基于内转子力矩电机的双摆铣头制造技术

本实用新型专利技术公开了一种基于内转子力矩电机的双摆铣头，包括通过齿盘啮合的上下单元，上单元为绕垂直轴旋转的C轴，下单元为绕水平轴摆动的A轴；上单元包括驱动所述C轴端齿盘(8)的C轴力矩电机，所述C轴力矩电机包括呈L形式与转台轴承(9)的轴承座直接相连的C轴力矩电机转子(13)；下单元包括驱动中部十字主轴箱(1)的L型A轴力矩电机转子(3)。电主轴安装在A轴的十字空心主轴箱内。C轴的旋转、A轴的摆动，再配合电主轴自身的高速旋转，完成加工中心对复杂形面的加工。本实用新型专利技术取消了中间传动环节实现零传动，解决了传动间隙、安装复杂等问题。整体结构紧凑，传动机构简单，零件少，提高传动刚性。可广泛用于高档五轴数控加工中心实现复杂曲面的高精度加工。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及高档数控加工中心铣头的驱动改进，更具体地说，涉及一种由交流永磁同步内转子力矩电机代替复杂机械结构实现A、C两个旋转动作的双摆角铣头。
技术介绍
目前，双摆铣头的驱动方式常见有普通电机机械传动驱动及外转子力矩电机驱动。机械传动方式常见由伺服电机带动采用齿轮式、齿轮齿条式、蜗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。外转子力矩电机虽然实现了零传动，但其扭矩相对较低，而且定子安装在转子的内部，不利于散热。与同体积的外转子力矩电机相比，内转子力矩电机的输出扭矩相对较大(或相同扭矩的力矩电机内转子结构体积更小)，因此，采用内转子力矩电机驱动的双摆铣头的研制是有其明显优势的。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提供了一种由交流永磁同步内转子力矩电机驱动的AC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。以及解决外转子力矩电机输出力矩小、冷却困难等问题。提高双摆铣头的运行精度及平稳性。为了达到上述目的，本专利技术提供一种基于内转子力矩电机的双摆铣头，包括通过上方的C轴端齿盘和下方A轴端齿盘相互啮合而分成的上下两个单元，所述上单元为绕垂直轴旋转的C轴，下单元为绕水平轴摆动的A轴；所述C轴端齿盘和A轴端齿盘通过螺柱、螺母连接固定；所述上单元包括驱动所述C轴端齿盘的C轴力矩电机，所述C轴力矩电机包括外部筒状C轴力矩电机定子，以及呈L形式与转台轴承的轴承座直接相连的C轴力矩电机转子；所述C轴力矩电机转子露出所述C轴力矩电机定子外部的底端外部套接在C轴液压夹紧套中；所述下单元包括驱动中部十字主轴箱的L型A轴力矩电机转子，以及外部筒状的A轴力矩电机定子；所述十字主轴箱与所述A轴力矩电机转子轴向相垂直的柱型外表面上下两处对称套接于A轴液压夹紧套内。此外，所述C轴力矩电机转子和L型A轴力矩电机转子的端部配设有C轴编码器和A轴编码器。其中，所述C轴端面齿盘直接作为轴承压盖与转台轴承连接。优选方式下，所述C轴力矩电机转子内旋接了第一旋转接头；与所述第一旋转接头内环相接的顶端设有C轴限位装置，采用螺旋式限位机构，通过正对螺纹的非接触方式设置的传感器感应面积变化并因截面变化发出信号控制驱动转轴的电机正转或反转。本专利技术属于机床领域，是高档五轴联动数控机床的关键功能部件，广泛用于曲面加工的高档数控加工中心。