一种角度灵活调整的卧式加工设备主轴的制作方法

1.本发明涉及机械加工技术领域，具体涉及一种角度灵活调整的卧式加工设备主轴。


背景技术：

2.数控加工中心是由机械设备与数控系统组成的适用于加工复杂零件的高效率自动化机床，卧式加工中心是以工作台与主轴为平行方式的加工中心，卧式加工中心一般具有3个直线运动坐标轴加1个工作台回转轴。卧式加工中心能够一次对工件夹装后，按照程序自行选取不一样的刀具，自动更改主轴的转速，按程序编写顺序逐个进行多个表面多个工艺流程的加工。
3.卧式加工中心可以完成大型、重量较大的零部件的加工，伺服电动机驱动的数控转台可实现精确的自动分度，本公司研发设计一款大型零部件双主轴加工设备，工件通过液压夹具安装在a轴转台上，a轴转台对工件进行夹紧和转动，主轴需要配合a轴转台工件进行多位置加工，因此亟需设计一款转动灵活、加工精度高，可以从多个角度对a轴转台上的零件进行加工的主轴。


技术实现要素：

4.本发明解决的问题是：现有技术中缺少一种转动灵活、加工精度高，可以从多个角度对a轴转台上的零件进行加工的主轴，提供一种角度灵活调整的卧式加工设备主轴。
5.本发明通过如下技术方案予以实现，一种角度灵活调整的卧式加工设备主轴，包括b轴转台、电主轴、z轴滑台、x轴滑台、升降驱动机构，所述x轴滑台上通过线轨和滑块滑动连接有z轴滑台，所述z轴滑台上安装有驱动z轴滑台升降的升降驱动机构，所述z轴滑台下端固定安装有b轴转台，所述b轴转台的输出面竖直向下，所述b轴转台的输出面固定安装有电主轴，
6.所述b轴转台包括箱体、箱盖、转台驱动机构、谐波减速机、轴套、联接轴、胀紧套、转台轴承、第一角度编码器、气动钳夹、轴杆法兰、密封件；
7.所述箱体和箱盖可拆卸的连接，本公司采用密封胶加螺纹连接，并采用定位销进行定位，所述谐波减速机的壳体和箱盖通过定位台阶固定连接，确保谐波减速机的轴向位置，所述转台驱动机构相对箱盖固定连接，所述转台驱动机构和谐波减速机的输入端传动连接，所述谐波减速机的输出端固定连接有轴套，所述谐波减速机的输出端和轴套定位台阶进行定位安装，且通过螺栓进行紧固，所述轴套外套设有联接轴，所述联接轴为阶梯状空心轴，所述联接轴和轴套之间通过胀紧套连接，所述联接轴和箱体之间通过转台轴承连接，所述转台轴承的内圈通过螺栓固定在联接轴上，所述转台轴承的外圈通过螺栓固定在箱体上，所述转台轴承处安装有第一角度编码器，所述第一角度编码器包括安装在转台轴承外圈的钢栅尺和安装在轴承内圈上的检测头，所述箱体内固定安装有气动钳夹，所述气动钳夹相对位置的联接轴上固定安装有轴杆法兰，所述联接轴的下端伸出箱体外，所述联接轴
和电主轴的安装面通过螺栓进行固定连接，所述联接轴和箱体的孔口处设置有密封件。
8.进一步地，所述转台驱动机构包括电机座、第一电机、第一同步带轮、第二同步带轮、同步带，所述电机座固定在箱盖上，所述电机座上安装有第一电机，所述第一电机的输出端固定安装有第一同步带轮，所述谐波减速机的输入端固定安装有第二同步带轮，所述第一同步带轮和第二同步带轮通过同步带连接。
9.进一步地，所述转台驱动机构还包括安装板、拉销、调节螺栓，所述电机通过螺栓和安装板固定连接，所述安装板上设有多个腰孔，所述安装板和电机座通过螺栓和腰孔可调式的连接，所述安装板底部安装有拉销，所述调节螺栓穿过电机座的通孔和拉销上的螺纹孔啮合。
10.进一步地，所述电主轴包括电机水冷套、内藏式电机、主轴本体、电机罩。
11.进一步地，所述z轴滑台外设置有带固定框架的外壳，所述b轴转台的箱体的下端面设置有安装板，所述安装板和z轴滑台的外壳固定连接，所述转台驱动机构被罩壳覆盖在内，所述x轴滑台处设置有第一拖链，和第二拖链，所述第一拖链和第二拖链内设置有水、气、电路，所述第一拖链从x轴大梁接至x轴滑台顶部，所述第二拖链从x轴滑台顶部接至z轴滑台顶部，所述罩壳内设置有第一走线通道，所述走线通道从罩壳顶部一直延伸至罩壳底部，所述谐波减速机为空心谐波减速机，所述轴套上口处安装有走线套，所述走线套从谐波减速机上口伸出，与罩壳内的第一走线通道连通，所述电主轴的安装面同样设置有第二走线通道，所述第二走线通道从安装面连通至电主轴端面的电机罩内。
