一种立式加工中心用B轴摆头

技术领域

本发明涉及一种数控机床附件，具体是一种立式加工中心用B轴摆头。

背景技术

立式加工中心用B轴摆头是一种较常见的高端数控机床附件，配合转台即可构成一款立式五轴联动加工中心。目前市面上的B轴摆头的驱动方式以机械式为主，一般采用涡轮蜗杆或齿轮齿条传动，摆头的B轴转速普遍不高，动态特性较差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术的不足，提供一种结构紧凑、动态特性高的立式加工中心用B轴摆头。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种立式加工中心用B轴摆头，包括主轴箱、主轴、前轴承组件、制动组件、力矩电机单元、后轴承组件和拖链单元，所述的主轴的前端固定在所述的主轴箱上，所述的拖链单元固定在所述的主轴的后端，所述的前轴承组件和所述的制动组件分别套设在所述的主轴的前端，所述的后轴承组件套设在所述的主轴的后端，所述的力矩电机单元包括用于向所述的主轴提供驱动力的第一力矩电机和第二力矩电机，所述的第一力矩电机和所述的第二力矩电机串联设置在所述的前轴承组件与所述的后轴承组件之间，所述的第一力矩电机和所述的第二力矩电机分别套设在所述的主轴上。

本发明立式加工中心用B轴摆头采用第一力矩电机和第二力矩电机构成的双力矩电机串联驱动结构驱动主轴，结构紧凑，在通电状态下能够向主轴提供足够的扭转力和高动态特性，提高主轴的转速和加工效率，同时可使整个B轴摆头的径向尺寸更加紧凑，可应用于对电机直径及空间要求严格的场合。

作为优选，所述的第一力矩电机包括第一电机定子、第一转子连接盘和第一电机转子，所述的第二力矩电机包括第二电机定子、第二转子连接盘和第二电机转子，所述的前轴承组件与所述的后轴承组件之间固定有定子套筒，所述的第一电机定子和所述的第二电机定子分别前后过盈配合固定在所述的定子套筒内，所述的第一转子连接盘套设并通过螺钉固定在所述的主轴上，所述的第一电机转子与所述的第一转子连接盘定心配合并通过螺钉固定连接，所述的第二转子连接盘套设并通过螺钉固定在所述的主轴上，所述的第二电机转子与所述的第二转子连接盘定心配合并通过螺钉固定连接。

作为优选，所述的前轴承组件包括YRT轴承、前轴承座、前轴承压环和前轴承压盖，所述的YRT轴承安装在所述的前轴承座内，所述的前轴承座与所述的定子套筒定心配合并通过螺钉固定连接，所述的主轴箱的一端设置有止口，所述的止口与所述的YRT轴承的内圈定心配合，所述的前轴承压环套设在所述的止口上并轴向压紧所述的YRT轴承的内圈，所述的前轴承压环和所述的YRT轴承的内圈通过螺钉固定在所述的主轴箱上，所述的前轴承压盖的外圆和所述的YRT轴承的外圈分别与所述的前轴承座定心配合，所述的前轴承压盖将所述的YRT轴承的外圈轴向压紧固定在所述的前轴承座上，所述的主轴的前端通过螺钉固定在所述的主轴箱上，所述的主轴的前端的外圆与所述的主轴箱定心配合；所述的后轴承组件包括交叉滚子轴承、后轴承座、隔套和后轴承压盖，所述的交叉滚子轴承安装在所述的后轴承座内，所述的后轴承座与所述的定子套筒定心配合并通过螺钉固定连接，所述的交叉滚子轴承的内圈与所述的主轴定心配合，所述的交叉滚子轴承的内圈的前端和后端分别由所述的隔套和一编码器座限位压紧，所述的隔套的前端面与所述的第二转子连接盘贴合，所述的编码器座螺纹连接固定在所述的主轴上，所述的编码器座的后侧设置有防尘盖，所述的防尘盖安装在所述的后轴承座的后端并套设在所述的主轴上，所述的交叉滚子轴承的外圈的前端和后端分别由所述的后轴承座和所述的后轴承压盖限位压紧，所述的后轴承压盖通过螺钉固定在所述的后轴承座上，所述的第一电机定子的前端面与所述的定子套筒贴合，所述的第一电机定子的后端面与所述的第二电机定子的前端面贴合，所述的第二电机定子的后端面与所述的后轴承座贴合。

