一种五轴摇篮转台的制作方法

本实用新型涉及一种五轴联动加工中心配件，具体是一种五轴摇篮转台。

背景技术：

五轴摇篮转台在曲面零件的加工中起到了重要作用，属于数控机床中的高端功能部件，其结构布局首选摇篮双摆式。目前市面上大部分五轴摇篮转台依赖进口，价格昂贵。五轴摇篮转台通常由b轴组件、摆臂、工作台组件（即c轴组件）和支撑尾座四部分组成，摆臂的两端分别与b轴组件和支撑尾座连接，工作台组件安装在摆臂上。b轴组件的主要作用是支撑主轴并驱动摆臂旋转，需要承受较大的倾覆力矩。支撑尾座的作用是保证摆臂旋转过程中的刚性以及摇篮转台的加工精度。

现有的五轴摇篮转台的b轴组件对主轴采用单点支撑方式，存在整体刚性不足、刹车刚度偏小的问题，影响零件加工精度及加工效率。

此外，目前主流的五轴摇篮转台的b轴大多采用力矩电机驱动实现转位，根据b轴驱动电机的数量大致可分为双电机驱动和单电机驱动。双电机驱动的特点是驱动力矩大、动态特性好、成本高。考虑到成本问题，部分五轴摇篮转台采用单电机驱动方式。在单电机驱动方式下，支撑尾座主要采用两种结构：一、不带刹车机构，这会带来加工精度和b轴轴承寿命上的缺陷，因摆臂跨距较大（最大可达1米左右），b轴工作时，尤其是在特定角度加工时，b轴整体刚性降低，产生的扭转变形会导致支撑尾座侧的延迟变形；二、带刹车机构，但多采用拖链结构或气动钳夹结构，拖链结构体积庞大，占用空间大，结构复杂，而气动钳夹结构价格昂贵，每套气动钳夹的价格在2～3万元，成本投入大。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是，针对现有技术的不足，提供一种五轴摇篮转台，该五轴摇篮转台通过yrt轴承和第一交叉滚子轴承前后支撑主轴，赋予b轴组件高刚性结构，并通过液压制动机构实现对旋转轴的制动，能够减小主轴制动和夹紧加工时的扭转变形及支撑尾座侧的延迟变形，在具有良好的经济性的条件下，可保证五轴摇篮转台的整体刚性和可靠性，从而保证b轴的旋转精度以及承受载荷的能力，提高零件加工精度。

本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种五轴摇篮转台，包括b轴组件、摆臂、工作台组件和支撑尾座，所述的摆臂的两端分别与所述的b轴组件和所述的支撑尾座连接，所述的工作台组件安装在所述的摆臂上，所述的b轴组件包括主轴及套设在主轴外侧的第一交叉滚子轴承、电机转子、电机定子、液压制动组件和yrt轴承，所述的第一交叉滚子轴承套设在所述的主轴的后端，所述的第一交叉滚子轴承安装在第一轴承座内，所述的yrt轴承套设在所述的主轴的前端，所述的yrt轴承安装在第二轴承座内，所述的yrt轴承的内圈固定在所述的主轴上，所述的yrt轴承的外圈固定在所述的第二轴承座上，所述的电机转子固定在所述的主轴上，所述的电机定子套设在所述的电机转子的外侧并固定在定子套筒上，所述的定子套筒套设在所述的电机定子的外侧，所述的第一轴承座固定在所述的定子套筒的后端，所述的第二轴承座固定在所述的定子套筒的前端，所述的液压制动组件安装在所述的第二轴承座内并靠近所述的yrt轴承的后侧，所述的主轴的前端与所述的摆臂的后端连接，所述的液压制动组件用于在油压的驱动下夹紧所述的主轴，实现对所述的主轴的制动；所述的支撑尾座内安装有旋转轴，所述的旋转轴的后端与所述的摆臂的前端连接，所述的支撑尾座与所述的旋转轴之间安装有液压制动机构，所述的液压制动机构用于在油压的驱动下夹紧所述的旋转轴，实现对所述的旋转轴的制动。

