專利名稱：單伺服動力刀架的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于數控機床用刀架技術領域，特別涉及一種單伺服動力刀架。
背景技術：
隨著工業的發展，對機床的加工時間和加工精度等性能提出了更高的要求，車銑復合加工中心則成為航空、航天、軍工等工業領域中的重要加工設備，而伺服刀架是車銑復合加工中心的重要功能部件。傳統的數控刀架只能安裝車刀或鏜刀進行最基本的車削功能，對于能進行車削、鉆孔、銑削等加工的車削中心或車銑復合加工機床來講，除了要求刀架具有轉位功能外，還需要有動力刀具的驅動功能。雙伺服動力刀架，刀架轉位機構和動力刀驅動機構分別由兩臺伺服電機驅動。兩臺伺服電機的使用增加了采購成本，也使刀架的體積和重量增大。采用單伺服電機分別驅動刀架轉位機構和動力刀可以解決上述問題，但刀架的傳動機構和動力切換機構成為重要的技術難點。
發明內容針對現有伺服動力刀架的缺陷與不足，本實用新型提供一種單伺服動力刀架，刀盤上的動力刀座安裝孔在刀盤上軸線方向布置，單伺服電機同時驅動刀盤轉位和動力刀具的切削動作，解決刀盤轉位和動力刀具驅動的傳動機構設計以及動力切換問題。為實現上述目的，本實用新型采用的技術方案為單伺服動力刀架，包括伺服電機、刀架箱體、刀盤和動力刀座，伺服電機連接動力輸入軸，動力輸入軸另一端設有滑移齒輪離合裝置，滑移齒輪離合裝置包括滑移齒輪和兩個與其配合的動力切換齒輪，動力切換齒輪I通過二級齒輪傳動的刀盤轉位機構連接刀盤，動力切換齒輪II通過三級齒輪傳動的動力刀傳動機構連接刀具驅動件，刀具驅動件連接動力刀座。所述伺服電機與動力輸入軸之間安裝有力矩限制器。所述滑移齒輪離合裝置包括動力輸入軸、輸入軸刀盤側齒輪、滑移齒輪、動力切換齒輪I、動力切換齒輪II、撥叉和活塞，動力輸入軸上依次安裝輸入軸刀盤側齒輪、滑移齒輪、動力切換齒輪I、動力切換齒輪II，輸入軸刀盤側齒輪、滑移齒輪、動力切換齒輪I具有相同的齒數和模數，滑移齒輪是內嚙合齒輪，輸入軸刀盤側齒輪、動力切換齒輪I是與滑移齒輪配合的外嚙合齒輪，動力切換齒輪I通過滾針軸承套裝在動力輸入軸上，動力切換齒輪II固定在動力輸入軸端部，滑移齒輪上安裝有撥叉，撥叉上固定有活塞，活塞尾部設有接近開關用于檢測滑移齒輪是否到達正確位置。所述刀盤轉位機構主要由第二中間軸、刀盤驅動齒輪、動齒盤、定齒盤、鎖緊齒盤和活塞構成，第二中間軸上的傳動齒輪III與動力切換齒輪I相互嚙合，第二中間軸另一端安裝的傳動齒輪IV與刀盤驅動齒輪相互嚙合，動齒盤與刀盤驅動齒輪固定連接，刀盤驅動齒輪與齒輪軸為整體式結構，刀盤驅動齒輪外側安裝有接近開關；動齒盤上安裝刀盤，刀架箱體上安裝定齒盤，鎖緊齒盤安裝在定齒盤與動齒盤對面并且與活塞固定連接，定齒盤、動
3齒盤、鎖緊齒盤形成三聯齒盤機構。所述動力刀傳動機構主要由第一中間軸、大齒輪、刀具驅動齒輪和刀具驅動件構成，第一中間軸上連接有與大齒輪嚙合的傳動齒輪II，大齒輪與動齒盤同軸線布置，大齒輪同時與刀具驅動齒輪嚙合，刀具驅動齒輪內孔和刀具驅動件外緣設有配合的內、外花鍵，刀具驅動件前端設有“一”字形接口，刀座動力輸入端呈“一”字形凸起，刀具驅動件的“一”字形接口與刀座動力輸入端的“一”字形凸起配合，刀具驅動件后端與活塞相連，活塞尾部設有接近開關。本實用新型的有益效果是(1)該動力刀架的刀盤轉位機構與動力刀具由同一臺伺服電機驅動，可降低刀架的成本、重量和體積。(2)伺服電機的電機軸與動力輸入軸之間布置有力矩限制器，可有效防止伺服電機或傳動部件過載損壞，增加了刀架的可靠性。(3)采用液壓系統控制離合裝置、三聯齒盤機構以及動力刀具的工作狀態切換，系統反應迅速、可靠性高、噪聲小。
