一种五轴双摆头和机床的制作方法

本发明用于机床领域，特别是涉及一种机床的附件，特别是一种五轴双摆头和机床。

背景技术：

五轴双摆头是五轴联动数控加工中心机床的关键核心部件，也是五轴数控加工中心机床制造企业的市场竞争焦点之一，五轴双摆头集多轴系统通讯、伺服驱动及高精密加工等技术于一体，可应用于复杂多维曲面零件的高效，高精密加工。目前机床厂家对五轴双摆头的需求越来越大，但现有产品精度、额定输出扭矩及刚性等性能上难以满足零件的多样性加工需求，主要是摆头的内部结构设计不是很合理从而导致产品加工工艺，装配调试难度大，最终难以保证产品的总体性能和加工效率。

技术实现要素：

本发明的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种五轴双摆头和机床。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

第一方面，一种五轴双摆头，包括：

电主轴；

a轴机构，包括a轴机体、a轴伺服电机、a轴减速器和a轴传动机构，所述a轴伺服电机、a轴减速器设置于所述a轴机体，所述a轴伺服电机通过所述a轴传动机构与所述a轴减速器的输入端连接，所述电主轴设置于所述a轴减速器的输出端；

c轴机构，包括c轴机体、c轴伺服电机、c轴减速器和c轴传动机构，所述c轴伺服电机、c轴减速器设置于所述c轴机体，所述c轴伺服电机通过所述c轴传动机构与所述c轴减速器的输入端连接，所述a轴机体设置于所述c轴减速器的输出端。

结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述a轴减速器包括谐波减速器。

结合第一方面和上述实现方式，在第一方面的某些实现方式中，所述a轴传动机构包括主动带轮和从动带轮，所述主动带轮设置于所述a轴伺服电机的输出端，所述从动带轮设置于所述谐波减速器的输入端，所述主动带轮和从动带轮通过第一同步带连接，并进行减速传动。

结合第一方面和上述实现方式，在第一方面的某些实现方式中，所述c轴减速器包括rv减速器。

结合第一方面和上述实现方式，在第一方面的某些实现方式中，所述c轴传动机构包括中心齿轮，所述中心齿轮设置于所述rv减速器的输入端，所述c轴伺服电机的输出端设有输入齿轮，所述输入齿轮与所述中心齿轮啮合，并进行减速传动。

结合第一方面和上述实现方式，在第一方面的某些实现方式中，所述中心齿轮包括双联齿轮，所述双联齿轮包括第一齿轮和第二齿轮，所述输入齿轮与所述第一齿轮啮合传动形成一级减速结构，所述第二齿轮与所述rv减速器的行星轮啮合传动形成二级减速结构。

结合第一方面和上述实现方式，在第一方面的某些实现方式中，还包括c轴限位机构，所述c轴限位机构包括限位开关和限位开关触发器，所述限位开关触发器通过限位传动机构与所述c轴减速器的输出端连接，所述限位开关和限位开关触发器相配合来约束所述c轴减速器的输出端的转角范围。

结合第一方面和上述实现方式，在第一方面的某些实现方式中，所述限位传动机构包括第一限位带轮和第二限位带轮，所述第一限位带轮与所述c轴减速器的输出端连接，所述第一限位带轮和第二限位带轮通过第二同步带连接，并进行减速传动。

结合第一方面和上述实现方式，在第一方面的某些实现方式中，所述电主轴通过紧固件和压条固定在主轴安装板上，所述主轴安装板与主轴连接板固定连接，所述主轴连接板连接于所述a轴减速器的输出端，所述c轴机体设有用于与机床连接的法兰。

第二方面，一种机床，包括第一方面中任一实现方式所述的五轴双摆头。

上述技术方案中的一个技术方案至少具有如下优点或有益效果之一：a轴机构和c轴机构均采用伺服电机+传动机构+减速器的传动结构，可根据需要通过配置a轴传动机构、c轴传动机构的减速比或者匹配不同的输出功率的伺服电机，以使摆头a/c轴输出较大的扭矩，使a轴机构和c轴机构的扭矩不再受制于减速器既有的减速比，满足零件的多样性加工需求。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明一个实施例结构爆炸示意图。

具体实施方式

本部分将详细描述本发明的具体实施例，本发明之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。

本发明中，如果有描述到方向(上、下、左、右、前及后)时，其仅是为了便于描述本发明的技术方案，而不是指示或暗示所指的技术特征必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

