CN102975070B - 主轴驱动装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种主轴驱动装置，其主要经由一驱动组搭配一背隙消除机构与变速箱来对应传动两动力输出轴，以令两动力输出轴驱动主轴进行运转者，其中在不启动背隙消除功能状态下，因各传动齿轮间有背隙存在，所以在主轴高速运转，可避免各传动齿轮间因摩擦发热产生的干涉，且主轴经由变速箱传动而具有高、低档变速切换功能，可广泛做一般的切削加工，而其两动力输出轴可同时动作力输出，所以可获得双倍的输出扭矩，并且达到平衡驱动的功效，而在主轴必须作精确位置定位时，通过启动背隙消除功能，以达到主轴精密位置控制的目的；另外，主轴驱动装置仅利用一组驱动组来作为驱动的动力，可降低整个驱动系统的成本。

Description

主轴驱动装置

技术领域

本发明关于一种主轴驱动装置，尤指一种主轴具有高、低档变速切换及背隙消除机构的驱动结构，藉以在不启动背隙消除功能时，主轴可高速运转，且具有高、低档变速切换功能，以可广泛运用于一般的切削加工；而当主轴作精确位置定位时，通过启动背隙消除功能，以达到主轴精密位置控制的目的的主轴驱动装置。

背景技术

现有回转主轴如图1所示，为了可适用于高速低扭力及低速高扭力的泛用加工，通常驱动组5都须要藉由变速箱51来作高、低档变速切换，再经由驱动轴52的齿轮53将动力传导给主轴54，以因应各种的切削加工的条件；但一般变速箱51均由齿轮来传动，会有背隙存在，以致当主轴54作位置定位时，通常定位无法达到精确效果，因此，若加工件必须作精准定位时，则需要利用背隙消除机构来应对背隙问题，但通常背隙消除机构大都仅应用于进给轴的传动(如图2所示)，此传动方式利用油压缸57推动斜齿轮56来进行背隙消除的动作，但此背隙消除机构并无变速功能，必须经由多段减速，来增加传动扭矩，所以无法应用于高转速，大都应用于进给轴的传动。因此，若考虑主轴需能做高速切削加工及低速精确位置定位时，通常工具机市场会采用内藏式马达或直传主轴的设计，如此才可合乎加工及精确定位的需求。但因是直传的因素，主轴只能高速或只能低速的切削。

为了改善上述的缺点，请参阅图3所示，市场又发展出双驱传动的观念，双驱传动必须藉两组变速箱61及两组驱动组6的组合来驱动；如此主轴即可获得高扭矩的输出，也可藉由两组驱动组搭配电气控制的调整，达到低速无背隙的传动需求。但造价高、占空间、电气控制复杂为其缺点。而业界中也有将回转工作台车削加工时的动力驱动及铣削加工时工作台的角度定位机能为个别分开控制的观念(如图4所示)，其由一主轴马达62带动变速箱63，以让变速箱63驱动工作台64运转，当需要工作台作角度精确定位时，则将动力切换至另一侧的伺服马达65，以伺服马达65经由无背隙的齿轮驱动工作台角度定位，但此方式需设计有二组动力驱动的马达，导致成本高，同时也让整体结构复杂化。

接续，又如日本专利特许第3729519号(P3729519)，其内容所揭露的是背隙消除机构设计，可解决上述的问题，利用单一动力源驱动工作台，通过背隙消除机构装置的切换，使工作台做回转车削加工时容许有背隙存在，于铣削加工时，背隙消除。其方式为两件齿数、模数相同、但齿厚不同的正齿轮，结合于同一轴上，配合切换装置，达到背隙消除的功能。由于其背隙消除量为固定，所以无法自动补偿调整；且在主轴无背隙消除须高速运转时，也无法消除各传动齿轮间因节距误差产生的背隙，所以，车削时无平衡驱动的功能。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供一种一种主轴驱动装置，具有高、低档变速切换功能的主轴驱动装置。