本实用新型五轴摇篮转台，其摆臂的两端分别与b轴组件和支撑尾座连接，其中b轴组件采用单电机驱动形式，对主轴采用两点支撑结构，后端采用第一交叉滚子轴承支撑，前端采用yrt轴承支撑。yrt轴承承载能力强，旋转精度高，特别是能够承受较大的倾覆力矩。因主轴绕b轴回转，主要承受来自摆臂的转矩，其受力点在主轴的前端与摆臂的后端连接处。此外，由于主轴跨距较大，为了保证五轴摇篮转台的整体刚性和可靠性，在主轴的后端布置的第一交叉滚子轴承能够承受各个方向的载荷。本五轴摇篮转台中，位于主轴的前端的yrt轴承紧靠受力点，靠近yrt轴承的液压制动组件也靠近主轴的受力点，由于制动时，主轴会承受来自液压制动组件的扭力，本五轴摇篮转台通过有效缩短主轴制动力作用点与受力点的距离，可减小主轴制动时的扭转变形。此外，支撑尾座通过液压制动机构对旋转轴制动，成本低，可确保b轴刚性，有效避免b轴工作过程中五轴摇篮转台在支撑尾座侧的延迟变形。

本五轴摇篮转台通过yrt轴承和第一交叉滚子轴承前后支撑主轴，赋予b轴组件高刚性结构，并通过液压制动机构实现对旋转轴的制动，能够减小主轴制动和夹紧加工时的扭转变形及支撑尾座侧的延迟变形，在具有良好的经济性的条件下，可保证五轴摇篮转台的整体刚性和可靠性，从而保证b轴的旋转精度以及承受载荷的能力，提高零件加工精度。

作为优选，所述的支撑尾座包括尾座体和第二交叉滚子轴承，所述的第二交叉滚子轴承套设在所述的旋转轴的外侧，所述的液压制动机构包括刹车油缸和锁紧套，所述的旋转轴穿设在所述的尾座体的上部，所述的第二交叉滚子轴承安装在所述的尾座体上，所述的锁紧套包括薄壁环，所述的薄壁环套设在所述的旋转轴的外侧，所述的薄壁环的内孔与所述的旋转轴的外圆面间隙配合，所述的刹车油缸套设在所述的锁紧套的外侧，所述的刹车油缸固定在所述的尾座体的前端，所述的锁紧套固定在所述的刹车油缸上，所述的刹车油缸与所述的锁紧套围成一刹车油腔，所述的薄壁环正对所述的刹车油腔，所述的尾座体的下部内设有与所述的刹车油腔相通的输油管路，所述的输油管路与外部液压站相连。采用上述液压制动机构的支撑尾座结构简单紧凑、成本低，所占用的机床空间小，仅通过从尾座体内引入一路输油管路即可实现刹车功能，从而保护b轴轴承，增加轴承使用寿命。上述液压制动机构通过带有薄壁环的锁紧套与刹车油缸配合进行刹车，其刹车原理为：液压油经输油管路进入油腔，对锁紧套上的薄壁环施加压力，使薄壁环产生形变，并最终抱紧旋转轴，从而实现刹车功能。相比于传统采用拖链结构的刹车机构，上述液压制动机构所占用的机床空间小；相比于传统采用气动钳夹结构的刹车机构，具有明显的成本优势，一般一套气动钳夹结构的成本在2～3万元，而上述液压制动机构的成本在1～2千元，且在刹车功能实现方面更加简单。

作为优选，所述的第二交叉滚子轴承的后端面由所述的尾座体限位压紧，所述的第二交叉滚子轴承的前端面分别由所述的刹车油缸和第一轴承压盖限位压紧，所述的第一轴承压盖套设在所述的旋转轴的外侧。

作为优选，所述的薄壁环的前侧一体设置有第一径向凸环，所述的薄壁环的后侧一体设置有第二径向凸环，所述的第一径向凸环的后端面和所述的第二径向凸环的外圆面分别与所述的刹车油缸贴合。第一径向凸环和第二径向凸环的设计，便于锁紧套的装配，并保证锁紧套两端的强度和抱紧效果。

作为优选，所述的尾座体的后端与所述的旋转轴的后端之间设置有第一旋转密封件，所述的第一旋转密封件的后端面由第一防尘盖压紧，所述的第一防尘盖固定在所述的尾座体上；所述的刹车油缸、所述的锁紧套和所述的旋转轴的前侧罩设有密封盖，所述的密封盖固定在所述的刹车油缸上。加工工件过程中，旋转轴绕其轴线回转时，第一防尘盖、第一旋转密封件和密封盖可防止铁屑和水汽进入尾座体内部。

作为优选，所述的刹车油缸与所述的尾座体之间设置有第一o型密封圈，所述的刹车油缸与所述的密封盖之间设置有第二o型密封圈，所述的刹车油缸与所述的第一径向凸环之间设置有第三o型密封圈，所述的刹车油缸与所述的第二径向凸环之间设置有第四o型密封圈。以上o型密封圈可有效保证对尾座体的密封效果，防止加工过程中的铁屑和水汽进入。