12.进一步地，所述升降驱动机构包括固定在z轴滑台上的第二电机、由第二电机驱动转动的滚珠丝杠、和滚珠丝杠啮合且固定在x轴滑台上的丝杠螺母组件、平衡z轴滑台重量的平衡气缸，所述x轴滑台和z轴滑台之间还设置有直线位移编码器，所述x轴滑台还安装有上行程开关和下行程开关，所述z轴滑台上安装有感应板。
13.进一步地，所述电主轴和联接轴通过定位套定位安装，所述电主轴的安装面和联接轴的安装面上均设置有定位槽，所述定位套上下面分别放置在联接轴和电主轴安装面上的定位槽内。
14.进一步地，所述x轴滑台的截面为l形，其下平面和侧面均设有多个滑块，所述x轴滑台通过两个面和x轴大梁滑动连接。
15.进一步地，所述轴套和箱盖之间还设置有第二角度编码器。
16.本发明的有益效果是：
17.1、本发明设有x轴滑台、z轴滑台、b轴转台、电主轴，电主轴可以由b 轴转台控制在水平面上转动，由x轴滑台控制其x轴方向位置，由z轴滑台控制其z轴方向位置，因此电主轴可以上下左右移动且可以在水平面上转动，搭配a 轴转台及y轴滑台可以对a轴转台上的工件进行多位置加工，加工更为灵活。
18.2、本发明的b轴转台采用谐波减速机，具有承载能力高的优点，谐波传动中，齿与齿的啮合是面接触，加上同时啮合齿数(重叠系数)比较多，因而单位面积载荷小，承载能力较其他传动形式高。
19.3、本发明的b中转台上端谐波减速机的壳体和输出端采用刚性轴承连接，所述联接轴和箱体之间采用转台轴承连接，自上而下具有较高的转动精度，并且在联接轴和箱体之间设置有气动钳夹，在电主轴调整好水平角度后，气动钳夹气动，将联接轴和箱体之间固
定，相应速度快，稳定性好，加工安全可靠。
20.4、本发明在轴套和箱盖之间还设置有第二角度编码器，第二角度编码器和第一角度编码器的检测结果可以对比，判断胀紧套是否正常工作，轴套和联接轴之间是否发生打滑现象，一旦发生打滑，两个编码器的测量数据不一致，则可以提前预警，防止主轴或工件的损坏，因此本发明具有较高的运行安全性能。
21.5、本发明的电主轴采用内藏式水冷电机，具有动力稳定，冷却效果好的优点。
22.6、本发明的电主轴的水、气、电管道从z轴滑台处开始至电主轴均在壳体内部布置，比较美观和安全。
附图说明
23.图1为本发明所述的一种角度灵活调整的卧式加工设备主轴的结构示意图(正面)；
24.图2为本发明所述的一种角度灵活调整的卧式加工设备主轴的结构示意图(背面)；
25.图3为本发明所述的b轴转台及电主轴的剖视图；
26.图4为本发明所述的b轴转台及电主轴的爆炸图；
27.图5为本发明所述的转台驱动机构的局部放大图。
28.图中：
29.1b轴转台；101箱体；102箱盖；103转台驱动机构；1031电机座、1032 第一电机、1033第一同步带轮、1034第二同步带轮、1035同步带；1036安装板、 1037拉销、1038调节螺栓；104谐波减速机；105轴套；106联接轴；107胀紧套；108转台轴承；109第一角度编码器；110气动钳夹；111轴杆法兰；112密封件；113第二角度编码器；114定位套；
30.2电主轴；201电机水冷套；202内藏式电机；203主轴本体；204电机罩； 205第二走线通道；
31.3z轴滑台；301罩壳；302第一走线通道；
32.4x轴滑台；401第一拖链；402第二拖链；
33.5升降驱动机构；501第二电机；502滚珠丝杠；503丝杠螺母组件；504平衡气缸；505直线位移编码器；506上行程开关；507下行程开关；感应板508。
