一种双摆直驱式AC摆头的制作方法

本发明涉及一种数控加工中心的ac摆头，具体是一种双摆直驱式ac摆头。

背景技术

五轴联动加工一直是数控加工中心的至高追求。随着模具业和航空航天业的迅速发展，对五轴联动加工机床的需求越来越大，采用力矩电机作为a/c轴转位驱动力的五轴头可实现联动加工，采用大功率高速电主轴，可实现高速高精加工，是加工市场的宠儿。

对于采用力矩电机直驱的ac摆头，有单摆和双摆两种形式，单摆ac摆头仅在a轴一侧设有力矩电机驱动机构，其a轴驱动力较小，双摆ac摆头在a轴两侧均设有力矩电机驱动机构，a轴驱动力较大，并且a轴为对称式设计，摆头重心与c轴旋转中心重合，转位具有更好的稳定性。

但现有采用力矩电机驱动的ac摆头大多结构粗糙，其装配精度和加工精度难以保证，可靠性差。例如cn204700579u公开的一种力矩电机直驱式ac摆头，属于机床传动装置领域，是一种双摆ac摆头，其包括a轴、c轴、a轴壳体、c轴壳体和电主轴，a轴与c轴垂直设置，a轴壳体和c轴壳体固定连接，c轴通过轴承一连接在c轴壳体上，c轴壳体内侧固定有c轴力矩电机，c轴力矩电机通过连接装置一与c轴连接，a轴外侧设置有a轴中心轴，a轴通过轴承二连接在a轴中心轴上，a轴壳体内侧固定有a轴力矩电机，a轴力矩电机通过连接装置二与a轴连接，a轴的外部通过螺钉连接有主轴套，电主轴固定在主轴套内。虽然该ac摆头一定程度上简化了摆头传动结构并减少了传动环节，但其各相关组成部分之间仅是简单地组合，相互间的装配精度难以保证，此外，该专利并未公开其所涉ac摆头的a轴和c轴的夹紧方式、走线方式等结构，因此，作为一个完整的ac摆头而言，无法确定其总体结构尺寸是否足够紧凑、合理，因此该ac摆头的加工精度难以保证。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术的不足，提供一种结构紧凑、节省空间、结构设计合理、方便加工且加工精度高的双摆直驱式ac摆头。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种双摆直驱式ac摆头，包括主轴箱、电主轴、箱体、a轴部分及c轴部分，所述的a轴部分的中心线与所述的电主轴的中心线垂直，所述的c轴部分的中心线与所述的电主轴的中心线重合，所述的电主轴直立安装在所述的主轴箱内，所述的a轴部分包括同轴设置在所述的箱体内的第一a轴部分和第二a轴部分，所述的第一a轴部分和所述的第二a轴部分分别设置在所述的主轴箱的两侧，所述的c轴部分设置在所述的箱体的上侧，所述的第一a轴部分包括第一转台轴承、第一转台轴承座、第一力矩电机、第一电机座、第一刹车环、第一气动钳夹系统、第一连接环、第一过渡板、内配油环和外配油环，所述的第一转台轴承座定心连接在所述的主轴箱的右侧，所述的第一刹车环的左端固定在所述的主轴箱上，所述的第一转台轴承座、第一气动钳夹系统、第一连接环和外配油环自左而右依次套设在所述的第一刹车环上，所述的第一刹车环与所述的第一转台轴承座定心连接，所述的第一气动钳夹系统固定在所述的箱体上，所述的第一转台轴承的内圈固定在所述的第一转台轴承座上，所述的第一转台轴承的外圈固定在所述的箱体上，所述的第一电机座定心安装在所述的箱体的右侧，所述的第一力矩电机的定子固定在所述的第一电机座上，所述的第一力矩电机的转子与所述的第一连接环固定连接，所述的第一连接环与所述的第一刹车环定心连接，所述的第一过渡板与所述的箱体的右侧定心连接，所述的内配油环定心连接在所述的第一过渡板的左侧，所述的第一刹车环套设在所述的内配油环上，所述的外配油环固定在所述的内配油环上，所述的箱体的右侧安装有第一防护板，所述的第一防护板上安装有第一盖板；所述的第二a轴部分包括第二转台轴承、第二转台轴承座、第二力矩电机、第二电机座、第二刹车环、第二气动钳夹系统、第二连接环和第一走线管，所述的第二转台轴承座定心连接在所述的主轴箱的左侧，所述的第二转台轴承的内圈固定在所述的第二转台轴承座上，所述的第二转台轴承的外圈固定在所述的箱体上，所述的第二刹车环定心连接在所述的第二转台轴承座的左侧，所述的第二气动钳夹系统固定在所述的箱体上并位于所述的第二刹车环的外侧，所述的第二电机座定心安装在所述的箱体的左侧，所述的第二力矩电机的定子固定在所述的第二电机座上，所述的第二力矩电机的转子固定在所述的第二连接环上，所述的第二连接环套设在所述的第二刹车环上并与所述的第二刹车环定心连接，所述的第一走线管固定在所述的主轴箱的左侧并位于所述的第二转台轴承座的内侧，所述的第二力矩电机的左侧设置有防护罩，所述的防护罩安装在所述的第二转台轴承座上，所述的箱体的左侧安装有第二防护板，所述的第二防护板上安装有第二盖板；所述的c轴部分包括第三转台轴承、第三力矩电机、第三电机座、第三刹车环、第三气动钳夹系统、第三连接环、过渡轴、过渡盘、第二过渡板和第二走线管，所述的第三转台轴承的内圈和所述的过渡轴分别定心连接在所述的箱体的顶端，所述的过渡盘固定于所述的第三转台轴承的外圈，所述的第三气动钳夹系统固定在所述的过渡盘的内侧，所述的第三刹车环固定在所述的过渡轴的外侧，所述的第三气动钳夹系统位于所述的第三刹车环的外侧，所述的第二过渡板定心连接在所述的过渡盘的上侧，所述的第二过渡板与所述的第三力矩电机的定子的下侧定心连接，所述的第三力矩电机的定子的上侧与所述的第三电机座定心连接，所述的第三连接环与所述的第三力矩电机的转子的下侧固定连接，所述的第三连接环固定在所述的过渡轴的上侧，所述的第二走线管固定在所述的过渡轴的上侧，所述的第三电机座的上端安装有上端盖，所述的第二走线管的顶端自所述的上端盖伸出。

