專利名稱：一種光電反饋式木工雙擺角銑頭裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于木材和人造板精深加工技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種可增加木工數(shù)控機(jī)床聯(lián) 動(dòng)坐標(biāo)軸數(shù)，實(shí)現(xiàn)木材加工中的鏤銑、鉆削、鋸切等多面體加工的雙擺角銑頭裝置。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)代木材工業(yè)中，木工數(shù)控機(jī)床正朝著高速度、高精度、多軸控制的方向發(fā) 展。現(xiàn)階段木工數(shù)控機(jī)床普遍采用三或四坐標(biāo)軸聯(lián)動(dòng)的結(jié)構(gòu)形式，三坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床 能夠完成木材工件三個(gè)坐標(biāo)方向的連續(xù)加工，但是，刀具旋轉(zhuǎn)軸與機(jī)床高速電主軸輸出 旋轉(zhuǎn)力方向一致，無(wú)法實(shí)現(xiàn)刀具旋轉(zhuǎn)軸角度的改變；四坐標(biāo)軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床是在普通三 坐標(biāo)軸木工數(shù)控機(jī)床的基礎(chǔ)上，通過(guò)增加C軸功能單元，即可以使得電主軸環(huán)繞Z軸旋 轉(zhuǎn)，將電主軸輸出的豎直旋轉(zhuǎn)力通過(guò)C軸功能單元的機(jī)械傳動(dòng)形式轉(zhuǎn)變?yōu)樗交蚱渌?向的旋轉(zhuǎn)力，從而實(shí)現(xiàn)坐標(biāo)軸方向的改變。四坐標(biāo)軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床只增加了環(huán)繞一個(gè)坐 標(biāo)軸的旋轉(zhuǎn)，加工刀具種類(lèi)單一，很難滿足現(xiàn)代家具、木結(jié)構(gòu)和室內(nèi)裝飾等木質(zhì)構(gòu)件復(fù) 雜曲面的加工要求。目前，國(guó)內(nèi)在設(shè)計(jì)和制造用于高精度高速多軸聯(lián)動(dòng)木工數(shù)控機(jī)床的雙擺角銑頭 方面還處于起步階段，由于缺乏關(guān)鍵技術(shù)，其可靠性、質(zhì)量、精度等方面難以與國(guó)外產(chǎn) 品相媲美。另外，用于高精度五軸聯(lián)動(dòng)加工中心的雙擺角銑頭需要能同時(shí)實(shí)現(xiàn)主軸回 轉(zhuǎn)、擺動(dòng)等功能，目前雙擺角銑頭主要采用齒輪副、蝸輪蝸桿或力矩電機(jī)等傳動(dòng)形式， 齒輪副、蝸輪蝸桿傳動(dòng)方案，設(shè)備電氣連線較少、整個(gè)產(chǎn)品的成本較低，雖然可以達(dá)到 一定的運(yùn)動(dòng)精度要求，但是，由于這類(lèi)傳動(dòng)方式存在傳動(dòng)間隙，使其定位精度不高，滿 足不了更高加工精度的要求，如果在其基礎(chǔ)上增加消除傳動(dòng)間隙的機(jī)械設(shè)施，會(huì)使傳動(dòng) 結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜。另外，現(xiàn)有傳動(dòng)方式存在產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、彈性變形、反向間隙、運(yùn)動(dòng)滯 后、摩擦、振動(dòng)、噪音、磨損及制造加工要求高等缺點(diǎn)；力矩電機(jī)傳動(dòng)精度高，但存在 轉(zhuǎn)速低、控制復(fù)雜、生產(chǎn)成本過(guò)高的問(wèn)題?，F(xiàn)有的五軸聯(lián)動(dòng)加工中心的雙擺角銑頭，通 常采用開(kāi)環(huán)或半開(kāi)環(huán)傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，其存在控制精度低，容易受到外界沖擊干擾，誤差無(wú)法 補(bǔ)償?shù)热秉c(diǎn)。由于上述這類(lèi)現(xiàn)有設(shè)備在傳動(dòng)等方面的局限性，導(dǎo)致無(wú)法適應(yīng)木材加工中速度 快和振動(dòng)沖擊較大的加工特點(diǎn)，致使加工出的零部件表面精度低，需要進(jìn)行二次加工才 能滿足使用要求。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于改進(jìn)現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種光電反饋式木工雙擺角銑 頭裝置，其可實(shí)現(xiàn)木材和人造板加工中的多面體鏤銑加工，適用于木工高精度、高速度 的多軸數(shù)控機(jī)床使用。本發(fā)明的目的是通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的—種光電反饋式木工雙擺角銑頭裝置，它包括一支撐座、一主殼體、一電主軸連接板和一電主軸，還包括一C軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、一A軸或B軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)以及一旋轉(zhuǎn)光電編 碼器。所述支撐座上設(shè)置所述C軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，所述C軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括伺服電機(jī)和與之 連接的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，該傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的輸出軸上連接所述主殼體；所述主殼體上設(shè)置所述A軸 或B軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，其包括伺服電機(jī)和與之連接的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，該傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的輸出軸上連接 