控系统电连接，从而构成C轴波纹管液压夹紧定位机构。
本实用新型同时还在其A轴上设置A轴弹性环液压夹紧定位机构，而该机构是位于固定装设在A轴上的终端从动齿轮的两个端面上，分别设有第一弹性圆环和第二弹性圆环；而第一弹性圆环通过螺钉固定在盖板的圆环槽内，第二弹性圆环通过螺钉固定在垫块上，第一弹性圆环和第二弹性圆环分别与终端从动齿轮的两个端面之间系小间隙贴近配合，在盖板上设有通达第一弹性圆环端面的盖板油路，在垫块上设有通达第二弹性圆环端面的垫块油路；而在电主轴U型架上，设有能够与盖板油路和垫块油路相贯通的连接油路，在盖板上设有与盖板油路相贯通的进出油口，而在与进出油口相连接的管路上设有电磁阀，且该电磁阀与机床数控系统电连接，从而构成A轴弹性环液压夹紧定位机构。
而本实用新型还在A轴上设置了A轴角度编码器双重固定结构，以避免产生角位移的零位变动，该机构是在A轴的轴端部所设的角度编码器系空心轴式角度编码器，且其壳体固定在相对静止的端盖上，而其动环套装在A轴的芯轴上，而在芯轴的端部设有与其螺纹连结锁定的螺母，法兰经由定位销定位在芯轴上，而法兰经由定位销和螺钉定位固定在动环上，从而构成A轴角度编码器双重固定结构。
而由C轴波纹管液压夹紧定位机构所包括的波纹管与C轴同滑枕相配置的轴孔之间的小间隙配合，和由A轴弹性环液压夹紧定位机构所包括的第一弹性环和第二弹性环分别与终端从动齿轮的两个端面间的小间隙贴近配合，所说的两者的小间隙量均为≤0.3mm。
本实用新型的上述技术方案得以实施后，所制备的是一种多功能动力头，适用于配置在大型立、卧式和龙门式数控镗铣床和加工中心的滑枕前端。本实用新型的两个互相垂直的旋转摆动轴与机床原有的X、Y、Z轴组成五个运动轴，配上相应的多轴数控系统，可实现多轴联动控制。本实用新型所具有的结构先进，自动化程度高，机械加工精度高，可以满足多轴联动加工形面复杂零件技术要求等特点，是不言而喻的。
图1是本实用新型的轴向剖视图；图2是图1的II部放大图(旋转)；图3是图1的I部放大图(旋转)；图4是图1的III部放大图(旋转)；图5是图1的IV部放大图(旋转)；图6是图1的V部放大图(旋转)。
具体实施方式
由以上所给出的附图，本领域科技人员已经可以明了本实用新型的结构。
以下结合附图通过具体实施方式
的描述将会对本实用新型的目的及其实现目的的技术方案更加清楚。
如附图1所示，一种适用于数控镗铣床或加工中心的带双摆角内藏式电主轴的主轴头，包括固定设在滑枕7上的C轴1，而它还包括内藏式电主轴2，电主轴U型架3，A轴4，A轴旋转减速传动机构5和C轴旋转减速传动机构6；而由内藏式电主轴2所包括的内藏式伺服主轴电机2-1通过其设在两侧的且与其动力输出轴2-2成正相交的A轴4与电主轴U型架3成转动连结；而电主轴U型架3与C轴1固定连结；而A轴4由A轴旋转减速传动机构5所包括的且设在电主轴U型架3内的交流伺服电机5-1和谐波减速器5-3经由A轴旋转减速传动链机构5-2驱动旋转；而C轴1由C轴旋转减速传动机构6所包括的且固定设在滑枕7上的交流伺服电机6-2，经由同步带轮副6-3、谐波减速器6-4和齿轮副6-5驱动旋转；在A轴4和C轴1上分别设有角度编码器22、28，而驱动A轴4和C轴1的交流伺服电机5-1、6-2均由机床数控系统控制。