作为优选，所述的制动组件包括活塞、油缸筒、油缸盖、内刹车片和外刹车片，所述的油缸盖通过螺钉固定在所述的前轴承座上，所述的油缸筒通过螺钉固定在所述的油缸盖的前端，所述的活塞的外圆与所述的前轴承座定心配合，所述的活塞位于所述的油缸盖的前侧并位于所述的油缸筒的外侧，所述的活塞可前后移动，所述的活塞、油缸筒和油缸盖围成松开油腔，所述的定子套筒、油缸盖和油缸筒内开设有与所述的松开油腔相通的松开油路，所述的活塞与所述的油缸盖围成夹紧油腔，所述的定子套筒和油缸盖内开设有与所述的夹紧油腔相通的夹紧油路，所述的内刹车片固定在所述的主轴上，所述的外刹车片固定在所述的前轴承座上，所述的内刹车片的前端面正对所述的前轴承座，所述的内刹车片的后端面正对所述的外刹车片的前端面，所述的外刹车片的后端面正对所述的活塞的前端面。上述制动组件采用液压制动结构，通过内刹车片和外刹车片的贴合及变形实现B轴摆头的平稳刹车制动。迫使内刹车片和外刹车片变形的力来源于液压油对活塞的作用力，在液压油的作用下，活塞可前后移动。内刹车片和外刹车片变形时，内刹车片的前端面与前轴承座接触、内刹车片的后端面与外刹车片的前端面接触，构成双摩擦面。该双摩擦面的设计，在B轴摆头体积有限的条件下，可提供双倍的锁紧力矩，实现高锁紧力的液压制动，能够保证立式加工中心定角度加工的刚性和精度。

作为优选，所述的内刹车片的径向内侧的前端和后端分别由一迷宫环和一内压盖压紧，所述的迷宫环定心套设在所述的主轴上，所述的迷宫环的前端面与所述的主轴贴合，所述的迷宫环、内刹车片和内压盖三者通过螺钉固定在所述的主轴上，所述的外刹车片的径向外侧的前端面与所述的前轴承座贴合，所述的外刹车片的径向外侧的后端面与一外压盖贴合，所述的外刹车片和所述的外压盖两者通过螺钉固定在所述的前轴承座上。

作为优选，所述的松开油路包括依次相通的第一油路、第二油路和第三油路，所述的第一油路开设在所述的定子套筒内，所述的第二油路开设在所述的油缸盖内，所述的第三油路开设在所述的油缸筒内，所述的第三油路与所述的松开油腔相通；所述的夹紧油路包括相通的第四油路和第五油路，所述的第四油路开设在所述的定子套筒内，所述的第五油路开设在所述的油缸盖内，所述的第五油路与所述的夹紧油腔相通。制动时，制动油路的液压油经第四油路和第五油路到达夹紧油腔，活塞向前运动，挤压外刹车片，使外刹车片发生弹性变形并使外刹车片与内刹车片贴合，即形成一个摩擦面；活塞进一步向前运动，压迫外刹车片和内刹车片持续形变，直至内刹车片与前轴承座贴合，即形成另一个摩擦面，实现夹紧动作。松开时，松开油路的液压油流经第一油路、第二油路和第三油路到达松开油腔，此时活塞向后运动，与外刹车片分离，最终内刹车片与外刹车片分离，实现松开动作。

作为优选，所述的活塞的外圆与所述的前轴承座之间设置有活塞封，所述的活塞的内圆与所述的油缸筒之间前后设置有拉杆封和双向活塞封，所述的油缸盖与所述的前轴承座之间设置有第一O型密封圈，所述的油缸盖与所述的油缸筒之间前后设置有第二O型密封圈和第三O型密封圈，所述的第三O型密封圈位于所述的第三油路的入口的外侧。活塞封、双向活塞封、第一O型密封圈和第二O型密封圈的组合可保证夹紧油腔的密封性；双向活塞封和拉杆封的组合可保证松开油腔的密封性。

作为优选，所述的主轴箱的靠近所述的前轴承座的一侧开设有环槽，所述的环槽与所述的主轴同轴设置，所述的前轴承座的前端与所述的主轴箱的结合处设置有轴向迷宫结构，所述的轴向迷宫结构的后侧设置有V型封，所述的V型封套设在所述的主轴箱上，所述的前轴承压盖的外圆与所述的前轴承座之间设置有第四O型密封圈，所述的主轴箱与所述的前轴承压盖的内圆之间设置有第五O型密封圈，所述的V型封和所述的第五O型密封圈前后设置在所述的止口的前侧，所述的前轴承座的与机床连接的一侧设置有第六O型密封圈。环槽可以积蓄部分冷却水和铁屑，使部分冷却水和铁屑沿主轴箱的圆周流下，实现第一级密封；轴向迷宫结构可以进一步阻挡部分冷却水和铁屑，余下的冷却水和铁屑则被V型封阻挡，实现第二级密封；第四O型密封圈和第五O型密封圈起进一步阻挡作用，达到完全密封效果。此外，第六O型密封圈可保证力矩电机单元的密封性。

