CN104325341B - 一种数控平旋盘 - Google Patents

Abstract

一种数控平旋盘，其安装固定在滑鞍(1)中，滑鞍(1)又直接与机床的主轴前端连接，主轴通过端面连接带动滑鞍(1)旋转，所述数控平旋盘构成如下：方滑枕(2)、中空伺服力矩电机(3)、定位轴(4)、滚珠丝杠(5)、编码器连接轴(6)、中空绝对位置编码器(7)、向心推力球轴承(8)、丝母座(9)、丝母()、电机定子(16)、电机转子(17)。本发明创造性的采用导电滑环作为转换线路，解决了电机壳体旋转造成中空伺服力矩电机3的控制线路接线难的问题。其结构紧凑、体积小、密封防振性能良好，其可实现很好的精度，技术效果优良。本发明具有可预期的较为巨大的经济价值和社会价值。

Description

一种数控平旋盘

技术领域

本发明涉及数控平旋盘的结构设计和应用技术领域，特别提供了一种结构形式新颖且技术效果明显更优的数控平旋盘。

背景技术

目前现有的大中型数控平旋盘传动原理通常如下：蜗杆由电机带动，用于提供滑板进给动力；齿轮由铣轴带动，提供旋转体的旋转动力；行星轮差动机构排除旋转运动对滑板进给的影响，实现滑板的正常进给。

根据专业常识我们知道差动机构可以实现运动的合成与分解，故差动机构能够排除旋转运动对滑板进给的影响，从而解决了平旋盘设计中传动系统的困难，但同时差动机构往往会造成了传动链过长，传递动力不足，不易维护等问题，制造难度及制造成本很高等问题。所以现有技术中并未应用。

人们迫切希望获得一种技术效果优良的数控平旋盘。

发明内容

本发明的目的是提供一种技术效果优良的数控平旋盘，其创造性地应用差动结构实现了新兴的数控平旋盘结构设计。

本发明提供了一种数控平旋盘，其安装固定在滑鞍1中，滑鞍1又直接与机床的主轴前端连接，主轴通过端面连接带动滑鞍1旋转，其特征在于：所述数控平旋盘构成如下：方滑枕2、中空伺服力矩电机3、定位轴4、滚珠丝杠5、编码器连接轴6、中空绝对位置编码器7、向心推力球轴承8、丝母座9、锁紧螺母10、压板、胀紧套12、端盖13、丝母、压盖15、电机定子16、电机转子17、编码器连接压盖18；其中：

滚珠丝杠5两端通过连接结构与方滑枕2两端固定连接为一体，将丝杠5两端与方滑枕2两端固定连接为一体的连接结构具体是锁紧螺母10、端盖13的组合或者胀紧套12和胀紧套压盖的组合；

滚珠丝杠5的丝母固连在定位轴4上，定位轴4通过一对背对背安装的向心推力球轴承8(其为角接触球轴承)与丝母座9的下部进行相互分隔并构成配合关系，定位轴4与丝母座9分别与向心推力球轴承8的内圈和外圈构成配合接触；

定位轴4的内壁与丝母配合连接并固定为一个整体；在布置有向心推力球轴承8处外部的丝母座9与丝母之间还设置有封堵连接用的压盖15；

电机定子16、电机转子17共同构成中空伺服力矩电机3的主要构成部分；电机定子16、电机转子17都布置安装在丝母座9内腔中；电机定子16布置在丝母座9上部的内腔中且二者相互固定连接为一个整体；电机转子17布置在电机定子16内腔中且二者之间为间隙配合；电机转子17与套装在滚珠丝杠5上的编码器连接轴6相互固定连接为一个整体，中空绝对位置编码器7固定在丝母座9的上部近端处，中空绝对位置编码器7内壁与编码器连接轴6上部的外壁之间为构成间隙配合；

中空绝对位置编码器7内壁与编码器连接轴6二者配合连接间隙的上方端部处还设置有编码器连接压盖18，编码器连接压盖18与中空绝对位置编码器7固定连接；

中空伺服力矩电机3和安装在编码器连接轴6上的中空绝对位置编码器7的线路通过安装在主轴尾端上的导电滑环转换引出，从而解决了平旋盘中中空交流伺服力矩电机3的供电问题。

本发明所述数控平旋盘，还要求保护下述内容：

所述数控平旋盘中还设置有下述结构：压盖15、编码器连接压盖18、压片19；具体地满足下述要求：

在布置有向心推力球轴承8处外部的丝母座9与丝母之间还设置有封堵连接用的压盖15；

中空绝对位置编码器7内壁与编码器连接轴6二者配合连接间隙的上方端部处还设置有编码器连接压盖18，编码器连接压盖18与中空绝对位置编码器7固定连接；

压片19为套装在丝母外部的环状结构，其下端面与丝母下部构成端面接触；其上端面内侧部和外侧部分别与定位轴4下端以及最下部的那一个向心推力球轴承8的内圈下端部这二者同时构成端面接触。