具体实施方式
34.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
35.如图1所示，一种角度灵活调整的卧式加工设备主轴，包括b轴转台1、电主轴2、z轴滑台3、x轴滑台4、升降驱动机构5，所述x轴滑台4上通过线轨和滑块滑动连接有z轴滑台3，所述z轴滑台3上安装有驱动z轴滑台3升降的升降驱动机构5，所述z轴滑台3下端固定安装有b轴转台1，所述b轴转台 1的输出面竖直向下，所述b轴转台1的输出面固定安装有电主轴2，
36.具体的如图3-4所示，所述b轴转台1包括箱体101、箱盖102、转台驱动机构103、谐波减速机104、轴套105、联接轴106、胀紧套107、转台轴承108、第一角度编码器109、气动钳夹110、轴杆法兰111、密封件112；
37.所述箱体101和箱盖102可拆卸的连接，本公司采用密封胶加螺纹连接，并采用定位销进行定位，所述谐波减速机104的壳体和箱盖102通过定位台阶固定连接，确保谐波减速机104的轴向位置，所述转台驱动机构103相对箱盖102 固定连接，所述转台驱动机构103和谐波减速机104的输入端传动连接，所述谐波减速机104的输出端固定连接有轴套105，所述谐波减速机104的输出端和轴套105定位台阶进行定位安装，且通过螺栓进行紧固，所述轴套105外套设有联接轴106，所述联接轴106为阶梯状空心轴，所述联接轴106和轴套105之间通过胀紧套107连接，所述联接轴106和箱体101之间通过转台轴承108连接，所述转台轴承108的内圈通过螺栓固定在联接轴106上，所述转台轴承108的外圈通过螺栓固定在箱体101上，所述转台轴承108处安装有第一角度编码器109，所述第一角度编码器109包括安装在转台轴承108外圈的钢栅尺和安装在轴承内圈上的检测头，所述箱体101内固定安装有气动钳夹110，所述气动钳夹110相对位置的联接轴106上固定安装有轴杆法兰111，所述联接轴106的下端伸出箱体101外，所述联接轴106和电主轴2的安装面通过螺栓进行固定连接，所述联接轴106和箱体101的孔口处设置有密封件112。
38.如图5所示，在实际应用中，所述转台驱动机构103包括电机座1031、第一电机1032、第一同步带1035轮1033、第二同步带1035轮1034、同步带1035，所述电机座1031固定在箱盖102上，所述电机座1031上安装有第一电机1032，所述第一电机1032的输出端固定安装有第一同步带1035轮1033，所述谐波减速机104的输入端固定安装有第二同步带1035轮1034，所述第一同步带1035 轮1033和第二同步带1035轮1034通过同步带1035连接。
39.如图5所示，在实际应用中，所述转台驱动机构103还包括安装板1036、拉销1037、调节螺栓1038，所述电机通过螺栓和安装板1036固定连接，所述安装板1036上设有多个腰孔，所述安装板1036和电机座1031通过螺栓和腰孔可调式的连接，所述安装板1036底部安装有拉销1037，所述调节螺栓1038穿过电机座1031的通孔和拉销1037上的螺纹孔啮合。
40.如图3所示，在实际应用中，所述电主轴2包括电机水冷套201、内藏式电机202、主轴本体203、电机罩204，本发明采用内藏式水冷电机，具有动力稳定，冷却效果好的优点。
