CN101670528B - 立式交换工作台翻转驱动装置及制造方法 - Google Patents

立式交换工作台翻转驱动装置及制造方法 Download PDF

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Abstract

立式交换工作台翻转驱动装置及制造方法，用于卧式五轴数控加工中心，其特征在于翻转结构为四连杆结构：由三个转动副和一个移动副组成，第一转动副为丝杠固定端连同轴承座绕中心轴转动、第二转动副为翻转台在丝杠的驱动下绕自身固定的转动轴转动、第三转动副为安置在翻转台另一端的丝母座传动；电机带动丝杠传动，丝杠受拉压力，组成二力杆，丝母带动滑块沿丝杠方向平动，同时滑块与第二传动副连接，通过伺服控制，能够实现翻转工作台的定位，从而实现立卧转换和翻转精确定位。制造方法要点：1、翻转台在工件装夹位置时与丝杠摆动点距离OP，2、翻转台的翻转半径PQ，3、翻转台的重量及丝杠的直径；将运动的各个关键点进行参数化设计，并按照此数据实施制造部件和装配。本发明为高速卧式加工中心的立、卧双交换工作台提供可实现准确定位的翻转动力。

Description

立式交换工作台翻转驱动装置及制造方法
技术领域
本发明涉及机械制造设备，机床中的立式交换工作台上翻转驱动装置及制造方法。
背景技术
在现代飞机设计中广泛采用先进的整体结构设计技术，航空整体结构件具有尺寸大、壁薄、易变形、切削加工难度很大、零件精度高等工艺特点。由于工件挠度和热应力作用以及排屑等方面的要求，高速、卧式加工成为了目前航空结构件加工的主要加工方式。随着中国飞机工业的快速发展，适应整体结构件加工的高速、卧式加工中心的需求量越来越大，成为目前装备制造业的一大亮点。
高速卧式加工中心配备立式交换工作台，可以大大提高工作效率，减少辅助时间，同时能够增强机床主机部分的刚度。这种双交换工作台具有立卧转换功能，在装夹工件时，工作台处于卧式状态；在交换时，工作台处于立式状态，这种方式非常有利于工件的装夹，从而进一步减少了辅助时间，提高效率。然而，目前在立式交换工作台中，翻转驱动装置对工作台的翻转定位精度还不够，直接影响工作台的交换。
发明内容
本发明的目的是提供一种立式交换工作台翻转驱动装置及制造方法，为高速卧式加工中心的立、卧双交换工作台提供可实现准确定位的翻转动力。
立式交换工作台翻转驱动装置，用于卧式五轴数控加工中心，其特征在于翻转结构为四连杆结构：由三个转动副和一个移动副组成，第一转动副为丝杠固定端连同轴承座绕中心轴转动、第二转动副为翻转台在丝杠的驱动下绕自身固定的转动轴转动、第三转动副为安置在翻转台另一端的丝母座传动；电机带动丝杠传动，丝杠受拉压力，组成二力杆，丝母带动丝母轴沿丝杠方向平动，从而推动翻转工作台翻转；通过伺服控制，能够实现翻转工作台的精确定位，从而实现立卧转换和翻转定位。
制造方法，设计时要考虑如下设计要点：1、翻转台在工件装夹位置时与丝杠摆动点距离OP，2、翻转台的翻转半径PQ，3、翻转台的重量及丝杠的直径；首先利用三维建模软件将上述要点代入设计建模作业，然后将三维模型导入运动学仿真软件ADAMS，分析翻转台的运动合理性，将运动的各个关键点进行参数化设计，试运算选择关键点的最佳位置，获取对运动的关键位置点O、P和Q点的优化设计参数，并按照此数据实施制造部件和装配。
本发明的交换工作台翻转驱动装置能够很好的实现工作台的立、卧转换功能，保证转换精度，提升工作效率。
附图说明
附图1立式交换工作台翻转驱动装置设计原理图；
附图2立式交换工作台翻转驱动装置在装夹位置结构简图；
附图3立式交换工作台翻转驱动装置在交换位置结构简图；
附图4立式交换工作台翻转驱动装置剖视图；
具体实施方式
结合附图2，3，4说明本设计的联接关系：立式交换工作台翻转驱动装置，用于卧式五轴数控加工中心，其特征在于本装置为四连杆结构，由三个转动副和一个移动副组成。三个转动副是：1、第一转动副是在丝杠4一端用轴承组和轴承座7连接，轴承座7安置在支架8上，支架8通过轴承10与中心轴9、电机和减速机11按图4安装；2、第二转动副是在翻转台2一端与固定在底座1上的转动轴3结合，翻转台2另一端通过深沟球轴承连接丝母座12，丝母座12与丝母轴6同轴，且垂直于丝杠4；一个移动副是丝杠4固定端的转动中心轴9与设备底座1固定在一起，丝杠4另一端安置丝母轴6。
作业状态：立式交换工作台翻转驱动装置，用于卧式五轴数控加工中心，其特征在于翻转结构为四连杆结构：由三个转动副和一个移动副组成，第一转动副为丝杠4固定端连同轴承座7绕中心轴9转动、第二转动副为翻转台2在丝杠4的驱动下绕转动轴3转动、第三转动副为丝母座传动；丝杠4为一端固定一端自由安装，固定端通过减速机转动轴与伺服电机座相连，并构成转动副：电机带动丝杠传动，从而推动翻转台翻转；通过伺服控制，能够实现翻转工作台的精确定位，从而实现立卧转换和翻转定位。
第一转动副支架8绕中心轴9转动，第二转动副翻转台2在丝杠4的驱动下绕转动轴3转动，可实现90度卧、立状态转换，第三转动副翻转台2前端丝母座12与丝杠4端安置的丝母座6通过轴承5绕着丝母座转动。电机和减速机11驱动丝杠4，从而推动丝母12沿着丝杠4向上使运动轴3转动，同时丝杠4连同轴承7等机构绕转动中心轴9旋转，翻转台2在丝杠4的驱动下绕转动轴3作翻转运动，从而实现立卧转换，图2和图3是卧式和立式的两个状态。在整个工作过程中，丝母给丝杠的力是沿着丝杠自身的轴向方向，只受轴向力，丝杠为二力杆，从而保证了刚度。圆光栅尺13实现了闭环控制，使立卧精确转换。
为了保证翻转台结构的合理和科学性，制造设计时主要需要考虑的因素有：结合图1，1、翻转台在工件装夹位置时与丝杠摆动点距离OP：翻转台在工件装夹位置即水平时在位置P点，而丝杠固定的第一转动副支架8铰接在O点。2、翻转台的翻转半径PQ：当垂直丝杠摆动至翻转处于竖立状态时，翻转台以PQ为翻转半径绕着Q点进行翻转。这个变化过程即是翻转台工作的过程。3、翻转台的重量及丝杠的直径，考虑配置相应的减速机和电机。首先要进行三维建模，然后将三维模型导入运动学仿真软件ADAMS，将运动的各个关键点进行参数化设计，分析翻转台的运动合理性，试运算选择关键点的最佳位置，从而达到对运动的关键位置点O、P和Q点的优化设计，并按照此数据实施制造部件和装配。
由于翻转工作台还要实现立式交换功能，所以要求翻转机构必须实现准确定位，本发明采用加圆光栅的方法实现丝杠轴的准确定位。丝杠的固定端采用角接触球轴承固定，另一端放开，由于丝杠在翻转过程中始终处于压缩状态，此丝杠固定方式完全能够满足需求。
为了得到较大的扭矩和节约空间，本发明采用电机通过减速机驱动的方式实现丝杠的驱动。固定端的轴承座上可以固定丝杠防护装置，从而实现丝杠的防护。丝母座与翻转工作台通过深沟球轴承相连，从而实现了快速移动。