本专利技术双摆铣头由两端齿盘分为上下两单元，上单元为可绕垂直轴旋转的C轴，下单元为可绕水平轴摆动的A轴。两轴均由内转子力矩电机直接驱动，减少中间传动环节。两轴各设有旋转接头，进行各气、液管路的分配。AC轴各设有独立的圆光栅测量C轴的旋转角度及A轴的摆动角度。AC两轴连接处有快换接头完成气、液、电的传送。AC连接的定位机构包括安装在C轴底端的端齿盘以及安装在A轴顶盖的端齿盘和两个导向销，连接通过双头螺柱和六角螺母，方式简单成本低。AC两轴分别设有定位夹紧装置，均为液压式夹紧机构。C轴为带法兰圆柱状径向夹紧，A轴为环状端面夹紧，夹紧套采用弹性材料加工而成，与连接件行成一个密封腔，注入高压油产生弹性变形，使其内壁夹紧内转子/十字主轴箱体，使用前会通过排气口排净管路内的空气。C轴端面齿盘与轴承压盖采用一体化设计，减少零件缩小空间增加齿盘整体传动刚性。C轴顶端限位装置，采用螺旋式限位机构。A轴主轴箱为整体式十字空心结构，减少装配调整，增加整体传动刚性。本专利技术的有益效果是：定心机构端齿盘保证AC两部分的位置精度。AC轴连接处有可交换连接接口，保证AC轴两部分的液压管路和电气线路准确连接。AC轴的制动夹紧机构均为液压式夹紧，将油压转换成径向或端面夹紧力，无损失，回弹不需油压，靠自身的弹性回到初始状态，反应速度快，由于动力传输的渐进性，被夹紧部件的表面不会被损坏。液压系统采用保压措施，在突然间的断电等异常情况时仍能夹紧，其结构紧凑，性能可靠。本专利技术的C轴转角可达±360°，其上方的螺旋限位机构实现对C轴力矩电机旋转的监控要求。由交流永磁同步内转子力矩电机驱动，相对于传统的机械双摆传动环节少，传动方式简单，传动平稳，精度高。相对于外转子力矩电机驱动的双摆其散热好，热变形小，扭矩高，稳定性好。松开C轴端齿盘上方双头螺柱上的六角螺母即可进行A轴的拆换。此外本结构预留了4个液压拉爪的空间位置，根据需要可实现自动换头与手动换头的转换。C轴上的力矩电机通过端齿盘传递扭矩实现A轴绕垂直轴的圆周旋转，A轴力矩电机实现主轴箱的摆动。本专利技术响应快，精度高，动态性能好，无间隙传动，加工效率高，适用范围广，可广泛应用于高精度加工曲面的高档数控加工中心。采用内转子力矩电机驱动，定子的外表面在本结构的外层，相对于外转子力矩电机方便实现有效散热，在外壁通入冷却液可大大提高力矩电机定子的散热能力。A轴十字主轴一体式结构，提高主轴的支撑刚性，左右耳及端盖采用分体式，便于装配及精度调整。附图说明图1是本专利技术由交流永磁同步内转子力矩电机驱动的双摆铣头结构剖视图。图2是C轴的螺旋限位机构。图3是AC两轴的电气交换接头连接形式。图4是AC两轴的水、气、油交换接头连接形式。图5是AC两轴齿盘连接形式。图6是AC两轴导向销的连接形式。图7是AC轴紧固连接形式。图8是C轴液压夹紧机构。图9是A轴液压夹紧机构。图中，1、十字主轴箱；2、A轴液压夹紧套；3、A轴力矩电机转子；4、A轴力矩电机定子；5、右耳；6、A轴顶盖；7、A轴端齿盘；8、C轴端齿盘；9、转台轴承；10、C轴编码器；11、轴承端盖；12、C轴液压夹紧套；13、C轴力矩电机转子；14、C轴力矩电机定子；15、C轴电机水套外壳；16、C轴旋转接头；17、C轴顶盖；18、A轴旋转接头；19、A轴编码器；20、螺旋限位机构；21、多级连接器(公端、母端)；22、液压快换接头(公端、母端)；23、转台轴承轴承座；24、A轴轴承；25、A轴轴承端盖；26、左耳。