41.在实际应用中，本发明水、气、电路基本从设备内部走线，比较美观，且不易出故障，具体的，所述z轴滑台3外设置有带固定框架的外壳，所述b轴转台 1的箱体101的下端面设置有安装板1036，所述安装板1036和z轴滑台3的外壳固定连接，所述转台驱动机构103被罩壳301覆盖在内，所述x轴滑台4处设置有第一拖链401，和第二拖链402，所述第一拖链401和第二拖链402内设置有水、气、电路，所述第一拖链401从x轴大梁接至x轴滑台4顶部，所述第二拖链402从x轴滑台4顶部接至z轴滑台3顶部，所述罩壳301内设置有第一走线通道302，所述走线通道从罩壳301顶部一直延伸至罩壳301底部，所述谐波减速机104为空心谐波减速机104，所述轴套105上口处安装有走线套 115，所述走线套115从谐波减速机104上口伸出，与罩壳301内的第一走线通道302连通，所述电主轴2的安装面同样设置有第二走线通道205，所述第二走线通道205从安装面连通至电主轴2端面的电机罩204内，水、气、电路依次经过第一拖链401、第二拖链402、第一走线通道302、走线套115、第二走线通道 205，最终接至电主轴2的端面，设备外部无管路，不会凌乱，比较美观和安全。
42.如图2所示，在实际应用中，所述升降驱动机构5包括固定在z轴滑台3 上的第二电机501、由第二电机501驱动转动的滚珠丝杠502、和滚珠丝杠502 啮合且固定在x轴滑台4上的丝杠螺母组件503、平衡z轴滑台3重量的平衡气缸504，所述x轴滑台4和z轴滑台3之间还设置有直线位移编码器505，所述直线位移编码器505实时判断z轴滑台升降的高度，所述x轴滑台4还安装有上行程开关506和下行程开关507，所述z轴滑台3上安装有感应板508，通过上行程开关506、下行程开关507、感应板508进行极限位置监控。
43.在实际应用中，所述电主轴2和联接轴106通过定位套114定位安装，所述电主轴2的安装面和联接轴106的安装面上均设置有定位槽，所述定位套114 上下面分别放置在联接轴106和电主轴2安装面上的定位槽内，确保电主轴2 和联接轴106实现高精度的安装。
44.在实际应用中，所述x轴滑台4的截面为l形，其下平面和侧面均设有多个滑块，所述x轴滑台4通过两个面和x轴大梁滑动连接，具有更高的滑动精度。
45.在实际应用中，所述轴套105和箱盖102之间还设置有第二角度编码器113，所述第二角度编码器113和第一角度编码器109综合比较，可以判断胀紧套107 是否正常工作，轴套105和联接轴106之间是否发生打滑现象，一单发生打滑，两个编码器的测量数据不一致，则可以提前预警，防止主轴或工件的损坏。另外第一编码器109的检测头可以设置有两个，分两个位置安装在转台轴承108的内圈上，可以提高更高精度、更稳定的测量。
46.本发明的工作原理：
47.本发明设有x轴滑台4、z轴滑台3、b轴转台1、电主轴2，电主轴2可以由b轴转台1控制在水平面上转动，由x轴滑台4控制其在x轴方向移动，由z 轴滑台3控制其z轴方向移动，因此电主轴2可以上下左右移动且可以在水平面上转动，搭配a轴转台及y轴滑台可以对a轴转台上的工件进行多位置加工，加工更为灵活。
48.具体的，在b轴转台中1，第一驱动机103通过链轮链条传动驱动谐波减速机104的输入端转动，其输入端在内部设有谐波发生器，与内部的柔轮相互压紧，柔轮为可产生较大弹性形变的薄壁齿轮，其内孔直径略小于波发生器的长轴。柔轮的齿数比输出端的齿数少2个，因此输入端转动一圈，输出端转动两个齿的角度，结构比较简单，易于获得大的传动比，其输出端内部和盖壳采用刚性轴承连接，其输出端外部和轴套105定位连接，所述轴套105通过胀紧套107和联接轴 106固定连接，所述联接轴106通过转台轴承108和箱体101转动连接，谐波发生器内的刚性轴承和箱体101内的转台轴承108确保了联接轴106轴向转动的稳定性，转台轴承108上设置的第一角度编码器109可以准确判断联接轴106的转动角度，可以提高转动精度。在转动至合适角度时，气动钳夹110启动，将联接轴106和箱体110之间固定，消除了轴承轴向游隙和径向游隙给加工带来的精度损失，因次本发明具有加工精度高的优点。另外，本发明的电主轴2采用内藏式水冷电机，具有动力稳定，冷却效果好的优点，并且本发明的电主轴的水、气、电管道从z轴滑台3处开始至电主轴2均在壳体内部布置，比较美观和安全。