作为优选，所述的尾座体包括主体和一体连接设置在所述的主体下部的若干支撑板，所述的若干支撑板的底部一体连接设置有底板，所述的旋转轴穿设在所述的主体上，所述的输油管路开设在所述的若干支撑板内，所述的输油管路的入口开设在所述的底板上。

作为优选，所述的第一轴承座的后侧固定有第二防尘盖，所述的第二防尘盖套设在所述的主轴的外侧，所述的第一交叉滚子轴承的后端面由第二轴承压盖限位压紧，所述的第二轴承压盖套设在所述的主轴的外侧，所述的第一交叉滚子轴承的前端面由隔套限位压紧，所述的隔套的前端面由转子连接盘限位压紧，所述的转子连接盘固定在所述的主轴上，所述的隔套和所述的转子连接盘分别套设在所述的主轴的外侧，所述的电机转子固定在所述的转子连接盘上并套设在所述的隔套的外侧，所述的第二轴承座的前端与所述的主轴的前端之间设置有第二旋转密封件，所述的第二旋转密封件的前端面由前压盖压紧，所述的前压盖固定在所述的第二轴承座上。

作为优选，所述的液压制动组件包括油缸组件、外刹车片和内刹车片，所述的油缸组件和所述的外刹车片分别固定在所述的第二轴承座上，所述的内刹车片固定在所述的主轴上，所述的内刹车片位于所述的外刹车片的前方，所述的油缸组件包括缸体、活塞和油缸盖，所述的油缸盖固定在所述的缸体的后侧，所述的缸体、油缸盖和活塞围成夹紧油腔，所述的活塞位于所述的外刹车片的后方，所述的缸体和所述的活塞围成松开油腔，所述的缸体的侧壁上开设有与外部液压站相连的第一油口和第二油口，所述的第一油口与所述的夹紧油腔相通，所述的第二油口与所述的松开油腔相通，所述的油缸盖与所述的活塞之间设置有均匀布置且处于压缩状态的若干矩形弹簧，所述的若干矩形弹簧的前端面分别与所述的活塞的后侧面接触；所述的主轴自由旋转时，所述的外刹车片与所述的活塞和所述的内刹车片之间以及所述的内刹车片与所述的第二轴承座之间分别具有轴向间隙，所述的松开油腔内填充有液压油，所述的松开油腔内的压力与所述的若干矩形弹簧的弹簧力相等；制动时，在所述的活塞的挤压下，所述的外刹车片的前侧面与所述的内刹车片的后侧面面接触，所述的内刹车片的前侧面与所述的第二轴承座接触。夹紧油腔和松开油腔均由液压站提供压力，主轴自由旋转状态下，液压站向松开油腔提供一定压力，去平衡若干矩形弹簧的弹簧力。上述液压制动组件通过一副刹车片即可实现双倍的制动力矩，制动效果好，即使在断电情况下，也能实现对主轴的可靠制动，确保整个机床的安全性。当夹紧油腔进油时，油压和若干矩形弹簧共同推动活塞向前运动，挤压外刹车片，使外刹车片的前侧面与内刹车片的后侧面贴合，同时内刹车片的前侧面与第二轴承座贴合，起到制动效果。当松开油腔进油时，活塞克服若干矩形弹簧的弹力向左运动，进一步压缩若干矩形弹簧直到行程终点，此时外刹车片弹性形变复位，与内刹车片分离，主轴恢复自由旋转。

作为优选，所述的主轴上固定有内压环，所述的内压环的后方设置有外压环，所述的内刹车片压紧设置于所述的外压环与所述的内压环之间，若干连接螺钉分别穿过所述的外压环、内刹车片和内压环将三者固定在所述的主轴上。通过改变内压环的厚度，可调整内刹车片与外刹车片和第二轴承座之间的轴向间隙大小。

与现有技术相比，本实用新型具有如下优点：本实用新型公开的五轴摇篮转台，对主轴采用两点支撑结构，后端采用第一交叉滚子轴承支撑，前端采用yrt轴承支撑，通过yrt轴承和第一交叉滚子轴承前后支撑主轴，赋予b轴组件高刚性结构，并通过液压制动机构实现对旋转轴的制动，能够减小主轴制动和夹紧加工时的扭转变形及支撑尾座侧的延迟变形，在具有良好的经济性的条件下，可保证五轴摇篮转台的整体刚性和可靠性，从而保证b轴的旋转精度以及承受载荷的能力，提高零件加工精度。

