基于内转子力矩电机驱动的A/C轴双摆铣头的制作方法

本发明涉及机床技术领域，更具体的说是涉及基于内转子力矩电机驱动的a/c轴双摆铣头。

背景技术：

目前，随着国家经济的快速发展，航空、航天、军工、发电设备等行业对中、大规格龙门式五轴联动加工中心的需求也在飞速增长，而a/c轴双摆铣头又是中、大规格龙门五轴联动加工中心的核心功能部件，由于具有a轴与c轴的联动功能，因此，常用于加工具有复杂曲面的大型精密零部件，如叶轮、叶片、飞机结构件、大型模具等。由于a/c轴双摆铣头拥有众多的核心关键技术，因此，a/c轴双摆铣头一直是中、大规格龙门式五轴联动加工中心市场竞争的焦点。

现有的a/c轴双摆铣头的驱动方式为普通电机机械传动驱动。其中，机械传动方式常见有伺服电机带动采用齿轮式、齿轮齿条式、涡轮蜗杆式等传动机构，其传动扭矩较大，电气接线少，但各传动环节加工精度要求高，而且存在磨损现象，长期使用系统的精度和稳定性难以保证，而且速度和加速度低，加工高速曲面时易出现过切现象，并且由于中间传动环节的存在而产生的转动惯量、传动间隙、运动滞后、安装复杂等问题也日益突出。

因此，如何提供基于内转子力矩电机驱动的a/c轴双摆铣头是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供了基于内转子力矩电机驱动的a/c轴双摆铣头，解决传统机械传动中由于中间传动环节的存在而产生的转动惯量、传动间隙、运动滞后、安装复杂等问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：基于内转子力矩电机驱动的a/c轴双摆铣头，包括：上单元，所述上单元包括c轴、第一内转子力矩电机和第一传动连接件；下单元，所述下单元设置于所述上单元的下方，所述下单元包括箱体、位于箱体内部的a轴、第二内转子力矩电机和第二传动连接件；ac连接板，所述ac连接板设置在所述上单元和所述下单元之间，所述第一传动连接件与所述ac连接板上端固定连接，所述ac连接板下端与所述箱体固定连接；其中，所述c轴的中心线沿着上下方向设置，所述第一内转子力矩电机通过第一传动连接件驱动所述c轴和所述ac连接板旋转；所述第二内转子力矩电机通过第二传动连接件驱动所述a轴摆动，其摆动平面与所述c轴的中心线平行。

经由上述的技术方案可知，本发明公开提供了基于内转子力矩电机驱动的a/c轴双摆铣头，其有益效果如下：a轴和c轴均由内转子力矩电机驱动，相对与传统机械传动驱动的双摆铣头，其传动环节少、传动方式和布局简单、传动平稳、精度高，大大降低了生产成本，同时散热好、热变形小、扭矩高、稳定性好。

进一步的，所述第一传动连接件包括：c轴抱紧体，所述c轴抱紧体位于所述ac连接板的上端面，且与所述ac连接板通过螺栓可拆卸连接，并与所述ac连接板一起旋转；所述c轴抱紧体的外部套设有c轴刹车件，用以对c轴抱紧体进行刹车锁紧；连接套，所述连接套的底端与所述c轴抱紧体的顶端相适配且固定连接，以使所述连接套与所述c轴抱紧体一起旋转；所述c轴的底端与所述连接套的顶端相适配且固定连接，以使所述c轴与所述连接套一起旋转；c轴电机转子连接件，所述c轴电机转子连接件与所述第一内转子力矩电机的转子的底端固定连接，且与所述连接套的顶端固定连接，用以将所述第一内转子力矩电机的转子的旋转力矩通过所述c轴电机转子连接件传递至所述连接套，以使所述连接套旋转。

采用上述技术方案产生的有益效果是，第一传动连接件中的各零件之间均为螺栓固定连接，易于安装和拆卸，并且中间传动环节少、结构紧凑、布局简单。

进一步的，所述c轴包括：底座、与所述底座一体连接的空心轴，所述底座的底端与所述连接套的顶端相适配且固定连接，所述c轴电机转子连接件套设于所述底座的外部且与所述连接套的顶端固定连接；所述空心轴的外部套设有c轴转换套，所述c轴转换套内部分别设有水路、油路、气路，用以提供所述c轴所需冷却、润滑、锁紧的水、油、气。

采用上述技术方案产生的有益效果是，采用c轴转换套其内部结构可将水路、油路、气路有效分开，单独提供双摆铣头所用的水、油、气，结构简单、且易于实现水、油、气的单独控制。