本发明中，“若干”的含义是一个或者多个，“多个”的含义是两个以上，“大于”“小于”“超过”等理解为不包括本数；“以上”“以下”“以内”等理解为包括本数。在本发明的描述中，如果有描述到“第一”“第二”仅用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明中，除非另有明确的限定，“设置”“安装”“连接”等词语应做广义理解，例如，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连；可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，还可以是一体成型；可以是机械连接，也可以是电连接或能够互相通讯；可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

参见图1，本发明的实施例提供了一种五轴双摆头，包括电主轴1、a轴机构和c轴机构。a轴机构用于驱动电主轴1绕a轴旋转，c轴机构用于驱动a轴机构和电主轴1绕c轴旋转。

参见图1，a轴机构包括a轴机体4、a轴伺服电机9、a轴减速器5和a轴传动机构，a轴伺服电机9、a轴减速器5设置于a轴机体4，a轴伺服电机9通过a轴传动机构与a轴减速器5的输入端连接，电主轴1设置于a轴减速器5的输出端。a轴伺服电机9通过a轴传动机构驱动a轴减速器5运转，通过合理配置传动比，a轴减速器5的输出端会获得相应的输出扭矩和转速从而带动电主轴1在一定角度范围内来回摆动。

参见图1，c轴机构包括c轴机体12、c轴伺服电机15、c轴减速器11和c轴传动机构，c轴伺服电机15、c轴减速器11设置于c轴机体12，c轴伺服电机15通过c轴传动机构与c轴减速器11的输入端连接，a轴机体4设置于c轴减速器11的输出端。c轴伺服电机15通过c轴传动机构驱动c轴减速器11运转，a轴机构通过机体连接轴10与c轴减速器11的输出端相连，c轴减速器11的输出端在大减速比下可以获得较大的输出扭矩和较低的转速，最终带动整个摆头a轴机构在一定角度范围内来回摆动。

该减速器传动五轴联动双摆头能够整机通过c轴机体12固定安装在龙门机床的z轴横梁上，电主轴1则通过主轴连接板安装在a轴减速器5的输出端，a轴部分通过机体连接轴10锁在c轴减速器11的输出端，通过伺服电机+传动机构+减速器的传动链可以使a轴部分c轴部分在一定角度范围内实现回转摆动，因此在加工时可使a轴端的电主轴1刀具轴线始终垂直于工件的被加工面，实现“法向”切削加工。工件在一次装夹后可加工多个角度，多个面，有效减少装夹和调机次数，提高生产加工效率。

其中，a轴机构和c轴机构均采用伺服电机+传动机构+减速器的传动结构，可根据需要通过配置a轴传动机构、c轴传动机构的减速比或者匹配不同的输出功率的伺服电机，以使摆头a/c轴输出较大的扭矩，使a轴机构和c轴机构的扭矩不再受制于减速器既有的减速比，满足零件的多样性加工需求。

在一些实施例中，参见图1,a轴机体4具有截面呈7字形的内腔，a轴伺服电机9通过电机固定架8连接于安装于a轴机体4的横向内腔，a轴减速器5连接于a轴机体4的竖向内腔。c轴机体12呈圆筒状，c轴减速器11安装于c轴机体12内部，c轴机体12设有用于与机床连接的法兰。该减速器传动五轴联动双摆头通过c轴机体12法兰固定在机床的z轴横梁上，该减速器传动五轴联动双摆头得益于其法兰悬挂安装方式，电主轴1可多角度旋转，机床台面上不需安装转台，空间较大，可以安装更大尺寸的工件，且通过更换主轴连接板可以搭配不同功率的电主轴1，可加工木材、铝型材、玻璃纤维和塑料等多种材料。

该减速器传动五轴联动双摆头技术方案通用性较强，采用标准伺服电机驱动，目前市面上常规的龙门式五轴加工中心机床均可以使用，对于新开发的机床，只需适配摆头c轴机体12的法兰安装尺寸即可使用，摆头整体结构紧凑稳定，能够使机床的加工性能和效率得到大幅提升。

在一些实施例中，参见图1，a轴减速器5包括谐波减速器，谐波减速器相对于其它减速器，谐波减速器重量轻减速比大，位置精度与重复定位精度高，体积小，高扭矩输出无空回，传动效率高，噪声低，其输出端直接与电主轴1连接，能够更高精度的实现对于电主轴1的绕a轴的摆动驱动。