所述電主軸連接板，在該電主軸連接板上設(shè)置所述電主軸；所述C軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和A軸或B軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)中還分別設(shè)有一行程開(kāi)關(guān)裝置，所述 C軸行程開(kāi)關(guān)裝置包括定位塊和限位開(kāi)關(guān)，在所述C軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的所述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的連接 所述主殼體的輸出軸上設(shè)置限位帶輪，所述定位塊設(shè)置在所述限位帶輪上，所述限位開(kāi) 關(guān)設(shè)置在所述支撐座上的限位開(kāi)關(guān)支撐板上；所述A軸或B軸行程開(kāi)關(guān)裝置包括作為定 位塊的電主軸連接板和限位開(kāi)關(guān)，所述限位開(kāi)關(guān)設(shè)置在所述主殼體上；所述C軸和所述 A軸或B軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)中的兩個(gè)所述限位開(kāi)關(guān)均包括正限位開(kāi)關(guān)和負(fù)限位開(kāi)關(guān)及零點(diǎn)傳感 器，該正、負(fù)限位開(kāi)關(guān)構(gòu)成相應(yīng)輸出軸的兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)的極限位置，使得所述輸出軸在小于 360°的角度范圍內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)擺動(dòng)；該零點(diǎn)傳感器置于該正、負(fù)限位開(kāi)關(guān)之間以定位 所述輸出軸的零點(diǎn)位置；所述C軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和A軸或B軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)中還分別設(shè)有一行程開(kāi)關(guān)裝置，所述 C軸行程開(kāi)關(guān)裝置包括定位塊和限位開(kāi)關(guān)，在所述C軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的所述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的連接 所述主殼體的輸出軸上設(shè)置限位帶輪，所述定位塊設(shè)置在所述限位帶輪上，所述限位開(kāi) 關(guān)設(shè)置在所述支撐座上的限位開(kāi)關(guān)支撐板上；所述A軸或B軸行程開(kāi)關(guān)裝置包括作為定 位塊的所述電主軸連接板和限位開(kāi)關(guān)，所述限位開(kāi)關(guān)設(shè)置在所述主殼體上。所述C軸和 所述A軸或B軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)中兩個(gè)所述限位開(kāi)關(guān)包括正限位開(kāi)關(guān)和負(fù)限位開(kāi)關(guān)及零點(diǎn)傳感 器，該正、負(fù)限位開(kāi)關(guān)構(gòu)成相應(yīng)的輸出軸的兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)的極限位置，使得所述輸出軸在小 于360°的角度范圍內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)擺動(dòng)；該零點(diǎn)傳感器置于該正、負(fù)限位開(kāi)關(guān)之間以 定位所述輸出軸的零點(diǎn)位置； 所述旋轉(zhuǎn)光電編碼器為兩套，每套旋轉(zhuǎn)光電編碼器均包括有光柵盤(pán)和光電檢測(cè) 裝置，所述光柵盤(pán)分別設(shè)置在兩個(gè)所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)中的所述輸出軸上，與所述光柵盤(pán)匹配 的光電檢測(cè)裝置和光源設(shè)置在所述支撐座和所述主殼體上位于所述光柵盤(pán)的兩側(cè)。為了增大C軸的轉(zhuǎn)動(dòng)角度和便于安裝限位開(kāi)關(guān)，在相應(yīng)的支撐座上設(shè)置一帶輪 軸，在其上設(shè)置一從動(dòng)限位輪，與所述減速器輸出軸上設(shè)置的所述主動(dòng)限位輪通過(guò)一傳 動(dòng)帶連接，主動(dòng)限位輪與從動(dòng)限位輪按一定傳動(dòng)比連接，所述定位塊設(shè)置在從動(dòng)限位帶 輪上，可使C軸的轉(zhuǎn)動(dòng)角度達(dá)士220°。所述C軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)中的行程開(kāi)關(guān)裝置中的所述正負(fù)限位開(kāi)關(guān)設(shè)置在限位開(kāi)關(guān)支 撐板上，所述限位開(kāi)關(guān)支撐板設(shè)置在支撐座上，使得C軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)中的所述輸出軸在最 大士220°角度范圍內(nèi)往復(fù)擺動(dòng)；所述A軸或B軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)中的行程開(kāi)關(guān)裝置中的所述 正負(fù)限位開(kāi)關(guān)設(shè)置在主殼體上，使得所述A軸或B軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)中的所述輸出軸在最大 士 110°角度范圍內(nèi)往復(fù)擺動(dòng)。這樣，可以滿足木材加工中復(fù)雜曲面加工的需要，同時(shí)可 以避免連接在電主軸上的電氣導(dǎo)線和氣壓管路發(fā)生纏繞。