附图说明

图1为本实用新型五轴摇篮转台的正视图；

图2为本实用新型五轴摇篮转台中b轴组件与摆臂的结构连接示意图；

图3为图2中i处放大图；

图4为图3中ii处放大图；

图5为本实用新型五轴摇篮转台中b轴组件与摆臂的结构连接示意简图；

图6为本实用新型五轴摇篮转台中支撑尾座的前侧视图；

图7为图6中a-a剖视图；

图8为图7中b处放大图；

图9为本实用新型五轴摇篮转台中锁紧套的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本实用新型作进一步详细描述。

实施例1的五轴摇篮转台，如图所示，包括b轴组件1、摆臂2、工作台组件3和支撑尾座4，摆臂2的两端分别与b轴组件1和支撑尾座4连接，工作台组件3安装在摆臂2上，b轴组件1包括主轴11及套设在主轴11外侧的第一交叉滚子轴承12、电机转子13、电机定子14、液压制动组件15和yrt轴承16，第一交叉滚子轴承12套设在主轴11的后端，第一交叉滚子轴承12安装在第一轴承座17内，yrt轴承16套设在主轴11的前端，yrt轴承16安装在第二轴承座18内，yrt轴承16的内圈通过螺钉固定在主轴11上，yrt轴承16的外圈通过螺钉固定在第二轴承座18上，电机转子13通过螺钉固定在主轴11上，电机定子14套设在电机转子13的外侧并通过螺钉固定在定子套筒15上，定子套筒15套设在电机定子14的外侧，第一轴承座17通过螺钉固定在定子套筒15的后端，第二轴承座18通过螺钉固定在定子套筒15的前端，液压制动组件安装在第二轴承座18内并靠近yrt轴承16的后侧，主轴11的前端与摆臂2的后端连接，液压制动组件用于在油压的驱动下夹紧主轴11，实现对主轴11的制动；支撑尾座4内安装有旋转轴41，旋转轴41的后端与摆臂2的前端连接，支撑尾座4与旋转轴41之间安装有液压制动机构，液压制动机构用于在油压的驱动下夹紧旋转轴41，实现对旋转轴41的制动。

实施例1中，支撑尾座4包括尾座体40和第二交叉滚子轴承411，第二交叉滚子轴承411套设在旋转轴41的外侧，液压制动机构包括刹车油缸42和锁紧套43，旋转轴41穿设在尾座体40的上部，第二交叉滚子轴承411安装在尾座体40上，第二交叉滚子轴承411的后端面由尾座体40限位压紧，第二交叉滚子轴承411的前端面分别由刹车油缸42和第一轴承压盖44限位压紧，第一轴承压盖44套设在旋转轴41的外侧；锁紧套43包括薄壁环431，薄壁环431套设在旋转轴41的外侧，薄壁环431的内孔与旋转轴41的外圆面间隙配合，刹车油缸42套设在锁紧套43的外侧，刹车油缸42通过螺钉固定在尾座体40的前端，锁紧套43通过螺钉固定在刹车油缸42上，刹车油缸42与锁紧套43围成一刹车油腔45，薄壁环431正对刹车油腔45，尾座体40的下部内设有与刹车油腔45相通的输油管路46，输油管路46与外部液压站相连。薄壁环431的前侧一体设置有第一径向凸环432，薄壁环431的后侧一体设置有第二径向凸环433，第一径向凸环432的后端面和第二径向凸环433的外圆面分别与刹车油缸42贴合。

实施例1中，尾座体40的后端与旋转轴41的后端之间设置有第一旋转密封件47，第一旋转密封件47的后端面由第一防尘盖48压紧，第一防尘盖48通过螺钉固定在尾座体40上；刹车油缸42、锁紧套43和旋转轴41的前侧罩设有密封盖49，密封盖49通过螺钉固定在刹车油缸42上。第一轴承座17的后侧通过螺钉固定有第二防尘盖51，第二防尘盖51套设在主轴11的外侧，第一交叉滚子轴承12的后端面由第二轴承压盖52限位压紧，第二轴承压盖52套设在主轴11的外侧，第一交叉滚子轴承12的前端面由隔套53限位压紧，隔套53的前端面由转子连接盘54限位压紧，转子连接盘54通过螺钉固定在主轴11上，隔套53和转子连接盘54分别套设在主轴11的外侧，电机转子13通过螺钉固定在转子连接盘54上并套设在隔套53的外侧，第二轴承座18的前端与主轴11的前端之间设置有第二旋转密封件55，第二旋转密封件55的前端面由前压盖56压紧，前压盖56通过螺钉固定在第二轴承座18上。刹车油缸42与尾座体40之间设置有第一o型密封圈57，刹车油缸42与密封盖49之间设置有第二o型密封圈58，刹车油缸42与第一径向凸环432之间设置有第三o型密封圈59，刹车油缸42与第二径向凸环433之间设置有第四o型密封圈50。