如附图1和2所示，所说的A轴旋转减速传动链机构5-2，是具有齿轮消隙减速传动结构的齿轮减速传动链，且所说的消隙齿轮减速传动链是在交流伺服电机5-1驱动的谐波减速器5-3的动力输出法兰5-3-1上固定连结有具有端面齿的主动齿轮5-2-1a，而在主动齿轮5-2-1a的中心螺孔内，通过螺钉5-2-2和碟簧5-2-4固定有定位套5-2-3，而在定位套5-2-3上套装有具有端面齿的主动齿轮5-2-1b，且令主动齿轮5-2-1a和5-2-1b两者的端面齿相互啮合而使两者联合在一起；主动齿轮5-2-1a和5-2-1b两者的齿数相等，且主动齿轮5-2-1a和5-2-1b两者的齿数与两者的端面齿齿数之间不存在公约数；主动齿轮5-2-1a和5-2-1b分别同时与从动齿轮5-2-5a和5-2-5b呈不同侧齿面相啮合，且继而通过两套减速齿轮副驱动与A轴4固定连结的终端从动齿轮5-2-6，从而驱动A轴4旋转。
如附图1和3所示，所说的驱动C轴旋转的齿轮副6-5是具有消隙减速传动结构的齿轮副，且所说的具有消隙减速传动结构的齿轮副6-5，是在谐波减速器6-4的动力输出主动齿轮轴6-4-1的中心螺孔内，通过螺纹连结有两头具有螺纹的短轴6-4-3，在短轴6-4-3上套装有具有与主动齿轮轴6-4-1相同端面齿的主动齿轮6-4-2，而螺母6-4-4经由碟簧6-4-5与短轴6-4-3相拧接而令主动齿轮轴6-4-1和主动齿轮6-4-2两者的端面齿相互啮合而使两者联合在一起，主动齿轮轴6-4-1和主动齿轮6-4-2两者的齿数相等且两者的齿数与两者的端面齿齿数之间不存在公约数；主动齿轮轴6-4-1和主动齿轮6-4-2分别同时与固定装设在C轴1上的从动齿轮6-5-1呈不同侧齿面相啮合，从而驱动C轴1旋转。
如附图4所示，在C轴1与滑枕7相配置的轴孔6-1内，设有波纹管8，且波纹管8与所说轴孔6-1系小间隙配合；而波纹管8的一端抵靠在滑枕7的台肩上，其另一端与设在所说轴孔6-1内的环型活塞9相抵靠；在与滑枕7固定连结的端盖10上，设有通达环型活塞9的端部的油路11，且在与该油路11连接的管路上设有三位四通电磁阀(图中未画出)，而该电磁阀与机床数控系统电连接，从而构成C轴波纹管液压夹紧定位机构。
如附图5所示，位于固定装设在A轴4上的终端从动齿轮5-2-6的两个端面上，分别设有第一弹性圆环12a和第二弹性圆环12b；而第一弹性圆环12a通过螺钉15固定在盖板13的圆环槽内，第二弹性圆环12b通过螺钉15固定在垫块14上，而第一弹性圆环12a和第二弹性圆环12b分别与终端从动齿轮5-2-6的两个端面之间系小间隙贴近配合，在盖板13上设有通达第一弹性圆环12a端面的盖板油路16，在垫块14上设有通达第二弹性圆环12b端面的垫块油路17；而在电主轴U型架3上，设有能够与盖板油路16和垫块油路17相贯通的连接油路18，在盖板13的外侧面上设有与盖板油路16相贯通的进出油口21，而在与进出油口21相连接的管路上设有电磁阀(图中未画出)，且该电磁阀与机床数控系统电连接，从而构成A轴弹性环液压夹紧定位机构。
如附图6所示，在A轴4的轴端部所设的角度编码器22系空心轴式角度编码器，且其壳体22-1固定在相对静止的端盖23上，而其动环22-2，套装在A轴4的芯轴21上，而在芯轴21的端部设有与其螺纹连结锁定的螺母24，法兰25由定位销26定位在芯轴21上，而法兰25经由定位销27和螺钉28定位固定在动环22-2上，从而构成A轴角度编码器双重固定结构。
如附图4和5所示，由C轴波纹管液压夹紧定位机构所包括的波纹管8与C轴1同滑枕7相配置的轴孔6-1之间的小间隙配合，和由A轴弹性环液压夹紧定位机构所包括的第一弹性环12a和第二弹性环12b分别与终端从动齿轮5-2-6的两个端面间的小间隙贴近配合，所说的两者的小间隙量均为≤0.3mm。
内藏式电主轴是本实用新型的心脏，它的主要结构形式的描述是，它由定子、转子、隔套、主轴、外套、主轴套、前端盖和后端盖等组成，电机转子通过隔套热套在主轴上直接驱动主轴旋转。由于取消了传动机构，所以效率高、噪音小、振动小、体积小、功率大、转速可高达1万转/每分钟。电机的发热通过外套内设置的恒温冷却循环通道吸收、排出，保证电主轴的连续运转，并有温控、报警和监测装置。整个电主轴通过左右连接法兰和交叉滚子轴承被架设在电主轴U型架3的下端，形成A轴4。A轴4可以围绕机床X轴回转。而电主轴U型架3与C轴1相连，在交叉滚子轴承和上端球轴承的支承下，C轴1可以和主轴同轴心线回转。
