一种双摆头的限位保护结构、双摆头和机床的制作方法

1.本实用新型用于机床领域，特别是涉及一种双摆头的限位保护结构、双摆头和机床。


背景技术：

2.五轴双摆头是五轴联动数控加工中心机床的关键核心部件，集多轴系统通讯、伺服驱动及高精密加工等技术于一体，可应用于复杂多维曲面零件的高效，高精密加工。在加工过程中，对摆头的零件如电主轴及线缆管道等的保护极为重要，所以摆头都会设定转动角度以及限位结构，但目前的限位结构普遍存在着结构冗余的问题，不仅需要从轴系末端设计传动零件，而且占用空间大，此外，目前的限位结构通用性也较差，无法适配多种型号的回转轴。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种双摆头的限位保护结构、双摆头和机床，其结构更加紧凑，通用性更好。
4.本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：
5.第一方面，一种双摆头的限位保护结构，包括：
6.c轴机构，包括c轴机体、c轴回转轴、c轴电机定子和c轴电机转子，所述c轴回转轴转动的安装于所述c轴机体，所述c轴电机定子与所述c轴机体连接，所述c轴电机转子与所述c轴回转轴连接，所述c轴电机定子和c轴电机转子用于驱动所述c轴回转轴沿第一方向转动或沿第二方向转动，所述c轴回转轴的外圆面设有零点检测结构；
7.c轴位置检测装置，设置于所述c轴机体，所述c轴位置检测装置包括在所述c轴回转轴转动过程中与所述零点检测结构配合以输出所述c轴回转轴转角信号的第一距离检测开关；
8.其中，所述c轴机构位于零点位置时，所述第一距离检测开关与所述零点检测结构对齐。
9.结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述c轴位置检测装置还包括第二距离检测开关和第三距离检测开关，所述第二距离检测开关和第三距离检测开关沿所述c轴回转轴的转动方向设置于所述第一距离检测开关的两侧，第二距离检测开关和第三距离检测开关在所述c轴回转轴转动过程中与所述零点检测结构配合以输出所述c轴回转轴的转向信号。
10.结合第一方面和上述实现方式，在第一方面的某些实现方式中，所述c轴位置检测装置还包括检测开关安装座，所述检测开关安装座与所述c轴机体连接，并位于所述c轴机体内部，所述第一距离检测开关、第二距离检测开关和第三距离检测开关均设置于所述检测开关安装座，且所述第一距离检测开关、第二距离检测开关和第三距离检测开关在所述检测开关安装座的安装深度可调，以改变与所述c轴回转轴的外圆面的距离。
11.结合第一方面和上述实现方式，在第一方面的某些实现方式中，所述检测开关安装座呈沿所述c轴回转轴周向延伸的部分圆环状，所述检测开关安装座与所述c轴回转轴的外圆面之间留有间隔，所述检测开关安装座的背侧设有多个安装槽，所述第一距离检测开关、第二距离检测开关和第三距离检测开关通过连接片安装于对应的所述安装槽中。
12.结合第一方面和上述实现方式，在第一方面的某些实现方式中，所述c轴机体设有沿轴向延伸的隔套，所述检测开关安装座连接于所述隔套内侧，所述隔套将所述c轴位置检测装置和外侧的所述c轴电机转子隔开。
13.结合第一方面和上述实现方式，在第一方面的某些实现方式中，所述零点检测结构包括零点检测凹槽，所述第一距离检测开关与所述c轴回转轴的外圆面的距离小于或等于第一距离检测开关的感应距离，所述第一距离检测开关与所述零点检测凹槽槽底的距离大于第一距离检测开关的感应距离；所述第二距离检测开关与所述c轴回转轴的外圆面的距离小于或等于第二距离检测开关的感应距离，所述第二距离检测开关与所述零点检测凹槽槽底的距离大于第二距离检测开关的感应距离；所述第三距离检测开关与所述c轴回转轴的外圆面的距离小于或等于第三距离检测开关的感应距离，所述第三距离检测开关与所述零点检测凹槽槽底的距离大于第三距离检测开关的感应距离。
