[发明专利]一种圆周阵列曲面结构五轴同步加工装置

摘要

一种圆周阵列曲面结构五轴同步加工装置，它包括5部分，即上螺旋机构（01）、下螺旋机构（02）、主轴双摆头机构（03）、径向同步移动机构（04）和机架（05）；上螺旋机构（01）安装在机架（05）的上部横樑正中位置，下螺旋机构（02）设置在上螺旋机构（01）下方对心位置并与机架（05）的中部位置连接，主轴双摆头机构（03）设置在机架（05）的中部位置上，径向同步移动机构（04）相应安装其下；上螺旋机构（01）、下螺旋机构（02）、主轴双摆头机构（03）和径向同步移动机构（04）都通过机架（05）安装组合在一起。它能缩短叶轮、叶片的加工周期和应用于刀具刃磨或零件的快速精密加工，具有广阔的应用前景。

主权项

一种圆周阵列曲面结构五轴同步加工装置，其特征在于：它包括5个部分，即上螺旋机构（01）、下螺旋机构（02）、主轴双摆头机构（03）、径向同步移动机构（04）和机架（05），上螺旋机构（01）安装在机架（05）的上部横樑正中位置，下螺旋机构（02）设置在上螺旋机构（01）下方对心位置并与机架（05）的中部位置连接，主轴双摆头机构（03）设置在机架（05）的中部位置上，径向同步移动机构（04）相应安装其下；上螺旋机构（01）、下螺旋机构（02）、主轴双摆头机构（03）和径向同步移动机构（04）都通过机架（05）安装组合在一起；所述上螺旋机构（01）是由电机（101）、电机座组件（102）、联轴节（103）、螺旋机构壳体（104）、丝杠（105）、螺母（106）、上轴承（107）、轴套（108）、滚动花键套（109）、电机定子（110）、锁紧螺母（111）、光栅座（112）、光栅读数头（113）、光栅刻度盘（114）、壳体端盖（115）、下轴承（116）、电机转子（117）、滚动花键轴（118）组成；电机（101）的输出轴通过联轴节（103）与丝杠（105）连接，驱动丝杠（105）旋转；电机座组件（102）由电机座壳体和安装于其上的轴承与轴承端盖组成，其上的轴承用于支撑丝杠（105）并限定其轴向和径向位置；其壳体则将电机（101）的壳体连接于螺旋机构壳体（104）上、而该螺旋机构壳体（104）与壳体端盖（115）连接，固定于机架（05）中部的横梁上；螺母（106）连接于滚动花键轴（118）上，二者构成花键轴输出组件；滚动花键套（109）固定于轴套（108）中并与电机转子（117）连接成花键套转子组件，通过轴承（107）和下轴承（116）支撑于由螺旋机构壳体（104）与壳体端盖（115）组成的壳体组件上，电机定子（110）则直接固定于由螺旋机构壳体（104）与壳体端盖（115）组成的壳体组件上，花键套转子组件在定子（110）的驱动下做旋转运动，并进而驱动花键轴输出组件做旋转运动；同时该花键轴输出组件也在 丝杠（105）的驱动下做轴向运动，从而获得两个运动自由度，即构成螺旋运动；所述下螺旋机构（02）与上螺旋机构（01）结构、形状相同，只是锁紧螺母（111）换成内侧铰链托盘（119）；该内侧铰链托盘（119）是园盘式结构件，其心部与滚动花键轴（118）配合连接；所述主轴双摆头机构（03）是由砂轮（06）、输出轴（302）、支撑套（303）、花键套（304）、花键套壳体（305）、花键轴（306）、中间环（307）、主轴组件（308）、主轴后端盖（309）、主轴前端盖（310）、主轴轴承组（311）、前铰链底座（312）、前铰链下轴承（313）、前铰链轴（314）、前铰链上轴承（315）、后铰链壳体（316）、后铰链下轴承（317）、后铰链轴（318）、后铰链上轴承（319）、后铰链轴承盖（320）、（321）水平右端盖、水平右轴承（322）、芯轴（323）、水平左轴承（324）和水平左端盖（325）组成，花键套（304）、花键套壳体（305）、前铰链底座（312）、前铰链下轴承（313）、前铰链轴（314）、前铰链上轴承（315）构成前铰链，其中花键套（304）容纳花键轴（306）并容许其相对做轴向滑动，花键套（304）固定于花键套壳体（305）中，后者通过两侧的轴承支撑于前铰链轴（314）上并可绕水平轴线的摆动运动，前铰链轴（314）则通过前铰链下轴承（313）和前铰链上轴承（