专利名称：用于数控铣床的五轴动力头的制作方法
技术领域：
本发明涉及数控铣床技术领域，尤其涉及一种适于加工五面体的数控铣床的五轴动力头。
背景技术：
数控铣床在机械加工领域应用广泛，较为常用的是平面加工，有的数控铣床在滑枕上加装五轴动力头，拓展了刀具的加工范围，可以加工弧面或者多面体，减少了重新装夹的次数，从而减少加工误差。但是，目前数控铣床的五轴动力头结构复杂，成本高，使用时，由于铣削力大，导致铣削力影响五轴动力头的稳定性，使得五轴动力头的刀具晃动，直接影响数控铣床的加工质量，并且五轴动力头自身不具有打刀装置，所以在更换刀具时不方便。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种用于数控铣床的五轴动力头，结构简单， 稳定性能好，成本低，使用方便。为解决上述技术问题，本发明的技术方案是用于数控铣床的五轴动力头，包括安装于数控铣床的滑枕上的主机箱和与所述主机箱安装在一起的副机箱，所述主机箱内设有与所述数控铣床的连接锥柄相连接的主动轴，所述主动轴转动安装于所述主机箱内，所述副机箱内转动安装有用于安装刀具的中心轴，所述中心轴通过传动装置与所述主动轴传动连接；所述副机箱与主机箱之间设有用于驱动所述副机箱摆度的C轴摆度装置，所述C轴摆度装置将所述主机箱与副机箱铰接在一起；所述主动轴与中心轴之间设有便于将刀具从所述中心轴拆卸的打刀装置，所述打刀装置设置于所述主机箱内且位于所述主动轴的轴线上。作为一种改进，所述打刀装置包括打刀缸体，所述打刀缸体固定安装于所述主机箱内，所述主动轴的一端转动安装于所述打刀缸体上，所述打刀缸体上设有第一活塞腔，所述第一活塞腔的底部设有进油口 ；第一活塞，所述第一活塞滑动安装于所述打刀缸体的第一活塞腔内；第一活塞杆，所述第一活塞杆一端固定安装于所述第一活塞上，所述第一活塞杆的另一端伸出所述主机箱并顶靠于所述中心轴上；第一复位弹簧，所述第一复位弹簧套装于所述第一活塞杆上并位于所述第一活塞与主机箱之间。作为另一种改进，所述C轴摆度装置包括同轴设置的第一铰接轴和第二铰接轴， 所述第一铰接轴和第二铰接轴均固定安装于所述副机箱上且将所述主机箱与副机箱铰接在一起，所述第一铰接轴和第二铰接轴的轴线与所述中心轴的轴线垂直，所述中心轴设置于所述第一铰接轴与第二铰接轴之间；伺服电机，所述伺服电机固定安装于所述主机箱上， 所述伺服电机通过第一齿轮副与所述第二铰接轴传动连接。作为进一步的改进，所述第一齿轮副包括固定安装于所述伺服电机上的主动齿轮和固定安装于所述第二铰接轴上的从动齿轮，所述主动齿轮与从动齿轮之间设有过渡齿轮。作为进一步的改进，所述第二铰接轴与主机箱之间设有用于将刀具的铣削力传递到主机箱上的夹紧装置。作为进一步的改进，所述夹紧装置包括压盘，所述压盘上设有凸台，所述凸台滑动安装于所述主机箱上，所述凸台的端面设有与所述从动齿轮端面相啮合的齿；所述从动齿轮一端上设有环形的T形凹槽，所述T形凹槽内约束安装有若干沿所述从动齿轮轴向延伸的长螺栓，所述长螺栓依次穿出所述主机箱和压盘，所述长螺栓的伸出端设有螺母，所述螺母与压盘之间设有压缩弹簧；所述第二铰接轴上设有沿所述第二铰接轴的轴向延伸的第二活塞腔，所述第二活塞腔内滑动安装有第二活塞，所述第二活塞上固定安装有第二活塞杆， 所述第二活塞杆穿过所述从动齿轮并连接于所述压盘上，所述第二活塞杆设有轴向进油孔，所述轴向进油孔与第二活塞腔连通；所述第二活塞与从动齿轮之间设有第二复位弹簧。