将滚珠丝杠5两端与方滑枕2两端固定连接为一体的连接结构具体是锁紧螺母10、端盖13的组合或者胀紧套12和胀紧套压盖21的组合；其中：

锁紧螺母10、端盖13的组合布置在滚珠丝杠5下端部，端盖13套装在滚珠丝杠5下端近端处的轴段上，端盖13与方滑枕2的下部固定连接为一个整体；锁紧螺母10套装在滚珠丝杠5下部的端盖13下方处；

胀紧套12和胀紧套压盖21的组合布置在滚珠丝杠5上端部，胀紧套压盖21布置在方滑枕2上部安装滚珠丝杠5的孔外端近端处的孔段处，胀紧套12布置在胀紧套压盖21下方且其套装在滚珠丝杠5上端部上。

本发明还有其他需要说明的内容简要罗列如下：

向心推力球轴承8具体为60度接触角的推力角接触球轴承，其作用是为用于辅助固定丝母。

本发明所述数控平旋盘采用中空伺服力矩电机3旋转驱动滚珠丝杠5的丝母旋转，丝母带动滚珠丝杠5做直线运动，滚珠丝杠5两端均与方滑枕2相连，方滑枕2与滚珠丝杠5做同步直线运动，安装在方滑枕2上的车削刀具(例如车刀20)对工件进行径向切削。中空伺服力矩电机3加工时是与主轴旋转同步进行的，轴向进给由Z轴伺服电机29驱动Z轴丝杠26带动主轴箱22移动实现。本发明使用转矩电机简化了机械传动机构，使平旋盘具有体积小、重量轻、部件少，高动态性能和高精度，设计结构更加紧凑，传动链最短，半闭环或闭环控制既得到很好的精度，又简化结构设计，从而减小了制造难度，降低了制造成本。

为了解决转盘中的中空伺服力矩电机3(交流电机)的控制问题，本发明所述技术方案中采用导电滑环作为转换线路，解决了电机壳体旋转造成中空伺服力矩电机3的控制线路接线难的问题。由于电机壳体随主运动一起旋转运动，可以避免中空伺服力矩电机3的电线所带来的不便。另外，中空伺服力矩电机3体积小、重量轻，设计结构紧凑。中空绝对位置编码器7的密封防振性能良好，可以克服现有技术中常规使用的电机在使用上的不足。综合上述因素，所以选用中空伺服力矩电机3和中空绝对位置编码器7，半闭环或闭环控制既能得到很好的精度，又能简化结构设计。

中空伺服力矩电机3的特点说明：

能够顺利实现高动态性能和高精度

在机床工业以及其它领域，对高精度和高转矩的需求一直是一个永恒的话题。以西门子直线电机为例，其直接驱动电机很好地解决了这两个相互矛盾的目标。这种以同步电机方式运行的转矩电机适合用于旋转轴和回转工作台，以及动态刀库和高速运转的车床主轴。转矩电机由定子和转子(永久磁铁)组成，并籍其高精度和高动态性能而出类拔萃。具体说明如下：

1.部件减少，性能提高

使用转矩电机后，就不再需要联轴器或齿轮等机械传动部件。因此所需安装空间显著减少。另外，部件的减少降低了连接数量和维护成本以及备件库存。进而降低了机器停工时间，提高了利用率。

2.精密加工

转矩电机从原理上排除了机械传动误差。因为转矩电机直接集成在机器结构中，从而避免了不必要的弹性变形和传动问题。其优点一目了然：能实现更高的精度。

3.降低辅助工艺时间

由于在转矩电机中没有采用机械传动部件，减少了磨擦，使得辅助工艺时间显著降低，有利于实现更高的动态性能。

4.无间隙

由于转矩电机不需要采用齿轮传动机构，因此也就不再存在众所周知的间隙问题。从而显著提高了运动方向改变时的轮廓精度，并且其重复性精度也得到显著改善。

5.带有冷却套的转矩电机

对于小轴径转矩电机，西门子直线电机系统公司采用了一种高效而经济的冷却系统：水冷外部冷却套，可保证电机温度稳定地被保持在规定范围内。

6.简便集成

由于转矩电机的转子和定子已经预装配，且接线也是标准化的，所以西门子转矩电机可以很容易地与现有机器结构进行集成。

7.大转矩

例如，西门子转矩电机的最大输出为7430Nm。

本发明提出了一种新的数控平旋盘结构设计和应用技术方案，其创造性的采用导电滑环作为转换线路，解决了电机壳体旋转造成中空伺服力矩电机3的控制线路接线难的问题。其具有结构紧凑、体积小、密封防振性能良好、可以方便地实现半闭环或闭环控制，其可实现很好的精度，技术效果优良。本发明具有可预期的较为巨大的经济价值和社会价值。

