專利名稱：車銑復合加工中心的高剛性高定位精度b軸裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及機械制造設備，機床中的高速車銑復合加工中心上的高剛性高定 位精度B軸裝置。
背景技術：
車銑復合加工機床上的B軸裝置可帶動裝有刀具的車銑主軸進行旋轉或固定。B 軸旋轉與其他軸配合實現多軸聯動功能，可完成復雜空間曲面的加工；B軸固定可完成車 削或固定角度傾斜面的銑削、鉆削、磨削等多工序的復合加工。現在國內機床的B軸裝置基 本上都用伺服電機驅動，動力傳動主要由齒型帶、齒輪或蝸輪蝸桿配合實現，傳統機械傳動 方式進行分度控制，不可避免地存在傳動間隙，使B軸裝置的定位精度受到一定的影響；軸 承結構普遍采用滾針軸承或角接觸球軸承，B軸進行插補加工時的承載能力有限；國內現 有的B軸三齒盤結構普遍安裝在軸承的后側，影響了 B軸鎖緊時進行固定角度加工的能力。 B軸是復合加工機床的核心部件，B軸的精度和剛性在很大程度上決定了機床的精度和剛 性。為了滿足航空、航天、軍工等行業對高精度、形狀復雜的回轉體零件加工的要求，真正做 到在提高工作效率的同時保證零件的加工精度，需要開發一款高剛性高定位精度的B軸裝 置，實現機床的高效、高精和復合化，滿足日益增長的市場需求。
發明內容本實用新型的目的是提供一款車銑復合加工中心的高剛性高定位精度B軸裝置， 裝備在高速五軸車銑加工中心上，實現機床的高效、高精和復合化加工。高剛性高定位精度B軸裝置，裝備在高速五軸車銑復合加工中心上，并有配套的 電氣、液壓、冷卻控制部分與機床上的系統對應結合，其特征在于主軸前端大徑外周臺肩前 安裝三齒盤，主軸前端小徑外周與主軸同心由內至外安裝力矩電機、水套和軸套，力矩電機 前端與主軸臺肩之間安裝轉臺軸承；主軸后端安置延長軸，通過前端的螺釘與主軸后端固 定；軸套的后端蓋上安置剎車機構，法蘭盤內周安裝有限位機構；延長軸外周的配油環前 端通過螺釘與法蘭盤固定，后端通過固定架與滑枕固定；延長軸末端安裝圓光柵、電子剎 車。本設計裝備在高速五軸車銑復合加工中心上，實現了機床的高速、高精、復合化加 工，解決了三個關鍵技術問題，即B軸高定位精度的實現方式；B軸高剛性的實現方式；小空 間內B軸附屬功能的實現方式。在本實用新型中，大轉矩、高可靠性的力矩電機與主軸同軸裝配，實現直接驅動， 真正實現了無間隙傳動，大大提高了 B軸的定位精度。外環配有水套，對力矩電機進行循環 冷卻，控制B軸溫升。反饋圓光柵置于主軸后端延長軸端形成直聯結構，保證B軸的高動態 特性和高定位精度，保證B軸的分度精度。主軸外臺肩安裝高精度、高剛性轉臺軸承作為B 軸的回轉支撐，應用軸承前端的三齒盤結構實現B軸固定角度加工時的高剛性和高定位精 度，通過比例液壓控制的B軸任意位置鎖緊機構，提高B軸任意角度加工時的剛性和定位精度，并為B軸插補加工增加減振阻尼。
圖1是B軸裝置剖視示意圖；圖2是剎車機構放大示意圖；圖3是限位機構示意具體實施方式