作为进一步的改进，所述传动装置包括第一传动轴，所述第一传动轴转动安装于所述主机箱的箱体上，所述第一传动轴的轴线与所述主动轴的轴线垂直，所述第一传动轴与主动轴通过第一锥齿轮副传动连接；与所述第一传动轴平行安装的第二传动轴，所述第二传动轴贯穿所述第一铰接轴且转动安装于所述副机箱上，所述第二传动轴与中心轴通过第二锥齿轮副传动连接；所述第一传动轴与第二传动轴通过第二齿轮副传动连接。作为另一种改进，所述滑枕与主机箱之间设有用于使所述主机箱绕所述连接锥柄的回转中心转动的A轴回转装置。作为进一步的改进，所述A轴回转装置包括通过花键与所述主动轴连接的A轴分度主动齿轮，所述A轴分度主动齿轮的外周设有传动齿，所述A轴分度主动齿轮固定安装于所述连接锥柄上；与所述A轴分度主动齿轮相啮合的A轴分度从动齿轮，所述A轴分度从动齿轮设置于所述滑枕与主机箱之间并固定安装于所述主机箱上，所述A轴分度从动齿轮设有端面传动齿；与所述A轴分度从动齿轮的端面传动齿相啮合的止动齿盘，所述止动齿盘设置于所述滑枕与主机箱之间并固定安装于所述滑枕上；至少两个用于分离所述A轴分度从动齿轮与A轴分度主动齿轮同时使所述A轴分度从动齿轮与止动齿盘啮合的单作用油缸，所述单作用油缸设置于所述滑枕与主机箱之间。作为进一步的改进，所述单作用油缸的缸体设置于所述滑枕上，所述单作用油缸的活塞杆约束安装于所述主机箱上，所述单作用油缸的活塞与止动齿盘之间设有第三复位弹簧。采用了上述技术方案后，本发明的有益效果是由于五轴动力头的主动轴直接连接数控铣床的连接锥柄，并通过传动装置将动力传递给安装有刀具的中心轴，实现了数控铣床的动力直接驱动刀具进行机加工，铣削力大，加工效果稳定；又由于在主动轴与中心轴之间设有便于将刀具从中心轴拆卸的打刀装置，从而使得五轴动力头的使用更加简捷，更换刀具方便；又由于打刀装置设置于主机箱内且位于主动轴的轴线上，使得五轴动力头的结构得到简化，与打刀装置设置于主机箱外部的安装方式相比较，占用空间小，结构紧凑， 降低了生产和使用成本。由于打刀装置的缸体固定安装于主机箱内并且主动轴的一端转动安装于打刀缸体上，使得主动轴的安装由悬臂梁形式变为支撑梁形式，受力性能更好，运转更加稳定，并且缸体高于安装平面，保证了主机箱内的润滑油在打刀时不泄露；同时由于打刀的力度不
5需要太大，将打刀缸体放置在主机箱内既能够节省空间，又使得结构紧凑，大大提高了五轴动力头的使用性能。由于设计了夹紧装置，压盘和从动齿轮上设有相互啮合的端面齿，通过液压装置控制压盘与从动齿轮的离合，使得五轴动力头的铣削力通过长螺栓传递给主机箱，并不是将铣削力作用在伺服电机的主轴上，既保证了加工精度，又保护了伺服电机。由于设计了 A轴回转装置，当需要A轴分度时，单作用油缸动作，使得A轴分度从动齿轮与止动齿盘分离，同时A轴分度主动齿轮与A轴分度从动齿轮的啮合，使得主机箱可以在连接锥柄的带动下，由铣床主轴铣削力驱动主机箱以及副机箱旋转，进行分度，简化了动力输入。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。