14.结合第一方面和上述实现方式，在第一方面的某些实现方式中，还包括：
15.a轴机构，包括a轴机体、a轴回转轴、a轴电机定子和a轴电机转子和电主轴，所述a轴机体与所述c轴回转轴连接，所述a轴回转轴转动的安装于所述a轴机体，所述a轴电机定子与所述a轴机体连接，所述a轴电机转子与所述a轴回转轴连接，所述a轴电机定子和a轴电机转子用于驱动所述a轴回转轴沿第三方向转动或沿第四方向转动，所述电主轴与所述a轴回转轴连接；
16.a轴位置检测装置，包括a轴越程触发块和a轴位置检测开关，所述a轴越程触发块连接于所述a轴电机转子轴向端面，所述a轴越程触发块呈圆弧形，并沿所述a轴电机转子的周向延伸一定长度，所述a轴位置检测开关设置于所述a轴机体，所述a轴位置检测开关包括第一a轴位置检测开关和第二a轴位置检测开关，所述第一a轴位置检测开关能够与所述a轴越程触发块的一端配合以检测所述a轴回转轴沿第三方向转动的转角信息；所述第二a轴位置检测开关能够与所述a轴越程触发块的另一端配合以检测所述a轴回转轴沿第四方向转动的转角信息。
17.结合第一方面和上述实现方式，在第一方面的某些实现方式中，所述a轴机体设有与所述a轴越程触发块配合的第一阻尼缓冲器和第二阻尼缓冲器，所述第一阻尼缓冲器沿所述第三方向位于所述第一a轴位置检测开关的后方，所述第二阻尼缓冲器沿所述第四方向位于所述第二a轴位置检测开关的后方。
18.第二方面，一种双摆头，包括第一方面中任一实现方式所述的双摆头的限位保护结构。
19.第三方面，一种机床，包括第二方面中任一实现方式的双摆头。
20.上述技术方案中的一个技术方案至少具有如下优点或有益效果之一：c轴机构位于零点位置时，第一距离检测开关与零点检测结构对齐，当c轴回转轴正转(或反转)一周时，第一距离检测开关再次与零点检测结构对齐，此时系统将视为运转超程会发出报警，c轴运行停止，以此达到限位保护目的，极大的避免了摆头因越程运转而引发的零件碰撞和
线管缠绕问题，有效提高设备的安全性及寿命。
21.本技术方案通过在c轴回转轴的外圆面设有零点检测结构以及与零点检测结构配合的距离检测开关的结构形式实现c轴回转轴的行程检测，直接通过距离感应的方式进行位置检测，检测精度高，信号反馈响应迅速，结构更加紧凑，避免了传统的位置检测结构既需增加传动零件，又需占用外部布局空间所带来的麻烦和不便。同时，本技术方案采用非接触式检测，通用性更好，能够适配多种型号的c轴回转轴。
22.本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。
附图说明
23.本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
24.图1是本实用新型双摆头的一个实施例结构示意图；
25.图2是图1所示的一个实施例内部结构示意图；
26.图3是图1所示的一个实施例c轴机构内部结构示意图；
27.图4是图1所示的一个实施例c轴机构位于零点位置结构示意图；
28.图5是图4中a处局部放大图；
29.图6是图1所示的一个实施例检测开关安装座结构示意图；
30.图7是图1所示的一个实施例a轴机构位于零点位置结构示意图；
31.图8是图1所示的一个实施例a轴位置检测装置结构示意图；
32.图9是图1所示的一个实施例a轴位置检测装置限位触发状态示意图。
具体实施方式
33.本部分将详细描述本实用新型的具体实施例，本实用新型之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本实用新型的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本实用新型保护范围的限制。