圖1是本實用新型實施例的刀架整體結構示意圖；圖2是本實用新型實施例的滑移齒輪離合裝置結構示意圖；圖3是本實用新型實施例的動力刀座連接關系示意圖；圖中1伺服電機，2力矩限制器，3動力輸入軸，4撥叉，5第一中間軸，6刀具驅動件，7動力刀座，8第二中間軸，9刀盤，10定齒盤，11鎖緊齒盤，12動齒盤，13刀架箱體，14滾針軸承，15動力刀具，si接近開關I，s2接近開關II，s3接近開關III，s4接近開關IV，s5接近開關V，s6接近開關VI，Ll活塞I，L2活塞II，L3活塞III，cl油腔I，c2油腔II，c3油腔 III，c4油腔IV，c5油腔V，c6油腔VI，Gl動力切換齒輪II，G2傳動齒輪I，G3傳動齒輪II， G4大齒輪，G5刀具驅動齒輪，G6滑移齒輪，G7動力切換齒輪I，G8傳動齒輪III，G9傳動齒輪IV，GlO刀盤驅動齒輪，Gll輸入軸刀盤側齒輪。
具體實施方式
以下結合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。如圖1所示，單伺服動力刀架，伺服電機1通過力矩限制器2與刀架本體的動力輸入軸3相連，通過接近開關I si測量力矩限制器2上的傳遞力矩是否過載；力矩限制器2 傳遞的扭矩小于預先設置的值時，力矩限制器2正常旋轉，接近開關I si無感應信號；過載即扭矩大于預先設置的值時，力矩限制器2內部結構產生打滑，接近開關I si產生感應信號。如圖2所示，滑移齒輪離合裝置包括動力輸入軸3、輸入軸刀盤側齒輪G11、滑移齒輪G6、動力切換齒輪I G7、動力切換齒輪II G1、撥叉4和活塞I Li，動力輸入軸3上由內至外依次安裝輸入軸刀盤側齒輪G11、滑移齒輪G6、動力切換齒輪I G7，動力切換齒輪II Gl 固定在動力輸入軸3的端部，動力切換齒輪I G7與動力輸入軸3同軸線布置，動力切換齒輪I G7通過滾針軸承14套裝在動力輸入軸3上，動力切換齒輪I G7可與動力輸入軸3產生相對轉動；輸入軸刀盤側齒輪G11、滑移齒輪G6、動力切換齒輪I G7具有相同的齒數和模數，滑移齒輪G6是內嚙合齒輪，輸入軸刀盤側齒輪G11、動力切換齒輪I G7是與滑移齒輪G6配合的外嚙合齒輪；滑移齒輪G6上安裝有撥叉4，撥叉4上固定有活塞I Ll上，活塞 I Ll帶動撥叉4與滑移齒輪G6往復移動，活塞I Ll尾部設有接近開關II s2和接近開關
IIIs3，用于檢測活塞I Ll是否移動到正確位置。液壓油由油腔I Cl流入時，活塞I Ll向A向移動，帶動撥叉4與滑移齒輪G6向A 向移動，滑移齒輪G6同時與動力切換齒輪I G7和輸入軸刀盤側齒輪Gll嚙合，伺服電機1 經過動力輸入軸3、輸入軸刀盤側齒輪G11、滑移齒輪G6將動力傳遞給動力切換齒輪I G7 ； 液壓油由油腔II c2流入時，活塞I Ll向B向移動，帶動撥叉4與滑移齒輪G6向B向移動， 滑移齒輪G6此時僅與動力切換齒輪I G7嚙合，與輸入軸刀盤側齒輪Gll脫離，動力輸入軸 3旋轉，動力切換齒輪I G7與動力輸入軸3之間安裝有滾針軸承14，動力切換齒輪I G7靜止不動；滑移齒輪G6的往復移動通過接近開關II s2和接近開關III s3測量，活塞I Ll向A 向移動，帶動撥叉4與滑移齒輪G6向A向移動，滑移齒輪G6同時與動力切換齒輪I G7和輸入軸刀盤側齒輪Gll嚙合，接近開關II s2產生感應信號，接近開關III s3無感應信號；活塞