具體地，所述C軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)上的與之匹配的光電檢測(cè)裝置和光源設(shè)置在所述支 撐座上位于所述光柵盤(pán)的兩側(cè)；所述A軸或B軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)上的與所述光柵盤(pán)匹配的光電檢測(cè)裝置和光源設(shè)置在所述主殼體上位于所述光柵盤(pán)的兩側(cè)。所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)中的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)可以是帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，優(yōu)選同步齒形帶傳動(dòng)。所述主 動(dòng)限位輪與從動(dòng)限位輪也可優(yōu)選為齒形帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。為了使得C軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和A軸或B軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的輸出轉(zhuǎn)速適合于實(shí)際使用要 求，可以在所述帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中增加一減速器。所述減速器可以是擺線減速器或諧波齒輪 減速器。本光電反饋式木工雙擺角銑頭裝置通過(guò)所述支撐座設(shè)置在三坐標(biāo)木工數(shù)控機(jī)床 上，所述C軸旋轉(zhuǎn)支撐架的回轉(zhuǎn)中心軸與三坐標(biāo)木工數(shù)控機(jī)床的Z軸重合或平行，所述A 軸或B軸旋轉(zhuǎn)支撐架的回轉(zhuǎn)中心軸與C軸旋轉(zhuǎn)支撐架的回轉(zhuǎn)中心軸垂直，即與三坐標(biāo)木 工數(shù)控機(jī)床的X軸或Y軸重合或平行的平面內(nèi)。所述A軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)置在所述主殼體上，所述主殼體為雙支撐結(jié)構(gòu)，即為倒U 形狀，在其下方構(gòu)成兩個(gè)側(cè)支撐架，所述電主軸的兩個(gè)側(cè)面設(shè)置連接結(jié)構(gòu)，用以支撐在 該主殼體兩個(gè)側(cè)支撐架上。本發(fā)明提供的光電反饋式木工雙擺角銑頭裝置通過(guò)在現(xiàn)有三坐標(biāo)木工數(shù)控機(jī)床 上加裝一特定的支撐座，將電主軸設(shè)置在該支撐座上，使得電主軸在原有X、Y、Z三個(gè) 坐標(biāo)軸方向的移動(dòng)運(yùn)動(dòng)上又增加了在Z軸和X軸或Y軸兩個(gè)坐標(biāo)軸上的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。這 樣，就可以提高木材加工機(jī)床的加工靈活性，有效提高工作效率，縮短加工周期，增加 了電主軸的運(yùn)動(dòng)自由度，在加工過(guò)程中就可以減少換刀次數(shù)和重新夾持工件的次數(shù)，甚 至可以一次安裝工件完成所有需要加工的過(guò)程，因此，可提高加工精度和加工速度。另 外，本發(fā)明提供的支撐座以及C軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和A軸或B軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)緊湊、剛性好， 因此，反應(yīng)快、無(wú)反向間隙，可進(jìn)一步確保本加工裝置的加工精度。用于木工數(shù)控機(jī)床的雙擺頭裝置，其通過(guò)在普通三坐標(biāo)軸木工數(shù)控機(jī)床上，安 裝能夠增加兩個(gè)聯(lián)動(dòng)坐標(biāo)軸數(shù)的雙擺角銑頭裝置，即可實(shí)現(xiàn)電主軸環(huán)繞Z軸旋轉(zhuǎn)形成C 軸，還可實(shí)現(xiàn)環(huán)繞X軸旋轉(zhuǎn)形成A軸，或環(huán)繞Y軸旋轉(zhuǎn)成為B軸。通過(guò)控制增加的兩個(gè) 坐標(biāo)軸聯(lián)動(dòng)，即C軸和A或B軸參與擺動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)木工數(shù)控機(jī)床的五坐標(biāo)軸聯(lián)動(dòng)加工， 達(dá)到對(duì)木材工件一次裝夾，完成復(fù)雜曲面的加工。本發(fā)明提供的光電反饋式木工雙擺角銑頭裝置還有以下優(yōu)點(diǎn)1)所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)采用同步齒形帶傳動(dòng)，使得整機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊、傳動(dòng)比準(zhǔn)確、耐沖 擊振動(dòng)好、運(yùn)行平穩(wěn)，適合于負(fù)載小、振動(dòng)大的木材加工機(jī)床。2)電主軸具有較大的擺動(dòng)角度，實(shí)現(xiàn)了較大的加工范圍。采用先進(jìn)的密封技 術(shù)，電路、氣路完全集中在部件內(nèi)部，不受旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的限制。3)可實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，通過(guò)光電檢測(cè)模塊和外置處理器能夠精確控制雙擺角銑頭 的轉(zhuǎn)動(dòng)方向、速度和角度，可以減少帶傳動(dòng)產(chǎn)生的傳動(dòng)誤差，最大限度的保證控制精度 和可靠性。下面通過(guò)附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
圖1為本發(fā)明提供的光電反饋式木工雙擺角銑頭裝置的立體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明提供的光電反饋式木工雙擺角銑頭裝置的主視結(jié)構(gòu)示意圖3為本發(fā)明提供的光電反饋式木工雙擺角銑頭裝置中的C軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)擺動(dòng)角度 的行程開(kāi)關(guān)裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明提供的光電反饋式木工雙擺角銑頭裝置中的A軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)擺動(dòng)角度 的行程開(kāi)關(guān)裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本發(fā)明提供的光電反饋式木工雙擺角銑頭裝置中的光電檢測(cè)裝置的原理 圖。
