基于伺服电机控制的数控分度与高速旋转加工双用轴系统的制作方法

本实用新型涉及一种基于伺服电机控制，可用于数控分度加工和高速旋转加工的双用轴系统，属于数控分度、高速旋转特种加工技术领域。

背景技术：

数控分度轴是精密数控电火花成形机床的专用附件，它由数控系统控制，可进行精确的角度定位和旋转伺服加工。数控电火花成形机床配数控分度轴这一专用附件，可方便地实现四轴以上多轴联动，扩大了其使用范围，尤其是对曲线或曲面形状的工件可加工出复杂的型腔和截面，如涡轮、叶轮等。

高速旋转轴是精密数控电火花成形机床的另一种专用附件，传统高速旋转轴的机械结构一般由可调速直流电机控制，通过皮带轮减速带动高速旋转轴的旋转，实现高速旋转加工，且轴速可调，主要用于轮廓加工、小孔和小孔电极的反拷贝加工等。

但是，目前上述两种加工工艺分别需要数控分度轴、高速旋转轴才能完成，针对需要进行数控分度加工和高速旋转加工这两种加工的工件来说，当该工件进行完一种加工工艺后，其必须更换相应的专用附件才能继续进行另一种加工工艺。例如，当一个工件借由数控分度轴进行完数控分度加工后，必须将专用附件更换为高速旋转轴才能进行高速旋转加工。由此可以看出，上述做法势必增加了机床辅助时间，增大了工人劳动强度，降低了加工效率，很大程度上影响了机床的自动化程度。

综上所述，如何解决在切换数控分度加工与高速旋转加工时需要更换专用附件的问题，是目前急需解决的事情。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种基于伺服电机控制的数控分度与高速旋转加工双用轴系统，其可在数控分度与高速旋转两种加工工艺之间实现快速高效切换，切换时不需更换任何附件，加工效率高，自动化程度高。

为了实现上述目的，本实用新型采用了以下技术方案：

一种基于伺服电机控制的数控分度与高速旋转加工双用轴系统，其特征在于：它包括双用轴结构和伺服电机，其中：

双用轴结构包括芯轴，芯轴可旋转地贯穿进油块和主壳，进油块通过下角接触球轴承安装在芯轴下部，芯轴底端伸出进油块，主壳通过上角接触球轴承安装在芯轴上部，上下连接的主壳和进油块通过锁紧机构的夹持形成一体，芯轴可相对一体的主壳和进油块旋转，进油块上设有冲液孔，冲液孔与芯轴上的中心冲液通道连通，芯轴顶部安装有大同步带轮，大同步带轮通过同步带与安装在伺服电机输出轴上的小同步带轮连接，小同步带轮在伺服电机的驱动下旋转，从而小同步带轮经由同步带带动大同步带轮、芯轴旋转。

本实用新型的优点是：

本实用新型将数控分度轴和高速旋转轴整合为一个轴结构来实现，且在电气控制系统的控制下，可以快速高效地在数控分度加工与高速旋转加工两种加工工艺之间进行切换，且切换时不需更换任何专用附件，减少了数控机床的辅助时间，降低了工人劳动强度，提高了加工效率，降低了数控机床的制造成本，提升了数控机床的自动化程度。

此外，本实用新型结构设计合理，其中的传动构件少，易于提高系统的整个伺服响应能力，对加工效率的提高大有裨益。

附图说明

图1是本实用新型双用轴系统的结构示意图。

图2是图1的俯视示意图。

图3是从图1俯视看去，锁紧块与锁紧螺母之间的结构示意图。

图4是伺服电机的电气控制系统示意图。

具体实施方式

如图1至图3所示，本实用新型基于伺服电机控制的数控分度与高速旋转加工双用轴系统包括双用轴结构和伺服电机16，其中：

双用轴结构包括芯轴9，芯轴9可旋转地贯穿进油块8和主壳5，进油块8 通过下角接触球轴承11安装在芯轴9下部，芯轴9底端伸出进油块8，主壳5 通过上角接触球轴承6安装在芯轴9上部，上下连接的主壳5和进油块8通过锁紧机构的夹持形成一体，芯轴9可相对一体的主壳5和进油块8旋转，进油块8上设有水平设置的冲液孔7，冲液孔7与芯轴9上沿轴线设置的中心冲液通道91连通，冲液孔7用于与外部供液设备连接，中心冲液通道91可从芯轴 9的中部沿伸至底端，用于冷却芯轴9以及为电火花加工提供冲液功能，芯轴 9顶部安装有大同步带轮2，大同步带轮2通过同步带14与安装在伺服电机16 输出轴上的小同步带轮15连接，小同步带轮15在伺服电机16的驱动下旋转，从而小同步带轮15经由同步带14带动大同步带轮2、芯轴9旋转，大同步带轮2的轮径大于小同步带轮15的轮径。

在本实用新型中，上角接触球轴承6、下角接触球轴承11为一种角接触球轴承。

如图1，锁紧机构包括紧固在芯轴9上部的锁紧螺母4，主壳5和进油块8 被夹在锁紧螺母4与芯轴9下部设有的凸起92之间。

如图1和图3，锁紧螺母4两侧可设有锁紧块18，各锁紧块18一端与主壳5铰接，两个锁紧块18的另一端共同与一手动锁紧螺杆19螺接，手动锁紧螺杆19可从主壳5内伸出到外部，其中：两个锁紧块18之间的间距可通过旋转手动锁紧螺杆19来调节，从而当停止加工时，通过手动锁紧螺杆19令两个锁紧块18抱紧锁紧螺母4，以保持芯轴9处于静止状态。当芯轴9旋转时，通过手动锁紧螺杆19令两个锁紧块18离开锁紧螺母4，从而保障芯轴9的顺利转动。

