一种用于五轴加工中心摆动头的驱动机构的制作方法

1.本发明涉及机床加工中心技术领域，尤其涉及一种用于五轴加工中心摆动头的驱动机构。


背景技术：

2.在高端装备制造领域中，重金属切削机床朝着高精度、高稳定性、高刚性、大进给的方向发展，终端客户对高精度五轴机床的要求也越来越高。现有的对于如钛合金、高温合金等难加工的材料，要求主轴的切削扭矩在700nm以上，摆动头的输出扭矩甚至要达到4000nm以上。
3.目前，国内外大多是通过1级齿轮传动，配合减速机来实现摆动头的扭矩输出，那么在相同输出扭矩的限制下，齿轮传动带来的减速比非常有限，通常是通过加大输出齿轮的齿数，以获得较大的传动比，但大齿轮需要占据非常大的空间，使得摆动头的外形比较大，当加工中心进行摆角加工时，很容易使头体外形轮廓与工件干涉，造成碰撞造成机床损坏，工件报废，甚至造成的安全事故。


技术实现要素：

4.要解决的技术问题鉴于现有技术的上述缺点、不足，本发明提供一种用于五轴加工中心摆动头的驱动机构，结构紧凑、传动比大且可任意调整，能够有效利用立体空间，在有限空间内，实现超大扭矩输出。
5.技术方案为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：本发明实施例提供一种用于五轴加工中心摆动头的驱动机构，设于摆动头的壳体内部，包括；驱动电机，用于提供初始扭矩；一级传动单元，一级传动单元与驱动电机连接以对初始扭矩进行一次放大；二级传动单元，二级传动单元与一级传动单元连接以对经过一次放大的初始扭矩进行二次放大；三级传动单元，三级传动单元与二级传动单元连接以对经过二次放大的初始扭矩进行三次放大，三级传动单元的输出端能够与摆动头连接用于为其提供经过三次放大的扭矩。
6.优选地，一级传动单元包括输入带轮、同步带、第一输出带轮和第二输出带轮；同步带套设在输入带轮、第一输出带轮和第二输出带轮上，输入带轮套设在驱动电机的输出端，第一输出带轮和第二输出带轮套设在二级传动单元的输入端。
7.优选地，二级传动单元包括并排布置的第一减速机和第二减速机；第一输出带轮和第二输出带轮分别套设于第一减速机和第二减速机的输入端，三级传动单元的输入端分别与第一减速机和第二减速机的输出端连接。
8.优选地，三级传动单元包括第一输入齿轮、第二输入齿轮和输出齿轮；第一减速机和第二减速机位于输出齿轮的同侧，第一输入齿轮、第二输入齿轮分别套设在第一减速机
和第二减速机的输出端且均与输出齿轮啮合，输出齿轮位于驱动电机的正下方且通过连接轴与摆动头连接；当驱动电机带动输入带轮顺时针转动时，同步带依次带动第二输出带轮和第一输出带轮转动。
9.优选地，在第一输入齿轮与输出齿轮的啮合处，第一输入齿轮上齿的第一齿面与输出齿轮上齿的第一齿面无间隙贴合；在第二输入齿轮与输出齿轮的啮合处，第二输入齿轮上齿的第二齿面与输出齿轮上齿的第二齿面无间隙贴合。
10.优选地，第一减速机和第二减速机均包括同轴设置的传动轴、减速机本体以及输出轴；传动轴和输出轴分别与减速机本体的顶端和底端可拆卸连接，第一输出带轮和第二输出带轮分别套设于第一减速机和第二减速机的传动轴上，第一输入齿轮和第二输入齿轮分别套设于第一减速机和第二减速机的输出轴上。
11.优选地，传动轴的顶端中心处开设有调节凹槽。
12.优选地，还包括电机安装组件，电机安装组件包括电机连接板和传动固定板；传动固定板能够连接于摆动头的壳体内部，驱动电机通过电机连接板与传动固定板可拆卸连接。
13.优选地，还包括调整组件，调整组件包括调整板、螺母和调整螺钉；调整板同时连接于第一减速机和第二减速机的上方，螺母设置于传动固定板上，调整板通过调整螺钉与螺母螺纹连接以调整输入带轮与第一输出带轮、第二输出带轮之间的间距。
14.有益效果本发明的有益效果是：本发明提供的一种用于五轴加工中心摆动头的驱动机构，由于设置了三级传动单元，通过一级传动单元对初始扭矩进行一次放大，通过二级传动机构对经过一次放大的初始扭矩进行二次放大，通过三级传动机构对经过二次放大的初始扭矩进行三次放大，结构紧凑、传动比大且可任意调整，能够有效利用立体空间，在有限空间内，实现超大扭矩输出。
附图说明
15.图1为本发明用于五轴加工中心摆动头的驱动机构的结构示意图；图2为图1中的俯视图；图3为图1中a-a方向的截面示意图；图4为图1中b-b方向的截面示意图；图5为第一输入齿轮、第二输入齿轮以及输出齿轮啮合的结构示意图（其中驱动电机带动输入带轮顺时针转动）；图6为第一输入齿轮、第二输入齿轮以及输出齿轮啮合的结构示意图（其中驱动电机带动输入带轮逆时针转动）。
16.附图标记说明1：驱动电机；2：一级传动单元；21：输入带轮；22：同步带；23：第一输出带轮；24：第二输出带轮；3：二级传动单元；31：第一减速机；32：第二减速机；3a：传动轴；3b：减速机本体；3c：输出轴；3d：胀紧套；4：三级传动单元；41：第一输入齿轮；42：第二输入齿轮；43：输出齿轮；
