一种基于蛙形仿生结构的重载双摆角铣头制造技术

本发明专利技术涉及一种基于蛙形仿生结构的重载双摆角铣头，通过从AC双摆角铣头的结构形式、整体布局和功能性等多个角度出发，模拟青蛙的头部尖嘴(A摆角部)、长舌(主轴部)、颈肩部(C摆角部)以及内部的贯通腔体(转动轴和转动部均为空心结构)为设计灵感，设计开发了重载双摆角铣头的蛙形仿生结构，整体结构紧凑，既保证了足够的结构刚性，又满足了功能性和工艺性的需求，尤其是主轴部的管线布置方式，避免了管线直接暴露于机床切削环境，降低了管线损坏的可能性，增强了摆角铣头对于恶劣切削环境的适应性，有效提高了铣头部件的可靠性。有效提高了铣头部件的可靠性。有效提高了铣头部件的可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于蛙形仿生结构的重载双摆角铣头


[0001]本专利技术涉及机械制造
，特别是涉及一种基于蛙形仿生结构的重载双摆角铣头。

技术介绍

[0002]随着钛合金材料在飞机结构中普遍应用，钛合金航空结构件的数控加工效率问题也越来越凸显。钛合金属于难加工材料，加工效率仅为铝合金的5％～10％，严重制约了现代飞机的批量生产。配备大功率电主轴和大扭矩双摆角的五坐标数控机床，能够适应航空结构件复杂特征的加工需要，其高结构刚性、大切削功率能够抵抗钛合金加工过程中的大切削抗力，保证切削过程平稳性和被加工件的精度要求，是钛合金航空结构件高效加工的重要装备。重载大扭矩双摆角铣头是五坐标钛合金加工机床的关键核心部件，其设计和优化技术代表着五坐标数控机床产品的核心竞争力，也成为国内外机床厂商和研究机构的重点关注领域。由于钛合金航空结构件特征复杂，单件连续加工时间长，精度要求高，切削力大，因此对于双摆角铣头的扭矩功率输出指标、结构刚性和稳定性、连续运转的可靠性提出了更高的要求。
[0003]目前用于钛合金五轴加工的大扭矩高速数控机床主要由国外厂商垄断，包括整机和摆角铣头核心功能部件在内的产品均被列为限制向我国供货的范围，因此国内急需针对钛合金、高强钢等难加工材料的航空结构件，提供自主产权的数控机床核心功能部件和整机产品，目前已有的力矩电机直驱的双摆角铣头以及传统的机械传动铣头均无法满足当前航空结构件加工需要。由于钛合金五轴加工需要兼顾大扭矩输出、大功率高转速切削特性，以卧式五轴加工的AC双摆角铣头技术指标为例，摆角扭矩超过4000Nm，主轴功率大于60kW，主轴转速超过6000r/min，传统的“伺服电机
‑
减速器”的摆角驱动模式应用于C摆角时严重挤占内部通道空间，非常不利于摆角头这种管线密集型功能部件的设计，且难以实现摆角大扭矩和高转速，而“主轴电机
‑
减速箱
‑
锥齿轮传动”的主轴模式尽管可以提供较大的主轴切削功率和扭矩，但需要复杂的传动链经A摆角箱体传递至主轴箱，使摆角头因承载了齿轮传动功能而异常庞大，留给A摆角驱动结构的空间不足，无法实现大扭矩摆角和高速主轴铣削的要求。此外，对于大规格的主轴箱和摆角结构，传统的AC摆一体化叉形结构为半封闭形式，加工和装配工艺性差，而开放式的单臂支撑结构刚性不足，不适用于重载铣头部件的设计应用。