34.本实用新型中，“若干”的含义是一个或者多个，“多个”的含义是两个以上，“大于”“小于”“超过”等理解为不包括本数；“以上”“以下”“以内”等理解为包括本数。在本实用新型的描述中，如果有描述到“第一”“第二”仅用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
35.本实用新型中，除非另有明确的限定，“设置”“安装”“连接”等词语应做广义理解，例如，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连；可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，还可以是一体成型；可以是机械连接，也可以是电连接或能够互相通讯；可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本实用新型中的具体含义。
36.参见图1，本实用新型的实施例提供了一种双摆头，包括a轴机构1、c轴机构2和电主轴3，电主轴3通过a轴机构1驱动绕a轴回转轴11转动以调整角度，a轴机构1进一步通过c
轴机构2驱动绕c轴回转轴21转动以调整角度。借助于a轴机构1、c轴机构2和电主轴3使得双摆头可应用于复杂多维曲面零件的高效，高精密加工。
37.由于摆头本身结构限制，电主轴3的摆动角度需要在合理范围内，避免因越程运转而导致零件间发生碰撞；直驱式电机瞬时输出力矩大，倘若不对摆头a/c轴的转动角度设限，则可能会导致摆头内部线缆管道的缠绕断裂以及电主轴3撞机，进而致使摆头故障，本技术提出的限位保护结构可以很好的解决上述问题。
38.参见图2-图5，本实用新型的实施例提供了一种双摆头的限位保护结构，可极大提升摆头产品的使用安全性和便捷性。双摆头的限位保护结构包括c轴机构2和c轴位置检测装置。
39.具体的，c轴机构2包括c轴机体22、c轴回转轴21、c轴电机定子23和c轴电机转子24，c轴机体22包括c轴连接座，整个双摆头能够通过c轴连接座的法兰面安装在机床的z轴横梁上。c轴回转轴21转动的安装于c轴机体22，c轴电机定子23与c轴机体22连接，c轴电机转子24与c轴回转轴21连接，c轴电机定子23和c轴电机转子24用于驱动c轴回转轴21沿第一方向a转动或沿第二方向b转动。c轴回转轴21的外圆面设有零点检测结构，零点检测结构凸起于c轴回转轴21的外圆面或者凹陷于c轴回转轴21的外圆面，零点检测结构用于在转动过程中与c轴位置检测装置配合以反馈c轴回转轴21的转角信息。
40.c轴位置检测装置设置于c轴机体22，c轴位置检测装置包括在c轴回转轴21转动过程中与零点检测结构配合以输出c轴回转轴21转角信号的第一距离检测开关25，第一距离检测开关25通过检测与c轴回转轴21正对的点的距离反馈c轴回转轴21转角信号；
41.其中，参见图4、图5，c轴机构2位于零点位置时，第一距离检测开关25与零点检测结构对齐。
42.c轴机构2位于零点位置时，第一距离检测开关25与零点检测结构对齐，当c轴回转轴21正转(或反转)一周时，第一距离检测开关25再次与零点检测结构对齐，此时系统将视为运转超程会发出报警，c轴运行停止，以此达到限位保护目的，极大的避免了摆头因越程运转而引发的零件碰撞和线管缠绕问题，有效提高设备的安全性及寿命。
43.本技术方案通过在c轴回转轴21的外圆面设有零点检测结构以及与零点检测结构配合的距离检测开关的结构形式实现c轴回转轴21的行程检测，直接通过距离感应的方式进行位置检测，检测精度高，信号反馈响应迅速，结构更加紧凑，避免了传统的位置检测结构既需增加传动零件，又需占用外部布局空间所带来的麻烦和不便。同时，本技术方案采用非接触式检测，通用性更好，能够适配多种型号的c轴回转轴21。