ILl向B向移動，帶動撥叉4與滑移齒輪G6向B向移動，滑移齒輪G6此時僅與動力切換齒輪IG7嚙合，與輸入軸刀盤側齒輪Gll脫離，接近開關III s3產生感應信號，接近開關II s2 無感應信號。所述動力刀傳動機構包括第一中間軸5、大齒輪G4、刀具驅動齒輪G5和和刀具驅動件6構成，第一中間軸5端部設有與動力切換齒輪II Gl相互嚙合的傳動齒輪I G2，第一中間軸5另一端安裝有傳動齒輪II G3，傳動齒輪II G3與大齒輪G4相互嚙合，大齒輪G4與刀盤9同軸線安裝，大齒輪G4同時與刀具驅動齒輪G5相互嚙合；如圖3所示，刀具驅動齒輪G5的內孔設有花鍵槽，刀具驅動件6外緣設有與刀具驅動齒輪G5的花鍵槽相互配合的花鍵，刀具驅動件6可在刀具驅動齒輪G5的花鍵槽內滑動；刀具驅動件6前端設有“一”字形接口，動力刀座7輸入端呈“一”字形凸起，刀具驅動件6的“一”字形接口與動力刀座7 輸入端的“一”字形凸起配合；刀具驅動件6后端與活塞II L2相連，活塞II L2尾部設有接近開關IV s4和接近開關V s5。液壓油由油腔III c3流入時，活塞II L2向A向移動，帶動刀具驅動件6向A向移動，刀具驅動件6與動力刀座7脫離；液壓油由油腔IV c4流入時，活塞II L2向B向移動， 帶動刀具驅動件6向B向移動，刀具驅動件6與動力刀座7接觸，動力刀座7上的動力刀具 15在伺服電機1的帶動下，經過動力切換齒輪II G1、傳動齒輪I G2、傳動齒輪II G3、大齒輪 G4、刀具驅動齒輪G5間的嚙合傳動，以及刀具驅動齒輪G5與刀具驅動件6上的鍵連接傳動實現旋轉運動；刀具驅動件6與動力刀座7的接觸或是分離狀態由接近開關IV s4和接近開關V s5進行測量，刀具驅動件6和活塞II L2向A移動，刀具驅動件6與動力刀座7脫離接觸，接近開關IV s4產生感應信號，接近開關V s5不產生感應信號；刀具驅動件6和活塞
IIL2向B移動，刀具驅動件6與動力刀座7接觸，接近開關V S5產生感應信號，接近開關
IVS4不產生感應信號。所述刀盤轉位機構包括第二中間軸8、刀盤驅動齒輪G10、動齒盤12、定齒盤10、鎖緊齒盤11和活塞III L3構成，動力切換齒輪I G7與滑移齒輪G6嚙合，同時動力切換齒輪 I G7與第二中間軸8上的傳動齒輪III G8相互嚙合，第二中間軸8另一端安裝有傳動齒輪IV G9，傳動齒輪IV G9與刀盤驅動齒輪GlO相互嚙合，刀盤驅動齒輪GlO安裝在刀盤9上，刀盤9在伺服電機1的帶動下，經過動力輸入軸3、輸入軸刀盤側齒輪G11、滑移齒輪G6、動力切換齒輪I G7、傳動齒輪III G8、傳動齒輪IV G9和刀盤驅動齒輪GlO的嚙合傳動實現旋轉動作，刀盤驅動齒輪GlO外側設置有接近開關VI s6,刀塔零位采用接近開關VI s6測量，非零位時接近開關VI s6產生感應信號，零位時接近開關VI s6無感應信號；刀盤驅動齒輪GlO與刀盤9相連，動齒盤12上安裝刀盤9，，刀架箱體13上安裝定齒盤10，鎖緊齒盤11安裝在定齒盤10與動齒盤12對面，定齒盤10、動齒盤12、鎖緊齒盤11形成三聯齒盤機構，鎖緊齒盤 11與活塞III L3固定連接，活塞III L3的往復移動帶動鎖緊齒盤11與動齒盤12和定齒盤10 的相互接觸與分離。 液壓油由油腔V c5流入時，活塞III L3向A向移動，帶動鎖緊齒盤11向A向移動， 鎖緊齒盤11與動齒盤12和定齒盤10分離，刀盤9由刀盤驅動齒輪GlO驅動，在伺服電機 1的帶動下旋轉；液壓油由油腔VI C6流入時，活塞III L3向B向移動，帶動鎖緊齒盤11向B 向移動，鎖緊齒盤U與動齒盤12和定齒盤10接觸，限制動齒盤12和刀盤9的旋轉，對刀盤9進行分度定位。
