CN103878600A - 双蜗杆消隙静压全闭环工作台 - Google Patents

双蜗杆消隙静压全闭环工作台 Download PDF

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Abstract

一种双蜗杆消隙工作台，工作台主轴可旋转地安装在工作台壳体内，工作台主轴与蜗轮同轴固定连接，工作台壳体上安装有与蜗轮啮合的主驱动蜗杆和消隙蜗杆，主驱动伺服电机通过减速机与主驱动蜗杆连接，消隙伺服电机通过减速机与消隙蜗杆连接。所述的工作台主轴采用双锥形段结构，其中上锥形段的大端直径大于下锥形段的大端直径。本发明通过采用独立驱动和控制的双蜗杆消隙结构实现消隙，从而降低对各个零件加工精度的要求，安装和调试也更为方便。进一步的设置的双锥形段的工作台主轴结构，利用锥形面的自动调心效果，也降低了安装调试的难度。

Description

双蜗杆消隙静压全闭环工作台
技术领域
本发明涉及回转工作台领域，特别是一种双蜗杆消隙工作台。
背景技术
随着铣齿工艺的发展，目前装备制造业、工程机械、风电等领域对高精度大型数控铣齿机的需求很大，但传统铣齿机工作台存在着定位精度不够准确、效率偏低的问题，严重制约了铣齿工艺向高精度、高效率方向的发展。
目前，双蜗杆蜗轮消隙传动装置是应用比较广泛的传动形式，其具体结构一般为，主动蜗杆与从动蜗杆通过一对相啮合的小齿轮连接，平行安装于蜗杆座，并且主动蜗杆与从动蜗杆分别与做成一体的两个蜗轮相啮合，两个蜗杆旋向相反，在从动蜗杆的一端装一液压缸施加一轴向力，使其压紧从动蜗杆的一个齿面，以达到消隙传动的目的。这种双蜗杆蜗轮消隙传动机构，虽然也有能实现大传动比、传动平稳、精度高等特点，但主要存在以下问题：一是由于蜗轮加工刀具的唯一性，一个蜗轮必须配备一把与其啮合的蜗杆参数相同的蜗轮滚刀，增加了蜗轮加工的难度；二是蜗轮加工只能滚齿，提高精度难度大；三是由于蜗轮蜗杆传动具有不可分性，装配误差直接影响传动机构的传动误差。而且这种结构对加工精度要求较高，结构复杂。
例如中国专利CN201544039U记载了一种数控高精度双蜗轮消隙静压回转工作台，采用双蜗轮的结构，其中两个蜗杆之间就通过高精度的齿轮组连接，并设置消隙油缸拉动轴向移动。结构复杂、加工、安装和调试较为困难。
中国专利CN103234024A记载了一种双蜗杆蜗轮机构机械消隙传动装置，两个蜗杆之间也通过传动轴22连接，可以方便地手动调整及控制传动间隙。存在的问题也是精度要求高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种双蜗杆消隙工作台，可以消除工作台主轴的间隙，且对于加工精度要求较低，便于控制；同时在工作台运动停止的定位状态，由主驱动蜗杆与消隙蜗杆及其连接的伺服电机提供相反力矩，借助蜗轮副的自锁特性，形成极大的圆周定位刚度。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种双蜗杆消隙工作台，工作台主轴可旋转地安装在工作台壳体内，工作台主轴与蜗轮同轴固定连接，工作台壳体上安装有与蜗轮啮合的主驱动蜗杆和消隙蜗杆，主驱动伺服电机通过减速机与主驱动蜗杆连接，消隙伺服电机通过减速机与消隙蜗杆连接。
所述的主驱动蜗杆和消隙蜗杆位于圆周上不同的位置。
所述的工作台主轴采用双锥形段结构，其中上锥形段的小端直径大于下锥形段的大端直径。
在上锥形段和下锥形段之间还设有蜗轮安装段，蜗轮安装在蜗轮安装段，蜗轮通过螺钉与上锥形段的下端面固定连接。
在工作台壳体上端面与工作台主轴之间设有上端面油腔，在工作台主轴下端面与工作台壳体之间设有下端面油腔；
在工作台主轴的上锥形段与工作台壳体之间设有上锥面油腔，在上锥形段与工作台壳体之间设有下锥面油腔，所有的油腔形成静压支承。
在连接上端面油腔、下端面油腔、上锥面油腔和下锥面油腔的供油管路上设有毛细节流器。
所述的工作台主轴为空心结构，内装有导屑桶。
在工作台壳体与工作台主轴之间设有圆钢栅。
本发明提供的一种双蜗杆消隙工作台，通过采用独立驱动和控制的双蜗杆消隙结构实现消隙，从而降低对各个零件加工精度的要求，安装和调试也更为方便。进一步的设置的双锥形段的工作台主轴结构，利用锥形面的自动调心效果，也降低了安装调试的难度，即本发明在客户使用过程中更容易维护。将蜗轮设置在两个锥形段之间，即便于采用锥形段的结构，且受力也更为合理。采用空心结构的工作台主轴降低了工作台主轴的重量，也便于在其内设置导屑桶，配合排屑机的使用可方便加工时产生的铁屑排出。设置的圆钢栅便于实现全闭环控制。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
图1为本发明的整体结构俯视示意图。
图2为图1的A-A剖视示意图。
图3为本发明中蜗轮与蜗杆啮合结构的俯视示意图。
图4为本发明的立体图。
图中：工作台主轴1，工作台壳体2，蜗轮3，减速机4，主驱动蜗杆5，主驱动伺服电机6，消隙伺服电机7，消隙蜗杆8，导屑桶9，圆钢栅10，上端面油腔11，上锥面油腔12，下锥面油腔13，下端面油腔14，上锥形段15，下锥形段16。
具体实施方式
如图1~4中，一种双蜗杆消隙工作台，工作台主轴1可旋转地安装在工作台壳体2内，工作台主轴1与蜗轮3同轴固定连接，工作台壳体2上安装有与蜗轮3啮合的主驱动蜗杆5和消隙蜗杆8，主驱动伺服电机6通过减速机4与主驱动蜗杆5连接，消隙伺服电机7通过减速机4与消隙蜗杆8连接。在具有主从轴功能的数控系统的控制协调下，主驱动伺服电机6提供工作台的旋转运动力矩，消隙伺服电机7提供反向力矩，在运动状态消除工作台蜗轮副的反向间隙；在停顿状态主驱动伺服电机6与消隙伺服电机7以相反的伺服锁闭力矩将工作台主轴锁闭定位于定位位置。并能借助蜗轮副的自锁特性，形成极大的圆周定位刚度。主从轴数控功能为现有技术，这里不再赘述。
在工作台壳体2与工作台主轴1之间设有圆钢栅10。优选的如图2中，在工作台底部装有圆钢栅以提高工作台旋转时的定位精度，并根据圆钢栅的反馈信号实现全闭环自动控制。
所述的主驱动蜗杆5和消隙蜗杆8位于圆周上不同的位置，通常采用间距为90°的位置。由此结构，与现有技术相比，便于安装和加工。
优选的方案中，所述的工作台主轴1采用双锥形段结构，其中锥形段为倒锥形，其中上锥形段15的大端直径大于下锥形段16的大端直径，上锥形段15的小端直径也大于下锥形段16的大端直径。现有技术中通常采用的是轴向、径向双静压导轨，例如CN201544039U数控高精度双蜗轮消隙静压回转工作台中记载的，对于安装和控制精度要求非常高，在运行过程中，容易出现偏心的现象，而采用普通的锥形段结构，虽然可以实现自动调心，但是不便于蜗轮3的安装，因此本发明优选的采用了双锥形段结构，在上锥形段15和下锥形段16之间还设有蜗轮安装段，蜗轮3安装在蜗轮安装段，蜗轮3通过螺钉与上锥形段15的下端面固定连接。采用该结构，便于加工和安装定位，并实现了自动调心的效果，避免在运行过程中出现偏心的现象。
优选的如图2中，在工作台壳体2上端面与工作台主轴1之间设有上端面油腔11，在工作台主轴1下端面与工作台壳体2之间设有下端面油腔14；
在工作台主轴1的上锥形段15与工作台壳体2之间设有上锥面油腔12，在上锥形段15与工作台壳体2之间设有下锥面油腔13，所有的油腔形成静压支承。由此结构，工作台主轴在静压油压力作用下获得稳定的全封闭支撑，该结构可大幅度提高工作台主轴的旋转精度，同时工作台主轴在静压油压力作用下会上浮约0.02mm，使得工作台主轴悬浮于工作台壳体之上，减少了工作台旋转时工作台主轴与工作台壳体之间的滑动摩擦，提高了工作台旋转时的速度，同时也增加了工作台的使用寿命。
在连接上端面油腔11、下端面油腔14、上锥面油腔12和下锥面油腔13的供油管路上设有毛细节流器。由此结构，便于精确控制静压油压力。
所述的工作台主轴1为空心结构，内装有导屑桶9。采用空心结构的工作台主轴降低了工作台主轴的重量，也便于在其内设置导屑桶，配合排屑机的使用可方便加工时产生的铁屑排出。设置的圆钢栅便于实现全闭环控制。

