加工中心四轴回转头

技术领域

本发明涉及一种加工中心用的固定底座，尤其涉及一种加工中心四轴回转头，其属于机床附属零件领域。

背景技术

在当前的机械加工行业，很多零件仅通过一次装夹就可完成多个角度的加工从而提高了加工效率和加工质量。为实现上述操作，需要在现有的三轴机床上再增加一个旋转轴，从而完成对零件的转角定位加工，该装置通常称为四轴或加工中心四轴。

现有的实现四轴旋转的结构主要有两种模式：(1)滚子凸轮传动模式；(2)涡轮蜗杆传动模式。滚子凸轮传动模式如附图9所示，此种结构主要由转盘和凸轮杆组成，转盘上沿周向连接有若干滚子，滚子与凸轮杆上的凸轮槽配合，驱动凸轮杆即可实现转盘的旋转动作。涡轮蜗杆传动模式如附图10所示，此种结构主要由涡轮和蜗杆组成，将转盘固定在涡轮上，驱动蜗杆即可实现转盘的旋转动作。

此两种结构的共同点在于：(1)无论是滚子与凸轮槽配合还是涡轮蜗杆配合都需要比较高的制造精度和配合精度，复杂的加工工序和较高的工艺要求都使得成本过高；(2)由于滚子凸轮传动和涡轮蜗杆传动都具有确定的传动比，因此这两种结构均是通过开环控制的，使用时，将需要旋转的角度输入控制系统，控制系统驱动步进电机即可；(3)随着使用时间的增加，传动部件本身会出现磨损，而且这种磨损通常是不均匀磨损，这种磨损增加到一定程度时整个装置就会出现传动回隙，这种传动回隙无论是通过机械机构调整还是通过控制系统补偿都是无法进行有效修补的，从而使得整个装置精度下降；(4)由于此两种结构中的零件加工精度都比较高，在使用过程中，一旦遭受非正常事故(如撞击)很容易造成传动零部件受损，出现死点卡死的现象。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种加工中心四轴回转头。

技术方案：为实现上述目的，本发明的一种加工中心四轴回转头，包括动力组件、主轴和回转盘、摩擦轮A、摩擦轮B、摩擦主动轮、摩擦从动轮、编码器、刹车组件、所述回转盘固定连接于主轴的顶端；所述摩擦轮A与主轴相互套设固定，所述摩擦轮B与摩擦轮A同轴设置，所述摩擦轮B通过回转组件与摩擦轮A形成相对旋转连接；所述摩擦主动轮连接于所述动力组件的输出端，所述摩擦主动轮、若干摩擦从动轮沿圆周方向分布，且设置于摩擦轮A和摩擦轮B之间，所述摩擦主动轮分别与摩擦轮A和摩擦轮B相互咬合并以摩擦的形式传递运动，所述摩擦从动轮分别与摩擦轮A和摩擦轮B相互咬合并以摩擦的形式传递运动；所述编码器用来检测主轴的旋转角度；所述刹车组件与分别与箱体和摩擦轮A连接，用于固定主轴。

优选地，所述回转组件包括推力轴承、轮座和连接件；所述推力轴承的轴圈与摩擦轮A套设固定连接，所述推力轴承的座圈与轮座固定连接，所述摩擦轮B设置于轮座的下方，所述轮座通过连接件与摩擦轮B固定连接。

优选地，所述连接件包括拉紧螺栓和碟簧；所述拉紧螺栓穿过轮座与摩擦轮B螺结，所述碟簧与拉紧螺栓套设，所述碟簧的两端分别与拉紧螺栓的螺帽和轮座顶压。

优选地，所述摩擦轮A设置于摩擦轮B的上方，所述摩擦轮A的底面设置有第一凹槽，所述摩擦轮B的顶面设置有第二凹槽，所述摩擦主动轮伸至第一凹槽和第二凹槽中，并分别与第一凹槽和第二凹槽的两侧壁咬合，所述摩擦从动轮伸至第一凹槽和第二凹槽中并分别与第一凹槽和第二凹槽的两侧壁咬合。

优选地，所述第一凹槽的内侧面和与之相配合的摩擦主动轮的侧面、所述第一凹槽的内侧面和与之相配合的摩擦从动轮的侧面、所述第二凹槽的内侧面和与之相配合的摩擦主动轮的侧面、所述第二凹槽的内侧面和与之相配合的摩擦从动轮的侧面均为锥面线啮合。

优选地，所述第一凹槽的外侧面和与之相配合的摩擦主动轮的侧面，所述第一凹槽的外侧面和与之配合的摩擦从动轮的侧面、所述第二凹槽的外侧面和与之相配合的摩擦主动轮的侧面、所述第二凹槽的外侧面和与之相配合的摩擦从动轮的侧面均为同心球面啮合。

