CN103691973A - 一种具有固定式平旋盘的主轴集成系统 - Google Patents

一种具有固定式平旋盘的主轴集成系统 Download PDF

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李小龙
孟祥东
赵云云
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Abstract

本发明公开了一种具有固定式平旋盘的主轴集成系统，属于机械制造领域，包括主轴1、平旋盘2和行星差动机构3。平旋盘2与主轴1轴向固定连接，平旋盘2中设有丝杆副4。行星差动机构3包括依次相连的伺服电机、输入齿轮轴9、若干差动齿轮（10～15）和输出齿轮16。输出齿轮16与平旋盘2的丝杆副4通过锥齿轮啮合。行星差动机构3的输出齿轮16套设于平旋盘2上，并与平旋盘2滑动连接。本发明的技术方案通过行星差动机构将平旋盘的切削功能集成到主轴系统上，使设备无需通过专用接口及专用自动化部件来完成平旋盘的装卸，无需通过位置与精度的重新调整来实现加工功能，扩展了机床加工功能，提高了机床加工效率，降低了机床制造成本。

Description

一种具有固定式平旋盘的主轴集成系统
技术领域
本发明属于机械设备制造领域，涉及一种主轴结构，尤其涉及一种具有固定式平旋盘的主轴集成系统。
背景技术
随着工业技术的发展，机械加工领域带有大孔的非规则零件加工的应用越来越广泛，这些应用一般有加工内孔，加工端面等要求。针对这一需求，制造装备领域广泛应用平旋盘技术来实现切削功能。平旋盘技术的应用扩充了传统镗铣加工设备的功能，扩大了镗铣加工设备的应用范围。
在现有平旋盘技术的应用中，存在以下缺点：
1）平旋盘作为镗铣设备的附件，每次使用时需要将其装配于镗铣设备上。这就要求平旋盘和镗铣设备必须具有专用的接口来满足两者的连接；
2）平旋盘的每次装夹都将伴随着位置与精度的重新调整，严重影响设备的工作效率；
3）需另外制作自动化部件才能实现平旋盘的自动安装，大幅增加了设备的制作周期与成本。
发明内容
有鉴于此，本发明通过行星差动机构将平旋盘的切削功能集成到主轴系统上，使设备无需通过专用接口及专用自动化部件来完成平旋盘的装卸，无需通过位置与精度的重新调整来实现加工功能，扩展了机床加工功能，提高了机床加工效率，降低了机床制造成本。
为达到上述目的，具体技术方案如下：
一种具有固定式平旋盘的主轴集成系统，包括主轴、平旋盘和行星差动机构，所述平旋盘设于所述主轴的一端，所述平旋盘与所述主轴轴向固定连接，所述平旋盘中设有丝杆副，所述行星差动机构包括依次相连的伺服电机、输入齿轮轴、若干差动齿轮和输出齿轮，所述输出齿轮与所述平旋盘的丝杆副通过锥齿轮副啮合，所述行星差动机构的输出齿轮套设于所述平旋盘上，所述输出齿轮与所述平旋盘滑动连接。
优选的，所述行星差动机构与所述平旋盘滚动连接。
优选的，所述行星差动机构与所述主轴间隙式浮动连接。
优选的，所述主轴中还套设有铣轴。
优选的，还包括主轴电机和减速机构，所述铣轴上还设有铣轴齿轮，所述主轴电机通过减速机构驱动所述铣轴齿轮转动。
优选的，所述铣轴中还套设有镗轴。
优选的，还包括镗轴电机和传动机构，所述镗轴电机通过传动机构驱动所述镗轴进给运动。
优选的，所述主轴包括轴承法兰，所述轴承法兰与所述平旋盘固定连接。
优选的，所述轴承法兰上还设有轴承齿轮，所述主轴电机通过驱动机构可自由切换与轴承齿轮的啮合，实现所述平旋盘的旋转。
优选的，所述驱动机构为液压油缸。
相对于现有技术，本发明的技术方案的优点有：
1）将主轴的主运动、进给运动与平旋盘的旋转运动与进给运动高度集成于主轴系统当中，扩展了机床加工功能；
2）避免了将平旋盘作为附件进行装卸带来的效率及精度方面的影响，节省了调整时间，提供了机床加工效率；
3）避免了为实现平旋盘自动装卸而额外采取自动化部件，缩短了机床制造周期，降低了机床制造成本；
4）实现了镗铣功能与平旋盘切削功能集成与功能自由切换；
5）实现了具有固定式平旋盘主轴集成系统的数字控制。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明实施例的结构示意图；
图2是本发明实施例的行星差动机构结构示意图；
图3是本发明实施例的锥齿轮副结构示意图；
图4是本发明实施例的丝杆副结构示意图。