附图说明

下面结合附图及实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1为使用数控平旋盘的某型卧式镗铣床的部分结构示意简图；

图2为图1中央稍偏左处虚线框内的数控平旋盘部分的局部放大图；

图3为以图1为主视图的对应的右视图；

图4为以图1为主视图的对应的俯视图。

具体实施方式

附图标记含义说明如下：

滑鞍1、方滑枕2、中空伺服力矩电机3、定位轴4、滚珠丝杠5、编码器连接轴6、中空绝对位置编码器7、向心推力球轴承8、丝母座9、锁紧螺母10、胀紧套12、端盖13、、压盖15、电机定子16、电机转子17、编码器连接压盖18、压片19、车刀20、胀紧套压盖21、主轴箱22、带配水器配油器的导电滑环23、变频主电机24、行星减速机25、Z轴丝杠26、Z轴滑板27、Z轴伺服电机减速机28、Z轴伺服电机29、工作台30、床身31、滑动镶钢导轨32。

实施例1

一种数控平旋盘，其安装固定在滑鞍1中，滑鞍1又直接与机床的主轴前端连接，主轴通过端面连接带动滑鞍1旋转；所述数控平旋盘构成如下：方滑枕2、中空伺服力矩电机3、定位轴4、滚珠丝杠5、编码器连接轴6、中空绝对位置编码器7、向心推力球轴承8、丝母座9、锁紧螺母10、压板、胀紧套12、端盖13、丝母、压盖15、电机定子16、电机转子17、编码器连接压盖18；其中：

滚珠丝杠5两端通过连接结构与方滑枕2两端固定连接为一体；

滚珠丝杠5的丝母固连在定位轴4上，定位轴4通过一对背对背安装的向心推力球轴承8(其为角接触球轴承)与丝母座9的下部进行相互分隔并构成配合关系，定位轴4与丝母座9分别与向心推力球轴承8的内圈和外圈构成配合接触；

定位轴4的内壁与丝母配合连接并固定为一个整体；在布置有向心推力球轴承8处外部的丝母座9与丝母之间还设置有封堵连接用的压盖15；

电机定子16、电机转子17共同构成中空伺服力矩电机3的主要构成部分；电机定子16、电机转子17都布置安装在丝母座9内腔中；电机定子16布置在丝母座9上部的内腔中且二者相互固定连接为一个整体；电机转子17布置在电机定子16内腔中且二者之间为间隙配合；电机转子17与套装在滚珠丝杠5上的编码器连接轴6相互固定连接为一个整体，中空绝对位置编码器7固定在丝母座9的上部近端处，中空绝对位置编码器7内壁与编码器连接轴6上部的外壁之间为构成间隙配合；

中空伺服力矩电机3和安装在编码器连接轴6上的中空绝对位置编码器7的线路通过安装在主轴尾端上的导电滑环转换引出，从而解决了平旋盘中中空交流伺服力矩电机3的供电问题。

所述数控平旋盘中还设置有下述结构：压盖15、编码器连接压盖18、压片19；具体地满足下述要求：

在布置有向心推力球轴承8处外部的丝母座9与丝母之间还设置有封堵连接用的压盖15；

中空绝对位置编码器7内壁与编码器连接轴6二者配合连接间隙的上方端部处还设置有编码器连接压盖18，编码器连接压盖18与中空绝对位置编码器7固定连接；

压片19为套装在丝母外部的环状结构，其下端面与丝母下部构成端面接触；其上端面内侧部和外侧部分别与定位轴4下端以及最下部的那一个向心推力球轴承8的内圈下端部这二者同时构成端面接触。

将滚珠丝杠5两端与方滑枕2两端固定连接为一体的连接结构具体是锁紧螺母10、端盖13的组合或者胀紧套12和胀紧套压盖21的组合；其中：

锁紧螺母10、端盖13的组合布置在滚珠丝杠5下端部，端盖13套装在滚珠丝杠5下端近端处的轴段上，端盖13与方滑枕2的下部固定连接为一个整体；锁紧螺母10套装在滚珠丝杠5下部的端盖13下方处；