而本实用新型A、C轴的正反向回转，分别由接近开关识别和控制，并分别由角度编码器22、28对实际运动位置进行跟踪反馈，接受机床数控系统的闭环控制。其角位移精度可以达到角秒级。特别是由于A轴空心轴式角度编码器的双重固定结构的存在，有效避免了A轴角位移的零位变动，极大地提高了本实用新型的控制精度。
本实用新型由于具备C轴波纹管液压夹紧定位机构和A轴弹性环液压夹紧定位机构，而使切削刀具在A、C轴的任意位置，需要对工件进行定点定位加工时，既可以做到锁紧及时、定位正确，又可以做到在机构释压后A、C轴自由回转。
本实用新型的使用范围不受本说明书描述的限制。
权利要求1.一种适用于数控镗铣床或加工中心的带双摆角内藏式电主轴的主轴头，包括固定设在滑枕(7)上的C轴(1)，其特征在于，它还包括内藏式电主轴(2)，电主轴U型架(3)，A轴(4)，A轴旋转减速传动机构(5)和C轴旋转减速传动机构(6)；而由内藏式电主轴(2)所包括的内藏式伺服主轴电机(2-1)通过其设在两侧的且与其动力输出轴(2-2)成正相交的A轴(4)与电主轴U型架(3)成转动连结；而电主轴U型架(3)与C轴(1)固定连结；而A轴(4)由A轴旋转减速传动机构(5)所包括的且设在电主轴U型架(3)内的伺服电机(5-1)和减速器(5-3)经由A轴旋转减速传动链机构(5-2)驱动旋转；而C轴(1)由C轴旋转减速传动机构(6)所包括的且固定设在滑枕(7)上的伺服电机(6-2)，经由同步带轮副(6-3)、减速器(6-4)和齿轮副(6-5)驱动旋转；且在A轴(4)和C轴(1)上分别设有角度编码器(22、28)，而驱动A轴(4)和C轴(1)的伺服电机(5-1、6-2)均由机床数控系统控制。
2.根据权利要求1所述的带双摆角内藏式电主轴的主轴头，其特征在于，所说的A轴旋转减速传动链机构(5-2)，是具有齿轮消隙减速传动结构的齿轮减速传动链，且所说的消隙齿轮减速传动链是在伺服电机(5-1)驱动的减速器(5-3)的动力输出法兰(5-3-1)上固定连结有具有端面齿的主动齿轮(5-2-1a)，而在主动齿轮(5-2-1a)的中心螺孔内，通过螺钉(5-2-2)和碟簧(5-2-4)固定有定位套(5-2-3)，而在定位套(5-2-3)上套装有具有端面齿的主动齿轮(5-2-1b)，且令主动齿轮(5-2-1a)和(5-2-1b)两者的端面齿相互啮合而使两者联合在一起；主动齿轮(5-2-1a)和(5-2-1b)两者的齿数相等，且主动齿轮(5-2-1a)和(5-2-1b)两者的齿数与两者的端面齿齿数之间不存在公约数；主动齿轮(5-2-1a)和(5-2-1b)分别同时与从动齿轮(5-2-5a)和(5-2-5b)呈不同侧齿面相啮合，且继而通过两套减速齿轮副驱动与A轴(4)固定连结的终端从动齿轮(5-2-6)。
3.根据权利要求1或2所述的带双摆角内藏式电主轴的主轴头，其特征在于，所说的驱动C轴旋转的齿轮副(6-5)是具有消隙减速传动结构的齿轮副，且所说的具有消隙减速传动结构的齿轮副(6-5)，是在减速器(6-4)的动力输出主动齿轮轴(6-4-1)的中心螺孔内，通过螺纹连结有两头具有螺纹的短轴(6-4-3)，在短轴(6-4-3)上套装有具有与主动齿轮轴(6-4-1)相同端面齿的主动齿轮(6-4-2)，而螺母(6-4-4)经由碟簧(6-4-5)与短轴(6-4-3)相拧接而令主动齿轮轴(6-4-1)和主动齿轮(6-4-2)两者的端面齿相互啮合而使两者联合在一起，主动齿轮轴(6-4-1)和主动齿轮(6-4-2)两者的齿数相等且两者的齿数与两者的端面齿齿数之间不存在公约数；主动齿轮轴(6-4-1)和主动齿轮(6-4-2)分别同时与固定装设在C轴(1)上的从动齿轮(6-5-1)呈不同侧齿面相啮合。