本发明的技术解决方案是：

一种主轴驱动装置，经由一驱动组(1)搭配一背隙消除机构(2)与变速箱(3)来同时对应传动动力输出E、D轴，以令动力输出E、D轴驱动主轴(4)进行运转，其中：该驱动组(1)设有一驱动A轴，于该驱动A轴表面设有直齿部(11)及内部设有导通贯穿的管路(12)；而该背隙消除机构(2)中包含有组设于该驱动A轴直齿部(11)上的第一螺旋齿轮(21)及第二螺旋齿轮(22)，所述第一螺旋齿轮(21)、第二螺旋齿轮(22)内部以直齿(211)、(221)对应与该驱动A轴直齿部(11)啮合，而其第一螺旋齿轮(21)、第二螺旋齿轮(22)外部分别为左斜螺旋齿(212)、右斜螺旋齿(222)，而该第一螺旋齿轮(21)对应传动一C轴的动力螺旋齿轮(24)，而该第二螺旋齿轮(22)则对应传动一B轴的动力螺旋齿轮(23)，续于该第一螺旋齿轮(21)上设有动作槽(213)，以对应嵌入设置有管路(251)的活塞(25)，而该第二螺旋齿轮(22)上设有一穿槽(223)，于该穿槽(223)内设有一嵌入弹性件(261)的顶销(26)，且该弹性件(261)一端对应抵掣在该第一螺旋齿轮(21)端面，再于该驱动A轴上设有一与所述活塞(25)套结的轴套(27)，而该轴套(27)对应该活塞(25)管路(251)及该驱动A轴的管路(12)处亦设有通道(271)，且于该驱动A轴末端组设一能够输入动力至该驱动A轴与该活塞(25)管路(251)的回转接头(28)；该变速箱(3)内包含有第一变速机构(G1)及第二变速机构(G2)，以当该主轴(4)作高、低速档变速时，藉以所述第一变速机构(G1)、第二变速机构(G2)中分别设有所述动力输出E、D轴来同步承接所述C、B轴所传输的动力来带动该主轴(4)作高、低档变速动作；所述动力输出E、D轴，为接收所述C、B轴所传输的动力，而传递带动该主轴(4)运转。

本发明的主轴驱动装置，其主要设有具有高、低档变速切换及背隙消除机构的主轴驱动设备，藉以在不启动背隙消除功能时，主轴可高速运转，且具有高、低档变速切换功能，以可广泛运用于一般的切削加工，而当主轴作精确位置定位时，通过启动背隙消除功能，以达到主轴精密位置控制的目的，因此，该主轴可应用于具有高、低档变速切换功能，同时需要背隙消除以达精密位置控制目的的工具机主轴；应用的机械如落地式搪铣床主轴、立式车床工作台、铣车复合加工机工作台等。

为达上述目的，本发明提供一种主轴驱动装置，其特征与功效如下：

本发明主要经由一驱动组搭配一背隙消除机构与变速箱来对应传动两动力输出轴，以令两动力输出轴驱动主轴进行运转者，其中在不启动背隙消除功能状态下，因各传动齿轮间有背隙存在，所以在主轴高速运转，可避免各传动齿轮间因摩擦发热产生的干涉，且主轴经由变速箱传动而具有高、低档变速切换功能，可广泛做一般的切削加工，而其两动力输出轴可同时动作力输出，所以可获得双倍的输出扭矩，并且达到平衡驱动的功效，而在主轴必须作精确位置定位时，通过启动背隙消除功能，以达到主轴精密位置控制的目的；另外，主轴驱动装置仅利用一组驱动组来作为驱动的动力，可降低整个驱动系统的成本。