如图1，主壳5与芯轴9之间安装有上旋转格莱圈121，进油块8与芯轴9 之间安装有下旋转格莱圈122，上旋转格莱圈121、下旋转格莱圈122分别位于冲液孔7的上、下两侧，以防止冲液孔7内流入的冷却液从双用轴结构泄漏到外部。

如图1，主壳5可包括中空的上壳51和中空的下壳52，上壳51的横截面直径大于下壳52的横截面直径，大同步带轮2设置在上壳51内，下壳52的底端与进油块8顶端连接。

进一步地，主壳5顶端可安装有上盖板1，上盖板1将芯轴9上部、大同步带轮2等部件封在主壳5的内腔中，进油块8底端可安装有下端盖10。

在实际实施时，主壳5的上壳51上还可设有调节螺钉3，调节螺钉3的作用在于调整芯轴9安装在数控机床上的装配精度。

如图1，伺服电机16安装在电机罩17内，电机罩17通过绝缘垫13固定在主壳5的外壁上。

在实际设计中，伺服电机16与电气控制系统连接，其中：

如图4，电气控制系统包括上位机控制器21；基于上位机控制器21对驱动器供电切换电路22的切换控制，供电电源25(交流电源)通过驱动器供电切换电路22为位置控制驱动器23或速度控制驱动器24提供电力；位置控制驱动器23、速度控制驱动器24共同经由电机供电切换电路26与伺服电机16 连接，基于上位机控制器21对电机供电切换电路26的切换控制(上位机控制器21与电机供电切换电路26之间的电气连接未示出)，伺服电机16接受位置控制驱动器23或速度控制驱动器24提供的电力；上位机控制器21与位置控制驱动器23、速度控制驱动器24连接，以向位置控制驱动器23、速度控制驱动器24传送加工控制信号；位置控制驱动器23、速度控制驱动器24共同经由编码器信号切换电路27与伺服电机16连接，基于上位机控制器21对编码器信号切换电路27的切换控制(上位机控制器21与编码器信号切换电路27 之间的电气连接未示出)，使伺服电机16在位置控制驱动器23或速度控制驱动器24传送的电机驱动信号下运行。

如图4，换句话来说，上位机控制器21的切换控制端口与驱动器供电切换电路22、电机供电切换电路26和编码器信号切换电路27的切换受控端口连接，上位机控制器21的控制信号端口分别与位置控制驱动器23、速度控制驱动器 24的信号输入端口连接，位置控制驱动器23、速度控制驱动器24的信号输出端口经由编码器信号切换电路27与伺服电机16上的编码器接口连接，供电电源经由驱动器供电切换电路22与位置控制驱动器23、速度控制驱动器24的供电输入端口连接，位置控制驱动器23、速度控制驱动器24的供电输出端口经由电机供电切换电路26与伺服电机16的供电端口连接。

在实际应用中，上位机控制器21对驱动器供电切换电路22、电机供电切换电路26和编码器信号切换电路27进行同步控制，以使伺服电机16经由位置控制驱动器23或速度控制驱动器24得到电力供给以及受控运行。

在本实用新型中，驱动器供电切换电路22、电机供电切换电路26包括继电器或接触器，编码器信号切换电路27包括继电器或集成电路开关。

在本实用新型中，上位机控制器21、位置控制驱动器23、速度控制驱动器24等为本领域的熟知设备，故具体构成不在这里详述。

本实用新型的工作过程为：

根据加工需求，上位机控制器21对驱动器供电切换电路22、电机供电切换电路26和编码器信号切换电路27进行切换控制，以从位置控制驱动器23 和速度控制驱动器24中择一来对伺服电机16的供电和运行实现控制，由此基于伺服电机16的受控模式选择来实现数控分度加工或高速旋转加工，即在两种加工之间实现快速切换。

若需要数控分度加工，则供电电源25经由位置控制驱动器23向伺服电机 16供电，同时上位机控制器21向位置控制驱动器23传送加工控制信号，进而位置控制驱动器23对伺服电机16的运行进行控制，使伺服电机16经由对小同步带轮15、大同步带轮2的带动，来驱动芯轴9及其底端安装的弹簧夹套上夹持的电极按需旋转，以进行精确的角度定位和旋转伺服加工。

若需要高速旋转加工，则供电电源25经由速度控制驱动器24向伺服电机 16供电，同时上位机控制器21向速度控制驱动器24传送加工控制信号，进而速度控制驱动器24对伺服电机16的运行进行控制，使伺服电机16经由对小同步带轮15、大同步带轮2的带动，来驱动芯轴9及其底端安装的弹簧夹套上夹持的电极按需旋转，以进行轴速可调的高速旋转加工。

当不需要加工时，通过手动锁紧螺杆19令两个锁紧块18抱紧锁紧螺母4，以保持芯轴9处于静止状态。

本实用新型的优点是：

本实用新型可在数控分度与高速旋转两种加工工艺之间实现快速高效切换，切换时不需更换任何附件，加工效率高，自动化程度高。

以上所述是本实用新型较佳实施例及其所运用的技术原理，对于本领域的技术人员来说，在不背离本实用新型的精神和范围的情况下，任何基于本实用新型技术方案基础上的等效变换、简单替换等显而易见的改变，均属于本实用新型保护范围之内。