5：电机安装组件；51：电机连接板；52：传动固定板；6：调整组件；61：调整板；62：螺母；63：调整螺钉；a1：第一输入齿轮上齿的第一齿面；a2：第一输入齿轮上齿的第二齿面；b1：第二输入齿轮上齿的第一齿面；b2：第二输入齿轮上齿的第二齿面；c1：输出齿轮上齿的第一齿面；c2：输出齿轮上齿的第二齿面。
具体实施方式
17.为了更好的理解上述技术方案，下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更清楚、透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
18.本发明实施例提供了一种用于五轴加工中心摆动头的驱动机构，其中，摆动头包括头体以及容纳驱动机构的壳体，驱动机构设置于壳体内部用于为摆动头的头体提供扭矩。
19.如图1所示，用于五轴加工中心摆动头的驱动机构包括驱动电机1、一级传动单元2、二级传动单元3和三级传动单元4，驱动电机1用于提供初始扭矩，一级传动单元2的输入端与驱动电机1的输出端连接以对初始扭矩进行一次放大，二级传动单元3的输入端与一级传动单元2的输出端连接以对经过一次放大的初始扭矩进行二次放大，三级传动单元4的输入端与二级传动单元3的输出端连接以对经过二次放大的初始扭矩进行三次放大，三级传动单元4的输出端能够与摆动头连接用于为其提供经过三次放大的扭矩。
20.本发明提供的一种用于五轴加工中心摆动头的驱动机构，由于设置了三级传动单元4，通过一级传动单元2对初始扭矩进行一次放大，通过二级传动机构对经过一次放大的初始扭矩进行二次放大，通过三级传动机构对经过二次放大的初始扭矩进行三次放大，结构紧凑、传动比大且可任意调整，能够有效利用立体空间，在有限空间内，实现超大扭矩输出。
21.如图1和图3所示，一级传动单元2包括输入带轮21、同步带22、第一输出带轮23和第二输出带轮24，同步带22套设在输入带轮21、第一输出带轮23和第二输出带轮24上，输入带轮21套设在驱动电机1的输出端，第一输出带轮23和第二输出带轮24套设在二级传动单元3的输入端。
22.如图1所示，二级传动单元3包括并排布置的第一减速机31和第二减速机32，第一输出带轮23和第二输出带轮24分别套设于第一减速机31和第二减速机32的输入端，三级传动单元4的输入端分别与第一减速机31和第二减速机32的输出端连接。如图4所示，第一减速机31和第二减速机32均包括同轴设置的传动轴3a、减速机本体3b以及输出轴3c，传动轴3a和输出轴3c分别与减速机本体3b的顶端和底端可拆卸连接，第一输出带轮23和第二输出带轮24分别套设于第一减速机31和第二减速机32的传动轴3a上，第一输入齿轮41和第二输入齿轮42分别套设于第一减速机31和第二减速机32的输出轴3c上。应当说明的是，减速机本体3b为现有技术，通过内部设置的多个齿轮传动实现扭矩的放大，再此对于减速机本体3b的具体结构及原理不再赘述。
23.如图1所示，三级传动单元4包括第一输入齿轮41、第二输入齿轮42和输出齿轮43，
第一减速机31和第二减速机32位于输出齿轮43的同侧，第一输入齿轮41、第二输入齿轮42分别套设在第一减速机31和第二减速机32的输出端且均与输出齿轮43啮合，输出齿轮43位于驱动电机1的正下方且通过连接轴与摆动头连接，当驱动电机1带动输入带轮21顺时针转动时，同步带22依次带动第二输出带轮24和第一输出带轮23转动。在本实施例中，由于输出齿轮43位于驱动电机1的正下方，进一步有效利用立体空间，可在有限空间内，实现超大扭矩输出。
24.其中，驱动机构的传动原理为：驱动电机1带动输出带轮转动，输出带轮通过同步带22带动第一输出带轮23和第二输出带轮24进行转动，第一输出带轮23和第二输出带轮24分别带动第一减速机31和第二减速机32的输入端转动，进而使得第一减速机31上的第一输入齿和第二减速机32上的第二输入齿转动，通过第一输入齿轮41和第二输入齿轮42与输出齿轮43的啮合使得输出齿轮43转动，输出齿轮43通过连接轴与摆动头的头体连接，进而为其提供足够大的扭矩。
25.在实际应用的过程中，当驱动电机1带动输入带轮21顺时针转动时，同步带22依次带动第二输出带轮24和第一输出带轮23转动，如图5所示，当第一输入齿轮41和第二输入齿轮42顺时针转动时，使得输出齿轮43逆时针转动，且第一输入齿轮41和第二输入齿轮42位于输出齿轮43的同一侧时，第一输入齿轮41为主要提供啮合力的齿轮，此时，齿轮的传动精度主要取决于第一输入齿轮41的第一齿面和输出齿轮43中齿的第一齿面的配合。
26.如图6所示，当第一输入齿轮41和第二输入齿轮42逆时针转动时，使得输出齿轮43顺时针转动，且第一输入齿轮41和第二输入齿轮42位于输出齿轮43的同一侧时，第二输入齿轮42为主要提供啮合力的齿轮，此时，齿轮的传动精度主要取决于第二输入齿轮42的第二齿面和输出齿轮43中齿的第二齿面的配合。
