CN104647054A - 一种多轴数控机床的无背隙双伺服交叉轴回转台 - Google Patents

一种多轴数控机床的无背隙双伺服交叉轴回转台 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种多轴数控机床的无背隙双伺服交叉轴回转台，包括B轴固定支撑座、B轴回转系统和C轴回转系统，B轴回转系统包括旋转轴B、B轴旋转基座和B轴减速电机，B轴减速电机固定安装在B轴旋转基座上且其通过B轴滚轮圆弧齿条机构驱动B轴旋转基座绕旋转轴B的轴线旋转；C轴回转系统包括旋转轴C、C轴旋转基座和C轴减速电机，C轴减速电机固定安装在B轴旋转基座上且其通过C轴滚轮圆弧齿条机构驱动C轴旋转基座绕旋转轴C的轴线旋转。本发明可以很好地应用于多轴数控机床上，提高数控机床的可靠性，增加数控机床的灵活自由度，提高了加工大型复杂构件的产品质量。

Description

一种多轴数控机床的无背隙双伺服交叉轴回转台
技术领域
本发明属于数控机床领域，更具体地，涉及一种多轴数控机床的无背隙双伺服交叉轴回转台。
背景技术
随着社会的进步，生产力的提高，工件的加工对工艺的要求达到了前所未有的高度，尤其是许多构型复杂的大型零件的加工，对于数控机床本身和从业人员都提出了巨大的挑战。这就要求数控机床具有更合理的结构、更多的自由度、更灵活的运动，以满足大型复杂零件的加工需要。
目前的多轴数控机床上的回转台采用减速机来驱动，回转台在转动时，其回转中心一般是与减速机的驱动轴轴心同线，这样就会加大减速机的负担，需要减速机的输出扭矩也更大；如果直径很大的话，就需要非常大的输出扭矩，而且不易控制，对伺服系统的要求会很高，导致总体成本的大幅上升；另外，回转台仅采用一根驱动轴来支撑，会使得回转台的晃动比较大，回转台运行不够平稳，这样显然不利于工件的精密加工。
另外，数控机床上带动回转台转动的传动机构一般采用齿轮机构，齿轮传动时齿间隙较大，不利于回转台的精密控制。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种模块化设计、结构紧凑、运动灵活的多轴数控机床的无背隙双伺服交叉轴回转台
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种多轴数控机床的无背隙双伺服交叉轴回转台，包括B轴固定支撑座、B轴回转系统和C轴回转系统，其中：
B轴回转系统包括旋转轴B、B轴旋转基座和B轴减速电机，所述旋转轴B可转动安装在B轴固定支撑座上且其水平设置，所述B轴旋转基座固定安装在所述的旋转轴B上，所述B轴减速电机固定安装在B轴旋转基座上且其通过B轴滚轮圆弧齿条机构驱动所述的B轴旋转基座绕旋转轴B的轴线旋转；
所述C轴回转系统包括旋转轴C、C轴旋转基座和C轴减速电机，所述旋转轴C可转动安装在B轴旋转基座上且其竖直设置，所述C轴旋转基座固定安装在所述的旋转轴C上，所述C轴减速电机固定安装在B轴旋转基座上且其通过C轴滚轮圆弧齿条机构驱动C轴旋转基座绕旋转轴C的轴线旋转。
优选地，所述B轴滚轮圆弧齿条机构包括相互配合的B轴滚轮和B轴圆弧齿条，所述B轴滚轮安装在B轴减速电机的输出轴上，所述B轴减速电机的输出轴水平设置，所述B轴圆弧齿条安装在B轴固定支撑座上，所述B轴圆弧齿条的中心线与旋转轴B的轴线同线以使B轴滚轮驱动B轴旋转基座绕旋转轴B的轴线旋转。