进一步的，所述上单元还包括：c轴上盖，所述c轴上盖通过深沟球轴承安装在所述空心轴的外部，且靠近所述空心轴的顶端位置设置；所述c轴转换套顶端与所述c轴上盖固定连接；轴承外压盖，所述轴承外压盖固定安装在所述c轴上盖的上端面；c轴角度检测装置，所述c轴角度检测装置设置在所述轴承外压盖上端，其上的角度检测元件抵接在所述空心轴的顶端端面处，用以检测所述c轴的旋转角度。

进一步的，所述c轴角度检测装置包括：垫片、编码器底座、c轴编码器、c轴编码器轴，所述垫片安装于所述轴承外压盖的上端面，所述编码器底座安装于所述垫片的上端面，所述c轴编码器安装于所述编码器底座的上端面，所述c轴编码器轴一端插入所述c轴编码器中，另一端抵接在所述空心轴的顶端端面处，用以检测所述c轴的旋转角度。

采用上述技术方案产生的有益效果是，采用编码器检测c轴的旋转角度，其体积小、检测精度高，保证了c轴的旋转精度，有效提高了双摆铣头的工作精度；同时，采用垫片、编码器底座的结构形式，易于实现编码器的安装和拆卸。

进一步的，所述箱体中部靠下位置限定出一开口向下的第一凹槽，所述箱体左右两端靠近其底端的位置分别对应开设有左侧容纳腔和右侧容纳腔，所述左侧容纳腔和右侧容纳腔均与所述第一凹槽连通；

所述第二传动连接件包括：

a轴壳体，所述a轴壳体设置在所述第一凹槽内，并能够在第一凹槽内摆动，所述a轴壳体内部固定安装所述a轴；

左侧主轴支撑，所述左侧主轴支撑通过交叉滚子轴承安装在所述左侧容纳腔的内壁上，且所述左侧主轴支撑的右端与所述a轴壳体的左端固定连接；

a轴电机连接件，所述a轴电机连接件的右端与所述左侧主轴支撑的左端固定连接，所述a轴电机连接件左端中部位置开设有第二凹槽；

a轴电机转子连接板，所述第二内转子力矩电机的转子与所述a轴电机连接件的左端通过所述a轴电机转子连接板固定连接，用以将所述第二内转子力矩电机的转子旋转力矩通过所述a轴电机转子连接板传递至所述a轴电机连接件，以使所述a轴电机连接件旋转。

采用上述技术方案产生的有益效果是，本发明中的箱体采用整体式结构，其结构不需要过多的精度调整，可完全依靠加工保证其精度，并且采用一体式结构，相较传统分体式箱体结构，其刚性较强、易于加工，同时没有过多的结合面，降低了油液泄漏的风险。第二传动连接件中的各个零件均为螺栓固定连接，易于安装和拆卸，并且中间传动环节少、结构紧凑、布局简单。

进一步的，所述下单元还包括：过渡连接件，所述过渡连接件的右端与所述左侧主轴支撑的左端固定连接；a轴角度检测装置，所述a轴角度检测装置设置于所述第二凹槽内部，其上的角度检测元件与所述过渡连接件的左端固定连接，进而检测所述a轴的摆动角度；右侧主轴支撑，所述右侧主轴支撑通过交叉滚子轴承安装在所述右侧容纳腔的内壁上，且所述右侧主轴支撑的左端与所述a轴壳体的右端固定连接；锁紧部，所述锁紧部设置在所述右侧容纳腔内，并与所述右侧主轴支撑的右端固定连接，用以锁紧右侧主轴支撑的转动，进而锁紧所述a轴的摆动。

采用上述技术方案产生的有益效果是，驱动a轴摆动的第二内转子力矩电机、a轴角度检测装置和锁紧a轴摆动的锁紧部分别安装在左侧容纳腔和右侧容纳腔，使得二者在结构布局上具有层次性，进而结构更加简单、易于安装和拆卸，并且有效避免了传统铣头中a轴的驱动、角度检测和锁紧采用混合结构形式，而出现结构复杂，难安装和拆卸的问题。

进一步的，a轴电机压盖，所述a轴电机压盖固定安装在所述左侧容纳腔的左端端面处；a轴编码器固定板，所述a轴编码器固定板与所述a轴电机压盖固定连接；调整垫片，所述调整垫片固定安装在所述a轴编码器固定板上；置于所述第二凹槽内的a轴编码器，所述a轴编码器左端与调整垫片固定连接；a轴编码器轴，所述a轴编码器轴一端插入a轴编码器中，并与a轴编码器转动连接，另一端与所述过渡连接件的左端固定连接，进而检测所述a轴的摆动角度。

采用上述技术方案产生的有益效果是，a轴编码器置于a轴电机连接件的第二凹槽中，使得角度检测的结构与驱动结构更加紧凑，同时各个零件均是通过螺栓连接的形式，易于安装和拆卸；并且本发明采用编码器进行角度检测，其体积小、精度高，保证了a轴摆动的精度。