附图说明

图1为现有技术示意图一；

图2为现有技术示意图二；

图3为现有技术示意图三；

图4为现有技术示意图四；

图5为本发明整体外观示意图；

图6为本发明背隙消除机构示意图(解除状态)；

图7为本发明背隙消除机构的A轴与螺旋齿轮啮合图；

图8为本发明变速箱结构示意图(高速)；

图9为本发明变速箱结构示意图(低速)；

图10为本发明主轴驱动示意图；

图11为本发明主轴驱动示意图(皮带传动)；

图12为本发明主轴双驱传动示意图；

图13为本发明双驱传动齿轮啮合图(A、B、C轴)；

图14为本发明双驱传动齿轮啮合图(D、E、主轴)；

图15为本发明变速箱侧视示意图；

图16为本发明变速箱高速状态局部放大示意图；

图17为本发明变速箱低速状态局部放大示意图；

图18为本发明行星齿轮啮合状态示意图；

图19为本发明背隙消除机构传动示意图；

图20为本发明消除背隙状态示意图；

图21为本发明消除背隙齿轮啮合图(A、B、C轴)；

图22为本发明消除背隙齿轮啮合图(D、E、主轴)；

图23为本发明应用机构示意图。

主要元件标号说明：

本发明：

1：驱动组          11：直齿部          12：管路

13：皮带           2：背隙消除机构     21：第一螺旋齿轮

211：直齿          212：左斜螺旋齿     213：动作槽

22：第二螺旋齿轮   221：直齿           222：右斜螺旋齿

223：穿槽          23：动力螺旋齿轮    24：动力螺旋齿轮

25：活塞           251：管路           26：顶销

261：弹性件        27：轴套            271：通道

28：回转接头       3：变速箱           G1：第一变速机构

G2：第二变速机构   31：传动齿轮        311：内齿部

312：外齿段        32：前传动件        321：第一外齿部

322：第二外齿部    33：齿盘            331：内环齿部

332：连动外齿部    34：行星齿轮        35：轴座

36：变速齿轮座     361：内齿段         362：外齿段

37：拨块           38：变速活塞杆      39：定位座

391：齿部          e1：齿轮            d1：齿轮

4：主轴            41：齿轮

现有技术：

5：驱动组          51：变速箱          52：驱动轴

53：齿轮           54：主轴            56：斜齿轮

57：油压缸         6：驱动组           61：变速箱

62：主动力马达     63：变速箱          64：工作台

65：伺服马达

具体实施方式

为令本发明的技术手段、发明目的及达成功效有更完整及清楚的揭露，兹于下详细说明之，并请一并参阅揭示的附图及元件符号。

首先，请参阅图5至图9所示，为本发明提供一种主轴驱动装置整体架构示意图，其主要经由一驱动组1搭配一背隙消除机构2与变速箱3来对应传动两动力输出轴(E、D轴)，以令两动力输出轴驱动主轴4进行运转，其中：

请一并参阅图6及图7所示，该驱动组1设有一驱动A轴(为一方栓轴)，于驱动A轴表面设有直齿部11及内部设有导通的管路12。

而该背隙消除机构2中包含有组设于驱动A轴直齿部11上的第一、第二螺旋齿轮21、22，该第一、第二螺旋齿轮21、22内部以直齿211、221对应与驱动A轴直齿部11啮合，而其第一、第二螺旋齿轮21、22外部分别为左、右斜螺旋齿212、222，螺旋方向不同的齿轮，并在端面由螺栓固定，而第一螺旋齿轮21对应传动一C轴的动力螺旋齿轮24，而第二螺旋齿轮22则对应传动一B轴的动力螺旋齿轮23，续于第一螺旋齿轮21上设有动作槽213，以对应嵌入设置有管路251的活塞25，而第二螺旋齿轮22上设有一穿槽223，于穿槽223内设有一嵌入弹性件261的顶销26，且弹性件261一端对应抵掣在第一螺旋齿轮21端面，再于驱动A轴上设有一与活塞25套结的轴套27，而轴套27对应活塞25管路251及A轴管路12处亦设有通道271，且于A轴末端组设一可输入动力至驱动A轴与活塞25管路251的回转接头28。