优选地，所述B轴固定支撑座在对应于B轴圆弧齿条的位置安装有B轴弧形导轨，所述B轴弧形导轨的中心线与旋转轴B的轴线同线，所述B轴弧形导轨上安装有B轴弧形导轨滑块，所述B轴弧形导轨滑块固定连接在B轴旋转基座上。
优选地，所述B轴固定支撑座采用整体框架结构，其包括B轴支撑座体及B轴支撑轴座，B轴支撑座体靠近B轴旋转基座的一侧一体成型有弧形定位凸台且其背离B轴旋转基座的一侧一体成型所述的B轴支撑轴座，B轴支撑轴座用于支承旋转轴B，B轴支撑轴座四周布置加强筋，所述B轴弧形导轨和B轴圆弧齿条均安装在弧形定位凸台上。
优选地，所述C轴滚轮圆弧齿条机构包括相互配合的C轴滚轮和C轴圆弧齿条，所述C轴圆弧齿条安装在C轴旋转基座上，C轴滚轮安装在C轴减速电机的输出轴上，所述C轴圆弧齿条的中心线与旋转轴C的轴线同线以使C轴滚轮驱动C轴旋转基座绕旋转轴C的轴线旋转。
优选地，所述C轴旋转基座上安装有C轴弧形导轨，所述C轴弧形导轨的中心线与旋转轴C的轴线同线，所述C轴弧形导轨上安装有C轴弧形导轨滑块，所述C轴弧形导轨滑块与B轴旋转基座固定连接。
优选地，所述旋转轴B的轴线与旋转轴C的轴线相交。
优选地，所述B轴固定支撑座靠近B轴旋转基座的一侧可转动套装有回转支撑圈，所述回转支撑圈与B轴旋转基座固定连接，所述旋转轴B穿过回转支撑圈后与所述的B轴旋转基座固定连接。
优选地，所述B轴旋转基座采用壳体结构，其内部设有加强筋；B轴旋转基座靠近B轴固定支撑座的一端凸出有类矩形结构，其远离B轴固定支撑座的一端为半圆柱形结构；沿着类矩形结构所在端至半圆柱形结构所在端的方向，所述B轴旋转基座的宽度逐渐对称收窄。
优选地，所述B轴旋转基座包括B轴基座体及B轴回转轴座，所述B轴基座体靠近旋转轴B的一侧一体成型所述的B轴回转轴座，所述B轴回转轴座上设有内腔，所述旋转轴B靠近B轴旋转基座的一端设置有凸肩且此端伸入B轴回转轴座后与B轴基座体固定连接，所述的凸肩抵接在B轴回转轴座的外侧。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
1)本发明的一种多轴数控机床的无背隙双伺服交叉轴回转台，结构紧凑，重量轻，便于控制；
2)本发明的B轴伺服减速电机采用偏置布置，没有直接连接在旋转轴B驱动其旋转，因此采用较小功率的伺服电机输出较小的扭矩即可驱动B轴旋转基座和C轴旋转基座转动，减轻了B轴伺服减速电机的质量，降低了驱动成本；
3)本发明除了采用旋转轴B和旋转轴C进行支撑外，驱动部位还采用圆弧导轨进行辅助支撑，双支撑的结构使回转台的运动更加的平稳、可靠、牢固，避免了工作时的晃动；
4)本发明采用无背隙的滚轮圆弧齿条机构，使传动更加精准，更利于伺服回转台的精密控制，从而配合机床加工出较为精密的零件。
附图说明
图1～图2是本发明在不同视角下的结构示意图；
图3是本发明中B轴固定支撑座的结构示意图；
图4是本发明中B轴旋转基座结构示意图；
图5是本发明的局部剖视图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
如图1～图5所示，一种多轴数控机床的无背隙双伺服交叉轴回转台，包括B轴固定支撑座1、B轴回转系统2和C轴回转系统3，其中：