44.在一些实施例中，参见图4，c轴位置检测装置还包括第二距离检测开关26和第三距离检测开关27，第二距离检测开关26和第三距离检测开关27沿c轴回转轴21的转动方向设置于第一距离检测开关25的两侧，第二距离检测开关26和第三距离检测开关27在c轴回转轴21转动过程中与零点检测结构配合以输出c轴回转轴21的转向信号。第二距离检测开关26和第三距离检测开关27沿c轴回转轴21的转动方向设置于第一距离检测开关25的两侧，当c轴回转轴21从零点位置开始旋转时，系统可以根据三个距离检测开关输出信号的时序，来判断c轴回转轴21的正反转状态。
45.第一距离检测开关25、第二距离检测开关26和第三距离检测开关27可以直接或间接连接于c轴机体22，例如在一些实施例中，参见图3、图6，c轴位置检测装置还包括检测开
关安装座28，检测开关安装座28与c轴机体22连接，并位于c轴机体22内部，第一距离检测开关25、第二距离检测开关26和第三距离检测开关27均设置于检测开关安装座28，且第一距离检测开关25、第二距离检测开关26和第三距离检测开关27在检测开关安装座28的安装深度可调，以改变距离检测开关与c轴回转轴21的外圆面的距离。本实施例中，c轴位置检测装置位于摆头内部，避免了传统的位置检测结构既需增加传动零件，又需占用外部布局空间所带来的麻烦和不便，同时也可以根据检测轴径大小来调整距离检测开关的安装深度，提高摆头内部容置率，以及整个双摆头的通用性。
46.检测开关安装座28可设置为沿c轴回转轴21周向延伸的环形或部分环形，以将第一距离检测开关25、第二距离检测开关26和第三距离检测开关27沿周向的布置于c轴回转轴21的外侧。参见图6，在一些实施例中，检测开关安装座28呈沿c轴回转轴21周向延伸的部分圆环状，检测开关安装座28与c轴回转轴21的外圆面之间留有间隔。本实施例中，检测开关安装座28呈类似c形设计，可方便检测开关安装座28在c轴机体22中的安装。
47.进一步的，参见图3，c轴机体22设有沿轴向延伸的隔套29，检测开关安装座28连接于隔套29内侧，隔套29将c轴位置检测装置和外侧的c轴电机转子24隔开，以降低电机转子对于第一距离检测开关25、第二距离检测开关26和第三距离检测开关27检测精度的影响。
48.参见图6，检测开关安装座28的背侧与隔套29内壁连接，检测开关安装座28的背侧设有多个安装槽210，作为第一距离检测开关25、第二距离检测开关26和第三距离检测开关27的安装空间，第一距离检测开关25、第二距离检测开关26和第三距离检测开关27通过连接片211安装于对应的安装槽210中，第一距离检测开关25、第二距离检测开关26和第三距离检测开关27通过对应的连接片211，调整距离检测开关的安装深度。
49.在一些实施例中，参见图4、图5，零点检测结构包括零点检测凹槽212，第一距离检测开关25与c轴回转轴21的外圆面的距离小于或等于第一距离检测开关25的感应距离，第一距离检测开关25与零点检测凹槽212槽底的距离大于第一距离检测开关25的感应距离；第二距离检测开关26与c轴回转轴21的外圆面的距离小于或等于第二距离检测开关26的感应距离，第二距离检测开关26与零点检测凹槽212槽底的距离大于第二距离检测开关26的感应距离；第三距离检测开关27与c轴回转轴21的外圆面的距离小于或等于第三距离检测开关27的感应距离，第三距离检测开关27与零点检测凹槽212槽底的距离大于第三距离检测开关27的感应距离。零点状态时，c轴回转轴21上的零点检测凹槽212正对于中间的第一距离检测开关25，因检测距离超出开关设定的感应距离，此时第一距离检测开关25不会输出信号，反之，其余两个检测开关第二距离检测开关26及第三距离检测开关27则会输出信号。当c轴回转轴21开始旋转时，系统可以根据三个距离检测开关输出信号的时序，来判断c轴回转轴21的正反转状态及转动角度是否超出360