權利要求1.一種單伺服動力刀架，包括伺服電機、刀架箱體、刀盤和動力刀座，其特征在于伺服電機連接動力輸入軸，動力輸入軸另一端設有滑移齒輪離合裝置，滑移齒輪離合裝置包括滑移齒輪和兩個與其配合的動力切換齒輪，動力切換齒輪I通過二級齒輪傳動的刀盤轉位機構連接刀盤，動力切換齒輪II通過三級齒輪傳動的動力刀傳動機構連接刀具驅動件， 刀具驅動件配合動力刀座。
2.根據權利要求1所述的單伺服動力刀架，其特征在于所述伺服電機與動力輸入軸之間安裝有力矩限制器。
3.根據權利要求1所述的單伺服動力刀架，其特征在于所述滑移齒輪離合裝置包括動力輸入軸、輸入軸刀盤側齒輪、滑移齒輪、動力切換齒輪I、動力切換齒輪II、撥叉和活塞， 動力輸入軸上依次安裝輸入軸刀盤側齒輪、滑移齒輪、動力切換齒輪I，動力切換齒輪II固定在動力輸入軸端部，輸入軸刀盤側齒輪、滑移齒輪、動力切換齒輪I具有相同的齒數和模數，滑移齒輪是內嚙合齒輪，輸入軸刀盤側齒輪、動力切換齒輪I是與滑移齒輪配合的外嚙合齒輪，動力切換齒輪I通過滾針軸承套裝在動力輸入軸上，滑移齒輪上安裝有撥叉，撥叉上固定有活塞，活塞尾部設有接近開關。
4.根據權利要求1所述的單伺服動力刀架，其特征在于所述刀盤轉位機構主要由第二中間軸、刀盤驅動齒輪、動齒盤、定齒盤、鎖緊齒盤和活塞構成，第二中間軸上的傳動齒輪 III與動力切換齒輪I相互嚙合，第二中間軸另一端安裝的傳動齒輪IV與刀盤驅動齒輪相互嚙合，動齒盤與刀盤驅動齒輪固定連接，刀盤驅動齒輪與齒輪軸為整體式結構，刀盤驅動齒輪外側安裝有接近開關；動齒盤上安裝刀盤，刀架箱體上安裝定齒盤，鎖緊齒盤安裝在定齒盤與動齒盤對面并且與活塞固定連接，定齒盤、動齒盤、鎖緊齒盤形成三聯齒盤機構。
5.根據權利要求1所述的單伺服動力刀架，其特征在于所述動力刀傳動機構主要由第一中間軸、大齒輪、刀具驅動齒輪和刀具驅動件構成，第一中間軸上連接有與大齒輪嚙合的傳動齒輪II，大齒輪與動齒盤同軸線布置，大齒輪同時與刀具驅動齒輪嚙合，刀具驅動齒輪內孔和刀具驅動件外緣設有配合的內、外花鍵，刀具驅動件前端設有“一”字形接口，刀座動力輸入端呈“一”字形凸起，刀具驅動件的“一”字形接口與刀座動力輸入端的“一”字形凸起配合，刀具驅動件后端與活塞相連，活塞尾部設有接近開關。
專利摘要本實用新型屬于數控機床用刀架領域，具體涉及一種單伺服動力刀架，刀盤和動力刀具由同一臺伺服電機驅動，由滑移齒輪離合器解決刀架的動力切換問題。伺服電機通過力矩限制器與動力輸入軸相連，刀盤轉位采用二級齒輪傳動，動力刀具驅動采用三級齒輪傳動。用液壓系統控制離合器、三聯齒盤以及動力刀具的工作狀態。與常用伺服動力刀架相比，該單伺服刀架具有成本低、重量輕、體積小等優點并且增加了過載保護功能。
文檔編號B23B21/00GK202155536SQ201120271200
公開日2012年3月7日 申請日期2011年7月28日 優先權日2011年7月28日
發明者張義民, 楊周, 閆明, 黃賢振 申請人:東北大學