附图是本发明实施例的结构示意图中1、滑枕，11、连接锥柄，2、主动轴，3、主机箱，4、副机箱，5、中心轴，6、传动装置， 61、第一传动轴，62、第二传动轴，63、第二齿轮副，7、C轴摆度装置，71、第一铰接轴，72、第二铰接轴，73、伺服电机，74、主动齿轮，75、过渡齿轮，76、从动齿轮，77、夹紧装置，771、压盘， 772、长螺栓，773、压缩弹簧，774、第二活塞，775、第二复位弹簧，776、第二活塞杆，8、打刀装置，81、打刀缸体，82、第一活塞，83、第一活塞杆，84、第一复位弹簧，9、A轴回转装置，90、止动齿盘，91、A轴分度主动齿轮，92、A轴分度从动齿轮，93、单作用油缸的活塞，94、单作用油缸的活塞杆，95、第三复位弹簧。
具体实施例方式如附图所示，一种用于数控铣床的五轴动力头，包括安装于数控铣床的滑枕1上的主机箱3和与所述主机箱3安装在一起的副机箱4，所述主机箱3内设有与所述数控铣床的连接锥柄11相连接的主动轴2，所述主动轴2转动安装于所述主机箱3内，所述副机箱4 内转动安装有用于安装刀具的中心轴5，所述中心轴5通过传动装置6与所述主动轴2传动连接；所述副机箱4与主机箱3之间设有用于驱动所述副机箱4摆度的C轴摆度装置7， 所述C轴摆度装置7将所述主机箱3与副机箱4铰接在一起；所述主动轴2与中心轴5之间设有便于将刀具从所述中心轴5拆卸的打刀装置8，所述打刀装置8设置于所述主机箱3 内且位于所述主动轴2的轴线上。所述打刀装置8主要包括打刀缸体81、第一活塞82、第一活塞杆83和第一复位弹簧84，其中，所述打刀缸体81固定安装于所述主机箱3内，所述主动轴2的一端转动安装于所述打刀缸体81上，所述打刀缸体81上设有第一活塞腔，所述第一活塞腔的底部设有进油口 ；所述第一活塞82滑动安装于所述打刀缸体81的第一活塞腔内；所述第一活塞杆83 — 端固定安装于所述第一活塞82上，所述第一活塞杆83的另一端伸出所述主机箱3并顶靠于所述中心轴5上；所述第一复位弹簧84套装于所述第一活塞杆83上并位于所述第一活塞82与主机箱3之间。打刀装置8进行打刀时，必须是第一活塞杆83与中心轴5同轴，如果刀具摆度后，则需要回位之后再进行打刀。所述C轴摆度装置7包括同轴设置的第一铰接轴71和第二铰接轴72，所述第一铰接轴71和第二铰接轴72均固定安装于所述副机箱4上且将所述主机箱3与副机箱4铰接在一起，所述第一铰接轴71和第二铰接轴72的轴线与所述中心轴5的轴线垂直，所述中心轴5设置于所述第一铰接轴71与第二铰接轴72之间；还包括伺服电机73，所述伺服电机 73固定安装于所述主机箱3上，所述伺服电机73通过第一齿轮副与所述第二铰接轴72传动连接。所述第一齿轮副包括固定安装于所述伺服电机73上的主动齿轮74和固定安装于所述第二铰接轴72上的从动齿轮76，所述主动齿轮74与从动齿轮76之间设有过渡齿轮 75。所述第二铰接轴72与主机箱3之间设有用于将刀具的铣削力传递到主机箱3上的夹紧装置77，所述夹紧装置77主要包括压盘771，所述压盘771上设有凸台，所述凸台滑动安装于所述主机箱3上，所述凸台的端面设有与所述从动齿轮76端面相啮合的齿；所述从动齿轮76 一端上设有环形的T形凹槽，所述T形凹槽内约束安装有若干沿所述从动齿轮 76轴向延伸的长螺栓772，所述长螺栓772依次穿出所述主机箱3和压盘771，所述长螺栓 772的伸出端设有螺母，所述螺母与压盘771之间设有压缩弹簧773 ；所述第二铰接轴72上设有沿所述第二铰接轴72的轴向延伸的第二活塞腔，所述第二活塞腔内滑动安装有第二活塞774，所述第二活塞774上固定安装有第二活塞杆776，所述第二活塞杆776穿过所述从动齿轮76并连接于所述压盘771上，第二活塞杆774能够在压盘771上转动并且能够施力作用于压盘771，所述第二活塞杆776设有轴向进油孔，所述轴向进油孔与第二活塞腔连通；所述第二活塞774与从动齿轮76之间设有第二复位弹簧775。