本发明双摆直驱式ac摆头，结构紧凑，节省空间，结构设计合理，方便加工，加工精度高。该ac摆头的a轴和c轴均由力矩电机驱动，且主轴采用电主轴，整体结构紧凑。该ac摆头的a轴部分包括同轴设置在所述的箱体内的第一a轴部分和第二a轴部分，即a轴部分采用左右对称设计，整体结构的偏心度低，使c轴的转位更顺畅。

本发明双摆直驱式ac摆头的第一a轴部分中，主轴箱、第一转台轴承座和第一刹车环连为一体，组成转动环节，可通过第一转台轴承旋转；箱体、第一电机座、第一力矩电机的定子、第一过渡板、内配油环和外配油环组成不动环节；第一力矩电机的转子和第一连接环组成动力环节，将第一力矩电机输出的力矩传递给转动环节，带动主轴箱、第一转台轴承座、第一刹车环绕a轴旋转；第一气动钳夹系统和第一刹车环组成刹车环节，通过第一气动钳夹系统具备的刹车功能，向第一刹车环施加刹车力矩，带动转动环节实现刹车动作。与第一a轴部分类似，第二a轴部分的转位动力由第二力矩电机转子提供，经第二连接环传递给第二刹车环，通过第二转台轴承座传递给主轴箱。

本发明双摆直驱式ac摆头，其箱体及a轴部分、过渡轴、第三刹车环、第二走线管、第三连接环、第三力矩电机的定子可通过第三转台轴承绕c轴旋转，第三气动钳夹系统通过自带的刹车功能，向第三刹车环施加刹车力矩，实现c轴刹车动作。

作为优选，所述的内配油环的右侧定心连接有a轴编码器，所述的a轴编码器内穿设有编码器轴，所述的编码器轴穿过所述的内配油环与所述的主轴箱的右侧定心连接，所述的a轴编码器的右侧设置有编码器保护罩，所述的编码器保护罩固定在所述的第一盖板上。a轴编码器可实时识别并读取a轴的角度位置，确保a轴转动角度的准确性。

作为优选，所述的上端盖的下侧固定有连接套，所述的连接套位于所述的第二走线管的外侧，所述的连接套的下侧固定有编码器安装座，所述的编码器安装座上安装有c轴编码器，所述的c轴编码器定心连接在所述的第二走线管的外侧。c轴编码器可实时识别并读取c轴的角度位置。第二走线管可向c轴编码器提供摆头c轴的旋转角度位置，确保c轴转动角度的准确性。

作为优选，所述的上端盖的内侧定心连接有密封盖，所述的密封盖与所述的第二走线管之间安装有深沟球轴承，所述的深沟球轴承的外圈由一压板压紧，所述的压板固定在所述的密封盖上。深沟球轴承对第二走线管起到辅助支撑的作用，进一步提高摆头整体结构的可靠性。