具體實(shí)施例方式如圖1和圖2所示的一種光電反饋式木工雙擺角銑頭裝置，它包括一支撐座12、 一 C軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、一 A軸或B軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和一電主軸26。所述支撐座12設(shè)置在三坐標(biāo)木工數(shù)控機(jī)床的Z軸裝置上。支撐座12上設(shè)置所述C軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，所述C軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括C軸伺服電機(jī)1和 與之連接的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，該傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括固設(shè)在伺服電機(jī)1的輸出軸上的C軸主動(dòng)齒形帶輪 2，在支撐座12上可轉(zhuǎn)動(dòng)地設(shè)置所述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中的從動(dòng)軸，其上固設(shè)C軸從動(dòng)齒形帶輪 4，在齒形帶輪2和齒形帶輪4上套設(shè)C軸齒形帶3;在固設(shè)C軸從動(dòng)齒形帶輪4的軸上 的一端連接一 C軸減速器6，該減速器6的輸出軸上連接一主殼體15;主殼體15上通過(guò) A軸電機(jī)連接板16設(shè)置所述A軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，其包括A軸伺服電機(jī)17，在該伺服電機(jī)17 的輸出軸上固設(shè)A軸主動(dòng)齒形帶輪18，在主殼體15上可轉(zhuǎn)動(dòng)地設(shè)置所述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中的從 動(dòng)軸，其上固設(shè)A軸從動(dòng)齒形帶輪22，在主動(dòng)齒形帶輪18和從動(dòng)齒形帶輪22上套設(shè)A 軸齒形帶21;在固設(shè)A軸從動(dòng)齒形帶輪的軸上連接一 A軸減速器23，該減速器的輸出軸 連接一電主軸連接板25，在該電主軸連接板25上固置所述電主軸26。具體地，C軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)中的伺服電機(jī)1，設(shè)置在三坐標(biāo)木工數(shù)控機(jī)床的Z軸裝置 的一支撐座12上，伺服電機(jī)1輸出軸上固設(shè)主動(dòng)帶輪2，通過(guò)齒形帶3連接固定在支撐 座12上的一 C軸減速器6的動(dòng)力輸入軸上的從動(dòng)齒形帶輪4，C軸減速器6上的動(dòng)力輸 出軸連接過(guò)渡法蘭14，使其轉(zhuǎn)動(dòng)。主殼體15固定在過(guò)渡法蘭14上，C軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)中的 伺服電機(jī)1轉(zhuǎn)動(dòng)，即可驅(qū)動(dòng)主殼體15繞過(guò)渡法蘭的中心軸，也就是C軸減速器6的輸出 軸軸線轉(zhuǎn)動(dòng)。C軸減速器6采用精密擺線齒輪傳動(dòng)，輸入端和輸出端對(duì)中，具有結(jié)構(gòu)緊 湊、承載力高、傳動(dòng)比大、無(wú)側(cè)向間隙的特點(diǎn)。A軸伺服電機(jī)17及傳動(dòng)裝置安裝在主殼體15的內(nèi)部，主殼體15設(shè)置在過(guò)渡法 蘭14上。A軸伺服電機(jī)17的輸出軸上設(shè)主動(dòng)齒形帶輪18，通過(guò)主動(dòng)齒形帶輪18和套設(shè) 在其上的A軸同步齒形帶21，以及與A軸同步齒形帶21套設(shè)連接的從動(dòng)帶輪即A軸減 速機(jī)輸入帶輪22將動(dòng)力傳遞到減速器23的輸入端，經(jīng)A軸減速器23進(jìn)一步降低轉(zhuǎn)速， 增加扭矩，驅(qū)動(dòng)所述電主軸連接板25，電主軸26與電主軸連接板25直接相連，電主軸連 接板25的轉(zhuǎn)動(dòng)直接帶動(dòng)電主軸26旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)繞A軸轉(zhuǎn)動(dòng)。A軸減速器23也采用精密擺 線齒輪傳動(dòng)。C軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和A軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)中的兩個(gè)減速器還可以是諧波齒輪減速器。通過(guò)C軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和A軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，使得電主軸26可旋轉(zhuǎn)地設(shè)置在該支撐座12 上，過(guò)渡法蘭14的回轉(zhuǎn)中心軸與三坐標(biāo)木工數(shù)控機(jī)床的Z軸重合或平行，電主軸連接板 25的回轉(zhuǎn)中心軸與過(guò)渡法蘭14的回轉(zhuǎn)中心軸垂直即與三坐標(biāo)木工數(shù)控機(jī)床的X軸或Y軸 重合或平行。所述電主軸26固設(shè)在電主軸連接板25上。在本實(shí)施例中電主軸連接板25為A軸旋轉(zhuǎn)支撐架，其回轉(zhuǎn)中心軸與三坐標(biāo)木工數(shù)控機(jī)床的X軸重合或平行。電主軸為 豎直狀態(tài)時(shí)，其中心軸線與C軸減速器輸出軸的軸線重合。轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電主軸中心軸線與 C軸減速器輸出軸成一定夾角。