B轴回转系统2包括旋转轴B4、B轴旋转基座14和B轴减速电机39，所述旋转轴B4可转动安装在B轴固定支撑座1上且其水平设置，旋转轴B4与B轴固定支撑座1之间设置有B轴轴承5，所述B轴旋转基座14固定安装在所述的旋转轴B4上，所述B轴减速电机39固定安装在B轴旋转基座14上且其通过B轴滚轮圆弧齿条机构37驱动所述的B轴旋转基座14绕旋转轴B4的轴线旋转，所述B轴减速电机39包括B轴伺服电机8及B轴减速机21，B轴减速机21通过B轴减速机安装座22安装在B轴旋转基座14上。
进一步，所述B轴滚轮圆弧齿条机构37包括相互配合的B轴滚轮23和B轴圆弧齿条24，所述B轴滚轮23安装在B轴减速电机39的输出轴上，所述B轴减速电机39的输出轴水平设置，所述B轴圆弧齿条24安装在B轴固定支撑座1上，所述B轴圆弧齿条24的中心线与旋转轴B4的轴线同线以使B轴滚轮23驱动B轴旋转基座14绕旋转轴B4的轴线旋转。B轴伺服电机8驱动B轴减速机21，进而带动B轴滚轮圆弧齿条机构37运动，从而实现B轴旋转基座14绕旋转轴B4的轴线做回转运动。
进一步，所述B轴固定支撑座1在对应于B轴圆弧齿条24的位置安装有B轴弧形导轨7，所述B轴弧形导轨7的中心线与旋转轴B4的轴线同线，所述B轴弧形导轨7上安装有B轴弧形导轨滑块25，所述B轴弧形导轨滑块25固定连接在B轴旋转基座14上。由于B轴弧形导轨7和B轴弧形导轨滑块25的导向和支撑作用，使得B轴旋转基座14的运动更加的平稳和牢固。
进一步，所述B轴固定支撑座1采用整体框架结构，其包括B轴支撑座体36及B轴支撑轴座29，B轴支撑座体36靠近B轴旋转基座14的一侧一体成型有弧形定位凸台26及安装凸台27且其背离B轴旋转基座14的一侧一体成型所述的B轴支撑轴座29，B轴支撑轴座29用于支承旋转轴B4，B轴支撑轴座29四周布置加强筋28，所述B轴弧形导轨7和B轴圆弧齿条24均安装在弧形定位凸台26上。B轴支撑座体36的顶部还设置有C轴减速机安装基座31和B轴减速机安装基座32，以便于分别安装C轴减速机19和B轴减速机21。B轴固定支撑座1承载着回转台的本身重量以及所有附件结构件的重量和工作过程中的附加外力，整体框架结构使B轴固定支撑座1牢固而可靠。
所述C轴回转系统3包括旋转轴C12、C轴旋转基座16和C轴减速电机40，所述旋转轴C12可转动安装在B轴旋转基座14上且其竖直设置，旋转轴C12与B轴旋转基座14之间设置有C轴轴承13，所述C轴旋转基座16固定安装在所述的旋转轴C12上，所述C轴减速电机40固定安装在B轴旋转基座14上且其通过C轴滚轮圆弧齿条机构38驱动C轴旋转基座16绕旋转轴C12的轴线旋转，所述C轴减速电机40包括C轴伺服电机9及C轴减速机19。C轴伺服电机9驱动C轴减速机19，进而带动C轴滚轮圆弧齿条机构38实现C轴旋转基座16绕旋转轴C12的轴线做回转运动。
进一步，所述C轴滚轮圆弧齿条机构38包括相互配合的C轴滚轮20和C轴圆弧齿条17，所述C轴圆弧齿条17安装在C轴旋转基座16上，C轴滚轮20安装在C轴减速电机40的输出轴上，所述C轴圆弧齿条17的中心线与旋转轴C12的轴线同线以使C轴滚轮20驱动C轴旋转基座16绕旋转轴C12的轴线旋转。C轴伺服电机驱动C轴减速电机40进而带动C轴滚轮圆弧齿条机构38，从而实现C轴旋转基座16绕旋转轴C12的轴线做回转运动。
进一步，所述C轴旋转基座16上安装有C轴弧形导轨15，所述C轴弧形导轨15的中心线与旋转轴C12的轴线同线，所述C轴弧形导轨15上安装有C轴弧形导轨滑块18，所述C轴弧形导轨滑块18与B轴旋转基座14固定连接。由于C轴弧形导轨15和C轴弧形导轨滑块18的导向和支撑作用，使得C轴旋转运动更加的平稳和牢固。