C轴摆度装置7摆度结束需要进行铣削前，第二活塞腔不进油，第二活塞774在第二复位弹簧775的作用下带动压盘771向从动齿轮76移动，使得压盘771与从动齿轮76端面的齿相互啮合；刀具进行铣削时，铣削力由中心轴5传递至第二铰接轴72，然后传递至从动齿轮76，从动齿轮76又经过相互啮合的齿传递给压盘771，又经长螺栓772传递至主机箱3上，使得五轴动力头的铣削力通过长螺栓772作用在主机箱3上，并不是将铣削力作用在伺服电机73的主轴上，刀具在铣削时更加稳定，保证了加工精度，同时又保护了伺服电机73 ；当需要摆度时，第二活塞腔进油，第二活塞杆776伸出，第二活塞774压缩第二复位弹簧775，第二活塞杆776将压盘771顶出，压盘771与从动齿轮76相啮合的端面齿分离， 此时伺服电机73启动，带动从动齿轮76转动，长螺栓772在从动齿轮76的T形凹槽中滑动，从动齿轮76带动副机箱4摆动，从而实现刀具精确摆度。所述传动装置6主要包括第一传动轴61和第二传动轴62，其中，所述第一传动轴 61转动安装于所述主机箱3的箱体上，所述第一传动轴61的轴线与所述主动轴2的轴线垂直，所述第一传动轴61与主动轴2通过第一锥齿轮副传动连接；第二传动轴62与所述第一传动轴61平行安装，所述第二传动轴62贯穿所述第一铰接轴71且转动安装于所述副机箱4上，所述第二传动轴62与中心轴5通过第二锥齿轮副传动连接；所述第一传动轴61与第二传动轴62通过第二齿轮副63传动连接，所述的第二齿轮副63包括安装在第一传动轴 61另一端的一个齿轮、安装在第二传动轴62另一端的一个齿轮以及啮合在两个齿轮之间的过渡轮，连接锥柄11的动力直接由主动轴2经过第一锥齿轮副传递给第一传动轴61，然后经过第二齿轮副63传递给第二传动轴62，然后再经过第二锥齿轮副传递给中心轴5，传递效率高，功率损耗低，保证了刀具的铣削力。所述滑枕1与主机箱3之间设有用于使所述主机箱3绕所述连接锥柄11的回转中心转动的A轴回转装置9，所述A轴回转装置9包括通过花键与所述主动轴2连接的A轴分度主动齿轮91，所述A轴分度主动齿轮91的外周设有传动齿，所述A轴分度主动齿轮91 固定安装于所述连接锥柄11上；与所述A轴分度主动齿轮91相啮合的A轴分度从动齿轮 92，所述A轴分度从动齿轮92设置于所述滑枕1与主机箱3之间并固定安装于所述主机箱 3上，所述A轴分度从动齿轮92设有端面传动齿；与所述A轴分度从动齿轮92的端面传动齿相啮合的止动齿盘90，所述止动齿盘90设置于所述滑枕1与主机箱3之间并固定安装于所述滑枕1上；至少两个用于分离所述A轴分度从动齿轮92与A轴分度主动齿轮91同时使所述A轴分度从动齿轮92与止动齿盘90啮合的单作用油缸，所述单作用油缸设置于所述滑枕1与主机箱3之间。