所述C軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)連接在支撐座12上，該支撐座設(shè)置在三坐標(biāo)木工數(shù)控機(jī)床的 Z軸裝置上形成一個(gè)旋轉(zhuǎn)方向，C軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)主殼體15轉(zhuǎn)動(dòng)。
所述A軸或B軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)置在主殼體15的一側(cè)內(nèi)部電機(jī)連接板16上，以驅(qū) 動(dòng)電主軸連接板25相對(duì)于所述支撐座12轉(zhuǎn)動(dòng)。
A軸伺服電機(jī)17及傳動(dòng)裝置安裝在主殼體15的內(nèi)部，主殼體15設(shè)置在過(guò)渡法 蘭14上。A軸伺服電機(jī)17的輸出軸上設(shè)主動(dòng)齒形帶輪18，通過(guò)主動(dòng)齒形帶輪18和套設(shè) 在其上的A軸同步齒形帶21，以及與A軸同步齒形帶21套設(shè)連接的從動(dòng)帶輪即A軸減 速機(jī)輸入帶輪22將動(dòng)力傳遞到減速器23的輸入端，經(jīng)A軸減速器23進(jìn)一步降低轉(zhuǎn)速， 增加扭矩，驅(qū)動(dòng)所述電主軸連接板25，電主軸沈與電主軸連接板25直接相連，電主軸連 接板25的轉(zhuǎn)動(dòng)直接帶動(dòng)電主軸沈旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)繞A軸轉(zhuǎn)動(dòng)。
在具體的一個(gè)例子中，A軸主動(dòng)齒形帶輪18的齒數(shù)為對(duì)，從動(dòng)齒形帶輪22的 齒數(shù)為48，減速比1 2。減速器的減速比為1 89，減速器輸出端連接電主軸連接板 25，電主軸連接板25與電主軸沈直接相連，A軸的總減速比可以達(dá)到1 178。A軸 伺服電機(jī)17額定轉(zhuǎn)速3000r · min1，額定轉(zhuǎn)矩1.27N · m，A軸總減速比178，得出A 的額定轉(zhuǎn)速16.85r · miiT1，額定轉(zhuǎn)矩226.06N · m。
C軸主動(dòng)齒形帶輪2齒數(shù)為30，從動(dòng)齒形帶輪4齒數(shù)為60，減速比1 2。被 動(dòng)帶輪4通過(guò)螺栓固定在減速機(jī)6的輸入軸端，減速器減速比1 89，減速器輸出端連 接主殼體15，實(shí)現(xiàn)C軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，C軸的總減速比1 178。C軸輸出端的齒形帶輪5的 齒數(shù)為40，限位齒形帶輪8的齒數(shù)為M。C軸伺服電機(jī)1額定轉(zhuǎn)速3000r ^miiT1,額定 轉(zhuǎn)矩2.07N · m。C軸總減速比1 178，得出C的額定轉(zhuǎn)速16.8 · min"1,額定轉(zhuǎn)矩 368.48N · m。
前述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中均采用同步齒形帶傳動(dòng)，其具有傳動(dòng)比準(zhǔn)確、耐沖擊振動(dòng)好、 運(yùn)行平穩(wěn)、不爬行等特點(diǎn)，適合于負(fù)載小、振動(dòng)大的木材加工。
也可以在所述C軸和A軸或B軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)中不設(shè)置減速器6或減速器23，此時(shí)， 是要根據(jù)需要將各驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)中的所述同步齒形帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中的帶輪直徑進(jìn)行設(shè)計(jì)即可。
本木材加工雙擺角銑頭裝置中的所述C軸旋轉(zhuǎn)支撐架的回轉(zhuǎn)工作行程設(shè)定 為-220度至+220度，所述A軸或B軸旋轉(zhuǎn)支撐架的回轉(zhuǎn)工作行程設(shè)定為_(kāi)110度至+110 度，即C軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的擺角士220°，是指正負(fù)限位開(kāi)關(guān)設(shè)置在C軸限位開(kāi)關(guān)支撐板11 上，限位開(kāi)關(guān)支撐板11設(shè)置在支撐座12上。定位塊81從原點(diǎn)轉(zhuǎn)到正極限位置時(shí)，主動(dòng) 限位齒形帶輪轉(zhuǎn)動(dòng)角度為0 220°，定位塊從原點(diǎn)轉(zhuǎn)到負(fù)極限位置時(shí)，主動(dòng)限位齒形帶 輪轉(zhuǎn)動(dòng)角度為0 220°。
如圖3、圖4所示，具體的限位結(jié)構(gòu)是
所述C軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和A軸或B軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)中分別設(shè)有一行程開(kāi)關(guān)裝置。以C軸 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)中的限位開(kāi)關(guān)裝置為例，所述C軸限位開(kāi)關(guān)裝置包括定位塊和限位開(kāi)關(guān)，所述 定位塊設(shè)置在所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)中的所述輸出軸的限位帶輪上，所述限位開(kāi)關(guān)設(shè)置在限位開(kāi) 關(guān)支撐板11上，限位開(kāi)關(guān)支撐板11設(shè)置在支撐座12上；所述A軸或B軸行程開(kāi)關(guān)裝置包括電主軸連接板和限位開(kāi)關(guān)，限位開(kāi)關(guān)裝置設(shè)置在所述主殼體上，依靠電主軸連接板 觸發(fā)行程開(kāi)關(guān)。所述限位開(kāi)關(guān)包括正限位開(kāi)關(guān)和負(fù)限位開(kāi)關(guān)及零點(diǎn)傳感器，該正、負(fù)限 位開(kāi)關(guān)構(gòu)成該輸出軸的兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)的極限位置，使得C軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的所述輸出軸在士220° 的角度范圍內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)，A軸或B軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的所述輸出軸在士 110°角度范圍 內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)；該零點(diǎn)傳感器置于該正、負(fù)限位開(kāi)關(guān)之間以定位所述輸出軸的零點(diǎn)位置。