高剛性高定位精度B軸裝置，裝在高速五軸車銑復合加工機床上，并有配套的電 氣、液壓、控制部分與機床上的系統對應結合，其特征在于機械部分包括下列三個方面1. B軸高定位精度的實現方式如圖1所示，主軸2小徑外周與主軸同心由內至外安裝力矩電機11、水套10和軸 套27，軸套27內安裝開關觸桿8，力矩電機11前端與主軸2臺肩之間安裝轉臺軸承1 ；主 軸2后端安置延長軸15，通過延長軸15前端的螺釘與主軸2后端固定；置于軸套27后端的 后端蓋33與法蘭13盤之間安置剎車機構，法蘭盤13內周安裝有限位機構12 ；與延長軸15 同心的配油環16前端通過螺釘與法蘭盤13固定，法蘭盤13與滑枕17固定，配油環16后 端通過直角固定架18與固定在后端蓋33和B軸裝置端固定架31之間的固定架14緊固、B 軸裝置端固定架31與滑枕17固定；配油環16的外圓上有一系列進、出油孔，分別與機床的 液壓系統相連接。延長軸15末端安裝圓光柵20、電子剎車19。固定架空間內接入油、水、 氣、電管路和配置。三齒盤結構鎖緊齒盤5安裝在主軸2前端外周臺肩前，動齒盤6通過調整墊28 固定在主軸2外周臺肩上，動齒盤6外周的定齒盤7通過軸套27固定在滑枕17上，油缸套 29與前端蓋30和鎖緊齒盤5構成三齒盤結構的松開油缸3，前端蓋30與鎖緊齒盤5和主 軸2構成三齒盤結構的鎖緊油缸4，在鎖緊齒盤5與前端蓋30之間安置一個導向鍵，避免鎖 緊齒盤5旋轉；前端蓋30固定在滑枕17上。作業狀態B軸裝置分度前，主軸2前端的三齒盤機構的松開油缸3進油，鎖緊齒 盤5與動齒盤6和定齒盤7脫開，開關觸桿8前伸，限位開關發信號確認鎖緊齒盤5完全脫 開；主軸2后端的剎車機構鎖緊油缸22卸載；延長軸15后端的電子剎車19供電松開；然 后大扭矩的力矩電機11開始供電直接驅動主軸2在一定角度范圍內旋轉，實現B軸分度。 延長軸15后端配有高精度直聯反饋圓光柵20，保證B軸的定位精度。主軸2支撐采用高精 度的轉臺軸承1，顯著提高剛性的同時也保證了主軸2的旋轉精度。當B軸需要在某一角度 鎖緊時，高精度的三齒盤和剎車機構保證了 B軸的定位精度。綜上所述，通過高精度的旋轉 支撐、高精度的系統反饋、無間隙的傳動方式及高精度的鎖緊機構，實現了 B軸的高定位精 度。2. B軸高剛性的實現方式剎車機構如圖2所示，位于延長軸15前端外臺肩處法蘭盤13與后端蓋33之間， 后端蓋33相對固定剎車片23的面有6個沉孔，內裝回彈彈簧25，并與旋轉剎車片21為同 一平面；法蘭盤13內有一環形槽，密封圈M與環形槽構成油缸22，密封圈M右側與固定 剎車片23接觸，位于延長軸15前端外臺肩直角處安置調整墊32，調整剎車片之間的間隙。[0017]該B軸裝置有兩種鎖緊固定方式，當B軸分度角度是2. 5°的整數倍時，通過軸承 前端的鎖緊齒盤進行固定；當B軸分度角度不是2. 5°的整數倍時，通過B軸后端的剎車機 構進行鎖緊。在B軸參與插補加工的過程中，如果出現振動，可以對B軸后端的剎車機構進 行低壓控制，使其起到增加減振阻尼的作用。B軸裝置后端有復雜的液壓、冷卻、氣動配給裝 置，保證B軸裝置及車削主軸功能的實現。作業狀態如圖1所示，B軸進行2. 5°整數倍的固定角度加工時，主軸2前端的 三齒盤機構的鎖緊油缸4進油，鎖緊齒盤5與動齒盤6和定齒盤7嚙合鎖緊，開關觸桿8后 伸，限位開關發信號確認鎖緊齒盤5嚙合可靠，將主軸2完全鎖緊。