[实用新型]摆动轴水平安装的五轴水切割头姿态控制装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种水切割技术，尤其是一种水切割头五轴（X、Y、Z、回转、摆动）控制技术，具体地说是一种摆动轴水平安装的五轴水切割头姿态控制装置。

背景技术

目前，水刀设备在进行切割时，1)有时需要得到理想的垂直切割面，2)有时为了便于金属板材的焊接连接，必须对断面进行坡口加工，3)切割圆锥体，4）切割圆锥齿轮或凸轮，5）切割等转角的旋转曲面，而要达到这五个目的，必须对水刀刀头进行偏摆。目前常用的方法有手动调整和通过偏摆机构进行调整二种方式，手动调整只能适合于直线形切割面，而且调整的难度较大，效率低，操作强度大，必须停机才能进行，因此，目前使用最为广泛的是利用五轴联动数控技术的机动偏摆机构，五轴联动即刀头的前后、左右、上下、回转、偏摆五个方向的运动，当加工空间曲线或曲面时，必须进行五轴联动（为此人们设计了各种各样的真五轴和准五轴联动机构，如申请号为2007100246868的中国专利公开了以切入点为偏摆中心的偏刀机构，这种结构的五轴联动机构存在的问题是圆形导轨精度很难控制，而且在运动过程中复位难，重复性较差，因此加工精度不高，而中国专利200910183362.8的公开的具有回转和偏摆功能的五轴控制水切割头运动控制机构由于回转和偏摆时切入点发生改变，存在编程软件复杂，它利用同步皮带来控制回转轴和偏摆轴的运行，不仅体积大，控制精度不高，而且回转时存在电缆线、气管等的缠绕问题，而且由于重量很大，因此对于机床的刚度要求很高。为了减少回转和偏摆机构的体积，人们普遍采用空心电机来直接驱动回转和偏摆机构，系统力矩小、精度低，形成的切割误差大，在实际运用中存在很多的问题，且空心电机制造成本高，运行过程中不能实现自锁，需要增设抱刹装置，在很大程度上限制了五轴联动水切割设备的推广应用。

申请号为2011102077076和201220401836.9则较好地解决了上述问题，但申请人发现这两个专利的五轴控制机构由于摆动轴与主轴均采用45度夹角安装，因此存在摆动角度小，易产生干扰的问题。由于切割头始终位于主轴轴线与摆动轴轴线的交点，在切割有一定深度的工件的内部时，机构本体有可能与工件发生干涉。由于主轴轴线与摆动轴（摆动）轴线的夹角通常为45°，因此摆动轴的偏摆角通常为±60°之间，限制了五轴控制机构的应用范围。

发明内容

本实用新型的目的是针对现有水切割头五轴控制机构存在的摆动角度小，容易与工件产生干涉和精度不高的问题，设计一种新型的能实现180度范围（即±90o）摆动的摆动轴水平安装的五轴水切割头姿态控制装置。

本实用新型的技术方案是：

一种摆动轴水平安装的五轴水切割头姿态控制装置，它包括主轴22和水切割头17，主轴22带动水切割头17作水平面回转运动，主轴22在驱动机构的带动下作左右、上下和前后的三维运动，水切割头17和水开关20安装在水开关座19上，其特征是所述的水开关座19安装在谐波减速机12的输出轴上，谐波减速机12由摆动轴伺服电机7通过同步带9驱动，谐波减速机12带动水切割头17作垂直平面内的偏摆运动，所述的主轴22的轴线与谐波减速机12输出轴的轴线夹角为90度，所述的谐波减速机12的输出轴的最大偏摆角为±90度。

所述的谐波减速机12的传动轴16上安装有传动轴轴承15，传动轴轴承15安装在轴承座套13中，摆动轴被动同步轮14安装在传动轴16上，带动传动轴16同步转动，轴承座套13和谐波减速机12的外壳同时被安装在摆动轴箱体6上，摆动轴被动同步轮14通过摆动轴同步带9与安装在摆动轴伺服电机7上的摆动轴主动同步轮8相连，摆动轴同步带9传动的涨紧力带来的径向力通过传动轴轴承15作用在摆动轴箱体6上，传动轴16只传递扭矩和转动到谐波减速机12的输入端上。