作为优选，所述的第一走线管的内侧开设有第一走线孔，所述的箱体的上部的左右侧分别开设有第二走线孔和第三走线孔，所述的过渡轴的内侧开设有第四走线孔，所述的第二走线管的内侧开设有与所述的第四走线孔相通的第五走线孔，所述的第一走线孔、第二走线孔、第三走线孔、第四走线孔和第五走线孔用于所述的电主轴所需的线缆和功能管的走线。这种走管方式设计简洁，可靠性高，有利于确保ac摆头整体结构的紧凑性。

进一步地，所述的线缆先后经所述的第一走线孔、第二走线孔、第四走线孔和第五走线孔走线；所述的第一刹车环的侧壁上开设有第一功能孔路，所述的内配油环的侧壁上开设有第二功能孔路、第三功能孔路和第四功能孔路，所述的第一过渡板上开设有第五功能孔路，所述的第一功能孔路、第二功能孔路、第三功能孔路、第四功能孔路和第五功能孔路依次相通，所述的第五功能孔路的出口处安装有管接头，所述的功能管连接在所述的管接头上，所述的功能管先后经所述的第三走线孔、第四走线孔和第五走线孔走线。电主轴所需的线缆和功能管的走线左右分开，可防止相互干扰，增加摆头使用的可靠性。

作为优选，所述的箱体由航空铝合金制成。以进一步减轻ac摆头的整体重量，使a轴和c轴旋转时具有更大的加速度。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：本发明公开的双摆直驱式ac摆头结构紧凑，节省空间，结构设计合理，方便加工，加工精度高。该ac摆头的a轴和c轴均由力矩电机驱动，且主轴采用电主轴，整体结构紧凑。该ac摆头的a轴部分包括同轴设置在所述的箱体内的第一a轴部分和第二a轴部分，即a轴部分采用左右对称设计，整体结构的偏心度低，使c轴的转位更顺畅。

附图说明

图1为本发明双摆直驱式ac摆头的结构纵剖示意图；

图2为本发明双摆直驱式ac摆头中电主轴功能管的局部走线示意图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例1的双摆直驱式ac摆头，如图1和图2所示，包括主轴箱1、电主轴11、由航空铝合金制成的箱体2、a轴部分及c轴部分，a轴部分的中心线与电主轴11的中心线垂直，c轴部分的中心线与电主轴11的中心线重合，电主轴11直立安装在主轴箱1内，a轴部分包括同轴设置在箱体2内的第一a轴部分和第二a轴部分，第一a轴部分和第二a轴部分分别设置在主轴箱1的两侧，c轴部分设置在箱体2的上侧，第一a轴部分包括第一转台轴承31、第一转台轴承座32、第一力矩电机、第一电机座34、第一刹车环35、第一气动钳夹系统36、第一连接环37、第一过渡板38、内配油环39和外配油环30，第一转台轴承座32定心连接在主轴箱1的右侧，第一刹车环35的左端固定在主轴箱1上，第一转台轴承座32、第一气动钳夹系统36、第一连接环37和外配油环30自左而右依次套设在第一刹车环35上，第一刹车环35与第一转台轴承座32定心连接，第一气动钳夹系统36固定在箱体2上，第一转台轴承31的内圈固定在第一转台轴承座32上，第一转台轴承31的外圈固定在箱体2上，第一电机座34定心安装在箱体2的右侧，第一力矩电机的定子331固定在第一电机座34上，第一力矩电机的转子332与第一连接环37固定连接，第一连接环37与第一刹车环35定心连接，第一过渡板38与箱体2的右侧定心连接，内配油环39定心连接在第一过渡板38的左侧，第一刹车环35套设在内配油环39上，外配油环30固定在内配油环39上，箱体2的右侧安装有第一防护板21，第一防护板21上安装有第一盖板22；第二a轴部分包括第二转台轴承41、第二转台轴承座42、第二力矩电机、第二电机座44、第二刹车环45、第二气动钳夹系统46、第二连接环47和第一走线管48，第二转台轴承座42定心连接在主轴箱1的左侧，第二转台轴承41的内圈固定在第二转台轴承座42上，第二转台轴承41的外圈固定在箱体2上，第二刹车环45定心连接在第二转台轴承座42的左侧，第二气动钳夹系统46固定在箱体2上并位于第二刹车环45的外侧，第二电机座44定心安装在箱体2的左侧，第二力矩电机的定子431固定在第二电机座44上，第二力矩电机的转子432固定在第二连接环47上，第二连接环47套设在第二刹车环45上并与第二刹车环45定心连接，第一走线管48固定在主轴箱1的左侧并位于第二转台轴承座42的内侧，第二力矩电机的左侧设置有防护罩23，防护罩23安装在第二转台轴承座42上，箱体2的左侧安装有第二防护板24，第二防护板24上安装有第二盖板25；c轴部分包括第三转台轴承51、第三力矩电机、第三电机座53、第三刹车环54、第三气动钳夹系统55、第三连接环56、过渡轴57、过渡盘58、第二过渡板59和第二走线管50，第三转台轴承51的内圈和过渡轴57分别定心连接在箱体2的顶端，过渡盘58固定于第三转台轴承51的外圈，第三气动钳夹系统55固定在过渡盘58的内侧，第三刹车环54固定在过渡轴57的外侧，第三气动钳夹系统55位于第三刹车环54的外侧，第二过渡板59定心连接在过渡盘58的上侧，第二过渡板59与第三力矩电机的定子521的下侧定心连接，第三力矩电机的定子521的上侧与第三电机座53定心连接，第三连接环56与第三力矩电机的转子522的下侧固定连接，第三连接环56固定在过渡轴57的上侧，第二走线管50固定在过渡轴57的上侧，第三电机座53的上端安装有上端盖531，第二走线管50的顶端自上端盖531伸出，上端盖531的内侧定心连接有密封盖532，密封盖532与第二走线管50之间安装有深沟球轴承533，深沟球轴承533的外圈由一压板534压紧，压板534固定在密封盖532上。