根据惯常设计，所述单作用油缸的缸体设置于所述滑枕1上， 所述单作用油缸的活塞杆94约束安装于所述主机箱3上，主机箱3上设有环形T形凹槽， 单作用油缸的活塞杆94的端部连接一个螺母，螺母滑动安装于环形T形凹槽内，使得主机箱3能够在单作用油缸的活塞杆94的作用下径向移动，且可以绕滑枕1的回转中心转动， 所述单作用油缸的活塞93与止动齿盘90之间设有第三复位弹簧95，当然，本领域的技术人员也可以作出变换，将所述单作用油缸的缸体设置于所述主机箱3上，所述单作用油缸的活塞杆94约束安装于所述滑枕1上，此时，滑枕1上设有环形T形凹槽，所述单作用油缸的活塞93与A轴分度从动齿轮92之间设有第三复位弹簧95。当进行铣削时，如果需要A轴分度时，单作用油缸动作，使得A轴分度从动齿轮92与止动齿盘90分离，同时A轴分度主动齿轮91与A轴分度从动齿轮92的啮合，使得主机箱3可以在连接锥柄11的带动下，由铣床主轴铣削力驱动主机箱3以及副机箱4旋转，进行分度，当转到指定位置时，连接锥柄 11停止，然后单作用油缸停止供油，在第三复位弹簧95的作用下，A轴分度主动齿轮91与 A轴分度从动齿轮92分离，同时A轴分度从动齿轮92与止动齿盘90啮合，刀具在主动轴2 的驱动下继续进行铣削。 本发明不局限于上述具体的实施方式，本领域的普通技术人员从上述构思出发， 不经过创造性的劳动，所作出的种种变换，均落在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.用于数控铣床的五轴动力头，包括安装于数控铣床的滑枕上的主机箱和与所述主机箱安装在一起的副机箱，所述主机箱内设有与所述数控铣床的连接锥柄相连接的主动轴， 所述主动轴转动安装于所述主机箱内，所述副机箱内转动安装有用于安装刀具的中心轴， 其特征在于所述中心轴通过传动装置与所述主动轴传动连接；所述副机箱与主机箱之间设有用于驱动所述副机箱摆度的C轴摆度装置，所述C轴摆度装置将所述主机箱与副机箱铰接在一起；所述主动轴与中心轴之间设有便于将刀具从所述中心轴拆卸的打刀装置，所述打刀装置设置于所述主机箱内且位于所述主动轴的轴线上。
2.如权利要求1所述的用于数控铣床的五轴动力头，其特征在于所述打刀装置包括打刀缸体，所述打刀缸体固定安装于所述主机箱内，所述主动轴的一端转动安装于所述打刀缸体上，所述打刀缸体上设有第一活塞腔，所述第一活塞腔的底部设有进油口 ； 第一活塞，所述第一活塞滑动安装于所述打刀缸体的第一活塞腔内； 第一活塞杆，所述第一活塞杆一端固定安装于所述第一活塞上，所述第一活塞杆的另一端伸出所述主机箱并顶靠于所述中心轴上；第一复位弹簧，所述第一复位弹簧套装于所述第一活塞杆上并位于所述第一活塞与主机箱之间。
3.如权利要求1所述的用于数控铣床的五轴动力头，其特征在于所述C轴摆度装置包括同轴设置的第一铰接轴和第二铰接轴，所述第一铰接轴和第二铰接轴均固定安装于所述副机箱上且将所述主机箱与副机箱铰接在一起，所述第一铰接轴和第二铰接轴的轴线与所述中心轴的轴线垂直，所述中心轴设置于所述第一铰接轴与第二铰接轴之间；伺服电机，所述伺服电机固定安装于所述主机箱上，所述伺服电机通过第一齿轮副与所述第二铰接轴传动连接。
4.如权利要求3所述的用于数控铣床的五轴动力头，其特征在于所述第一齿轮副包括固定安装于所述伺服电机上的主动齿轮和固定安装于所述第二铰接轴上的从动齿轮，所述主动齿轮与从动齿轮之间设有过渡齿轮。
5.如权利要求4所述的用于数控铣床的五轴动力头，其特征在于所述第二铰接轴与主机箱之间设有用于将刀具的铣削力传递到主机箱上的夹紧装置。