作为优选，所述的防尘盖与所述的主轴之间设置有防尘圈，所述的后轴承座与所述的防尘盖之间设置有第七O型密封圈。防尘盖、防尘圈及第七O型密封圈可保证摆头后端的密封性。

作为优选，所述的拖链单元包括过渡板、走线筒、管线、拖链、拖链支架、拖链盖板和管线固定板，所述的过渡板通过螺钉固定在所述的主轴的后端，所述的走线筒通过螺钉固定在所述的过渡板的后端，所述的拖链支架通过螺钉固定在所述的走线筒的后端，所述的拖链环绕在所述的拖链支架上，所述的拖链的一端通过螺钉固定在所述的拖链支架上，所述的拖链的另一端固定在所述的管线固定板上，所述的拖链盖板和所述的管线固定板分别安装在所述的拖链支架上，所述的拖链盖板安装在所述的拖链支架的靠近机床的一侧，所述的主轴、过渡板、走线筒和拖链支架均为两端导通的中空的筒状，所述的管线的前端固定在所述的主轴箱上，所述的管线的后端先后穿过所述的主轴、过渡板、走线筒和拖链支架的内孔进入所述的拖链的一端，并从所述的拖链的另一端穿出，最终固定在所述的管线固定板上。摆头内部走管走线的难度在于如何防止由于主轴箱的旋转而导致的管线发生扭曲扭转和管线破裂，为解决此问题，本摆头的内部走管走线采用拖链形式，将管线在空间上的旋转运动转化为拖链绕B轴的旋转，即拖链下垂部分的上升和下降，从而有效地保护了管线的安全。本摆头中，拖链盖板起防护作用；管线是指穿设在摆头内部的液压管、气管、电源线等管线的集合，立式加工中心加工过程中，管线随主轴箱和主轴一起绕B轴旋转。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：本发明立式加工中心用B轴摆头采用第一力矩电机和第二力矩电机构成的双力矩电机串联驱动结构驱动主轴，结构紧凑，在通电状态下能够向主轴提供足够的扭转力和高动态特性，提高主轴的转速和加工效率，同时可使整个B轴摆头的径向尺寸更加紧凑，可应用于对电机直径及空间要求严格的场合。

附图说明

图1为实施例中B轴摆头的结构示意图；

图2为图1中A处放大图（在图1的基础上增加了活塞封等密封结构）；

图3为图1中B处放大图（在图1的基础上增加了第四O型密封圈等密封结构）；

图4为图1中C处放大图（在图1的基础上增加了第七O型密封圈）；

图5为实施例中B轴摆头的后侧视图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例1的立式加工中心用B轴摆头，如图所示，包括主轴箱1、主轴2、前轴承组件、制动组件、力矩电机单元、后轴承组件和拖链单元，主轴2的前端固定在主轴箱1上，拖链单元固定在主轴2的后端，前轴承组件和制动组件分别套设在主轴2的前端，后轴承组件套设在主轴2的后端，力矩电机单元包括用于向主轴2提供驱动力的第一力矩电机和第二力矩电机，第一力矩电机和第二力矩电机串联设置在前轴承组件与后轴承组件之间，第一力矩电机和第二力矩电机分别套设在主轴2上。

实施例1中，第一力矩电机包括第一电机定子31、第一转子连接盘32和第一电机转子33，第二力矩电机包括第二电机定子41、第二转子连接盘42和第二电机转子43，前轴承组件与后轴承组件之间固定有定子套筒5，第一电机定子31和第二电机定子41分别前后过盈配合固定在定子套筒5内，第一转子连接盘32套设并通过螺钉固定在主轴2上，第一电机转子33与第一转子连接盘32定心配合并通过螺钉固定连接，第二转子连接盘42套设并通过螺钉固定在主轴2上，第二电机转子43与第二转子连接盘42定心配合并通过螺钉固定连接。

实施例1中，前轴承组件包括YRT轴承、前轴承座63、前轴承压环64和前轴承压盖65，YRT轴承安装在前轴承座63内，前轴承座63与定子套筒5定心配合并通过螺钉固定连接，主轴箱1的一端设置有止口11，止口11与YRT轴承的内圈61定心配合，前轴承压环64套设在止口11上并轴向压紧YRT轴承的内圈61，前轴承压环64和YRT轴承的内圈61通过螺钉固定在主轴箱1上，前轴承压盖65的外圆和YRT轴承的外圈62分别与前轴承座63定心配合，前轴承压盖65将YRT轴承的外圈62轴向压紧固定在前轴承座63上，主轴2的前端通过螺钉固定在主轴箱1上，主轴2的前端的外圆与主轴箱1定心配合；后轴承组件包括交叉滚子轴承71、后轴承座72、隔套73和后轴承压盖74，交叉滚子轴承71安装在后轴承座72内，后轴承座72与定子套筒5定心配合并通过螺钉固定连接，交叉滚子轴承71的内圈与主轴2定心配合，交叉滚子轴承71的内圈的前端和后端分别由隔套73和一编码器座75限位压紧，隔套73的前端面与第二转子连接盘42贴合，编码器座75螺纹连接固定在主轴2上，编码器座75的后侧设置有防尘盖76，防尘盖76安装在后轴承座72的后端并套设在主轴2上，交叉滚子轴承71的外圈的前端和后端分别由后轴承座72和后轴承压盖74限位压紧，后轴承压盖74通过螺钉固定在后轴承座72上，第一电机定子31的前端面与定子套筒5贴合，第一电机定子31的后端面与第二电机定子41的前端面贴合，第二电机定子41的后端面与后轴承座72贴合。