°
，当c轴回转轴21完成正转(或反转)一周时，系统将视为运转超程会发出报警，c轴运行停止，以此达到限位保护目的。
50.在一些实施例中，为了实现a轴机构1的行程限位，参见图2、图7-图9，本实用新型的实施例还包括a轴机构1和a轴位置检测装置。
51.具体的，a轴机构1包括a轴机体12、a轴回转轴11、a轴电机定子13和a轴电机转子14和电主轴3，a轴机体12与c轴回转轴21连接，a轴回转轴11转动的安装于a轴机体12，a轴电机定子13与a轴机体12连接，a轴电机转子14与a轴回转轴11连接，a轴电机定子13和a轴电机转子14用于驱动a轴回转轴11沿第三方向c转动或沿第四方向d转动，电主轴3与a轴回转轴11
连接。a轴机构1上引出各管道至整机末端出线装置上。
52.a轴位置检测装置包括a轴越程触发块15和a轴位置检测开关，a轴越程触发块15连接于a轴电机转子14轴向端面，a轴越程触发块15呈圆弧形，并沿a轴电机转子14的周向延伸一定长度，a轴位置检测开关设置于a轴机体12，a轴位置检测开关包括第一a轴位置检测开关16和第二a轴位置检测开关17，第一a轴位置检测开关16能够与a轴越程触发块15的一端配合以检测a轴回转轴11沿第三方向转动的转角信息；第二a轴位置检测开关17能够与a轴越程触发块15的另一端配合以检测a轴回转轴11沿第四方向转动的转角信息。
53.a轴越程触发块15固定在a轴电机转子上，跟随a轴电机转子14和a轴回转轴11系一同运动，当摆头处于工作零点时，a轴越程触发块15处于最上方，当轴系中的电主轴3开始正(反)转时，a轴越程触发块15也跟随其同步运转，当a轴越程触发块15的任意一头抵达a轴位置检测开关的下方时，a轴位置检测开关检测距离缩短到达触发要求，输出信号会翻转，触发限位状态，机床系统会识别该信号，从而做出相对应的应答，如报警或者停机。
54.在一些实施例中，参见图8、图9，a轴机体12设有与a轴越程触发块15配合的第一阻尼缓冲器18和第二阻尼缓冲器19，可以减缓物理碰撞，第一阻尼缓冲器18沿第三方向c位于第一a轴位置检测开关16的后方，第二阻尼缓冲器19沿第四方向d位于第二a轴位置检测开关17的后方。本实施例中，假设机床应答缓慢亦或电主轴3转速过快，a轴越程触发块15仍继续转动，此时其会抵触到固定在a轴机体12上的阻尼缓冲器，所以a轴越程触发块15在碰撞后也会在短时间内停止，此时a轴位置检测开关的信号继续输出，以提供足够的应答时间给系统执行急停。此限位保护结构通过电信号报警及物理截停的双保险方式保证了电主轴3的安全运行，降低了电机过载运行的风险。使用者可以根据自身需求设置a轴越程触发块15的尺寸大小以此来调整越程角度，安装调试方便快捷。a轴借助于电信号反馈及物理限位双保险的限位手段，使得电主轴3能在系统规定的安全角度下稳定运行。
55.综上，该双摆头的限位保护技术方案能够保证摆头在规定的角度下安全运行，可有效防止其越程后导致的设备损伤和线管缠绕绞断等情况发生，同时也降低了摆头的结构复杂性及装配难度。
56.本实用新型的实施例还提供了一种机床，包括以上任一实施例中的双摆头。
57.在本说明书的描述中，参考术语“示例”、“实施例”或“一些实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
58.当然，本发明创造并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本实用新型精神的前提下还可作出等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本技术权利要求所限定的范围内。