CN102029529B - 一种水平轴转台 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种水平轴转台，包括载物平台和水平传动轴，所述载物平台与水平传动轴固定连接，其特征在于：所述水平传动轴上还固定连接有导轨，所述导轨设置在所述水平传动轴上不影响机械运作的任何空间，所述导轨上设置有可沿所述导轨移动的配重块；工作时可通过移动所述配重块的位置使得所述载物平台及其荷载与所述配重块为一体所产生的总的颠覆力矩为0。本发明结构简单，通过设置配重块平衡载物平台及其荷载产生的颠覆力矩，控制方便，能够有效平衡水平轴转台的颠覆力矩。

Description

一种水平轴转台

技术领域

本发明属于机械系统领域，具体涉及一种水平轴转台。

背景技术

在机床和机器人行业，大量地使用了转台。转台的作用是支撑需要某种转动的重物。由于转台加上其支撑的重物的总合成质心(或重心)不一定落在转台旋转轴的轴线上。在转轴处于不同的旋转角度时，地球引力对上述重量的总重力就不一定通过支撑轴线。最常见的一种情况是水平轴转台(也包括旋转轴在水平方向含有非零的分量，即与水平方向非正交的场合)。这样在转台旋转到不同角度时，由于质心偏离旋转轴的轴线(也称为支撑轴线)而形成附加转动力矩(我们且称之为颠覆力矩)，实际当中往往倾向于把重物的重心拉至支撑轴线的正下方，这个力矩在机床和机器人行业常带来严重的平衡问题。例如增加了对控制系统(用于控制转台动作)的非线性干扰力(与转角关系非线性)，即转台的旋转成为震动力的来源。在不同轴角时用于刹车所要求的力也会因此变得不同。

为了克服上述颠覆力矩，通常的解决办法有如下几种方案：

第一、加大动力源的旋转力矩，主要方案是在转台2’上设置大功率的力矩电机1’，如图1所示。这种方案的缺点是增加了机械的重量，加大了能耗，而且对刹车要求更苛刻。

第二、采用大速比的减速机构，如在转台2’上设置蜗轮蜗杆装置3’，以产生克服颠覆力的足够力矩，如图2所示。这种方案的缺点是产生了回差误差(例如齿隙误差)，运转往一个方向时所有部件往一个方向靠，而往另一个方向时所有部件往另一个方向靠。这种回差由于重物在旋转角不同时变形也不同，使精密加工或精密定位几乎不可能了。

第三、中国专利ZL200710010149.8公开的一种平衡颠覆力矩的系统，其通过连杆一端固定在转轴上，另一端铰接在活塞杆上；活塞设置在汽缸内，汽缸的底部安装滚轮。这种装置的缺陷是结构太复杂，采用了气压或液压控制系统，当控制系统断电时，没有自锁能力。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种结构简单、控制方便、能够有效平衡颠覆力矩的水平轴转台。

技术方案：本发明所述的一种水平轴转台，包括载物平台和水平传动轴，所述载物平台与水平传动轴固定连接，所述水平传动轴上还固定连接有导轨，所述导轨设置在所述水平传动轴上不影响机械运作的任何空间，所述导轨上设置有可沿所述导轨移动的配重块；工作时可通过移动所述配重块的位置使得所述载物平台及其荷载与所述配重块为一体所产生的总的颠覆力矩为0。

比较优选的方案为：所述配重块的重心q、所述水平传动轴的轴心o以及所述载物平台及其荷载的重心p在沿传动轴轴线方向上的投影在一条直线上。这样，载物平台及其荷载转动到任何角度，都不需要调整配重块的位置。

带有配重块的水平轴转台中的力矩感应装置可以感知力矩的变化，并与控制系统相连，当工件重量发生变化时，控制系统就会驱动动力系统(一般为电机)将配重块进行上下移动，直到合力矩达到一很小值为止。为了使配重块具有极佳的自锁功能，所述配重块通过大速比的减速传动机构驱动沿所述导轨移动，比较优选采用丝杠螺母副加上蜗轮蜗杆副。速比达到了一百甚至几百以上，这样就实现了极佳的自锁功能。在突然断电的情况下配重块也会因自锁而不会造成作业事故，配重块加载物平台及其荷载的总重心仍将保持在支撑的旋转轴上，即：总颠覆力矩Md-Mq始终保持在0或者一个很小值。当然，采用大速比的减速传动机构带来的另一个好处就是由于速比大而可选择一个很小功率的电机(小至几十瓦以下)来驱动此直线传动机构，省却了昂贵的液压/气压装置及其控制系统。

本发明装置可以适用于各种水平轴转台，当所述水平轴转台为单摇臂形式转台，所述导轨优选为单导轨；当所述水平轴转台为双摇臂形式转台，所述导轨优选为双导轨或单导轨，设置在所述水平轴转台及其荷载重心的两侧或某一侧。

本发明与现有技术相比，其有益效果是：1、本发明结构简单，通过设置配重块平衡载物平台及其荷载产生的颠覆力矩，控制方便，能够有效平衡水平轴转台的颠覆力矩；2、本发明应用广泛，不只应用到数控机床和机器人行业，还可广泛应用到需要平衡颠覆力矩的各种水平转动机构。

