一种用于数控机床的可变角度的刀柄机构的制作方法

1.本发明属于数控加工技术领域，特别是涉及一种可用于数控机床的用于数控机床的可变角度的刀柄机构，具体来说，是基于球笼式万向节传动原理和伺服电动缸的工作原理，提出的一种可改变刀柄轴轴线与刀具安装轴轴线夹角的传动机构。


背景技术：

2.随着社会发展，数控机床成为新兴的加工设备，数控加工技术作为现代机械制造技术的基础，使得机械制造过程发生了显着的变化。现代数控加工技术与传统加工技术相比，具有多轴联动功能。多轴一般指一台机床具有4轴及以上的运动特征，从而可以实现更为复杂的零件表面切削加工功能。现有工业多轴加工设备存在结构复杂、占地面积大、成本昂贵、操作困难、危险系数程度高，难于对微小精细组件进行加工等缺点。


技术实现要素：

3.本发明主要解决的技术问题是提供一种用于数控机床的可变角度的刀柄机构，本发明将球笼式万向节传动装置应用于数控加工中心刀柄轴与刀具安装轴之间夹角可变条件下的等速旋转运动传递，突破了现有机床主轴刀柄只有一个固定的、刚性轴线，在三轴数控加工中心上只能实现刀具与工件之间沿x、y、z方向相对平动的运动局限，使三轴数控加工中心的刀具方位角也能实现绕上述球笼式万向节中心的转动，从而在切削功能上达到四轴数控机床的功能，即实现数控加工中心的转型升级。
4.为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：一种用于数控机床的可变角度的刀柄机构，包括与数控机床的主轴套接的刀柄轴、用于套接刀具的刀具安装轴以及实现所述刀具安装轴轴向运动的驱动组件；
5.所述刀柄轴和所述刀具安装轴通过第一万向节实现刀具安装轴相对刀柄轴的旋转运动；
6.所述刀柄轴和所述刀具安装轴分别通过第一轴承座、第二轴承座安装于数控机床；
7.所述第一轴承座和所述第二轴承座分别与连杆组件铰接。
8.进一步地说，所述驱动组件包括伺服电动缸、第一转动绞和第二转动绞，所述第一转动绞、所述第二转动绞分别通过推拉杆与第一轴承座、第二轴承座连接；
9.所述伺服电动缸的缸体端通过所述第一转动绞与所述第一轴承座的推拉杆铰接，所述伺服电动缸的伸缩杆端通过第二转动绞与所述第二轴承座的推拉杆铰接。
10.进一步地说，所述连接组件包括第二万向节、第一连杆和第二连杆，所述第一连杆和所述第二连杆通过第二万向节连接，所述第一连杆与所述第一轴承座的推拉杆铰接，所述第二连杆与所述第二轴承座的推拉杆铰接。
11.进一步地说，所述刀柄轴、所述刀具安装轴分别通过轴承与所述第一轴承座、第二轴承座转动连接。
12.进一步地说，所述刀具安装轴套接螺旋铣刀，并通过刀具夹头实现刀具安装轴与螺旋铣刀两者的固定连接。
13.进一步地说，所述刀柄轴的端部加工有用于与数控机床的主轴连接的莫氏锥面。
14.进一步地说，所述第一万向节为球笼式万向节。
15.进一步地说，所述第二万向节为球绞。
16.本发明的有益效果：
17.本发明突破性地将球笼式万向节机构传动原理应用于数控机床加工主轴传动领域，在实现将机床主轴旋转运动稳定传递给刀具的同时，通过伺服电动缸作动可以动态改变主轴刀柄轴与刀具安装轴之间的夹角；本发明具有结构简单、成本低廉、制造容易等优点。
附图说明
18.图1是本发明的结构示意图。
具体实施方式
19.下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
20.实施例：一种用于数控机床的可变角度的刀柄机构，如图1所示，刀柄轴1作为整个可调角度主轴刀柄机构的输入轴，刀具安装轴8作为输出轴，刀柄轴1的端部加工有莫氏锥面9用于和机床主轴固定配合。刀柄轴1和刀具安装轴8之间的旋转运动通过球笼式万向节12等速传递。
21.第一轴承座2、第二轴承座7分别与连杆组件的第一连杆14、第二连杆15相铰接，第一连杆14与第二连杆15则通过球铰13铰接，且铰接点位于刀柄轴与刀具安装轴轴线相交所成平面上。
22.通过第一转动铰5、第二转动铰6，伺服电动缸4的伸缩运动可变换为刀具安装轴8绕球笼式万向节12中心的摆动，使刀具安装轴8的轴线与刀柄轴1的轴线之间的夹角动态变化，即螺旋铣刀11可以产生绕球笼式万向节12中心的摆动进给运动，从而将三轴加工机床功能上升级为四轴数控加工机床。
23.刀柄轴1和刀具安装轴8分别通过轴承支承于第一轴承座2、第二轴承座7。在第一轴承座2、第二轴承座7上均固定推拉杆3(或与轴承座制成一体)，两侧轴承座推拉杆分别通过第一转动铰5、第二转动铰6与伺服电动缸4的缸体、伸缩杆铰接。
24.所述刀具安装轴套接螺旋铣刀11，并通过刀具夹头10实现刀具安装轴与螺旋铣刀两者的固定连接。
25.刀柄轴轴线与刀具安装轴轴线相交，在刀柄轴的端部加工有莫氏锥面用于和主轴固定配合，球笼式万向节用于传递主轴刀柄轴的旋转运动。伺服电动缸作动可以动态改变刀柄轴轴线与刀具安装轴轴线的夹角，使刀具具有一个绕球笼式万向节中心的摆动自由度，从而可以使三轴加工机床在功能上升级为四轴加工机床。
26.本发明将球笼式万向节传动装置应用于数控加工中心刀柄轴与刀具安装轴之间夹角可变条件下的等速旋转运动传递，突破了现有机床主轴刀柄只有一个固定的、刚性轴
线，在三轴数控加工中心上只能实现刀具与工件之间沿x、y、z方向相对平动的运动局限，使三轴数控加工中心的刀具方位角也能实现绕上述球笼式万向节中心的转动，从而在切削功能上达到四轴数控机床的功能，即实现数控加工中心的转型升级。本发明结构简单，成本低廉，可以在不改变现有数控加工中心基本结构的条件下，有效拓展和提升其加工功能，实现数控加工中心的转型升级，具有高性价比技术优势。
27.以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。