6.如权利要求5所述的用于数控铣床的五轴动力头，其特征在于所述夹紧装置包括压盘，所述压盘上设有凸台，所述凸台滑动安装于所述主机箱上，所述凸台的端面设有与所述从动齿轮端面相啮合的齿；所述从动齿轮一端上设有环形的T形凹槽，所述T形凹槽内约束安装有若干沿所述从动齿轮轴向延伸的长螺栓，所述长螺栓依次穿出所述主机箱和压盘，所述长螺栓的伸出端设有螺母，所述螺母与压盘之间设有压缩弹簧；所述第二铰接轴上设有沿所述第二铰接轴的轴向延伸的第二活塞腔，所述第二活塞腔内滑动安装有第二活塞，所述第二活塞上固定安装有第二活塞杆，所述第二活塞杆穿过所述从动齿轮并连接于所述压盘上，所述第二活塞杆设有轴向进油孔，所述轴向进油孔与第二活塞腔连通；所述第二活塞与从动齿轮之间设有第二复位弹簧。
7.如权利要求3所述的用于数控铣床的五轴动力头，其特征在于所述传动装置包括第一传动轴，所述第一传动轴转动安装于所述主机箱的箱体上，所述第一传动轴的轴线与所述主动轴的轴线垂直，所述第一传动轴与主动轴通过第一锥齿轮副传动连接；与所述第一传动轴平行安装的第二传动轴，所述第二传动轴贯穿所述第一铰接轴且转动安装于所述副机箱上，所述第二传动轴与中心轴通过第二锥齿轮副传动连接；所述第一传动轴与第二传动轴通过第二齿轮副传动连接。
8.如权利要求1至7所述的任一权利要求所述的用于数控铣床的五轴动力头，其特征在于所述滑枕与主机箱之间设有用于使所述主机箱绕所述连接锥柄的回转中心转动的A 轴回转装置。
9.如权利要求8所述的用于数控铣床的五轴动力头，其特征在于所述A轴回转装置包括通过花键与所述主动轴连接的A轴分度主动齿轮，所述A轴分度主动齿轮的外周设有传动齿，所述A轴分度主动齿轮固定安装于所述连接锥柄上；与所述A轴分度主动齿轮相啮合的A轴分度从动齿轮，所述A轴分度从动齿轮设置于所述滑枕与主机箱之间并固定安装于所述主机箱上，所述A轴分度从动齿轮设有端面传动齿；与所述A轴分度从动齿轮的端面传动齿相啮合的止动齿盘，所述止动齿盘设置于所述滑枕与主机箱之间并固定安装于所述滑枕上；至少两个用于分离所述A轴分度从动齿轮与A轴分度主动齿轮同时使所述A轴分度从动齿轮与止动齿盘啮合的单作用油缸，所述单作用油缸设置于所述滑枕与主机箱之间。
10.如权利要求9所述的用于数控铣床的五轴动力头，其特征在于所述单作用油缸的缸体设置于所述滑枕上，所述单作用油缸的活塞杆约束安装于所述主机箱上，所述单作用油缸的活塞与止动齿盘之间设有第三复位弹簧。
全文摘要
本发明公开了一种用于数控铣床的五轴动力头，属于五轴动力头技术领域，包括安装于数控铣床的滑枕上的主机箱和与所述主机箱安装在一起的副机箱，所述主机箱内设有与所述数控铣床的连接锥柄相连接的主动轴，所述副机箱内转动安装有用于安装刀具的中心轴，所述中心轴通过传动装置与所述主动轴传动连接；所述副机箱与主机箱之间设有C轴摆度装置，所述C轴摆度装置将所述主机箱与副机箱铰接在一起；所述主动轴与中心轴之间设有打刀装置，所述打刀装置设置于所述主机箱内且位于所述主动轴的轴线上。本发明结构简单，稳定性能好，成本低，使用方便，广泛应用于数控铣床中。
文档编号B23B19/00GK102328097SQ20111021937
公开日2012年1月25日 申请日期2011年8月2日 优先权日2011年8月2日
发明者杜明乾 申请人:山东宏泰机械科技股份有限公司