Claims (3)

1.立式交换工作台翻转驱动装置，用于卧式五轴数控加工中心，其特征在于采用四连杆结构，由三个转动副和一个移动副组成：第一转动副的丝杠固定端通过减速机转动轴与伺服电机座相连，另一端自由安装丝母轴，丝杠固定端连同轴承座绕中心轴转动、第二转动副为一端与转动轴固定的翻转台，在其另一端丝母轴的驱动下，绕转动轴转动并带动丝杠在O-P夹角形成摆动轨迹、第三转动副以翻转台另一端的丝母座随丝杠端丝母轴传动；电机带动丝杠传动组成二力杆，丝母带动丝母轴沿丝杠方向平动，从而推动翻转工作台翻转；通过伺服控制，能够实现翻转工作台的精确定位，从而实现立卧转换和翻转定位。
2.根据权利要求1所述的立式交换工作台翻转驱动装置，其特征在于构成四连杆结构的三个转动副和一个移动副是：一、第一转动副是在丝杠(4)一端用轴承组和轴承座(7)连接，轴承座(7)安置在支架(8)上，支架(8)通过轴承(10)与中心轴(9)、电机和减速机(11)同轴心安装，圆光栅尺(13)与丝杠(4)同轴地安装在轴承座(7)上方；二、第二转动副是在翻转台(2)一端与固定在底座(1)上的转动轴(3)结合，翻转台(2)另一端通过深沟球轴承联接丝母座(12)；三、第三转动副是丝杠(4)上的丝母轴(6)通过轴承(5)与丝母座(12)同轴，且垂直于丝杠(4)；一个移动副是由丝杠(4)固定端的转动中心轴(9)与设备底座(1)固定在一起，丝杠(4)另一端安置丝母轴(6)。
3.一种立式交换工作台翻转驱动装置的制造方法，其特征在于设计要点：1、翻转台在工件装夹位置时与丝杠摆动点距离OP：翻转台在工件装夹位置即水平时在位置P点，而丝杠固定的第一转动副支架(8)铰接在O点；2、翻转台的翻转半径PQ：当垂直丝杠摆动至翻转处于竖立状态时，翻转台以PQ为翻转半径绕着Q点进行翻转，这个变化过程即是翻转台工作的过程；3、翻转台的重量及丝杠的直径，考虑配置相应的减速机和电机；首先利用三维建模软件将设计要点代入设计建模作业，然后将三维模型导入运动学仿真软件ADAMS，分析翻转台的运动合理性，将运动的各个关键点进行参数化设计，试运算选择关键点的最佳位置，获取对运动的关键位置点O、P和Q点的优化设计参数，并按照此数据实施制造部件和装配。
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