卧式五轴加工中心机床用具有大摆角范围的高刚性摆头，包括摆头箱体、旋转主轴箱及其辅助配置，其特征在于左箱体与右箱体一侧垂直相接，内装电主轴的旋转主轴箱通过左、右轴承支撑套和两交叉滚子轴承安装在左箱体和右箱体中，并可绕其轴线在左箱体和右箱体中摆动，左箱体内有伺服电机，通过同步齿型带与消隙的蜗轮蜗杆构成旋转主轴箱的传动机构，旋转主轴箱两侧均采用高刚性的两交叉滚子轴承支撑；环形分配器安装在左箱体和旋转主轴箱中，摆头右侧设置编码器安装轴和角度编码器；摆头的摆角范围为２１５°，以主轴呈水平状态为零点，向上可摆动９５°，向下可摆动１２０°。本设备能够满足航空航天等行业领域加工钛合金等难加工材料复杂型面高精度零件的需求。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及机械制造设备，即卧式五轴加工中心机床用摆头，是卧式五轴加工中 心机床的核心功能部件。
技术介绍
近年来，卧式五轴加工中心以其高精度、高刚性、高效率、五轴联动等特点在航空 航天、国防军工等高端行业领域应用越来越多，主要用来加工具有复杂型面的高精度零件， 如航空结构件。卧式五轴加工中心可在三轴联动的标准型卧式加工中心的基础上，在主轴 或工作台上增加两个联动的回转轴加以实现，而具有主轴摆动功能的摆头是标准型卧式加 工中心升级为卧式五轴加工中心的关键功能部件之一。由于卧式五轴加工中心目前多用来 加工钛合金等难加工材料复杂型面零件，故要求摆头部件具有高刚性、大扭矩、高精度和大 摆角范围等特点。目前，尚无国内机床制造厂家能够生产满足上述特性的卧式五轴加工中 心机床用摆头，这已成为阻碍国产卧式五轴加工中心研制与发展的瓶颈。故研制开发出高 刚性、大扭矩、高精度和大摆角范围，满足航空航天等行业领域加工需求的高性能摆头对国 产卧式五轴加工中心的发展和我国航空航天、国防军工等行业的发展具有重大意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种用于卧式五轴加工中心机床用的具有大摆角范围的高 刚性摆头，满足航空航天等行业领域加工钛合金等难加工材料复杂型面高精度零件的需 求。一种卧式五轴加工中心机床用具有大摆角范围的高刚性摆头，包括包括摆头箱 体、旋转主轴箱、电主轴及其液压、气动、冷却及润滑配置，其特征在于左箱体与右箱体一侧 垂直相接，内装电主轴的旋转主轴箱通过左、右轴承支撑套和两交叉滚子轴承安装在左箱 体和右箱体中，并可绕其轴线在左箱体和右箱体中摆动，左箱体内有伺服电机，通过同步齿 型带与消隙的蜗轮蜗杆构成旋转主轴箱的传动机构，旋转主轴箱两侧均采用高刚性的两交 叉滚子轴承支撑；环形分配器安装在左箱体和旋转主轴箱中，摆头右侧设置编码器安装轴 和角度编码器；摆头的摆角范围为215°，以主轴呈水平状态为零点，向上可摆动95°，向 下可摆动120°。驱动伺服电机通过带斜筋板的L型电机座安装在摆头箱体内腔中，不占用摆头外 部空间，从而增大了机床的非干涉加工区和加工范围，并有利于伺服电机的防护。摆头左、 右两侧均设有防护罩，外形美观、宜人。旋转主轴箱两侧均采用高刚性的交叉滚子轴承支 撑，且两轴承内、外圈两端全部固定，并通过合理设计摆头基础部件、传动部件和支撑部件 的结构等措施，实现摆头的高刚性。通过采用消隙的高精度传动部件、提高关键部件的制 造、装配精度，并在摆头内设置角度编码器，进行闭环控制等措施，实现主轴的高精度摆动。 电主轴正常工作需要的液压、气动、冷却及润滑用各路油、气和驱动、检测等用的各电缆线 全部从其后端输入，并分别从其左、右两侧与外部油(或气)源和电气柜连接。其中各路油(或气)分别从外部油(或气)源流出，依次通过电主轴左侧的各入口端外接管、环形分配 器、旋转主轴箱和各出口端外接管，并从电主轴后端进入电主轴内部；各电缆线均从电主轴 后端接出，依次经由旋转主轴箱的走线孔、右轴承支撑套、空心的编码器安装轴、环形拖链 支架、可反向弯曲的RBR拖链，并从摆头箱体后端接出，进入机床走线系统和外部电气柜。 通过设计环形分配器、采用RBR拖链并优化各油、气管路和电缆线的路径，实现主轴215° 的大摆角范围摆动。为将带侧臂的旋转主轴箱安装到摆头箱体中，将摆头箱体分成左箱体 和右箱体两部分，装配时需先将旋转主轴箱通过支撑部件与右箱体连接，最后再连接左箱 体。附图说明图1为本专利技术大摆角范围的摆头外形示意图；图2为其中的蜗轮蜗杆结构示意图；图3为摆头整体结构剖视图。具体实施例方式一种卧式五轴加工中心机床用具有大摆角范围的高刚性摆头，如图1，图3所示， 具有大摆角范围的高刚性摆头，其特征在于内装电主轴13的旋转主轴箱3通过左轴承支撑 套7、右轴承支撑套17和交叉滚子轴承8、16安装在左箱体2和右箱体1中，装配时需先将 旋转主轴箱3、右轴承支撑套17、右交叉滚子轴承16、右轴承内圈压盖19、右轴承外圈压盖 18、左轴承支承套7与右箱体1 一侧的中部及右侧连接在一起，然后将左箱体2直角端垂直 固定在右箱体1 一侧的左侧，并装入左交叉滚子轴承8、左轴承内圈压盖9和左轴承外圈压 盖10，最后装入其它零、部件及左防护罩30。