车铣复合加工中心的高刚性高定位精度B轴装置，其特征在于采用大转矩、高可靠性的力矩电机实现直接驱动，反馈圆光栅直联结构，保证B轴的高动态特性和高定位精度；采用高精度、高刚性转台轴承作为B轴的回转支撑；应用轴承前端的三齿盘结构实现B轴固定角度加工时的高刚性和高定位精度；通过比例液压控制的B轴任意位置锁紧机构，提高B轴任意角度加工时的刚性和定位精度，并为B轴插补加工增加减振阻尼。本设计装备在高速五轴车铣复合加工中心上，实现了机床的高速、高精、复合化加工，解决了三个关键技术问题，即B轴高定位精度的实现方式；B轴高刚性的实现方式；小空间内B轴附属功能的实现方式。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）
【技术实现步骤摘要】
本技术涉及机械制造设备，机床中的高速车铣复合加工中心上的高刚性高定 位精度B轴装置。
技术介绍
车铣复合加工机床上的B轴装置可带动装有刀具的车铣主轴进行旋转或固定。B 轴旋转与其他轴配合实现多轴联动功能，可完成复杂空间曲面的加工；B轴固定可完成车 削或固定角度倾斜面的铣削、钻削、磨削等多工序的复合加工。现在国内机床的B轴装置基 本上都用伺服电机驱动，动力传动主要由齿型带、齿轮或蜗轮蜗杆配合实现，传统机械传动 方式进行分度控制，不可避免地存在传动间隙，使B轴装置的定位精度受到一定的影响；轴 承结构普遍采用滚针轴承或角接触球轴承，B轴进行插补加工时的承载能力有限；国内现 有的B轴三齿盘结构普遍安装在轴承的后侧，影响了 B轴锁紧时进行固定角度加工的能力。 B轴是复合加工机床的核心部件，B轴的精度和刚性在很大程度上决定了机床的精度和刚 性。为了满足航空、航天、军工等行业对高精度、形状复杂的回转体零件加工的要求，真正做 到在提高工作效率的同时保证零件的加工精度，需要开发一款高刚性高定位精度的B轴装 置，实现机床的高效、高精和复合化，满足日益增长的市场需求。
技术实现思路
本技术的目的是提供一款车铣复合加工中心的高刚性高定位精度B轴装置， 装备在高速五轴车铣加工中心上，实现机床的高效、高精和复合化加工。高刚性高定位精度B轴装置，装备在高速五轴车铣复合加工中心上，并有配套的 电气、液压、冷却控制部分与机床上的系统对应结合，其特征在于主轴前端大径外周台肩前 安装三齿盘，主轴前端小径外周与主轴同心由内至外安装力矩电机、水套和轴套，力矩电机 前端与主轴台肩之间安装转台轴承；主轴后端安置延长轴，通过前端的螺钉与主轴后端固 定；轴套的后端盖上安置刹车机构，法兰盘内周安装有限位机构；延长轴外周的配油环前 端通过螺钉与法兰盘固定，后端通过固定架与滑枕固定；延长轴末端安装圆光栅、电子刹 车。本设计装备在高速五轴车铣复合加工中心上，实现了机床的高速、高精、复合化加 工，解决了三个关键技术问题，即B轴高定位精度的实现方式；B轴高刚性的实现方式；小空 间内B轴附属功能的实现方式。在本技术中，大转矩、高可靠性的力矩电机与主轴同轴装配，实现直接驱动， 真正实现了无间隙传动，大大提高了 B轴的定位精度。外环配有水套，对力矩电机进行循环 冷却，控制B轴温升。反馈圆光栅置于主轴后端延长轴端形成直联结构，保证B轴的高动态 特性和高定位精度，保证B轴的分度精度。主轴外台肩安装高精度、高刚性转台轴承作为B 轴的回转支撑，应用轴承前端的三齿盘结构实现B轴固定角度加工时的高刚性和高定位精 度，通过比例液压控制的B轴任意位置锁紧机构，提高B轴任意角度加工时的刚性和定位精度，并为B轴插补加工增加减振阻尼。附图说明图1是B轴装置剖视示意图；图2是刹车机构放大示意图；图3是限位机构示意具体实施方式高刚性高定位精度B轴装置，装在高速五轴车铣复合加工机床上，并有配套的电 气、液压、控制部分与机床上的系统对应结合，其特征在于机械部分包括下列三个方面1. B轴高定位精度的实现方式如图1所示，主轴2小径外周与主轴同心由内至外安装力矩电机11、水套10和轴 套27，轴套27内安装开关触杆8，力矩电机11前端与主轴2台肩之间安装转台轴承1 ；主 轴2后端安置延长轴15，通过延长轴15前端的螺钉与主轴2后端固定；置于轴套27后端的 后端盖33与法兰13盘之间安置刹车机构，法兰盘13内周安装有限位机构12 ；与延长轴15 同心的配油环16前端通过螺钉与法兰盘13固定，法兰盘13与滑枕17固定，配油环16后 端通过直角固定架18与固定在后端盖33和B轴装置端固定架31之间的固定架14紧固、B 轴装置端固定架31与滑枕17固定；配油环16的外圆上有一系列进、出油孔，分别与机床的 液压系统相连接。