胀紧套12和胀紧套压盖21的组合布置在滚珠丝杠5上端部，胀紧套压盖21布置在方滑枕2上部安装滚珠丝杠5的孔外端近端处的孔段处，胀紧套12布置在胀紧套压盖21下方且其套装在滚珠丝杠5上端部上。

本实施例还有其他需要说明的内容简要罗列如下：

向心推力球轴承8具体为60度接触角的推力角接触球轴承，其作用是为用于辅助固定丝母。

本实施例所述数控平旋盘采用中空伺服力矩电机3旋转驱动滚珠丝杠5的丝母旋转，丝母带动滚珠丝杠5做直线运动，滚珠丝杠5两端均与方滑枕2相连，方滑枕2与滚珠丝杠5做同步直线运动，安装在方滑枕2上的车削刀具(例如车刀20)对工件进行径向切削。中空伺服力矩电机3加工时是与主轴旋转同步进行的，轴向进给由Z轴伺服电机29驱动Z轴丝杠26带动主轴箱22移动实现。本实施例使用转矩电机简化了机械传动机构，使平旋盘具有体积小、重量轻、部件少，高动态性能和高精度，设计结构更加紧凑，传动链最短，半闭环或闭环控制既得到很好的精度，又简化结构设计，从而减小了制造难度，降低了制造成本。

为了解决转盘中的中空伺服力矩电机3(交流电机)的控制问题，本实施例所述技术方案中采用导电滑环作为转换线路，解决了电机壳体旋转造成中空伺服力矩电机3的控制线路接线难的问题。由于电机壳体随主运动一起旋转运动，可以避免中空伺服力矩电机3的电线所带来的不便。另外，中空伺服力矩电机3体积小、重量轻，设计结构紧凑。中空绝对位置编码器7的密封防振性能良好，可以克服现有技术中常规使用的电机在使用上的不足。综合上述因素，所以选用中空伺服力矩电机3和中空绝对位置编码器7，半闭环或闭环控制既能得到很好的精度，又能简化结构设计。

中空伺服力矩电机3能够顺利实现高动态性能和高精度，其特点说明：

在机床工业以及其它领域，对高精度和高转矩的需求一直是一个永恒的话题。以西门子直线电机为例，其直接驱动电机很好地解决了这两个相互矛盾的目标。这种以同步电机方式运行的转矩电机适合用于旋转轴和回转工作台，以及动态刀库和高速运转的车床主轴。转矩电机由定子和转子(永久磁铁)组成，并籍其高精度和高动态性能而出类拔萃。具体说明如下：

1.部件减少，性能提高 使用转矩电机后，就不再需要联轴器或齿轮等机械传动部件。因此所需安装空间显著减少。另外，部件的减少降低了连接数量和维护成本以及备件库存。进而降低了机器停工时间，提高了利用率。

2.精密加工 转矩电机从原理上排除了机械传动误差。因为转矩电机直接集成在机器结构中，从而避免了不必要的弹性变形和传动问题。其优点一目了然：能实现更高的精度。

3.降低辅助工艺时间 由于在转矩电机中没有采用机械传动部件，减少了磨擦，使得辅助工艺时间显著降低，有利于实现更高的动态性能。

4.无间隙 由于转矩电机不需要采用齿轮传动机构，因此也就不再存在众所周知的间隙问题。从而显著提高了运动方向改变时的轮廓精度，并且其重复性精度也得到显著改善。

5.带有冷却套的转矩电机 对于小轴径转矩电机，西门子直线电机系统公司采用了一种高效而经济的冷却系统：水冷外部冷却套，可保证电机温度稳定地被保持在规定范围内。

6.简便集成 由于转矩电机的转子和定子已经预装配，且接线也是标准化的，所以西门子转矩电机可以很容易地与现有机器结构进行集成。

7.大转矩 西门子转矩电机的最大输出为7430Nm。

本实施例对应图1-4补充说明如下内容：方滑枕2又称U形滑板，其行程可达170mm，最大可加工工件长度为2100mm，可加工最短工件长度1050mm，可加工最小内径为Φ580mm，可加工最大内径为Φ1250mm，伺服滑台的Z向行程为2800mm；

滚珠丝杠5具体为滚珠丝杠R40-5B2-FSW-0.008；中空绝对位置编码器7具体为海德汉绝对位置编码器RCN727F；中控伺服力矩电机3具体为力士乐中控伺服电机MST160A0050。

动作说明：力士乐中空伺服电机(MST160A0050)旋转驱动丝杠的丝母旋转，丝母带动丝杠做直线运动，丝杠两端与方滑枕相连，方滑枕与丝杠做同步直线运动，安装在方滑枕上的车削刀具对工件进行径向切削。中空伺服电机加工时进给速度只需达到1.5转/分左右即可，退刀速度转速要求正常。以上动作是与主轴旋转同步进行的，轴向进给由Z轴伺服电机驱动丝杠带动主轴箱移动实现。主轴旋转通过变频电机带减速机传动皮带传递实现的。