优选地，还包括刹车片、活塞、导向套、固定夹板、夹紧垫片；所述刹车片与摩擦轮A固定连接，所述导向套和固定夹板分别固定连接于箱体上，所述夹紧垫片的一端连接于所述固定夹板上，另一端伸至刹车片的上方，所述活塞与导向套固定连接，所述活塞的伸出端置于夹紧垫片的上方。

本发明的一种加工中心四轴回转头的有益效果在于：

(1)整个装置采用闭环控制：摩擦轮A和摩擦轮B在碟簧的作用下，抱住摩擦主动轮和摩擦从动轮，形成一套传动轮系，由动力组件带动摩擦主动轮输入动力，同时作用于摩擦轮A和摩擦轮B，摩擦轮A与摩擦轮B同时又通过摩擦从动轮产生相互作用，形成双侧动力传输通道，提高传动功率口径，最终摩擦轮A获得最多的转矩动力，再通过主轴带动输出端回转盘7，实现精确的无间隙传动的旋转定位。转动的停止位置，由安装在主轴中的编码器检测，将实际转动位置回馈给动力组件，控制系统控制动力组件实现精确的启动停止，达到整个四轴传动系统的精确旋转定位功能。

(2)摩擦轮A(或摩擦轮B)与摩擦主动轮(或摩擦从动轮)的外啮合面为同心球面啮合，内啮合面为锥面线啮合，外啮合面的主要功能为产生摩擦阻尼，内啮合面的主要功能为传输动力，外啮合面和内啮合面使该机构兼具传动与系统阻尼的双重特性，既能够连续均匀的传递扭矩，又能够防止传动过程中出现空摆。在停止位具备一定自抱刹的自锁功能，使得在外部的刹车锁紧过程中不会出现任何移位影响定位精度，从而保证定位的高精度。

(3)摩擦轮A与摩擦轮B，在碟簧的作用下，抱住摩擦主动轮和摩擦从动轮，形成的传动轮系中，由于摩擦轮A(或摩擦轮B)与摩擦主动轮(摩擦从动轮)接触面的几何角度都是采用小角度的楔形面接触，因此碟簧只需要较小的轴向加紧力，便可获得在传动接触面上的较大的压紧力从而提高传动力矩。由于整个传动系统作用在轴承上的预紧力很小，使得该部件有很高的使用寿命。即使部件之间在使用过程中出现一定的磨损，由于碟簧的预紧作用使得传动组件可以始终保持有效的无回隙传动。

(4)在传动过程中，当出现撞击等超荷载时，摩擦轮A(或摩擦轮B)与摩擦主动轮(或摩擦从动轮)之间出现打滑，从而使系统零部件几乎不会出现损伤，有效地保护整个装置的传动体系在特殊情况发生时不受损坏，可以在很短的时间内恢复作业，不会产生机械死点，不影响生产使用，不产生维修费用。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明去除箱体后的结构示意图；

图3为本发明所述摩擦轮B、摩擦主动轮和摩擦从动轮连接的结构示意图；

图4为本发明所述摩擦从动轮的结构示意图；

图5为本发明去除动力组件后的结构示意图；

图6为本发明所述刹车组件的结构示意图；

图7为本发明所述刹车组件的结构剖视图；

图8为本发明所述摩擦轮A的结构示意图；

图9为现有的滚子凸轮传动模式结构示意图；

图10为现有的涡轮蜗杆传动模式结构示意图。

在图中，1、动力组件；2、主轴；3、回转盘；4、摩擦轮A；5、摩擦轮B；6、摩擦主动轮；7、摩擦从动轮；8、编码器；9、回转组件；10、推力轴承；11、轮座；12、连接件；13、拉紧螺栓；14、碟簧；15、第一凹槽；16、第二凹槽；17、刹车片；18、活塞；19、导向套；20、固定夹板；21、夹紧垫片；22、箱体；23、刹车组件；24、底座；25、后盖；26、深沟球轴承；27、第一圆锥滚子轴承；28、第二圆锥滚子轴承；29、端盖；30、锁紧套；31、法兰部；32、轴套部；33、圆螺母；34、轮体；35、固定块；36、连接块；37、伺服电机；38、减速机；39、芯轴；40、柔性联轴器；Ⅰ、内侧面；Ⅱ、外侧面。

具体实施方式

以下结合附图1至附图10对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

一种加工中心四轴回转头，包括动力组件1、主轴2、回转盘3、摩擦轮A4、摩擦轮B5、摩擦主动轮6、两个摩擦从动轮7、编码器8、箱体22、刹车组件23；所述刹车组件23包括刹车片17、活塞18、导向套19、固定夹板20、夹紧垫片21。