如图2，图3所示，带斜筋板的L形电机座15安装在左箱体2的内腔中，电机座4 的正面与左箱体2内腔中的安装面相连接，伺服电机4的安装法兰面与电机座15的顶面相 连接，布置在左箱体2的内腔中，避免了占用摆头外部空间，从而增大了机床的非干涉加工 区和加工范围，并有利于伺服电机4的防护。如图2，图3所示，左箱体2内腔中的小皮带轮23通过胀紧套25与伺服电机4的 电机轴相连，大皮带轮26通过胀紧套观与蜗杆11相连，蜗杆分为上下两段，通过调整安装 在蜗杆轴上的调整垫片27的厚度可消除蜗轮蜗杆11传动的反向间隙，蜗轮通过左轴承支 撑套7与旋转主轴箱3相连接；伺服电机4通过同步齿型带M和蜗轮蜗杆传动机构11带 动旋转主轴箱3连续摆动，摆角范围为215°，以主轴呈水平状态为零点，向上可摆动95°， 向下可摆动120°，电主轴13插入旋转主轴箱3内，其安装法兰面与旋转主轴箱3的前端面 相连接，外设左防护罩30，随旋转主轴箱3 —起摆动。如图3所示，旋转主轴箱3两侧均采用高刚性的交叉滚子轴承8、16支撑，两轴承 内孔分别与连接在旋转主轴箱3两侧的左轴承支撑套7和右轴承支撑套17的轴套配合，两 交叉滚子轴承8、16外圆分别与左箱体2和右箱体1内的轴承安装孔配合。左轴承内圈两 端分别由左轴承支撑套7和左轴承内圈压盖9固定，外圈分别由摆头左箱体2和左轴承外 圈压盖10固定，右轴承内圈两端分别由右轴承支撑套17和右轴承内圈压盖19固定，外圈 分别由右箱体1和右轴承外圈压盖18固定。两轴承内、外圈两端全部固定，以获得较高的支撑刚性。摆头右防护罩31内设置角度编码器21，其静环与右盖板20相连接，动环与编码 器安装轴22相连接，实时检测主轴的摆角位置，进行闭环控制，从而提高主轴摆动的精度。在摆头左防护罩30内，环形分配器12通过左盖板5与左箱体2相连接，其空心轴 部分插入旋转主轴箱3的侧臂内孔中，环形分配器12内部设有多路通油(或气)孔，各孔 入口均设置在其法兰盘左侧的突出部分，并通过输入端外接管34与外部油(或气)源相连 接；各孔出口均设置在其空心轴的外圆柱面上，沿轴向排列，并在各孔出口相应位置的圆柱 面上开设环形槽。旋转主轴箱3内部亦开有多路通油(或气)孔，并与环形分配器12内部 的各通油(或气)孔一一对应，各孔入口均设置在旋转主轴箱3侧臂内孔的孔臂上，并沿轴 向与环形分配器12各孔出口一一对应；各孔出口均设置在旋转主轴箱3的后端面上，并通 过输出端外接管四与电主轴13后端的各液压、气动、冷却及润滑接口相连接。通油(或气) 时，各路油(或气)从外部油(或气)源通过输入端外接管34进入环形分配器12相应的 各路通油(或气)孔的入口，从环形分配器12相应的各路通油(或气)孔的出口流出后， 分别流入对应的旋转主轴箱3各路通油(或气)孔的入口，从旋转主轴箱3各路通油(或 气)孔的出口流出后，再分别通过输出端外接管四流入电主轴13的各路油(或气)接口， 满足电主轴本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种卧式五轴加工中心机床用具有大摆角范围的高刚性摆头，包括摆头箱体、旋转主轴箱、电主轴及其液压、气动、冷却及润滑配置，其特征在于左箱体（２）与右箱体（１）一侧垂直相接，带侧臂的旋转主轴箱（３）通过左轴承支撑套（７）、右轴承支撑套（１７）和交叉滚子轴承（８、１６）安装在左箱体（２）和右箱体（１）中，并可绕其轴线在左箱体（２）和右箱体（１）中摆动，旋转主轴箱（３）内的电主轴（１３）的液压、气动、冷却及润滑用油、气管路和驱动、检测用电缆线全部从电主轴（１３）的后端输入，并分别从其左、右两侧与外部油或气源和电气柜连接；左箱体（２）内有伺服电机（４），通过同步齿型带（２４）与消隙的蜗轮蜗杆（１１）构成旋转主轴箱（３）的传动机构，旋转主轴箱（３）两侧均采用高刚性的交叉滚子轴承（８，１６）支撑；环形分配器（１２）安装在左箱体（２）和旋转主轴箱（３）中，摆头右侧设置编码器安装轴（２２）和角度编码器（２１）；摆头的摆角范围为２１５°，以主轴呈水平状态为零点，向上可摆动９５°，向下可摆动１２０°。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：刘春时，李焱，张凯，候延星，闫海，徐吉存，张传思，赵雷，化春雷，刘丹阳，张建中，李瑞敏，李英杰，杨东，谢志坤，王跃武，接明，王仁斌，李秀敏，尚红，
申请(专利权)人：中捷机床有限公司，
类型：发明
国别省市：89
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