本实施例所述数控平旋盘的加工范围：加工H355、H400、H450、H500、H560、H630、H710-2P电机座内孔及两平面。夹具：可根据不同零件更换液压夹紧压板，满足不同大小零件的液压自动夹紧、松开，中心高可根据不同中心高更换垫块。主电机：为变频主电机。(注：考虑用正、反装双刀一次加工内孔及端面。)

本实施例提出了一种新的数控平旋盘结构设计和应用技术方案，其创造性的采用导电滑环作为转换线路，解决了电机壳体旋转造成中空伺服力矩电机3的控制线路接线难的问题。其具有结构紧凑、体积小、密封防振性能良好、可以方便地实现半闭环或闭环控制，其可实现很好的精度，技术效果优良。本实施例具有可预期的较为巨大的经济价值和社会价值。

Claims (3)

1.一种数控平旋盘，其安装固定在滑鞍(1)中，滑鞍(1)又直接与机床的主轴前端连接，主轴通过端面连接带动滑鞍(1)旋转，其特征在于：所述数控平旋盘构成如下：方滑枕(2)、中空伺服力矩电机(3)、定位轴(4)、滚珠丝杠(5)、编码器连接轴(6)、中空绝对位置编码器(7)、向心推力球轴承(8)、丝母座(9)、丝母、电机定子(16)、电机转子(17)；其中：

滚珠丝杠(5)两端通过连接结构与方滑枕(2)两端固定连接为一体；定位轴(4)的内壁与丝母配合连接并固定为一个整体；

滚珠丝杠(5)的丝母固连在定位轴(4)上，定位轴(4)通过一对背对背安装的向心推力球轴承(8)与丝母座(9)的下部进行相互分隔并构成配合关系，定位轴(4)与丝母座(9)分别与向心推力球轴承(8)的内圈和外圈构成配合接触；

电机定子(16)、电机转子(17)都布置安装在丝母座(9)内腔中；电机定子(16)布置在丝母座(9)上部的内腔中且二者相互固定连接为一个整体；电机转子(17)布置在电机定子(16)内腔中且二者之间为间隙配合；电机转子(17)与套装在滚珠丝杠(5)上的编码器连接轴(6)相互固定连接为一个整体，中空绝对位置编码器(7)固定在丝母座(9)的上部近端处，中空绝对位置编码器(7)内壁与编码器连接轴(6)上部的外壁之间为构成间隙配合；

中空伺服力矩电机(3)和安装在编码器连接轴(6)上的中空绝对位置编码器(7)的线路通过安装在主轴尾端上的导电滑环转换引出。

2.按照权利要求1所述数控平旋盘，其特征在于：所述数控平旋盘中还设置有下述结构：压盖(15)、编码器连接压盖(18)、压片(19)；具体地满足下述要求：在布置有向心推力球轴承(8)处外部的丝母座(9)与丝母之间还设置有封堵连接用的压盖(15)；中空绝对位置编码器(7)内壁与编码器连接轴(6)二者配合连接间隙的上方端部处还设置有编码器连接压盖(18)，编码器连接压盖(18)与中空绝对位置编码器(7)固定连接；压片(19)为套装在丝母外部的环状结构，其下端面与丝母下部构成端面接触，其上端面内侧部和外侧部分别与定位轴(4)下端以及最下部的那一个向心推力球轴承(8)的内圈下端部这二者同时构成端面接触。

3.按照权利要求2所述数控平旋盘，其特征在于：将滚珠丝杠(5)两端与方滑枕(2)两端固定连接为一体的连接结构具体是锁紧螺母(10)、端盖(13)的组合或者胀紧套(12)和胀紧套压盖(21)的组合；其中：

锁紧螺母(10)、端盖(13)的组合布置在滚珠丝杠(5)下端部，端盖(13)套装在滚珠丝杠(5)下端近端处的轴段上，端盖(13)与方滑枕(2)的下部固定连接为一个整体；锁紧螺母(10)套装在滚珠丝杠(5)下部的端盖(13)下方处；

胀紧套(12)和胀紧套压盖(21)的组合布置在滚珠丝杠(5)上端部，胀紧套压盖(21)布置在方滑枕(2)上部安装滚珠丝杠(5)的孔外端近端处的孔段处，胀紧套(12)布置在胀紧套压盖(21)下方且其套装在滚珠丝杠(5)上端部上。