49.综上所述，本发明所述的一种角度灵活调整的卧式加工设备主轴具有转动灵活、加工精度高的优点，可以满足工件多位置加工的工作要求。
50.以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施方式只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明
精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

技术特征：
1.一种角度灵活调整的卧式加工设备主轴，其特征在于：包括b轴转台(1)、电主轴(2)、z轴滑台(3)、x轴滑台(4)、升降驱动机构(5)，所述x轴滑台(4)上通过线轨和滑块滑动连接有z轴滑台(3)，所述z轴滑台(3)上安装有驱动z轴滑台(3)升降的升降驱动机构(5)，所述z轴滑台(3)下端固定安装有b轴转台(1)，所述b轴转台(1)的输出面竖直向下，所述b轴转台(1)的输出面固定安装有电主轴(2)，所述b轴转台(1)包括箱体(101)、箱盖(102)、转台驱动机构(103)、谐波减速机(104)、轴套(105)、联接轴(106)、胀紧套(107)、转台轴承(108)、第一角度编码器(109)、气动钳夹(110)、轴杆法兰(111)、密封件(112)；所述箱体(101)和箱盖(102)可拆卸的连接，所述谐波减速机(104)的壳体和箱盖(102)通过定位台阶固定连接，所述转台驱动机构(103)相对箱盖(102)固定连接，所述转台驱动机构(103)和谐波减速机(104)的输入端传动连接，所述谐波减速机(104)的输出端固定连接有轴套(105)，所述谐波减速机(104)的输出端和轴套(105)定位台阶进行定位安装，且通过螺栓进行紧固，所述轴套(105)外套设有联接轴(106)，所述联接轴(106)为阶梯状空心轴，所述联接轴(106)和轴套(105)之间通过胀紧套(107)连接，所述联接轴(106)和箱体(101)之间通过转台轴承(108)连接，所述转台轴承(108)的内圈通过螺栓固定在联接轴(106)上，所述转台轴承(108)的外圈通过螺栓固定在箱体(101)上，所述转台轴承(108)处安装有第一角度编码器(109)，所述第一角度编码器(109)包括安装在转台轴承(108)外圈的钢栅尺和安装在轴承内圈上的检测头，所述箱体(101)内固定安装有气动钳夹(110)，所述气动钳夹(110)相对位置的联接轴(106)上固定安装有轴杆法兰(111)，所述联接轴(106)的下端伸出箱体(101)外，所述联接轴(106)和电主轴(2)的安装面通过螺栓进行固定连接，所述联接轴(106)和箱体(101)的孔口处设置有密封件(112)。2.根据权利要求1所述的一种角度灵活调整的卧式加工设备主轴，其特征在于：所述转台驱动机构(103)包括电机座(1031)、第一电机(1032)、第一同步带(1035)轮(1033)、第二同步带(1035)轮(1034)、同步带(1035)，所述电机座(1031)固定在箱盖(102)上，所述电机座(1031)上安装有第一电机(1032)，所述第一电机(1032)的输出端固定安装有第一同步带(1035)轮(1033)，所述谐波减速机(104)的输入端固定安装有第二同步带(1035)轮(1034)，所述第一同步带(1035)轮(1033)和第二同步带(1035)轮(1034)通过同步带(1035)连接。3.