其中，1为主轴，2为平旋盘，3为行星差动机构，4为丝杆副，5为铣轴，6为镗轴，7为铣轴齿轮，8为轴承法兰，9为输入齿轮轴，10为第一齿轮，11为第二齿轮，12为齿轮轴、13为第三齿轮、14为第四齿轮、15为第五齿轮、16为输出齿轮、17为轴承齿轮、18为第六齿轮、19为锥齿轮轴、20为丝杆螺母。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
以下将结合附图对本发明的实施例做具体阐释。
如图1中所示的本发明的实施例的一种具有固定式平旋盘的主轴集成系统，包括主轴1、平旋盘2和行星差动机构3。平旋盘2设于主轴1的一端，平旋盘2与主轴1固定连接，平旋盘2中设有丝杆副4。
行星差动机构3包括依次相连的伺服电机、输入齿轮轴9、若干差动齿轮（10～15）和输出齿轮16。输出齿轮16与平旋盘2的丝杆副4通过锥齿轮啮合。行星差动机构3的输出齿轮16套设于平旋盘2上，并与平旋盘2滑动连接。
本发明的实施例通过行星差动机构将平旋盘的切削功能集成到主轴系统上，使设备无需通过专用接口及专用自动化部件来完成平旋盘的装卸，无需通过位置与精度的重新调整来实现加工功能，扩展了机床加工功能，提高了机床加工效率，降低了机床制造成本。
如图1中所示，在本发明的实施例中，主轴1中套设有铣轴5，铣轴5中套设有镗轴6。铣轴5上设有铣轴齿轮7，主轴1包括轴承法兰8，轴承法兰上设有轴承齿轮17。
主轴1中铣轴5主运动功能的实现：主轴电机通过齿轮减速机构将扭矩传递至铣轴齿轮7，铣轴齿轮7与铣轴5通过键连接实现主轴主运动；
镗铣进给功能的实现：镗轴电机通过丝杆传动机构推动镗轴6在水平方向运动从而实现镗铣进给运动。
平旋盘2切削功能的实现：通过驱动机构，如油缸、气缸或其他方式，优选为液压油缸将主轴电机扭矩传递至轴承齿轮17，轴承齿轮7通过键连接将主动力传递至轴承法兰8，从而使与轴承法兰8通过螺钉连接的平旋盘2沿轴线方向的旋转运动，从而实现平旋盘2的切削功能。利用液压油缸的位置变化可实现主运动与平旋盘运动的功能切换。
如图2中所示，在本发明的实施例中，平旋盘2进给运动的实现：伺服电机通过输入齿轮轴9将动力传入。输入齿轮轴9与第一齿轮10、第二齿轮11啮合，第二齿轮11与齿轮轴12啮合，第三齿轮13套设于齿轮轴12上，齿轮轴12的一端设有第四齿轮14，第五齿轮15与第三齿轮13啮合，第五齿轮15与平旋盘2连接，输出齿轮16与第四齿轮14啮合，其与伺服电机共同组成行星差动机构。其中输出齿轮16与平旋盘2采用间隙式浮动连接的装配方式。此外，在本发明的实施例中，差动轮系机构的齿轮个数不限于上文中所述的8个。
经计算可得出行星差动机构的输入输出关系式为：
Figure BDA0000425022550000041
（
Figure BDA0000425022550000042
为输入齿轮轴9的角速度，为第五齿轮15的角速度，
Figure BDA0000425022550000044
为输出齿轮16的角速度，a、b≠0）。
由关系式可以看出当
Figure BDA0000425022550000051
时，当
Figure BDA0000425022550000053
时，
Figure BDA0000425022550000054
即当输入齿轮轴9的输入转速为0时（即平旋盘2伺服电机不工作时），第五齿轮15与输出齿轮16的转速一样，即第五齿轮15与输出齿轮16无相对运动，输出齿轮16与平旋盘2无相对运动。
当
Figure BDA0000425022550000055
时（即平旋盘2伺服电机工作时），
Figure BDA0000425022550000056
及第五齿轮15与输出齿轮16出现相对运动，从而输出齿轮16与平旋盘2出现相对运动。
并结合如图3所示，当输出齿轮16与平旋盘2出现相对旋转运动时，安装于平旋盘2上的第六齿轮18与相斜面啮合的输出齿轮16出现相对旋转运动，从而驱动锥齿轮副中的锥齿轮轴19旋转。锥齿轮与锥齿轮相啮合，将旋转运动传递给丝杆副4。如图4所示，丝杆副4的旋转运动驱动丝杆副4上的丝杆螺母20进行径向运动，从而使与丝杆螺母装配于一体平旋盘刀座实现径向方向的进给功能。
以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。