请一并参阅图8、图9及图15所示，该变速箱3内包含有第一、第二变速机构G1、G2，以当主轴4作高、低速档变速时，藉以第一、第二变速机构G1、G2中分别设有动力输出E、D轴来同步承接C、B轴所传输的动力来带动主轴4作高、低档变速动作，而该第一、第二变速机构G1、G2主要分别于C、B轴上套设有传动齿轮31，传动齿轮31前端内部设有内齿部311，后段外侧则设有外齿段312，该内齿部311对应与一前段设有第一外齿部321的前传动件32相互啮合，而前传动件32后段设置有第二外齿部322，续传动齿轮31外部套设有未连动的齿盘33，齿盘33内部设有内环齿部331，而外部设有连动外齿部332，于前传动件32第二外齿部322与齿盘33内环齿部331间设有至少二个以上呈连动转速变化的行星齿轮34，而行星齿轮34枢设定位在一与动力输出E、D轴结合的轴座35上，续于传动齿轮31与齿盘33连动外齿部332的外部套设有一变速齿轮座36，该变速齿轮座36的内外分别设有内齿段361与外齿段362，而变速齿轮座36结合一连动的拨块37，该拨块37一端与一变速活塞杆38结合，该变速活塞杆38经由动力驱动拨块37，而可带动变速齿轮座36与传动齿轮31外齿段312与齿盘33连动外齿部332同时啮合的高速传动，或脱离传动齿轮31外齿段312而啮合齿盘33连动外齿部332，使变速齿轮座36的外齿段362与机台上所设的定位座39齿部391啮合齿盘33不转动的低速传动选择。

该动力输出E、D轴，为接收C、B轴所传输的动力，而传递带动主轴4运转。

请一并参阅图6及图8至图11所示，该主轴驱动装置包含有一主轴4、两动力输出轴(E、D轴)、一变速箱3、一背隙消除机构2(如图6所示)及一驱动组1，该驱动组1可为内藏马达(如图10所示)或外部主轴马达以皮带13传动(如图11所示)，当驱动组转动时，第一、第二螺旋齿轮21、22会分别经由动力螺旋齿轮24、23将动力分别传递至C、B轴，再分别经由第一、第二变速机构G1、G2传递动力至动力输出E、D轴，以动力输出E、D轴同时驱动主轴4运转。

请一并参阅图6及图10至图14所示，而在驱动组1转动之初，E轴上的齿轮e1及D轴上的齿轮d1同时啮合于主轴4的齿轮41的状态，主轴4开始平顺转动，此时，第一、第二螺旋齿轮21、22会因左右不同螺旋线的关系，在A轴的方栓轴上自动调整位置，使齿轮e1、d1与齿轮41均保持在啮合状态，如此，可达到平衡驱动的功能。

接续，请一并参阅图15至图18所示，在驱动系统中进行主轴的高、低档变速切换功能时，其藉由变速箱中的第一、第二变速机构G1、G2来同步执行，以下以单一组变速机构作为说明，当切换高速档时，其第一变速机构G1中的变速活塞杆38经由动力输入而后退，以驱动拨块37位移，而其动力输入可为气压或油压，而拨块37带动变速齿轮座36后退位移，让变速齿轮座36的内齿段361与传动齿轮31的外齿段312及齿盘33的连动外齿部332啮合，如此，当C轴的动力传输时，经由传动齿轮31、齿盘33与C轴同步运转，且传动齿轮31前端内齿部311与第一外齿部321所啮合的前传动件32也同步同速运转，因此，前传动件32第二外齿部322与齿盘33内环齿部331间的行星齿轮34传递带动与动力输出E轴结合的轴座35，让动力输出E轴带动主轴4形成高速档运转(如图16所示)。