此時加工切削力完全由 三齒盤承受，轉臺軸承1不受力，因此將三齒盤設計在B軸的最前端大大提高了 B軸的剛 性。B軸參與插補加工時，所有的鎖緊機構松開，力矩電機11驅動主軸2旋轉參與多軸聯 動加工。額定扭矩可達IOOONm的大扭矩力矩電機11的采用有力地保證了 B軸插補加工的 能力；較之滾針軸承和角接觸球軸承，轉臺軸承1的應用大大提高了 B軸插補加工的剛性。 綜上所述，通過大扭矩力矩電機11，高剛性轉臺軸承1以及三齒盤機構前置，實現了 B軸的 高剛性。3.小空間內B軸附屬機構的實現方式雖然B軸的空間較小，但其附屬功能較多。a.如圖1所示，三齒盤的開關觸桿8的結構主體為兩個細長桿，中間由彈簧9對 接成一體；開關觸桿8前端穿過定齒盤7與鎖緊齒盤5接觸，后端固定在后端蓋33上。開 關觸桿8采用前后兩個桿利用彈簧9對接的方式，提高加工工藝性，在小空間內實現了三齒 盤鎖緊狀態的監控。b.如圖2所示，當B軸需要鎖緊的角度不是2. 5°的整數倍時，則通過主軸2后端 的剎車機構進行鎖緊。鎖緊時，油缸22進入高壓油，壓迫固定剎車片23與旋轉剎車片21 接觸，依靠摩擦力實現B軸的鎖緊；松開時，油缸22液壓卸載，回彈彈簧25壓迫固定剎車片 23與旋轉剎車片21松開。c.如圖3所示，為保證B軸在誤操作的情況下也不會超出安全角度，設計了角度限 位機構。限位機構用于限位的旋轉塊12安裝在延長軸15外周的端面上，位于配油環16前 端與法蘭盤13之間的空間內，旋轉塊12為一截弧形體，其兩寬端立面通過螺栓固定橡膠塊 26，其高度與在同一圓周內的法蘭盤13突起體相同，法蘭盤13突起體與旋轉塊相對180° 設置。法蘭盤13安裝在滑枕17上固定不動；旋轉塊12安裝在延長軸15上隨主軸2 —起 旋轉，當B軸超出旋轉角度時，橡膠塊沈與法蘭盤13的突起相撞，限制住了主軸的旋轉角 度。d.剎車機構安裝時，通過修磨調整墊32，保證旋轉剎車片21與后端蓋33之間的 間隙為0. 2mm ；通過修磨后端蓋33的左側面，保證固定剎車片23與旋轉剎車片21之間的 間隙為0. 2mm ；通過修磨安裝在定齒盤7后端的調整墊觀，保證動齒盤6在軸向上比定齒盤 7 低 0. 002mm。
權利要求1.車銑復合加工中心的高剛性高定位精度B軸裝置，并有配套的電氣、液壓、冷卻控制 部分與機床上的系統對應結合，其特征在于主軸(2)前端大徑外周臺肩前安裝三齒盤，小 徑外周與主軸同心由內至外安裝力矩電機(11)、水套(10)和軸套(27)，軸套(XT)內安裝 開關觸桿(8)，力矩電機前端與主軸臺肩之間安裝轉臺軸承(1)；主軸(2)后端安置延長軸 (15)及其外周的配油環(16)，延長軸(1 通過主軸( 后端的法蘭盤(1 及固定架與滑 枕(17)固定；軸套(XT)后端的后端蓋(33)上安置剎車機構，法蘭盤(13)內周安裝有限位 機構；延長軸(15)末端安裝圓光柵(20)、電子剎車(19)。