Claims (8)

1.一种双蜗杆消隙工作台，工作台主轴（1）可旋转地安装在工作台壳体（2）内，其特征是：工作台主轴（1）与蜗轮（3）同轴固定连接，工作台壳体（2）上安装有与蜗轮（3）啮合的主驱动蜗杆（5）和消隙蜗杆（8），主驱动伺服电机（6）通过减速机（4）与主驱动蜗杆（5）连接，消隙伺服电机（7）通过减速机（4）与消隙蜗杆（8）连接。
2.根据权利要求1所述的一种双蜗杆消隙工作台，其特征是：所述的主驱动蜗杆（5）和消隙蜗杆（8）位于圆周上不同的位置。
3.根据权利要求1所述的一种双蜗杆消隙工作台，其特征是：所述的工作台主轴（1）采用双锥形段结构，其中上锥形段（15）的小端直径大于下锥形段（16）的大端直径。
4.根据权利要求3所述的一种双蜗杆消隙工作台，其特征是：在上锥形段（15）和下锥形段（16）之间还设有蜗轮安装段，蜗轮（3）安装在蜗轮安装段，蜗轮（3）通过螺钉与上锥形段（15）的下端面固定连接。
5.根据权利要求3所述的一种双蜗杆消隙工作台，其特征是：在工作台壳体（2）上端面与工作台主轴（1）之间设有上端面油腔（11），在工作台主轴（1）下端面与工作台壳体（2）之间设有下端面油腔（14）；
在工作台主轴（1）的上锥形段（15）与工作台壳体（2）之间设有上锥面油腔（12），在上锥形段（15）与工作台壳体（2）之间设有下锥面油腔（13），所有的油腔形成静压支承。
6.根据权利要求1所述的一种双蜗杆消隙工作台，其特征是：在连接上端面油腔（11）、下端面油腔（14）、上锥面油腔（12）和下锥面油腔（13）的供油管路上设有毛细节流器。
7.根据权利要求1所述的一种双蜗杆消隙工作台，其特征是：所述的工作台主轴（1）为空心结构，内装有导屑桶（9）。
8.根据权利要求1所述的一种双蜗杆消隙工作台，其特征是：在工作台壳体（2）与工作台主轴（1）之间设有圆钢栅（10）。
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