反之，当切换低速档时，其第一变速机构G1中的变速活塞杆38经由动力松懈而导推前进，以驱动拨块37位移，而拨块37带动变速齿轮座36前进位移，让变速齿轮座36的内齿段361脱离传动齿轮31外齿段312而与齿盘33连动外齿部332啮合，且变速齿轮座36的外齿段362对应与机台上所设的定位座39齿部391啮合，让齿盘33被啮合固定而不转动，如此，当C轴的动力传输时，其传动齿轮31前端内齿部311与第一外齿部321所啮合的前传动件32同步运转，而齿盘33被固定未随之转动，所以，经由前传动件32的第二外齿部322带动行星齿轮34转动，让行星齿轮34随齿盘33内环齿部331带动轴座35达到减速，因此上述动作形成低速让动力输出E轴带动主轴4形成低速档运转(如图17所示)；而当低速档传动下，藉由动力输出E、D轴而具有平衡驱动功能且可双倍扭矩输出、减少传动机构尺寸，降低加减速时间；当主轴4具有高、低档变速切换功能，则可广泛运用于一般的切削加工。

请再一并参阅图19至图22所示，当主轴必须做精确位置定位时，通过启动背隙消除功能，以达到主轴精密位置控制的目的；而背隙消除功能的启动，必须靠油压来动作，动作叙述如下：

于第一螺旋齿轮21的动作槽213内部设有活塞25，而传动A轴的前方设有回转接头28，在背隙消除功能启动时，动力(油压或气压)会通过回转接头28进入传动A轴的管路12，再通过轴套27的通道271至第一螺旋齿轮21内部的活塞25管路251，以推动第一、第二螺旋齿轮21、22前进，使齿轮e1、d1与齿轮41啮合(如图21及图22所示)，齿轮背隙即被消除；而当背隙消除功能解除时，将动力(油压或气压)释放，让第二螺旋齿轮22穿槽223内部的弹性件261及顶销26推动第一、第二螺旋齿轮21、22后退复位，将背隙消除功能解除。

因此，本发明所提供一种主轴驱动装置，其主要设有具有高、低档变速切换及背隙消除机构的主轴驱动设备，藉以在不启动背隙消除功能时，主轴可高速运转，且具有高、低档变速切换功能，以可广泛运用于一般的切削加工，而当主轴作精确位置定位时，通过启动背隙消除功能，以达到主轴精密位置控制的目的，因此，该主轴可应用于具有高、低档变速切换功能，同时需要背隙消除以达精密位置控制目的的工具机主轴；应用的机械如落地式搪铣床主轴、立式车床工作台、铣车复合加工机工作台等(如图23所示)。

藉由以上所述，该元件的组成与使用实施说明可知，本发明与现有技术相较下，具有诸多优点，叙述如下：

1.本发明主轴驱动装置，其主轴驱动、角度定位控制均为同一动力驱动组[马达]，如此可降低构件成本者。

2.本发明主轴驱动装置，可自动补偿调整、消除各传动齿轮间因节距误差产生的背隙。

3.本发明主轴驱动装置与现有技术中的双驱传动设计，相互对应比较具有不占空间的优点。

4.本发明主轴驱动装置，可做预压力的调整与设定。

5.本发明主轴驱动装置，为主轴具有高、低档变速切换及背隙消除机构的驱动设计，藉以在不启动背隙消除功能时，主轴可高速运转，且具有高、低档变速切换功能，以可广泛运用于一般的切削加工；而当主轴作精确位置定位时，通过启动背隙消除功能，以达到主轴精密位置控制的目的。

6.本发明主轴驱动装置，平衡驱动功能可双倍扭矩输出、减少传动机构尺寸，降低加减速时间。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。

Claims (7)

1.一种主轴驱动装置，其特征在于，该主轴驱动装置经由一驱动组(1)搭配一背隙消除机构(2)与变速箱(3)来同时对应传动动力输出E、D轴，以令动力输出E、D轴驱动主轴(4)进行运转，其中：