根据权利要求2所述的一种角度灵活调整的卧式加工设备主轴，其特征在于：所述转台驱动机构(103)还包括安装板(1036)、拉销(1037)、调节螺栓(1038)，所述电机通过螺栓和安装板(1036)固定连接，所述安装板(1036)上设有多个腰孔，所述安装板(1036)和电机座(1031)通过螺栓和腰孔可调式的连接，所述安装板(1036)底部安装有拉销(1037)，所述调节螺栓(1038)穿过电机座(1031)的通孔和拉销(1037)上的螺纹孔啮合。4.根据权利要求1所述的一种角度灵活调整的卧式加工设备主轴，其特征在于：所述电主轴(2)包括电机水冷套(201)、内藏式电机(202)、主轴本体(203)、电机罩(204)。5.根据权利要求4所述的一种角度灵活调整的卧式加工设备主轴，其特征在于：所述z轴滑台(3)外设置有带固定框架的外壳，所述b轴转台(1)的箱体(101)的下端面设置有安装板(1036)，所述安装板(1036)和z轴滑台(3)的外壳固定连接，所述转台驱动机构(103)被罩壳(301)覆盖在内，所述x轴滑台(4)处设置有第一拖链(401)，和第二拖链(402)，所述第一拖链(401)和第二拖链(402)内设置有水、气、电路，所述第一拖链(401)从x轴大梁接至x轴
滑台(4)顶部，所述第二拖链(402)从x轴滑台(4)顶部接至z轴滑台(3)顶部，所述罩壳(301)内设置有第一走线通道(302)，所述走线通道从罩壳(301)顶部一直延伸至罩壳(301)底部，所述谐波减速机(104)为空心谐波减速机(104)，所述轴套(105)上口处安装有走线套(115)，所述走线套(115)从谐波减速机(104)上口伸出，与罩壳(301)内的第一走线通道(302)连通，所述电主轴(2)的安装面同样设置有第二走线通道(205)，所述第二走线通道(205)从安装面连通至电主轴(2)端面的电机罩(204)内。6.根据权利要求1所述的一种角度灵活调整的卧式加工设备主轴，其特征在于：所述升降驱动机构(5)包括固定在z轴滑台(3)上的第二电机(501)、由第二电机(501)驱动转动的滚珠丝杠(502)、和滚珠丝杠(502)啮合且固定在x轴滑台(4)上的丝杠螺母组件(503)、平衡z轴滑台(3)重量的平衡气缸(504)，所述x轴滑台(4)和z轴滑台(3)之间还设置有直线位移编码器(505)，所述x轴滑台(4)上还安装有上行程开关(506)和下行程开关(507)，所述z轴滑台(3)上安装有感应板(508)。7.根据权利要求1所述的一种角度灵活调整的卧式加工设备主轴，其特征在于：所述电主轴(2)和联接轴(106)通过定位套(114)定位安装，所述电主轴(2)的安装面和联接轴(106)的安装面上均设置有定位槽，所述定位套(114)上下面分别放置在联接轴(106)和电主轴(2)安装面上的定位槽内。8.根据权利要求1所述的一种角度灵活调整的卧式加工设备主轴，其特征在于：所述x轴滑台(4)的截面为l形，其下平面和侧面均设有多个滑块，所述x轴滑台(4)通过两个面和x轴大梁滑动连接。9.根据权利要求1所述的一种角度灵活调整的卧式加工设备主轴，其特征在于：所述轴套(105)和箱盖(102)之间还设置有第二角度编码器(113)。

技术总结
本发明涉及机械加工技术领域，具体涉及一种角度灵活调整的卧式加工设备主轴。包括B轴转台、电主轴、Z轴滑台、X轴滑台、升降驱动机构，搭配A轴转台及Y轴滑台可以对A轴转台上的工件进行多位置加工，其中B轴转台采用电机通过链轮传动驱动谐波减速机，谐波减速机的输出端依次连接有轴套，联接轴，所述联接轴和箱体之间设置有气动钳夹和带角度编码器的转台轴承，通过角度编码器控制电主轴的水平转动方向，通过气动钳夹将联接轴和箱体进行固定，因次本发明具有转动灵活、加工精度高的优点，可以满足工件多位置加工的工作要求。件多位置加工的工作要求。件多位置加工的工作要求。


技术研发人员：孙刚 蔡爱林 张国华
受保护的技术使用者：江苏威马悦达智能装备有限公司
技术研发日：2022.07.07
技术公布日：2023/8/24