进一步的，所述锁紧部包括：a轴转换器，所述a轴转换器包括安装座、与所述安装座一体连接的凸起轴，所述安装座固定安装在所述右侧容纳腔的右端端面上；a轴旋转套，所述a轴旋转套套设在所述凸起轴的外部，且左端与所述右侧主轴支撑的右端固定连接；a轴抱紧体，所述a轴抱紧体套设在所述a轴旋转套左端的外表面上，且与所述a轴旋转套一起转动；a轴刹车件，所述a轴刹车件套设在所述a轴抱紧体的外部，用以对所述a轴抱紧体刹车锁紧。

采用上述技术方案产生的有益效果是，锁紧部设置在箱体的右侧，为独立的结构单元，使得其结构、布局更加简单，并且利于后期双摆铣头的维护和维修工作。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1附图为本发明提供的基于内转子力矩电机驱动的a/c轴双摆铣头的剖视图。

图2附图为图1三维结构示意图。

其中：

1-上单元，11-c轴，111-空心轴，112-底座，12第一内转子力矩电机，121-定子，122-转子，13-第一传动连接件，131-c轴抱紧体，132-c轴刹车件，133-连接套，134-c轴电机转子连接件，14-c轴转换套，15-c轴上盖，16-轴承外压盖，17-c轴角度检测装置，171-垫片，172-编码器底座，173-c轴编码器，174-c轴编码器轴；

2-下单元，21-箱体，211-第一凹槽，212-左侧容纳腔，213-右侧容纳腔，22-a轴，23-第二内转子力矩电机，231-转子，232-定子，24-第二转动连接件，241-a轴壳体，242-左侧主轴支撑，243-交叉滚子轴承，244-a轴电机连接件，245-a轴电机转子连接板，25-过渡连接件，26-a轴角度检测装置，261-a轴电机压盖，262-a轴编码器固定板，263-调整垫片，264-a轴编码器，265-a轴编码器轴，27-右侧主轴支撑，28-锁紧部，281-a轴转换器，2811-安装座，2812-凸起轴，282-a轴旋转套，283-a轴抱紧体，284-a轴刹车件；

3-ac连接板。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。一种本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1-2，本发明实施例公开了基于内转子力矩电机驱动的a/c轴双摆铣头，具体包括：

上单元1，上单元1包括c轴11、第一内转子力矩电机12和第一传动连接件13；

下单元2，下单元2设置于上单元1的下方，下单元2包括箱体21、位于箱体21内部的a轴22、第二内转子力矩电机23和第二传动连接件24；

ac连接板3，ac连接板3设置在上单元1和下单元2之间，第一传动连接件13与ac连接板3上端固定连接，ac连接板3下端与箱体21固定连接；

其中，c轴11的中心线沿着上下方向设置，第一内转子力矩电机12通过第一传动连接件13驱动c轴11和ac连接板3旋转；第二内转子力矩电机23通过第二传动连接件24驱动a轴22摆动，其摆动平面与c轴11的中心线平行。

为了优化上述技术方案，本发明还提供了一些实施例，具体的，第一传动连接件13包括：

c轴抱紧体131，c轴抱紧体131位于ac连接板3的上端面，且与ac连接板3通过螺栓可拆卸连接，并与ac连接板3一起旋转；c轴抱紧体131的外部套设有c轴刹车件132，用以对c轴抱紧体131进行刹车锁紧；

连接套133，连接套133的底端与c轴抱紧体131的顶端相适配且固定连接，以使连接套133与c轴抱紧体131一起旋转；c轴11的底端与连接套133的顶端相适配且固定连接，以使c轴11与连接套133一起旋转；

c轴电机转子连接件134，c轴电机转子连接件134与第一内转子力矩电机12的转子122的底端固定连接，且与连接套133的顶端固定连接，用以将第一内转子力矩电机12的转子122的旋转力矩通过c轴电机转子连接件134传递至连接套133，以使连接套133旋转。

为了优化上述技术方案，本发明还提供了一些实施例，具体的，c轴5包括：底座112、与底座112一体连接的空心轴111，

底座112的底端与连接套133的顶端相适配且固定连接，c轴电机转子连接件134套设于底座112的外部且与连接套133的顶端固定连接；空心轴111的外部套设有c轴转换套14，c轴转换套14内部分别设有水路、油路、气路，用以提供c轴11所需冷却、润滑、锁紧的水、油、气。

为了优化上述技术方案，本发明还提供了一些实施例，具体的，上单元1还包括：c轴上盖15，c轴上盖15通过深沟球轴承安装在空心轴111的外部，且靠近空心轴111的顶端位置设置；c轴转换套14顶端与c轴上盖15固定连接；轴承外压盖16，轴承外压盖16固定安装在c轴上盖15的上端面；c轴角度检测装置17，c轴角度检测装置17设置在轴承外压盖16上端，其上的角度检测元件抵接在空心轴111的顶端端面处，用以检测c轴11的旋转角度。