该驱动组(1)设有一驱动A轴，于该驱动A轴表面设有直齿部(11)及内部设有导通贯穿的管路(12)；

而该背隙消除机构(2)中包含有组设于该驱动A轴直齿部(11)上的第一螺旋齿轮(21)及第二螺旋齿轮(22)，所述第一螺旋齿轮(21)、第二螺旋齿轮(22)内部以直齿(211，221)对应与该驱动A轴直齿部(11)啮合，而其第一螺旋齿轮(21)、第二螺旋齿轮(22)外部分别为左斜螺旋齿(212)、右斜螺旋齿(222)，而该第一螺旋齿轮(21)对应传动一C轴的动力螺旋齿轮(24)，而该第二螺旋齿轮(22)则对应传动一B轴的动力螺旋齿轮(23)，该第一螺旋齿轮(21)上设有动作槽(213)，以对应嵌入设置有管路(251)的活塞(25)，而该第二螺旋齿轮(22)上设有一穿槽(223)，于该穿槽(223)内设有一嵌入弹性件(261)的顶销(26)，且该弹性件(261)一端对应抵掣在该第一螺旋齿轮(21)端面，再于该驱动A轴上设有一与所述活塞(25)套结的轴套(27)，而该轴套(27)对应该活塞(25)管路(251)及该驱动A轴的管路(12)处亦设有通道(271)，且于该驱动A轴末端组设一能够输入动力至该驱动A轴与该活塞(25)管路(251)的回转接头(28)；

该变速箱(3)内包含有第一变速机构(G1)及第二变速机构(G2)，以当该主轴(4)作高、低速档变速时，藉以所述第一变速机构(G1)中所设的动力输出E轴、第二变速机构(G2)中所设的动力输出D轴来分别同步承接所述C、B轴所传输的动力来带动该主轴(4)作高、低档变速动作；

所述动力输出E、D轴，为接收所述C、B轴所传输的动力，而传递带动该主轴(4)运转。

2.如权利要求1所述主轴驱动装置，其特征在于，该变速箱(3)中的所述第一变速机构(G1)、第二变速机构(G2)主要分别于所述C、B轴上套设有传动齿轮(31)，所述传动齿轮(31)前端内部设有内齿部(311)，其后段外侧则设有外齿段(312)，该内齿部(311)对应与一前段设有第一外齿部(321)的前传动件(32)相互啮合，而该前传动件(32)后段设置有第二外齿部(322)，该传动齿轮(31)外部套设有未连动的齿盘(33)，该齿盘(33)内部设有内环齿部(331)，而其外部设有连动外齿部(332)，于该前传动件(32)第二外齿部(322)与该齿盘(33)内环齿部(331)间设有二个以上呈连动转速变化的行星齿轮(34)，而所述行星齿轮(34)枢设定位在一与所述动力输出E、D轴结合的轴座(35)上，于该传动齿轮(31)与该齿盘(33)连动的外齿部(332)的外部套设有一变速齿轮座(36)，该变速齿轮座(36)的内外分别设有内齿段(361)与外齿段(362)，而该变速齿轮座(36)结合一连动的拨块(37)，该拨块(37)一端与一变速活塞杆(38)结合，该变速活塞杆(38)经由动力驱动的所述拨块(37)，而能够带动所述变速齿轮座(36)与传动齿轮(31)外齿段(312)及与所述齿盘(33)连动外齿部(332)同时啮合的高速传动，或脱离所述传动齿轮(31)外齿段(312)而啮合齿盘(33)连动所述外齿部(332)，使该变速齿轮座(36)的外齿段(362)与机台上所设的定位座(39)的齿部(391)啮合所述齿盘(33)不转动的低速传动选择状态。

3.如权利要求1所述主轴驱动装置，其特征在于，该驱动A轴为一方栓轴。

4.如权利要求1所述主轴驱动装置，其特征在于，该回转接头(28)对应输入所述驱动A轴与活塞(25)管路(251)的动力采用油压、气压其中之一。

5.如权利要求2所述主轴驱动装置，其特征在于，该驱动A轴为一方栓轴。

6.如权利要求2所述主轴驱动装置，其特征在于，该回转接头(28)对应输入所述驱动A轴与活塞(25)管路(251)的动力采用油压、气压其中之一。

7.如权利要求2所述主轴驱动装置，其特征在于，该变速箱(3)中驱动所述变速活塞杆(38)的动力采用油压、气压其中之一。