4.根据权利要求3所述的带双摆角内藏式电主轴的主轴头，其特征在于，在C轴(1)与滑枕(7)相配置的轴孔(6-1)内，设有波纹管(8)，且波纹管(8)与所说轴孔(6-1)系小间隙配合；而波纹管(8)的一端抵靠在滑枕(7)的台肩上，其另一端与设在所说轴孔(6-1)内的活塞(9)相抵靠；在与滑枕(7)固定连结的端盖(10)上，设有通达活塞(9)的端部的油路(11)，且在与该油路(11)连接的管路上设有电磁阀，而该电磁阀与机床数控系统电连接。
5.根据权利要求4所述的带双摆角内藏式电主轴的主轴头，其特征在于，位于固定装设在A轴(4)上的终端从动齿轮(5-2-6)的两个端面上，分别设有第一弹性圆环(12a)和第二弹性圆环(12b)；而第一弹性圆环(12a)通过螺钉(15)固定在盖板(13)的圆环槽内，第二弹性圆环(12b)通过螺钉(15)固定在垫块(14)上，第一弹性圆环(12a)和第二弹性圆环(12b)分别与终端从动齿轮(5-2-6)的两个端面之间系小间隙贴近配合，在盖板(13)上设有通达第一弹性圆环(12a)端面的盖板油路(16)，在垫块(14)上设有通达第二弹性圆环(12b)端面的垫块油路(17)；而在电主轴U型架(3)上，设有能够与盖板油路(16)和垫块油路(17)相贯通的连接油路(18)，在盖板(13)上设有与盖板油路(16)相贯通的进出油口(21)，而在与进出油口(21)相连接的管路上设有电磁阀，且该电磁阀与机床数控系统电连接。
6.根据权利要求5所述的带双摆角内藏式电主轴的主轴头，其特征在于在A轴(4)的轴端部所设的角度编码器(22)系空心轴式角度编码器，且其壳体(22-1)固定在相对静止的端盖(23)上，而其动环(22-2)套装在A轴(4)的芯轴(21)上，而在芯轴(21)的端部设有与其螺纹连结锁定的螺母(24)，法兰(25)经由定位销(26)定位在芯轴(21)上，而法兰(25)经由定位销(27)和螺钉(28)定位固定在动环(22-2)上。
7.根据权利要求6所述的带双摆角内藏式电主轴的主轴头，其特征在于由C轴波纹管液压夹紧定位机构所包括的波纹管(8)与C轴(1)同滑枕(7)相配置的轴孔(6-1)之间的小间隙配合，和由A轴弹性环液压夹紧定位机构所包括的第一弹性环(12a)和第二弹性环(12b)分别与终端从动齿轮(5-2-6)的两个端面间的小间隙贴近配合，所说的两者的小间隙量均为≤0.3mm。
专利摘要本实用新型所公开的是一种带双摆角内藏式电主轴的主轴头，属于机械加工设备技术。包括固定设在滑枕(7)上的C轴(1)，而以其还包括内藏式电主轴(2)，电主轴U型架(3)，A轴(4)，A轴旋转减速传动机构(5)和C轴旋转减速传动机构(6)；而内藏式电主轴(2)通过A轴(4)与电主轴U型架(3)成转动连结；电主轴U型架(3)与C轴(1)固定连结；A轴(4)由A轴旋转减速传动链机构(5－2)驱动旋转；C轴(1)由C轴旋转减速传动机构(6)驱动旋转为主要特征。本实用新型为一般数控镗铣床和加工中心，提供了互相垂直的两个方向回转的主轴头，且构成多轴联动，为满足加工形面复杂零件提供了装备条件。
文档编号B23Q15/00GK2644086SQ0327806
公开日2004年9月29日 申请日期2003年8月27日 优先权日2003年8月27日
发明者彭文, 刘伯军, 姚树建, 贲薇婷 申请人:江苏多棱数控机床股份有限公司