进一步，所述旋转轴B4的轴线与旋转轴C12的轴线相交，以便于机床的伺服控制。
进一步，所述B轴固定支撑座1靠近B轴旋转基座14的一侧可转动套装有回转支撑圈6，回转支撑圈6与B轴固定支撑座1之间安装有支撑轴承；所述回转支撑圈6与B轴旋转基座14固定连接，所述旋转轴B4穿过回转支撑圈6后与所述的B轴旋转基座14固定连接，使旋转轴B4处的回转连接牢固可靠。
进一步，所述B轴旋转基座14采用壳体结构，其内部设有加强筋28；B轴旋转基座14靠近B轴固定支撑座1的一端凸出有类矩形结构，其远离B轴固定支撑座1的一端为半圆柱形结构；沿着类矩形结构所在端至半圆柱形结构所在端的方向，所述B轴旋转基座14的宽度逐渐对称收窄。这样，使得B轴旋转基座14在满足功能及强度要求的同时，减轻结构的质量，使设计更加的合理。
进一步，所述B轴旋转基座14包括B轴基座体35及B轴回转轴座34，所述B轴基座体35靠近旋转轴B4的一侧一体成型所述的B轴回转轴座34，所述B轴回转轴座34上设有内腔，所述旋转轴B4靠近B轴旋转基座14的一端设置有凸肩且此端伸入B轴回转轴座34后与B轴基座体35固定连接，所述的凸肩抵接在B轴回转轴座34的外侧。这样，使得B轴旋转基座14在满足功能及空间布置要求的同时，使设计更加的合理。
另外，在B轴基座体35的顶端还设置有C轴回转轴座30，且B轴回转轴座34的轴线和C轴回转轴座30的轴线垂直相交，在B轴基座体35靠近B轴支撑座体36的一侧设有阶梯台阶33，在B轴基座体35的顶端还平行设置有B轴减速电机39安装座和C轴减速电机40安装座10，B轴减速电机39安装座和C轴减速电机40安装座10的结构均关于B轴基座体35的中面对称。在旋转轴C12的上部和下部均固定套接有C轴法兰11，C轴法兰11的主要作用是固定旋转轴C12上的轴承。
本无背隙双伺服交叉轴回转台的工作过程如下：B轴伺服电机8驱动B轴减速机21，从而带动B轴滚轮圆弧齿条机构37实现B轴旋转基座14绕旋转轴B4的轴线做回转运动，进而带动C轴回转系统3做绕旋转轴B4的轴线的回转运动。C轴伺服电机9可以驱动C轴减速机19，从而通过C轴滚轮圆弧齿条机构38实现C轴旋转基座16绕旋转轴C12的轴线做回转运动。因此，本发明通过伺服控制系统，可以很好地实现B、C轴的耦合联动。
综上所述，本发明可以很好地应用于多轴数控机床上，提高数控机床的可靠性，增加数控机床的灵活自由度，提高了加工大型复杂构件的产品质量。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种多轴数控机床的双伺服交叉轴回转台，其特征在于：包括B轴固定支撑座(1)、B轴回转系统(2)和C轴回转系统(3)，其中：
B轴回转系统(2)包括旋转轴B(4)、B轴旋转基座(14)和B轴减速电机(39)，所述旋转轴B(4)可转动安装在B轴固定支撑座(1)上且其水平设置，所述B轴旋转基座(14)固定安装在所述的旋转轴B(4)上，所述B轴减速电机(39)固定安装在B轴旋转基座(14)上且其通过B轴滚轮圆弧齿条机构(37)驱动所述的B轴旋转基座(14)绕旋转轴B(4)的轴线旋转；