实施例1中，制动组件包括活塞81、油缸筒82、油缸盖83、内刹车片84和外刹车片85，油缸盖83通过螺钉固定在前轴承座63上，油缸筒82通过螺钉固定在油缸盖83的前端，活塞81的外圆与前轴承座63定心配合，活塞81位于油缸盖83的前侧并位于油缸筒82的外侧，活塞81可前后移动，活塞81、油缸筒82和油缸盖83围成松开油腔86，定子套筒5、油缸盖83和油缸筒82内开设有与松开油腔86相通的松开油路，活塞81与油缸盖83围成夹紧油腔87，定子套筒5和油缸盖83内开设有与夹紧油腔87相通的夹紧油路，内刹车片84固定在主轴2上，外刹车片85固定在前轴承座63上，内刹车片84的前端面正对前轴承座63，内刹车片84的后端面正对外刹车片85的前端面，外刹车片85的后端面正对活塞81的前端面。内刹车片84的径向内侧的前端和后端分别由一迷宫环88和一内压盖89压紧，迷宫环88定心套设在主轴2上，迷宫环88的前端面与主轴2贴合，迷宫环88、内刹车片84和内压盖89三者通过螺钉固定在主轴2上，外刹车片85的径向外侧的前端面与前轴承座63贴合，外刹车片85的径向外侧的后端面与一外压盖80贴合，外刹车片85和外压盖80两者通过螺钉固定在前轴承座63上。松开油路包括依次相通的第一油路51、第二油路52和第三油路53，第一油路51开设在定子套筒5内，第二油路52开设在油缸盖83内，第三油路53开设在油缸筒82内，第三油路53与松开油腔86相通；夹紧油路包括相通的第四油路54和第五油路55，第四油路54开设在定子套筒5内，第五油路55开设在油缸盖83内，第五油路55与夹紧油腔87相通。活塞81的外圆与前轴承座63之间设置有活塞封91，活塞81的内圆与油缸筒82之间前后设置有拉杆封和双向活塞封92，油缸盖83与前轴承座63之间设置有第一O型密封圈93，油缸盖83与油缸筒82之间前后设置有第二O型密封圈94和第三O型密封圈95，第三O型密封圈95位于第三油路53的入口的外侧。

实施例2的立式加工中心用B轴摆头，与实施例1的区别在于，实施例2中，主轴箱1的靠近前轴承座63的一侧开设有环槽12，环槽12与主轴2同轴设置，前轴承座63的前端与主轴箱1的结合处设置有轴向迷宫结构13，轴向迷宫结构13的后侧设置有V型封14，V型封14套设在主轴箱1上，前轴承压盖65的外圆与前轴承座63之间设置有第四O型密封圈96，主轴箱1与前轴承压盖65的内圆之间设置有第五O型密封圈97，V型封14和第五O型密封圈97前后设置在止口11的前侧，前轴承座63的与机床连接的一侧设置有第六O型密封圈98；防尘盖76与主轴2之间设置有防尘圈77，后轴承座72与防尘盖76之间设置有第七O型密封圈99。

实施例3的立式加工中心用B轴摆头，与实施例2的区别在于，实施例3中，拖链单元包括过渡板101、走线筒102、管线103、拖链104、拖链支架105、拖链盖板106和管线固定板107，过渡板101通过螺钉固定在主轴2的后端，走线筒102通过螺钉固定在过渡板101的后端，拖链支架105通过螺钉固定在走线筒102的后端，拖链104环绕在拖链支架105上，拖链104的一端通过螺钉固定在拖链支架105上，拖链104的另一端固定在管线固定板107上，拖链盖板106和管线固定板107分别安装在拖链支架105上，拖链盖板106安装在拖链支架105的靠近机床的一侧，主轴2、过渡板101、走线筒102和拖链支架105均为两端导通的中空的筒状，管线103的前端固定在主轴箱1上，管线103的后端先后穿过主轴2、过渡板101、走线筒102和拖链支架105的内孔进入拖链104的一端，并从拖链104的另一端穿出，最终固定在管线固定板107上。