附图说明

图1为通过大功率力矩电机平衡颠覆力矩的水平轴转台结构示意图；

图2为通过蜗轮蜗杆装置平衡颠覆力矩的水平轴转台结构示意图；

图3为本发明实施例1的水平轴转台结构示意图；

图4为本发明实施例1的水平轴转台结构另一示意图，重心因荷载物很高而重心高于支撑轴的情况；

图5为本发明实施例1在传动轴轴线方向投影的原理示意图；

图6为本发明实施例2的水平轴转台结构示意图；

图7为使用本发明的流程图。

具体实施方式

下面结合附图，通过实施例，对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。

实施例1：如图3、图4所示，一种水平轴转台，包括载物平台4和水平传动轴5，所述载物平台4与水平传动轴5固定连接，所述水平传动轴5上还固定连接有导轨2，所述导轨2设置在所述水平传动轴5上，若所述水平轴转台为双摇臂形式转台，所述导轨为双导轨，设置在所述水平轴转台及其荷载重心的两侧；对双摇臂形式转台，也可用一个单导轨，只设置在一侧.所述导轨原则上可以设置在不影响机械运作或刀具达不到的任何空间，视方便而定，一般设置在沿着原支撑轴线伸长出来的地方；所述导轨2上设置有可沿所述导轨2移动的配重块1；导向轨2的两端都有导向作用(图4)，鉴于颠覆力的作用点一般低于水平轴，因此导向轨上端部分较长；所述配重块的重心q、所述水平传动轴的轴心o以及所述载物平台及其荷载的重心p在沿传动轴轴线方向上的投影在一条直线上(图5)；荷载直接放置在载物平台上，工作时，可通过移动所述配重块1的位置使得所述载物平台4及其荷载3与所述配重块1为一体所产生的总的颠覆力矩为0。所述配重块通过大速比的减速传动机构驱动沿所述导轨移动，例如丝杠螺母副加上蜗轮蜗杆副，这样就实现了极佳的自锁功能，在突然断电的情况下配重块也会因自锁而不会造成作业事故。水平轴转台上可直接放置加工工件或其他转台等夹具。

工作原理如图5所示，载物平台及其荷载P的重心为p，其与转轴O的连线po的长度在水平方向的投影是D，其产生的颠覆力矩为：

Md＝P*D    (1)

导轨上设置的可移动的配重块Q，其重量也称之为Q，其重心点为q，其与转轴O的连线qo的长度在水平方向的投影是F，则配重块Q产生的力矩为：

Mq＝Q*F    (2)

固定Q，移动重心点q，从而调整F，使其尽量满足下式：

Q*F＝P*D    (3)

或：

Md＝Mq    (4)

把配重块Q和载物平台及其荷载固定为一体后，总的颠覆力矩：

Md-Mq＝0    (5)

当要支撑的荷载P的重量变化或距离D改变时，将引起原颠覆力矩Md改变，我们可通过移动配重块Q的位置，即通过改变qO的长度(也就改变了水平距离F)，来维持(3)式的成立。这样就保持了总的颠覆力矩Md-Mq仍旧为很小值(包括0)。

本发明具体工作流程如图7所示，首先将工件(即荷载)安装在载物平台上，然后力矩感应装置检测总颠覆力矩，根据检测值驱动电机移动配重块，直至总颠覆力矩达到最小值时完成。这个测控过程在实际运行中是由控制系统反复进行的。

实施例2：如图6所示，一种水平轴转台，与实施例1不同的在于：所述水平轴转台为单摇臂形式转台，所述导轨为单导轨，其他同实施例1。

如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。

Claims (6)

1.一种水平轴转台，包括载物平台和水平传动轴，所述载物平台与水平传动轴固定连接，其特征在于：所述水平传动轴上还固定连接有导轨，所述导轨设置在所述水平传动轴上不影响机械运作的任何空间，所述导轨上设置有可沿所述导轨移动的配重块；工作时可通过移动所述配重块的位置使得所述载物平台及其荷载与所述配重块为一体所产生的总的颠覆力矩为0。

2.根据权利要求1所述的水平轴转台，其特征在于：所述配重块的重心q、所述水平传动轴的轴心o以及所述载物平台及其荷载的重心p在沿传动轴轴线方向上的投影在一条直线上。

3.根据权利要求1所述的水平轴转台，其特征在于：所述配重块通过大速比的减速传动机构驱动沿所述导轨移动。

4.根据权利要求3所述的水平轴转台，其特征在于：所述大速比的减速传动机构为丝杠螺母副加上蜗轮蜗杆副。

5.根据权利要求1所述的水平轴转台，其特征在于：所述水平轴转台为单摇臂形式转台，所述导轨为单导轨。

6.根据权利要求1所述的水平轴转台，其特征在于：所述水平轴转台为双摇臂形式转台，所述导轨为双导轨或单导轨，分别设置在所述水平轴转台及其荷载重心的两侧或一侧。

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