延长轴15末端安装圆光栅20、电子刹车19。固定架空间内接入油、水、 气、电管路和配置。三齿盘结构锁紧齿盘5安装在主轴2前端外周台肩前，动齿盘6通过调整垫28 固定在主轴2外周台肩上，动齿盘6外周的定齿盘7通过轴套27固定在滑枕17上，油缸套 29与前端盖30和锁紧齿盘5构成三齿盘结构的松开油缸3，前端盖30与锁紧齿盘5和主 轴2构成三齿盘结构的锁紧油缸4，在锁紧齿盘5与前端盖30之间安置一个导向键，避免锁 紧齿盘5旋转；前端盖30固定在滑枕17上。作业状态B轴装置分度前，主轴2前端的三齿盘机构的松开油缸3进油，锁紧齿 盘5与动齿盘6和定齿盘7脱开，开关触杆8前伸，限位开关发信号确认锁紧齿盘5完全脱 开；主轴2后端的刹车机构锁紧油缸22卸载；延长轴15后端的电子刹车19供电松开；然 后大扭矩的力矩电机11开始供电直接驱动主轴2在一定角度范围内旋转，实现B轴分度。 延长轴15后端配有高精度直联反馈圆光栅20，保证B轴的定位精度。主轴2支撑采用高精 度的转台轴承1，显著提高刚性的同时也保证了主轴2的旋转精度。当B轴需要在某一角度 锁紧时，高精度的三齿盘和刹车机构保证了 B轴的定位精度。综上所述，通过高精度的旋转 支撑、高精度的系统反馈、无间隙的传动方式及高精度的锁紧机构，实现了 B轴的高定位精 度。2. B轴高刚性的实现方式刹车机构如图2所示，位于延长轴15前端外台肩处法兰盘13与后端盖33之间， 后端盖33相对固定刹车片23的面有6个沉孔，内装回弹弹簧25，并与旋转刹车片21为同 一平面；法兰盘13内有一环形槽，密封圈M与环形槽构成油缸22，密封圈M右侧与固定 刹车片23接触，位于延长轴15前端外台肩直角处安置调整垫32，调整刹车片之间的间隙。该B轴装置有两种锁紧固定方式，当B轴分度角度是2. 5°的整数倍时，通过轴承 前端的锁紧齿盘进行固定；当B轴分度角度不是2. 5°的整数倍时，通过B轴后端的刹车机 构进行锁紧。在B轴参与插补加工的过程中，如果出现振动，可以对B轴后端的刹车机构进 行低压控制，使其起到增加减振阻尼的作用。B轴装置后端有复杂的液压、冷却、气动配给装 置，保证B轴装置及车削主轴功能的实现。作业状态如图1所示，B轴进行2. 5°整数倍的固定角度加工时，主轴2前端的 三齿盘机构的锁紧油缸4进油，锁紧齿盘5与动齿盘6和定齿盘7啮合锁紧，开关触杆8后 伸，限位开关发信号确认锁紧齿盘5啮合可靠，将主轴2完全锁紧。此时加工切削力完全由 三齿盘承受，转台轴承1不受力，因此将三齿盘设计在B轴的最前端大大提高了 B轴的刚 性。B轴参与插补加工时，所有的锁紧机构松开，力矩电机11驱动主轴2旋转参与多轴联 动加工。额定扭矩可达IOOONm的大扭矩力矩电机11的采用有力地保证了 B轴插补加工的 能力；较之滚针轴承和角接触球轴承，转台轴承1的应用大大提高了 B轴插补加工的刚性。 综上所述，通过大扭矩力矩电机11，高刚性转台轴承1以及三齿盘机构前置，实现了 B轴的 高刚性。3.小空间内B轴附属机构的实现方式虽然B轴的空间较小，但其附属功能较多。a.如图1所示，三齿盘的开关触杆8的结构主体为两个细长杆，中间由弹簧9对 接成一体；开关触杆8前端穿过定齿盘7与锁紧齿盘5接触，后端固定在后端盖33上。开 关触杆8采用前后两个杆利用弹簧9对接的方式，提高加工工艺性，在小空间内实现了三齿 盘锁紧状本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．车铣复合加工中心的高刚性高定位精度Ｂ轴装置，并有配套的电气、液压、冷却控制部分与机床上的系统对应结合，其特征在于主轴（２）前端大径外周台肩前安装三齿盘，小径外周与主轴同心由内至外安装力矩电机（１１）、水套（１０）和轴套（２７），轴套（２７）内安装开关触杆（８），力矩电机前端与主轴台肩之间安装转台轴承（１）；主轴（２）后端安置延长轴（１５）及其外周的配油环（１６），延长轴（１５）通过主轴（２）后端的法兰盘（１３）及固定架与滑枕（１７）固定；轴套（２７）后端的后端盖（３３）上安置刹车机构，法兰盘（１３）内周安装有限位机构；延长轴（１５）末端安装圆光栅（２０）、电子刹车（１９）。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：王家兴，盖立亚，刘守胜，颜克辉，刘妍，何峰，宋宇，徐书友，侯贵堂，赵尚福，
申请(专利权)人：沈阳第一机床厂，
类型：实用新型
国别省市：89
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