具體地，C軸的限位結(jié)構(gòu)在限位開(kāi)關(guān)支撐板11上設(shè)置C軸的轉(zhuǎn)動(dòng)限位裝置， 其包括限位齒形帶輪8、限位齒形帶7、零點(diǎn)開(kāi)關(guān)9和正負(fù)限位開(kāi)關(guān)10，限位齒形帶輪8 支撐在限位開(kāi)關(guān)支撐板11上，其與前述減速器6的動(dòng)力輸出軸上的一同步齒形帶輪5上 套設(shè)限位齒形帶7，限位齒形帶輪8與一 C軸正負(fù)限位開(kāi)關(guān)10的限位開(kāi)關(guān)支撐板11相 連，在限位開(kāi)關(guān)支撐板11上的相應(yīng)于所述工作形成設(shè)定角度范圍對(duì)應(yīng)處設(shè)置與該C軸正 負(fù)限位開(kāi)關(guān)10的相匹配的正向限位開(kāi)關(guān)和負(fù)向限位開(kāi)關(guān)。
C軸伺服電機(jī)1通過(guò)主動(dòng)齒形帶輪2，齒形帶3，從動(dòng)齒形帶輪4將驅(qū)動(dòng)力傳遞 到減速機(jī)器6的輸入端，減速機(jī)器6的輸入端與從動(dòng)齒形帶輪4聯(lián)接，輸出端通過(guò)過(guò)渡法 蘭14固連主殼體15，直接驅(qū)動(dòng)主殼體15旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)C軸的轉(zhuǎn)動(dòng)。減速器6采用精密擺 線齒輪傳動(dòng)，輸入端和輸出端對(duì)中，具有結(jié)構(gòu)緊湊、承載力高、傳動(dòng)比大、無(wú)側(cè)向間隙 的特點(diǎn)。齒形帶輪5與齒形帶輪4同軸，齒形帶輪5又通過(guò)限位齒形帶7帶動(dòng)限位齒形 帶輪8轉(zhuǎn)動(dòng)。
當(dāng)C軸轉(zhuǎn)動(dòng)到正極限位置的時(shí)候，C軸的位置變化，通過(guò)與主殼體15，經(jīng)同步 齒形帶輪5，同步限位齒形帶7，同步齒形帶輪8，在同步齒形帶輪8上設(shè)有一小片扇形金 屬突起81，這就是C軸零點(diǎn)位置定位塊，C軸位置的變化經(jīng)上述的傳動(dòng)路徑引起同步齒 形帶輪8轉(zhuǎn)動(dòng)角度的變化，當(dāng)同步齒形帶輪8上該小片扇形金屬突起運(yùn)動(dòng)到特定位置，觸 發(fā)C軸正向限位開(kāi)關(guān)，使C軸停止繼續(xù)向正方向轉(zhuǎn)動(dòng)。同理，當(dāng)C軸轉(zhuǎn)動(dòng)到負(fù)極限位置 的時(shí)候，經(jīng)過(guò)同樣的傳動(dòng)路徑，觸發(fā)C軸負(fù)向限位開(kāi)關(guān)，阻止C軸繼續(xù)向負(fù)方向運(yùn)動(dòng)。 從而保證C軸只能在一定角度范圍內(nèi)運(yùn)動(dòng)，防止機(jī)件的損害。同理，C軸零點(diǎn)位置的確 定在支撐座12上的限位開(kāi)關(guān)支撐板11上設(shè)置一零點(diǎn)傳感器9，零點(diǎn)傳感器9將受到觸 發(fā)，根據(jù)此觸發(fā)信號(hào)，確定C軸運(yùn)動(dòng)到零點(diǎn)位置。
A軸的限位結(jié)構(gòu)是
A軸正負(fù)限位開(kāi)關(guān)19及零點(diǎn)開(kāi)關(guān)傳感器20安裝在主殼體15 —側(cè)內(nèi)壁上，當(dāng)A 軸轉(zhuǎn)動(dòng)到正極限位置的時(shí)候，A軸的位置變化，通過(guò)電主軸連接板25觸發(fā)A軸正向限位 開(kāi)關(guān)，使A軸停止繼續(xù)向正方向轉(zhuǎn)動(dòng)。同理，當(dāng)A軸轉(zhuǎn)動(dòng)到負(fù)極限位置的時(shí)候，經(jīng)過(guò)同 樣的傳動(dòng)路徑，觸發(fā)A軸負(fù)向限位開(kāi)關(guān)，阻止A軸繼續(xù)向負(fù)方向運(yùn)動(dòng)。從而保證A軸只 能在一定角度范圍內(nèi)運(yùn)動(dòng)。同理，A軸零點(diǎn)位置的確定在主殼體15側(cè)壁上設(shè)置一零 點(diǎn)傳感器20，零點(diǎn)傳感器20將受到觸發(fā)，根據(jù)此觸發(fā)信號(hào)，確定A軸運(yùn)動(dòng)到零點(diǎn)位置。 通過(guò)檢測(cè)電主軸連接板25的轉(zhuǎn)動(dòng)位置的變化來(lái)確認(rèn)電主軸沈的A軸擺動(dòng)角度。
當(dāng)C軸轉(zhuǎn)動(dòng)觸動(dòng)C軸限位開(kāi)關(guān)10或A軸轉(zhuǎn)動(dòng)觸動(dòng)A軸限位開(kāi)關(guān)19時(shí)，限位開(kāi) 關(guān)將向機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)發(fā)送信號(hào)，通知數(shù)控系統(tǒng)C軸或A軸已經(jīng)轉(zhuǎn)動(dòng)到極限位置。零點(diǎn) 傳感器9和20分別用于來(lái)定位C軸和A軸的零點(diǎn)位置。
在C軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和A軸或B軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)中還設(shè)有光電檢測(cè)裝置，每套旋轉(zhuǎn)光電 編碼器均包括有光柵盤(pán)和光電檢測(cè)裝置，所述旋轉(zhuǎn)光電編碼器分別設(shè)置在兩個(gè)所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)中的所述輸出軸上，在C、A軸傳動(dòng)的輸出端安裝旋轉(zhuǎn)光電編碼器，配合數(shù)控系統(tǒng)， 形成閉環(huán)控制，精確檢測(cè)C、A軸轉(zhuǎn)動(dòng)量，消除C、A軸傳動(dòng)系統(tǒng)的誤差。所述的數(shù)控 系統(tǒng)為現(xiàn)有技術(shù)，在此不贅述。