技术特征：
1.一种用于数控机床的可变角度的刀柄机构，其特征在于：包括与数控机床的主轴套接的刀柄轴、用于套接刀具的刀具安装轴以及实现所述刀具安装轴轴向运动的驱动组件；所述刀柄轴和所述刀具安装轴通过第一万向节实现刀具安装轴相对刀柄轴的旋转运动；所述刀柄轴和所述刀具安装轴分别通过第一轴承座、第二轴承座安装于数控机床；所述第一轴承座和所述第二轴承座分别与连杆组件铰接。2.根据权利要求1所述的用于数控机床的可变角度的刀柄机构，其特征在于：所述驱动组件包括伺服电动缸、第一转动绞和第二转动绞，所述第一转动绞、所述第二转动绞分别通过推拉杆与第一轴承座、第二轴承座连接；所述伺服电动缸的缸体端通过所述第一转动绞与所述第一轴承座的推拉杆铰接，所述伺服电动缸的伸缩杆端通过第二转动绞与所述第二轴承座的推拉杆铰接。3.根据权利要求1所述的用于数控机床的可变角度的刀柄机构，其特征在于：所述连接组件包括第二万向节、第一连杆和第二连杆，所述第一连杆和所述第二连杆通过第二万向节连接，所述第一连杆与所述第一轴承座的推拉杆铰接，所述第二连杆与所述第二轴承座的推拉杆铰接。4.根据权利要求1所述的用于数控机床的可变角度的刀柄机构，其特征在于：所述刀柄轴、所述刀具安装轴分别通过轴承与所述第一轴承座、第二轴承座转动连接。5.根据权利要求1所述的用于数控机床的可变角度的刀柄机构，其特征在于：所述刀具安装轴套接螺旋铣刀，并通过刀具夹头实现刀具安装轴与螺旋铣刀两者的固定连接。6.根据权利要求1所述的用于数控机床的可变角度的刀柄机构，其特征在于：所述刀柄轴的端部加工有用于与数控机床的主轴连接的莫氏锥面。7.根据权利要求1所述的用于数控机床的可变角度的刀柄机构，其特征在于：所述第一万向节为球笼式万向节。8.根据权利要求3所述的用于数控机床的可变角度的刀柄机构，其特征在于：所述第二万向节为球绞。

技术总结
本发明公开了一种用于数控机床的可变角度的刀柄机构，包括与数控机床的主轴套接的刀柄轴、用于套接刀具的刀具安装轴以及实现所述刀具安装轴轴向运动的驱动组件；所述刀柄轴和所述刀具安装轴通过第一万向节实现刀具安装轴相对刀柄轴的旋转运动；所述刀柄轴和所述刀具安装轴分别通过第一轴承座、第二轴承座安装于数控机床；所述第一轴承座和所述第二轴承座分别与连杆组件铰接。本发明结构简单，成本低廉，可以在不改变现有数控加工中心基本结构的条件下，有效拓展和提升其加工功能，实现数控加工中心的转型升级，具有高性价比技术优势。具有高性价比技术优势。具有高性价比技术优势。


技术研发人员：李晏 陈辛波 张明宇 陈嘉伟 孙澎波
受保护的技术使用者：苏州本明鑫辰智能装备科技有限公司
技术研发日：2022.09.29
技术公布日：2022/11/18