2.根據權利要求1所述的車銑復合加工中心的高剛性高定位精度B軸裝置，其特征在 于三齒盤結構鎖緊齒盤(5)安裝在主軸(2)前端外周臺肩前，動齒盤(6)通過調整墊08) 固定在主軸( 外周臺肩上，動齒盤(6)在軸向上比定齒盤(7)低0.002mm;動齒盤(6)外 周的定齒盤(7)通過軸套(XT)固定在滑枕(17)上，油缸套09)與前端蓋(30)和鎖緊齒 盤(5)構成三齒盤結構的松開油缸(3)，前端蓋(30)與鎖緊齒盤(5)和主軸(2)構成三齒 盤結構的鎖緊油缸，在鎖緊齒盤(5)與前端蓋(30)之間安置一個導向鍵，避免鎖緊齒盤 (5)旋轉；前端蓋(30)固定在滑枕(17)上。
3.根據權利要求1所述的車銑復合加工中心的高剛性高定位精度B軸裝置，其特征在 于與延長軸(1 同心的配油環(16)前端通過螺釘與法蘭盤(1 固定，法蘭盤(1 與滑 枕(17)固定，配油環(16)后端通過直角固定架(18)與固定在后端蓋(3 和B軸裝置端固 定架(31)之間的固定架(14)緊固、B軸裝置端固定架(31)與滑枕(17)固定；配油環(16) 的外圓上有一系列進、出油孔，分別與機床的液壓系統相連接。
4.根據權利要求1所述的車銑復合加工中心的高剛性高定位精度B軸裝置，其特征在 于三齒盤的開關觸桿(8)的結構主體為兩個細長桿，中間由彈簧(9)對接成一體；開關觸 桿(8)前端穿過定齒盤(7)與鎖緊齒盤( 接觸，后端固定在后端蓋(3 上。
5.根據權利要求1所述的車銑復合加工中心的高剛性高定位精度B軸裝置，其特征在 于限位結構用于限位的旋轉塊(12)安裝在延長軸(15)外周的端面上，位于配油環(16) 前端與法蘭盤(1 之間的空間內，旋轉塊(1 為一截弧形體，其兩寬端立面通過螺栓固定 橡膠塊(26)，其高度與在同一圓周內的法蘭盤(1 突起體相同，法蘭盤(1 突起體與旋轉 塊(12)相對180°設置。
6.根據權利要求1所述的車銑復合加工中心的高剛性高定位精度B軸裝置，其特征在 于剎車機構延長軸(15)前端外臺肩處法蘭盤(13)與后端蓋(33)之間，后端蓋(33)相 對固定剎車片03)的面有6個沉孔，內裝回彈彈簧(25)，并與旋轉剎車片為同一平 面；法蘭盤(1 內有一環形槽，密封圈04)與環形槽構成油缸(22)，密封圈04)右側與 固定剎車片03)接觸，位于延長軸(15)前端外臺肩直角處安置調整墊(32)，調整剎車片 (21)與后端蓋(33)之間的間隙為0. 2mm，固定剎車片Q3)與旋轉剎車片Ql)之間的間隙 為 0. 2mmο
專利摘要車銑復合加工中心的高剛性高定位精度B軸裝置，其特征在于采用大轉矩、高可靠性的力矩電機實現直接驅動，反饋圓光柵直聯結構，保證B軸的高動態特性和高定位精度；采用高精度、高剛性轉臺軸承作為B軸的回轉支撐；應用軸承前端的三齒盤結構實現B軸固定角度加工時的高剛性和高定位精度；通過比例液壓控制的B軸任意位置鎖緊機構，提高B軸任意角度加工時的剛性和定位精度，并為B軸插補加工增加減振阻尼。本設計裝備在高速五軸車銑復合加工中心上，實現了機床的高速、高精、復合化加工，解決了三個關鍵技術問題，即B軸高定位精度的實現方式；B軸高剛性的實現方式；小空間內B軸附屬功能的實現方式。
文檔編號B23Q1/44GK201889637SQ201020507089
公開日2011年7月6日 申請日期2010年8月27日 優先權日2010年8月27日
發明者何峰, 侯貴堂, 劉妍, 劉守勝, 宋宇, 徐書友, 王家興, 蓋立亞, 趙尚福, 顏克輝 申請人:沈陽第一機床廠