进一步的，针对谐波减速器的结构特点，a轴传动机构采用带轮传动机构，参见图1，a轴传动机构包括主动带轮7和从动带轮6，主动带轮7设置于a轴伺服电机9的输出端，从动带轮6设置于谐波减速器的输入端，主动带轮7和从动带轮6通过第一同步带连接，并进行减速传动。根据零件不同的扭矩加工需求，可通过调节主动带轮7和从动带轮6的减速比来控制a轴机构的输出扭矩。

在一些实施例中，参见图1，c轴减速器11包括rv减速器。rv减速器传动比范围大、扭转刚度大、传动效率高，其输出端连接a轴机体4和电主轴1，能够保证摆头整体的刚性。

进一步的，针对谐波减速器的结构特点，c轴传动机构采用齿轮传动机构，参见图1，c轴传动机构包括中心齿轮13，中心齿轮13设置于rv减速器的输入端，c轴伺服电机15的输出端设有输入齿轮，输入齿轮与中心齿轮13啮合，并进行减速传动。

其中，中心齿轮13可采用单齿轮或双联齿轮，例如在一些实施例中，中心齿轮13包括双联齿轮，双联齿轮包括第一齿轮和第二齿轮，第一齿轮是大齿轮，第二齿轮是小齿轮，输入齿轮与第一齿轮啮合传动形成一级减速结构，第二齿轮与rv减速器的行星轮啮合传动形成二级减速结构。c轴伺服电机15通过一二级减速结构驱动rv减速器运转，摆头a轴部分通过机体连接轴10与rv减速器的输出端相连，rv减速器的输出端在大减速比下可以获得较大的输出扭矩和较低的转速，最终带动整个摆头a轴部分在一定角度范围内来回摆动。

在一些实施例中，五轴双摆头还包括c轴限位机构14，c轴限位机构14包括限位开关14.3和限位开关触发器14.2，限位开关触发器14.2通过限位传动机构与c轴减速器11的输出端连接，限位开关14.3相对于c轴机体12固定，限位开关触发器14.2随c轴减速器11的输出端而旋转，到达旋转极限位置时，限位开关触发器14.2触发限位开关14.3，进一步使c轴伺服电机15停机，限位开关14.3和限位开关触发器14.2相配合来约束c轴减速器11的输出端的转角范围，从而可以使整个摆头c轴部分在一定的安全角度(例如正负225°)范围内摆动。

针对转动范围较大(例如正负225°)的c轴机构，参见图1，限位传动机构包括第一限位带轮14.4和第二限位带轮14.1，第一限位带轮14.4小于第二限位带轮14.1，第一限位带轮14.4与c轴减速器11的输出端连接，第一限位带轮14.4和第二限位带轮14.1通过第二同步带连接，并进行减速传动。第一限位带轮14.4与rv减速器的低速输出轴相连接，同时第二限位带轮14.1与第一限位带轮14.4之间通过同步带进行传动，传动比为1.5，限位开关触发器14.2固定在第二限位带轮14.1上，当摆头c轴部分正常运转时，减速器低速输出轴的转角范围即代表摆头c轴部分的转角范围，这个转角范围通过带传动机构传递给限位开关触发器14.2和限位开关14.3，可以使整个摆头c轴部分在正负225°的安全角度范围内摆动，解决c轴部分超过正负180°情况下限位开关触发器14.2和限位开关14.3的空间布置难题。

在一些实施例中，参见图1，电主轴1通过紧固件和压条2.1固定在主轴安装板2上，主轴安装板2与主轴连接板3固定连接，主轴连接板3连接于a轴减速器5的输出端，主轴安装板2的结构和尺寸随与其适配的电主轴1不同而有所差异，主轴连接板3根据主轴安装板2的结构而对应设置，满足不同主轴在减速器输出端的适配。

本发明的实施例还提供一种机床，包括以上任一实施例中的五轴双摆头。五轴双摆头使用时装配于机床，五轴双摆头a/c轴的旋转运动加上机床x、y、z轴的进给运动，可以实现五轴联动加工，工件一次装夹能够加工多个面，有效减少工件的装夹次数，提高加工效率。

在本说明书的描述中，参考术语“示例”、“实施例”或“一些实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

当然，本发明创造并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。