所述动力组件1包括伺服电机37和减速机38，所述伺服电机37的输出端与减速机38的输入端连接，所述摩擦主动轮6与减速机38的输出端连接，为整个装置提供动力。所述箱体22内的底部连接底座24，所述底座24上固定有后盖25，所述主轴2的一端通过深沟球轴承26与后盖25形成旋转连接，所述主轴2的另一端伸出至箱体22外并连接有回转盘3。

所述主轴2由下至上依次连接有摩擦轮B5、摩擦轮A4、刹车片17、第一圆锥滚子轴承27、第二圆锥滚子轴承28和端盖29。所述摩擦轮B5设置于深沟球轴承26的上方，所述端盖29设置于回转盘3的下方。所述摩擦轮A4包括一体成型的法兰部31和轴套部32，所述轴套部32与锁紧套30配合连接从而使摩擦轮A4固定至主轴2上。所述轴套部32套设连接有回转件9，所述摩擦轮B5通过回转组件9与摩擦轮A4形成旋转连接。具体地，所述回转组件9包括推力轴承10、轮座11和连接件12。所述推力轴承10的轴圈与轴套部32固定连接，所述推力轴承10的座圈与轮座11固定连接。所述摩擦轮B5通过连接件12固定连接于所述轮座11的外缘。本实施例中，所述连接件12为拉紧螺栓13和碟簧14，所述连接件12穿过所述轮座11与摩擦轮B5螺结。所述碟簧14与拉紧螺栓13套设，且所述碟簧14的上下两端分别与拉紧螺栓13的螺帽和轮座11顶压连接。所述刹车片17固定连接于所述摩擦轮A4上。所述第一圆锥滚子轴承27和第二圆锥滚子轴承28的上方以“背对背”的安装方式固定连接于所述主轴2上。所述第一圆锥滚子轴承27和第二圆锥滚子轴承28通过圆螺母33进行轴向定位，所述第一圆锥滚子轴承27和第二圆锥滚子轴承28通过端盖29进行轴向固定，所述端盖29固定连接于所述箱体22上。

所述编码器8设置于主轴2内部，所述编码器8通过柔性联轴器40与主轴2内部的芯轴39连接，用于检测主轴2实际的旋转角度。

所述摩擦主动轮6以及两个摩擦从动轮7设置于摩擦轮A4和摩擦轮B5之间，且所述摩擦主动轮6和两个摩擦从动轮7沿圆周方向间隔分布。所述摩擦从动轮7包括轮体34、固定块35和连接块36，所述轮体34旋转连接于所述固定块35上，所述固定块35与所述连接块36铰接，所述连接块36固定连接于所述箱体22上。所述摩擦轮A4的底面设置有第一凹槽15，所述摩擦轮B5的顶面设置有第二凹槽16，所述摩擦主动轮6伸至第一凹槽15和第二凹槽16中，并分别与第一凹槽15和第二凹槽16的两侧壁咬合，所述摩擦从动轮7伸至第一凹槽15和第二凹槽16中并分别与第一凹槽15和第二凹槽16的两侧壁咬合。具体地，所述第一凹槽15的内侧面Ⅰ和与之相配合的摩擦主动轮6的侧面、所述第一凹槽15的内侧面Ⅰ和与之相配合的摩擦从动轮7的侧面、所述第二凹槽16的内侧面Ⅰ和与之相配合的摩擦主动轮6的侧面、所述第二凹槽16的内侧面Ⅰ和与之相配合的摩擦从动轮7的侧面均为锥面线啮合。所述第一凹槽15的外侧面Ⅱ和与之相配合的摩擦主动轮6的侧面，所述第一凹槽15的外侧面Ⅱ和与之配合的摩擦从动轮7的侧面、所述第二凹槽16的外侧面Ⅱ和与之相配合的摩擦主动轮6的侧面、所述第二凹槽16的外侧面Ⅱ和与之相配合的摩擦从动轮7的侧面均为同心球面啮合。

所述固定夹板20和导向套19分别固定在箱体22中，且所述固定夹板20设置于刹车片17的下方，所述导向套19设置于刹车片17的上方。所述夹紧垫片21设置于刹车片17的上方，所述夹紧垫片21的一端连接于所述固定夹板20上，所述夹紧垫片21的另一端伸至刹车片17的上方。所述活塞18固定连接于导向套19上，所述活塞18的伸出端可将夹紧垫片21压至刹车片17上。所述刹车组件23用于防止主轴2在非驱动的情况下旋转。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。