27.在现有技术中，通常采用一个输入齿轮和一个输出齿轮43的配合进行传动，且输入齿轮仅能保证一个齿上两个齿面中一个齿面与输出齿轮43中齿的一个齿面进行无间隙贴合，而在实际应用的过程中，输入齿轮可顺时针转动和逆时针转动，当保证顺时针转动时齿面的无间隙贴合时，而逆时针转动的齿面就无法无间隙贴合，进而逆时针转动时输入齿轮和输出齿轮43啮合处会存在间隙，而齿轮传动的间隙，会反映到工作头摆角的精度上，导致工作头的定位精度差，加工工件的精度难以满足要求。且由于齿轮配合时间隙的存在，在高速转动时也容易产生异响，同时也会带来齿轮快速的磨损，影响使用寿命。
28.而在本实施例中，在第一输入齿轮41与输出齿轮43的啮合处，第一输入齿轮上齿的第一齿面a1与输出齿轮上齿的第一齿面c1无间隙贴合，在第二输入齿轮42与输出齿轮43的啮合处，第二输入齿轮上齿的第二齿面b2与输出齿轮上齿的第二齿面c2无间隙贴合。其中，图5及图6中示出了第一输入齿轮上齿的第一齿面a1，以及第一输入齿轮上齿的第二齿面a2，第二输入齿轮上齿的第一齿面b1，以及第二输入齿轮上齿的第二齿面b2。
29.由于当第一输入齿轮41和第二输入齿轮42顺时针转动时，第一输入齿轮41为主要提供啮合力的齿轮，故此时齿轮的传动精度主要取决于第一输入齿轮41的第一齿面和输出齿轮43中齿的第一齿面的配合，当第一输入齿轮41和第二输入齿轮42逆时针转动时，第二输入齿轮42为主要提供啮合力的齿轮，此时，齿轮的传动精度主要取决于第二输入齿轮42的第二齿面和输出齿轮43中齿的第二齿面的配合。
30.故，在本实施例的装配中，保证了在第一输入齿轮41与输出齿轮43的啮合处，第一
输入齿轮上齿的第一齿面a1与输出齿轮上齿的第一齿面c1无间隙贴合，在第二输入齿轮42与输出齿轮43的啮合处，第二输入齿轮上齿的第二齿面b2与输出齿轮上齿的第二齿面c2无间隙贴合。即同时保证了三级传动单元4中顺时针和逆时针转动的传动精度，无论输入齿轮顺时针转动还是逆时针转动，输入齿轮和输出齿轮43啮合处均不存在间隙，进而提高了工作头摆角的精度使工作头的定位精度高，且避免了三级传动单元4在高速转动时产生异响，同时也避免了齿轮的快速磨损，提高了齿轮的使用寿命。
31.在本实施例中，传动轴3a的顶端中心处开设有调节凹槽，通过扳手伸入调节凹槽转动传动轴3a从而带动与减速机本体3b的底端固定连接的输出轴3c上的输入齿轮转动，使之在啮合处使其第一齿面与输出齿轮上齿的第一齿面c1无间隙贴合或第二齿面与输出齿轮上齿的第二齿面c2无间隙贴合，当间隙调节完毕后通过胀紧套3d实现传动轴3a与减速机本体3b之间的固定。
32.如图1-图2所示，用于五轴加工中心摆动头的驱动机构还包括电机安装组件5以便于驱动电机1的安装，电机安装组件5包括电机连接板51和传动固定板52，传动固定板52能够连接于摆动头的壳体内部，驱动电机1通过电机连接板51与传动固定板52可拆卸连接。
33.如图1-图3所示，为提高一级传动单元2的传动精度用于五轴加工中心摆动头的驱动机构还包括调整组件6，调整组件6包括调整板61、螺母62和调整螺钉63，调整板61同时连接于第一减速机31和第二减速机32的上方，螺母62设置于传动固定板52上，调整板61通过调整螺钉63与螺母62螺纹连接以调整输入带轮21与第一输出带轮23、第二输出带轮24之间的间距，进而保证了输入带轮21、输出带轮和同步带22之间的传动精度。
34.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
35.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连；可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
36.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征
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上”或“下”，可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”，可以是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”，可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度低于第二特征。
37.在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述，是指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进
行结合和组合。
38.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行改动、修改、替换和变型。