具体实施方式如图1所示，本专利技术是由交流永磁同步内转子力矩电机驱动的AC轴双摆铣头，通过端齿盘7、8分为上下两部分，上部分为C轴，可绕垂直轴旋转±360°，下部分为A轴，可绕垂直于垂直轴的水平轴摆动±110°。通过AC两部分联动，实现复杂曲面的加工，AC轴通过双头螺柱连接紧固，拆卸双头螺柱上的螺母可实现A轴的拆换，此外AC轴均设置了备选的自动换头的液压拉爪，可根据用户需要选择手动换头或是自动换头。具体结构如下：C轴由一个内转子力矩电机驱动，内转子13成L型通过螺钉与转台轴承轴承座23直接相连。C轴旋转接头16分为内环和外环，为A轴的气、液分配管路；其中内环和转台轴承轴承座23通过螺钉紧固连接，外环为固定件，与C轴顶盖17连接；C轴顶盖17固定在C轴电机水套外壳15上；旋转接头内环与顶盖之间有一个滚子轴承支撑，使旋转顺畅。旋转接头16内环与外环开有通油孔，内圈装有格莱圈，各油槽之间通过格莱圈密封，实现油路由旋转到静止的转变。C轴端齿盘8和转台轴承轴承座23通过转台轴承与轴承端盖11连接，轴承端盖11为固定件，这样实现绕垂直轴的旋转驱动。独立的C轴编码器10与转台轴承轴承座23连接，对C轴进本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于内转子力矩电机的双摆铣头，其特征在于，包括通过上方的C轴端齿盘(8)和下方A轴端齿盘(7)相互啮合而分成的上下两个单元，所述上单元为绕垂直轴旋转的C轴，下单元为绕水平轴摆动的A轴；所述C轴端齿盘(8)和A轴端齿盘(7)通过螺柱、螺母连接固定；所述上单元包括驱动所述C轴端齿盘(8)的C轴力矩电机，所述C轴力矩电机包括外部筒状C轴力矩电机定子(14)，以及呈L形式与转台轴承(9)的轴承座直接相连的C轴力矩电机转子(13)；所述C轴力矩电机转子(13)露出所述C轴力矩电机定子(14)外部的底端外部套接在C轴液压夹紧套(12)中；所述下单元包括并联驱动中部一体式加工的十字主轴箱(1)的L型A轴力矩电机转子(3)，以及外部筒状的A轴力矩电机定子(4)；所述十字主轴箱(1)与所述A轴力矩电机转子(3)轴向相垂直的柱型外表面上下两处对称套接于A轴液压夹紧套(2)内。

【技术特征摘要】
1.一种基于内转子力矩电机的双摆铣头，其特征在于，包括通过上方的C轴端齿盘(8)和下方A轴端齿盘(7)相互啮合而分成的上下两个单元，所述上单元为绕垂直轴旋转的C轴，下单元为绕水平轴摆动的A轴；所述C轴端齿盘(8)和A轴端齿盘(7)通过螺柱、螺母连接固定；所述上单元包括驱动所述C轴端齿盘(8)的C轴力矩电机，所述C轴力矩电机包括外部筒状C轴力矩电机定子(14)，以及呈L形式与转台轴承(9)的轴承座直接相连的C轴力矩电机转子(13)；所述C轴力矩电机转子(13)露出所述C轴力矩电机定子(14)外部的底端外部套接在C轴液压夹紧套(12)中；所述下单元包括并联驱动中部一体式加工的十字主轴箱(1)的L型A轴力矩电机转子(3)，以及外部筒状的A轴...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭翠娟，周吉贞，张海波，李亚鹏，贺行健，陈玉峰，鲍文禄，
申请(专利权)人：科德数控股份有限公司，
类型：新型
国别省市：辽宁;21