Claims (10)

1.一种具有固定式平旋盘的主轴集成系统，其特征在于，包括主轴（1）、平旋盘（2）和行星差动机构（3），所述平旋盘（2）设于所述主轴（1）的一端，所述平旋盘（2）与所述主轴（1）轴向固定连接，所述平旋盘（2）中设有丝杆副（4），所述行星差动机构（3）包括依次相连的伺服电机、输入齿轮轴（9）、若干差动齿轮（10、11、12、13、14、15）和输出齿轮（16），所述输出齿轮（16）与所述平旋盘（2）的丝杆副（4）通过锥齿轮副啮合，所述行星差动机构（3）的输出齿轮（16）套设于所述平旋盘（2）上，所述输出齿轮（16）与所述平旋盘（2）滑动连接。
2.如权利要求1所述的具有固定式平旋盘的主轴集成系统，其特征在于，所述行星差动机构（3）与所述平旋盘（2）滚动连接。
3.如权利要求1所述的具有固定式平旋盘的主轴集成系统，其特征在于，所述行星差动机构（3）与所述主轴（1）间隙式浮动连接。
4.如权利要求3所述的具有固定式平旋盘的主轴集成系统，其特征在于，所述主轴（1）中还套设有铣轴（5）。
5.如权利要求4所述的具有固定式平旋盘的主轴集成系统，其特征在于，还包括主轴电机和减速机构，所述铣轴（5）上还设有铣轴齿轮（7），所述主轴电机通过减速机构驱动所述铣轴齿轮（7）转动。
6.如权利要求5所述的具有固定式平旋盘的主轴集成系统，其特征在于，所述铣轴（5）中还套设有镗轴（6）。
7.如权利要求6所述的具有固定式平旋盘的主轴集成系统，其特征在于，还包括镗轴电机和传动机构，所述镗轴电机通过传动机构驱动所述镗轴（6）进给运动。
8.如权利要求7所述的具有固定式平旋盘的主轴集成系统，其特征在于，所述主轴（1）包括轴承法兰（8），所述轴承法兰（8）与所述平旋盘（2）固定连接。
9.如权利要求8所述的具有固定式平旋盘的主轴集成系统，其特征在于，所述轴承法兰（8）上还设有轴承齿轮（17），所述主轴电机通过驱动机构可自由切换与轴承齿轮（17）的啮合，实现所述平旋盘（2）的旋转。
10.如权利要求9所述的具有固定式平旋盘的主轴集成系统，其特征在于，所述驱动机构为液压油缸。
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