为了优化上述技术方案，本发明还提供了一些实施例，具体的，c轴角度检测装置17包括：垫片171、编码器底座172、c轴编码器173、c轴编码器轴174，垫片171安装于轴承外压盖16的上端面，编码器底座172安装于垫片171的上端面，c轴编码器173安装于编码器底座172的上端面，c轴编码器轴174一端插入c轴编码器173中，另一端抵接在空心轴111的顶端端面处，用以检测c轴11的旋转角度。

为了优化上述技术方案，本发明还提供了一些实施例，具体的，箱体21中部靠下位置限定出一开口向下的第一凹槽211，箱体21左右两端靠近其底端的位置分别对应开设有左侧容纳腔212和右侧容纳腔213，左侧容纳腔212和右侧容纳腔213均与第一凹槽211连通；

第二传动连接件24包括：

a轴壳体241，a轴壳体241设置在第一凹槽211内，并能够在第一凹槽211内摆动，a轴壳体241内部固定安装a轴22；

左侧主轴支撑(242)，左侧主轴支撑242通过交叉滚子轴承243安装在左侧容纳腔212的内壁上，且左侧主轴支撑242的右端与a轴壳体241的左端固定连接；

a轴电机连接件244，a轴电机连接件244的右端与左侧主轴支撑242的左端固定连接，a轴电机连接件244左端中部位置开设有第二凹槽；

a轴电机转子连接板245，第二内转子力矩电机23的转子231与a轴电机连接件244的左端通过a轴电机转子连接板245固定连接，用以将第二内转子力矩电机23的转子231旋转力矩通过a轴电机转子连接板245传递至a轴电机连接件244，以使a轴电机连接件244旋转。

为了优化上述技术方案，本发明还提供了一些实施例，具体的，下单元2还包括：过渡连接件25，过渡连接件25的右端与左侧主轴支撑242的左端固定连接；a轴角度检测装置26，a轴角度检测装置26设置于第二凹槽内部，其上的角度检测元件与过渡连接件25的左端固定连接，进而检测a轴22的摆动角度；右侧主轴支撑27，右侧主轴支撑27通过交叉滚子轴承243安装在右侧容纳腔213的内壁上，且右侧主轴支撑27的左端与a轴壳体241的右端固定连接；锁紧部28，锁紧部28设置在右侧容纳腔213内，并与右侧主轴支撑27的右端固定连接，用以锁紧右侧主轴支撑27的转动，进而锁紧a轴22的摆动。

为了优化上述技术方案，本发明还提供了一种实施例，具体的，a轴角度检测装置26包括：a轴电机压盖261，a轴电机压盖261固定安装在左侧容纳腔212的左端端面处；a轴编码器固定板262，a轴编码器固定板262与a轴电机压盖261固定连接；调整垫片263，调整垫片263固定安装在a轴编码器固定板262上；置于第二凹槽内的a轴编码器264，a轴编码器264左端与调整垫片263固定连接；a轴编码器轴265，a轴编码器轴265一端插入a轴编码器264中，并与a轴编码器264转动连接，另一端与过渡连接件25的左端固定连接，进而检测a轴22的摆动角度。

为了优化上述技术方案，本发明还提供了一些实施例，具体的，锁紧部包括：a轴转换器281，a轴转换器281包括安装座2811、与安装座2811一体连接的凸起轴2812，安装座2811固定安装在右侧容纳腔213的右端端面上；a轴旋转套282，a轴旋转套282套设在凸起轴2812的外部，且左端与右侧主轴支撑27的右端固定连接；a轴抱紧体283，a轴抱紧体283套设在a轴旋转套282左端的外表面上，且与a轴旋转套282一起转动；a轴刹车件284，a轴刹车件284套设在a轴抱紧体283的外部，用以对a轴抱紧体283刹车锁紧。

本发明提供了基于内转子力矩电机驱动的a/c轴双摆铣头，其中，第一内转子力矩电机12包括：第一内转子力矩电机的转子122、以及套设在第一内转子力矩电机的转子122外部的第一内转子力矩电机的定子121；第二内转子力矩电机23包括：第二内转子力矩电机的转子231、以及套设在第二内转子力矩电机的转子231外部的第二内转子力矩电机的定子232。

本发明中的a/c轴双摆铣头均由内转子力矩电机驱动，其散热好、热变形小、扭矩高、稳定性好，同时解决了传统机械传动中由于中间传动环节的存在而产生的转动惯量、传动间隙、运动滞后、安装复杂等问题。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。