具體地，如圖1、2和圖5所示，C軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)中的旋轉(zhuǎn)光電編碼器13包括光柵 盤(pán)131和光電檢測(cè)裝置132，還包括光源133。光柵盤(pán)131設(shè)置在C軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)中的減速 器6上的輸出軸60上，所述C軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)上的與之匹配的光電檢測(cè)裝置132即光敏傳感 器和光源133即發(fā)光管設(shè)置在所述支撐座12上位于所述光柵盤(pán)的兩側(cè)；同理，所述A軸 或B軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)上的所述旋轉(zhuǎn)光電編碼器中的光柵盤(pán)設(shè)置在減速器23的輸出軸上，與所 述光柵盤(pán)匹配的光電檢測(cè)裝置和光源設(shè)置在所述主殼體上位于所述光柵盤(pán)的兩側(cè)。
旋轉(zhuǎn)光電編碼器的作用原理為以C軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)為例，其中光柵盤(pán)131固定在 減速器6的輸出軸60上，該光電檢測(cè)裝置132將信號(hào)傳給光電檢測(cè)裝置中的處理器模 塊，其對(duì)接收到的脈沖信號(hào)進(jìn)行處理，并發(fā)出控制指令控制相應(yīng)伺服電機(jī)而控制各驅(qū)動(dòng) 機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，同時(shí)還可以檢測(cè)到各驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)電主軸的轉(zhuǎn)動(dòng)速度、角度，進(jìn)行實(shí) 時(shí)監(jiān)控。由此，即可形成閉環(huán)控制系統(tǒng)，從而提高了本光電反饋式木工雙擺角銑頭裝置 的轉(zhuǎn)動(dòng)精度。
所述A軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)置在所述主殼體15上，所述主殼體15為雙支撐結(jié)構(gòu)，即為 倒U形狀，所述電主軸沈的兩個(gè)面設(shè)置在該主殼體15兩側(cè)的支撐架上，即主殼體15兩 側(cè)設(shè)置兩個(gè)電主軸連接板15，將電主軸沈設(shè)置在電主軸連接板25上。
權(quán)利要求
1.一種光電反饋式木工雙擺角銑頭裝置，其特征在于它包括一支撐座、一主殼 體、一電主軸連接板和一電主軸，還包括一 C軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、一 A軸或B軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)以及 兩個(gè)旋轉(zhuǎn)光電編碼器。所述支撐座上設(shè)置所述C軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，所述C軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括伺服電機(jī)和與之連接 的一傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，該傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的輸出軸上連接所述主殼體；所述主殼體上設(shè)置所述A軸或 B軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，其包括伺服電機(jī)和與之連接的一傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，該傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的輸出軸上連接 所述電主軸連接板，在該電主軸連接板上設(shè)置所述電主軸；所述C軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和A軸或B軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)中還分別設(shè)有一行程開(kāi)關(guān)裝置，所述C軸行 程開(kāi)關(guān)裝置包括定位塊和限位開(kāi)關(guān)，在所述C軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的所述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的連接所述主 殼體的輸出軸上設(shè)置限位帶輪，所述定位塊設(shè)置在所述限位帶輪上，所述限位開(kāi)關(guān)設(shè)置 在所述支撐座上的限位開(kāi)關(guān)支撐板上；所述A軸或B軸行程開(kāi)關(guān)裝置包括作為定位塊的 所述電主軸連接板和限位開(kāi)關(guān)，所述限位開(kāi)關(guān)設(shè)置在所述主殼體上。所述C軸和所述A 軸或B軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)中兩個(gè)所述限位開(kāi)關(guān)包括正限位開(kāi)關(guān)和負(fù)限位開(kāi)關(guān)及零點(diǎn)傳感器，該 正、負(fù)限位開(kāi)關(guān)構(gòu)成相應(yīng)的輸出軸的兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)的極限位置，使得所述輸出軸在小于360° 的角度范圍內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)擺動(dòng)；該零點(diǎn)傳感器置于該正、負(fù)限位開(kāi)關(guān)之間以定位所述 輸出軸的零點(diǎn)位置；所述旋轉(zhuǎn)光電編碼器為兩套，每套光旋轉(zhuǎn)光電編碼器均包括有光柵盤(pán)和光電檢測(cè)裝 置，所述光柵盤(pán)設(shè)置在兩個(gè)所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)中的所述輸出軸上，與所述光柵盤(pán)匹配的光電 檢測(cè)裝置和光源設(shè)置在所述支撐座和所述主殼體上位于所述光柵盤(pán)的兩側(cè)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光電反饋式木工雙擺角銑頭裝置，其特征在于所述的A軸 或B軸為與所述C軸相交設(shè)定角度。