实施例2的五轴摇篮转台，与实施例1的区别在于，实施例2中，尾座体40包括主体401和一体连接设置在主体401下部的三块支撑板402，三块支撑板402的底部一体连接设置有底板403，旋转轴41穿设在主体401上，输油管路46开设在三块支撑板402内，输油管路46的入口开设在底板403上。

实施例3的五轴摇篮转台，与实施例2的区别在于，实施例3中，液压制动组件包括油缸组件61、外刹车片62和内刹车片63，油缸组件61和外刹车片62分别固定在第二轴承座18上，内刹车片63固定在主轴11上，内刹车片63位于外刹车片62的前方，油缸组件61包括缸体64、活塞65和油缸盖66，油缸盖66固定在缸体64的后侧，缸体64、油缸盖66和活塞65围成夹紧油腔67，活塞65位于外刹车片62的后方，缸体64和活塞65围成松开油腔68，缸体64的侧壁上开设有与外部液压站相连的第一油口69和第二油口60，第一油口69与夹紧油腔67相通，第二油口60与松开油腔68相通，油缸盖66与活塞65之间设置有均匀布置且处于压缩状态的若干矩形弹簧7，若干矩形弹簧7的前端面分别与活塞65的后侧面接触；主轴11自由旋转时，外刹车片62与活塞65和内刹车片63之间以及内刹车片63与第二轴承座18之间分别具有轴向间隙s1和s2，松开油腔68内填充有液压油，松开油腔68内的压力与若干矩形弹簧7的弹簧力相等；制动时，在活塞65的挤压下，外刹车片62的前侧面与内刹车片63的后侧面面接触，内刹车片63的前侧面与第二轴承座18接触。

实施例4的五轴摇篮转台，与实施例3的区别在于，实施例4中，主轴11上固定有内压环81，内压环81的后方设置有外压环82，内刹车片63压紧设置于外压环82与内压环81之间，若干连接螺钉83分别穿过外压环82、内刹车片63和内压环81将三者固定在主轴11上。

上述五轴摇篮转台的刹车原理：液压油进入输油管路46，从尾座体40的底部向上传导进入刹车油腔45，对锁紧套43上的薄壁环431施加压力，使薄壁环431产生形变，并最终抱紧旋转轴41，从而实现刹车功能。该五轴摇篮转台支撑尾座4的刹车功能通过引入一路输油管路46即可实现，功能实现简单易行，且整体结构紧凑、成本低。

上述五轴摇篮转台，其摆臂2的两端分别与主轴11和旋转轴41连接，其中b轴组件1采用单电机驱动形式，对主轴11采用两点支撑结构，后端采用第一交叉滚子轴承12支撑，前端采用yrt轴承16支撑，通过yrt轴承16和第一交叉滚子轴承12前后支撑主轴11，赋予b轴组件1高刚性结构，并通过液压制动机构实现对旋转轴41的制动，能够减小主轴11制动和夹紧加工时的扭转变形及支撑尾座4侧的延迟变形，在具有良好的经济性的条件下，可保证五轴摇篮转台的整体刚性和可靠性，从而保证b轴的旋转精度以及承受载荷的能力，提高零件加工精度。

如图5所示，为了便于分析b轴的结构，现将结构简化，保留主要零件。从图5可以看到，主轴11绕b轴回转，主要承受来自摆臂2的转矩m。主轴11的前端布置了yrt轴承16，yrt轴承16为外购件，yrt轴承16为外圈旋转、内圈支撑的回转机构，内部有三列滚子，其中两列轴向滚子保证稳定的轴向承载能力，一列径向滚子保证可承受径向载荷及倾覆力矩。图示结构的yrt轴承16的位置紧靠受力点（即主轴11的前端与摆臂2的后端连接处），保证了b轴的旋转精度以及承受载荷的能力。由于主轴11的跨距较大（可达1m），为了保证整体刚性和可靠性，主轴11后端还布置第一交叉滚子轴承12，第一交叉滚子轴承12能够承受各个方向的载荷，因此yrt轴承16和第一交叉滚子轴承12确定了主轴11的两点支撑位置。液压制动组件位于主轴11中部，靠近yrt轴承16和受力点，由于制动时，主轴11会承受来自液压制动组件的扭力，尽量缩短主轴11制动力作用点与受力点的距离，可减小主轴11制动时的扭转变形。