实施例1中，第一走线管48的内侧开设有第一走线孔61，箱体2的上部的左右侧分别开设有第二走线孔62和第三走线孔63，过渡轴57的内侧开设有第四走线孔64，第二走线管50的内侧开设有与第四走线孔64相通的第五走线孔65，第一走线孔61、第二走线孔62、第三走线孔63、第四走线孔64和第五走线孔65用于电主轴11所需的线缆和功能管的走线；线缆先后经第一走线孔61、第二走线孔62、第四走线孔64和第五走线孔65走线；第一刹车环35的侧壁上开设有第一功能孔路71，内配油环39的侧壁上开设有第二功能孔路72、第三功能孔路73和第四功能孔路74，第一过渡板38上开设有第五功能孔路75，第一功能孔路71、第二功能孔路72、第三功能孔路73、第四功能孔路74和第五功能孔路75依次相通，第五功能孔路75的出口处安装有管接头76，功能管连接在管接头76上，功能管先后经第三走线孔63、第四走线孔64和第五走线孔65走线。

本发明中，第一气动钳夹系统36、第二气动钳夹系统46和第三气动钳夹系统55均采用现有技术。实施例1中，第一气动钳夹系统36、第二气动钳夹系统46和第三气动钳夹系统55均为外购件，内部分别设有弹簧皮腔，当弹簧皮腔外部缸体被充气增压后，弹簧皮腔得到伸展，进而实现抱紧功能。

实施例2的双摆直驱式ac摆头，与实施例1的区别在于，实施例2中，内配油环39的右侧定心连接有a轴编码器81，a轴编码器81内穿设有编码器轴82，编码器轴82穿过内配油环39与主轴箱1的右侧定心连接，a轴编码器81的右侧设置有编码器保护罩83，编码器保护罩83固定在第一盖板22上；上端盖531的下侧固定有连接套9，连接套9位于第二走线管50的外侧，连接套9的下侧固定有编码器安装座91，编码器安装座91上安装有c轴编码器92，c轴编码器92定心连接在第二走线管50的外侧。

上述ac摆头的第一a轴部分中，主轴箱1、第一转台轴承座32和第一刹车环35连为一体，组成转动环节，可通过第一转台轴承31旋转；箱体2、第一电机座34、第一力矩电机的定子331、第一过渡板38、内配油环39和外配油环30组成不动环节；第一力矩电机的转子332和第一连接环37组成动力环节，将第一力矩电机输出的力矩传递给转动环节，带动主轴箱1、第一转台轴承座32、第一刹车环35绕a轴旋转；第一气动钳夹系统36和第一刹车环35组成刹车环节，通过第一气动钳夹系统36具备的刹车功能，向第一刹车环35施加刹车力矩，带动转动环节实现刹车动作。与第一a轴部分类似，第二a轴部分的转位动力由第二力矩电机转子提供，经第二连接环47传递给第二刹车环45，通过第二转台轴承座42传递给主轴箱1。

上述ac摆头，其箱体2及a轴部分、过渡轴57、第三刹车环54、第二走线管50、第三连接环56、第三力矩电机的定子521可通过第三转台轴承51绕c轴旋转，第三气动钳夹系统55通过自带的刹车功能，向第三刹车环54施加刹车力矩，实现c轴刹车动作。

上述ac摆头的a轴和c轴均由力矩电机驱动，且主轴采用电主轴11，整体结构紧凑。该ac摆头的a轴部分包括同轴设置在所述的箱体2内的第一a轴部分和第二a轴部分，即a轴部分采用左右对称设计，整体结构的偏心度低，使c轴的转位更顺畅。