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光電反饋式木工雙擺角銑頭裝置，其特征在于所述的A軸 或B軸與所述C軸相交90°。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光電反饋式木工雙擺角銑頭裝置，其特征在于所述C 軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)中的行程開(kāi)關(guān)裝置中的所述正負(fù)限位開(kāi)關(guān)設(shè)置在限位開(kāi)關(guān)支撐板上，使得所 述輸出軸在士220°角度范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)；所述A軸或B軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)中的行程開(kāi)關(guān)裝置中的 所述正負(fù)限位開(kāi)關(guān)設(shè)置在主殼體的側(cè)壁上，使得所述輸出軸在士 110°角度范圍內(nèi)往復(fù)擺 動(dòng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光電反饋式木工雙擺角銑頭裝置，其特征在于所述驅(qū)動(dòng) 機(jī)構(gòu)中的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是同步齒形帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的光電反饋式木工雙擺角銑頭裝置，其特征在于在所述 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中增加一減速器，所述減速器的動(dòng)力輸入端連接所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)中的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的 輸出軸，所述減速器的動(dòng)力輸出端連接所述主殼體或所述電主軸連接板。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光電反饋式木工雙擺角銑頭裝置，其特征在于所述減速 器是擺線減速器或諧波齒輪減速器。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的光電反饋式木工雙擺角銑頭裝置，其特征在于本 光電反饋式木工雙擺角銑頭裝置通過(guò)所述支撐座設(shè)置在三坐標(biāo)木工數(shù)控機(jī)床的Z軸裝置 上。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光電反饋式木工雙擺角銑頭裝置，其特征在于所述主殼體為雙支撐結(jié)構(gòu)，即為倒U形狀，在其下方構(gòu)成兩個(gè)側(cè)支撐架，所述電主軸的兩個(gè)側(cè) 面設(shè)置連接結(jié)構(gòu)，用以支撐在該主殼體的兩側(cè)支撐架上。
10.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光電反饋式木工雙擺角銑頭裝置，其特征在于在相 應(yīng)的支撐座設(shè)置一帶輪軸，在其上可轉(zhuǎn)動(dòng)地設(shè)置一從動(dòng)限位帶輪與所述減速器輸出軸上 設(shè)置的所述限位帶輪通過(guò)一傳動(dòng)帶連接，所述定位塊設(shè)置在該從動(dòng)限位帶輪上。
全文摘要
本發(fā)明提供一種光電反饋式木工雙擺角銑頭裝置，包括一支撐座、一主殼體、一電主軸連接板、一電主軸、一C軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、一A軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)以及兩個(gè)旋轉(zhuǎn)光電編碼器；支撐座上設(shè)C軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，其包括伺服電機(jī)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，其輸出軸上連接主殼體；主殼體上設(shè)A軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，其包括伺服電機(jī)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，其輸出軸上通過(guò)電主軸連接板連接電主軸；C軸和A軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)中分別設(shè)行程開(kāi)關(guān)，其中定位塊設(shè)在驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)輸出軸上連接的限位帶輪上，對(duì)應(yīng)的限位開(kāi)關(guān)設(shè)于支撐座或主殼體上；旋轉(zhuǎn)光電編碼器中的光柵盤(pán)設(shè)在輸出軸上，光電檢測(cè)裝置和光源設(shè)置在支撐座或主殼體上。本裝置可實(shí)現(xiàn)木材和人造板加工中的多面體鏤銑加工，適用于木工高精度、高速度的多軸數(shù)控機(jī)床使用。
文檔編號(hào)B27C9/00GK102019636SQ20101051988
公開(kāi)日2011年4月20日 申請(qǐng)日期2010年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月26日
發(fā)明者尚文端, 張偉, 胡偉前 申請(qǐng)人:國(guó)家林業(yè)局北京林業(yè)機(jī)械研究所