技术实现思路

[0004](1)要解决的技术问题
[0005]本专利技术的目的是解决现有的AC双摆角铣头的结构形式不够紧凑，整体布局设计不合理的问题。
[0006](2)技术方案
[0007]本专利技术的实施例提出了一种基于蛙形仿生结构的重载双摆角铣头，包括：主轴部、
A摆角部和C摆角部；所述主轴部与所述A摆角部通过转动轴连接，并通过所述A摆角部驱动所述主轴部转动；所述C摆角部的转动部与所述A摆角部连接，并通过所述C摆角部驱动所述A摆角部转动；所述转动轴和所述转动部均为空心结构，用于所述主轴部的管线进行走线布置，所述主轴部的管线从所述C摆角部的端部接入，并依次穿过所述转动部、所述A摆角部和所述转动轴与所述主轴部连接。
[0008]进一步地，所述A摆角部包括上箱体和下箱体，所述上箱体一端向下延伸形成延伸部，所述延伸部的底部并与所述下箱体连接，所述上箱体和下箱体远离所述延伸部一端均呈锥形。
[0009]进一步地，所述转动轴包括上转轴和下转轴，所述上转轴和所述下转轴同轴设置在所述主轴部的上下两端，所述主轴部设置在所述上箱体和所述下箱体之间，所述上转轴与所述上箱体转动连接，所述下转轴与所述下箱体转动连接。
[0010]进一步地，所述转动轴还包括气液滑环，所述气液滑环设置在所述上转轴上，所述气液滑环上设置有一个或多个气液接口，所述气液接口对应的气液通道贯穿所述上转轴与所述主轴部的气液元件连接。
[0011]进一步地，所述上箱体内设置有传动件和A摆角电机，所述A摆角电机的输出轴通过所述传动件与所述转动轴连接。
[0012]进一步地，所述传动件包括传动齿轮和齿轮轴，一个或多个传动齿轮同轴设置在所述齿轮轴上，所述传动齿轮分别与设置在所述A摆角电机的输出轴和所述转动轴上的齿轮啮合，所述齿轮轴上设置有第一刹车盘，所述上箱体内设置有第一刹车组件，所述第一刹车盘部分位于所述第一刹车组件内，用于对所述传动件进行制动。
[0013]进一步地，所述传动件和A摆角电机包括两组，并对称设置在所述上箱体两侧，两所述A摆角电机的输出轴分别通过对应的所述传动件与所述转动轴连接。
[0014]进一步地，所述下箱体内设置有集成角度测量系统的转台轴承，所述下转轴通过所述转台轴承与所述下箱体转动连接，所述转台轴承的信号线从所述C摆角部的端部接入，并依次穿过所述转动和所述下箱体与所述转台轴承连接。
[0015]进一步地，所述C摆角部还包括外壳体，所述转动部一端与所述延伸部连接，所述转动部可转动设置在所述外壳体内，且所述转动部与所述外壳体同轴设置，所述转动部一端设置有第二刹车盘，所述外壳体一端设置第二刹车组件，所述第二刹车盘部分位于第二刹车组件内，用于对所述转动部进行制动。
[0016]进一步地，所述外壳体与所述转动部之间设置有定子和转子，所述定子设置在所述外壳体的内壁上，所述转子设置在所述转动部的外壁上。
[0017](3)有益效果
[0018]综上，本专利技术从AC双摆角铣头的结构形式、整体布局和功能性等多个角度出发，模拟青蛙的头部尖嘴(A摆角部)、长舌(主轴部)、颈肩部(C摆角部)以及内部的贯通腔体(转动轴和转动部均为空心结构)为设计灵感，设计开发了重载双摆角铣头的蛙形仿生结构，整体结构紧凑，既保证了足够的结构刚性，又满足了功能性和工艺性的需求，尤其是主轴部的管线布置方式，避免了管线直接暴露于机床切削环境，降低了管线损坏的可能性，增强了摆角铣头对于恶劣切削环境的适应性，有效提高了铣头部件的可靠性。
附图说明
[0019]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对本专利技术实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0020]图1是一种基于蛙形仿生结构的重载双摆角铣头的立体结构示意图；
[0021]图2是一种基于蛙形仿生结构的重载双摆角铣头的正视结构示意图；
[0022]图3是一种基于蛙形仿生结构的重载双摆角铣头的俯视结构示意图(去除了上箱体的顶盖)；
[0023]图4是一种基于蛙形仿生结构的重载双摆角铣头的剖视结构示意图(其中虚线为管线路径)；
[0024]图中：1、主轴部；2、A摆角部；3、C摆角部；4、转动轴；5、转动部；20、上箱体；21、下箱体；22、延伸部；40、上转轴；41、下转轴；23、气液滑环；24、传动件；25、A摆角电机；26、转台轴承；30、外壳体；31、定子；32、转子；6、第一刹车盘本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于蛙形仿生结构的重载双摆角铣头，其特征在于，包括：主轴部、A摆角部和C摆角部；所述主轴部与所述A摆角部通过转动轴连接，并通过所述A摆角部驱动所述主轴部转动；所述C摆角部的转动部与所述A摆角部连接，并通过所述C摆角部驱动所述A摆角部转动；所述转动轴和所述转动部均为空心结构，用于所述主轴部的管线进行走线布置，所述主轴部的管线从所述C摆角部的端部接入，并依次穿过所述转动部、所述A摆角部和所述转动轴与所述主轴部连接。2.根据权利要求1所述的一种基于蛙形仿生结构的重载双摆角铣头，其特征在于，所述A摆角部包括上箱体和下箱体，所述上箱体一端向下延伸形成延伸部，所述延伸部的底部并与所述下箱体连接，所述上箱体和下箱体远离所述延伸部一端均呈锥形。3.根据权利要求2所述的一种基于蛙形仿生结构的重载双摆角铣头，其特征在于，所述转动轴包括上转轴和下转轴，所述上转轴和所述下转轴同轴设置在所述主轴部的上下两端，所述主轴部设置在所述上箱体和所述下箱体之间，所述上转轴与所述上箱体转动连接，所述下转轴与所述下箱体转动连接。4.根据权利要求3所述的一种基于蛙形仿生结构的重载双摆角铣头，其特征在于，所述转动轴还包括气液滑环，所述气液滑环设置在所述上转轴上，所述气液滑环上设置有一个或多个气液接口，所述气液接口对应的气液通道贯穿所述上转轴与所述主轴部的气液元件连接。5.根据权利要求2所述的一种基于蛙形仿生结构的重载双摆角铣头，其特征在于，所述上箱体内设置有传动件和A摆角电机，所述A摆角电机的输出轴通过所述传动件与所述转动轴连接。6.根据权利要求5所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：马岩，金辉，王海涛，李初晔，贾丽萍，冯长征，李维涛，李佳益，张喻琳，刘旭东，
申请(专利权)人：中国航空制造技术研究院，
类型：发明
国别省市：