315）支撑于前铰链底座（312）上，并相对后者做绕铅锤轴线的摆动运动；花键轴（306）、中间环（307）、主轴组件（308）、主轴后端盖（309）、主轴前端盖（310）相互固连构成主轴壳体组件，输出轴（302）直接或间接与主轴电机的转子连接，在主轴电机定子的驱动下高速旋转；砂轮（06）或类似工具安装于输出轴（302）上，用于加工工件；后铰链壳体（316）、后铰链下轴承（317）、后铰链轴（318）、后铰链上轴承（319）、后铰链轴承盖（320）、（321）水平右端盖、水平右轴承（322）、芯轴（323）、水平左轴承（324）和水平左端盖（325）组成后铰链组件；芯轴（323）通过水平右轴承（322）和水平左轴承（324）支撑于后铰链轴（318）上，其轴向位置由水平右端盖（321）和水平左端盖（325）进行限定；后铰链轴（318）通过后铰链下轴承（317）和后铰链 上轴承（319）支撑于后铰链壳体（316）上，并由后铰链轴承盖（320）限定轴承的轴向移动；所述径向同步移动机构（04）有三种实现形式，即平面螺旋同步机构，面齿轮‑丝杠同步机构，锥齿轮‑丝杠同步机构；平面螺旋式主轴径向同步移动机构包括：电机（A01）、电机安装板（A02）、小齿轮（A03）、大齿轮（A04）、平面螺旋盘（A05）、轴承（A06）、轴承盖（A07）、主轴双摆头底座（A08）、主轴双摆头滑板（A09）、直线导轨组件（A10）；其工况及之间关系是：通过一个大的平面螺旋盘（A05）同时驱动多个主轴双摆头滑板（A09），从而推动主轴后铰链同步径向移动；面齿轮式主轴径向同步移动机构包括：电机（B01）、电机安装板（B02）、小齿轮（B03）、大齿轮（B04）、轴承（B05）、丝杆齿轮（B06）、主轴双摆头底座（B07）、螺母座（B08）、主轴双摆头滑板（B09）、直线导轨组件（B10）、后轴承座（B12）、丝杠（B13）、螺母（B14）、前轴承座（B15）；其工况及之间关系是：利用电机驱动一个大的面齿轮旋转，然后通过面齿轮大齿轮（B04）同时驱动小丝杠齿轮（B03）同步旋转，然后带动每个丝杠（B13）旋转，丝杠（B13）通过螺母（B14）推动主轴双摆头滑板（B09）做径向运动；由于一周能同时安装多个主轴双摆头滑板（A09）、（B09），从而实现对每个主轴双摆头机构后铰链的径向驱动；锥齿轮‑丝杠同步机构的结构与面齿轮‑丝杠同步机构的结构大致相同，不再具体描述；所述机架（05）是采用焊接或铸造工艺制作的箱体框架式金属结构件；其上部设有C型横樑安装上螺旋机构（01），其中部工作台安装主轴双摆头机构（03）和径向同步移动机构（04），其下部箱体中间安装下螺旋机构（02）；砂轮（06）安装于主轴双摆头机构（03）中，工件（07）是一组圆周均布零件或一个具有圆周均布结构的零件，如整体叶轮或安装在一个回转夹具上的若干叶片，它通常安装于上螺旋机构（01）的下端，而砂轮或其它工具则安装于主轴（06）的端部，上螺旋机构（01）具有两个运动自由度，即沿工件（07）中心轴的线位移（S1）和绕其中心轴的角位移（θ1），二者构成螺旋运动,因位于装置的上部,因此称为上螺旋机构,用于为工件或工件组提供一个位 移为(S1,θ1)的螺旋运动；下螺旋机构（02）也具有两个运动自由度，即用于支撑主轴双摆头机构（03）内侧铰链的托盘沿其中心轴的线位移（S2）和绕其中心轴的角位移（θ2），二者构成螺旋运动,因位于装置的下部,因此称为下螺旋机构,用于为支撑主轴双摆头机构（03）内侧铰链的托盘提供一个位移为(S2,θ2)的螺旋运动；径向同步移动机构（J04）则用于支撑一组主轴双摆头机构（03）的外侧铰链并为其提供沿半径方向的直线移动位移（R），这样该装置一共有五个运动自由度，它们对应的位移是：[(S1,θ1)，(S2,θ2)，R]，这些量是分别由5个电机提供，是彼此独立的，因此该装置为一个五自由度装置，即用于构造一种五轴联动机床；在径向同步移动机构（04）和下螺旋机构（02）的共同作用下，安装于上述两机构输出件上的内外侧两个铰链将通过一组球铰链驱动主轴摆动和沿其轴线方向做伸缩运动，因此每个主轴相对于工件都将做5轴同步运动，编程人员只要按照一个叶片的加工过程编制加工程序，所有主轴将同时加工出整体叶轮上的所有叶片。