所述C轴回转系统(3)包括旋转轴C(12)、C轴旋转基座(16)和C轴减速电机(40)，所述旋转轴C(12)可转动安装在B轴旋转基座(14)上且其竖直设置，所述C轴旋转基座(16)固定安装在所述的旋转轴C(12)上，所述C轴减速电机(40)固定安装在B轴旋转基座(14)上且其通过C轴滚轮圆弧齿条机构(38)驱动C轴旋转基座(16)绕旋转轴C(12)的轴线旋转。
2.根据权利要求1所述的一种多轴数控机床的双伺服交叉轴回转台，其特征在于：所述B轴滚轮圆弧齿条机构(37)包括相互配合的B轴滚轮(23)和B轴圆弧齿条(24)，所述B轴滚轮(23)安装在B轴减速电机(39)的输出轴上，所述B轴减速电机(39)的输出轴水平设置，所述B轴圆弧齿条(24)安装在B轴固定支撑座(1)上，所述B轴圆弧齿条(24)的中心线与旋转轴B(4)的轴线同线以使B轴滚轮(23)驱动B轴旋转基座(14)绕旋转轴B(4)的轴线旋转。
3.根据权利要求2所述的一种多轴数控机床的双伺服交叉轴回转台，其特征在于：所述B轴固定支撑座(1)在对应于B轴圆弧齿条(24)的位置安装有B轴弧形导轨(7)，所述B轴弧形导轨(7)的中心线与旋转轴B(4)的轴线同线，所述B轴弧形导轨(7)上安装有B轴弧形导轨滑块(25)，所述B轴弧形导轨滑块(25)固定连接在B轴旋转基座(14)上。
4.根据权利要求3所述的一种多轴数控机床的双伺服交叉轴回转台，其特征在于：所述B轴固定支撑座(1)采用整体框架结构，其包括B轴支撑座体(36)及B轴支撑轴座(29)，B轴支撑座体(36)靠近B轴旋转基座(14)的一侧一体成型有弧形定位凸台(26)且其背离B轴旋转基座(14)的一侧一体成型所述的B轴支撑轴座(29)，B轴支撑轴座(29)用于支承旋转轴B(4)，B轴支撑轴座(29)四周布置加强筋(28)，所述B轴弧形导轨(7)和B轴圆弧齿条(24)均安装在弧形定位凸台(26)上。
5.根据权利要求1所述的一种多轴数控机床的双伺服交叉轴回转台，其特征在于：所述C轴滚轮圆弧齿条机构(38)包括相互配合的C轴滚轮(20)和C轴圆弧齿条(17)，所述C轴圆弧齿条(17)安装在C轴旋转基座(16)上，C轴滚轮(20)安装在C轴减速电机(40)的输出轴上，所述C轴圆弧齿条(17)的中心线与旋转轴C(12)的轴线同线以使C轴滚轮(20)驱动C轴旋转基座(16)绕旋转轴C(12)的轴线旋转。
6.根据权利要求5所述的一种多轴数控机床的双伺服交叉轴回转台，其特征在于：所述C轴旋转基座(16)上安装有C轴弧形导轨(15)，所述C轴弧形导轨(15)的中心线与旋转轴C(12)的轴线同线，所述C轴弧形导轨(15)上安装有C轴弧形导轨滑块(18)，所述C轴弧形导轨滑块(18)与B轴旋转基座(14)固定连接。
7.根据权利要求1所述的一种多轴数控机床的双伺服交叉轴回转台，其特征在于：所述旋转轴B(4)的轴线与旋转轴C(12)的轴线相交。
8.根据权利要求1所述的一种多轴数控机床的双伺服交叉轴回转台，其特征在于：所述B轴固定支撑座(1)靠近B轴旋转基座(14)的一侧可转动套装有回转支撑圈(6)，所述回转支撑圈(6)与B轴旋转基座(14)固定连接，所述旋转轴B(4)穿过回转支撑圈(6)后与所述的B轴旋转基座(14)固定连接。
9.根据权利要求1所述的一种多轴数控机床的双伺服交叉轴回转台，其特征在于：所述B轴旋转基座(14)采用壳体结构，其内部设有加强筋(28)；B轴旋转基座(14)靠近B轴固定支撑座(1)的一端凸出有类矩形结构，其远离B轴固定支撑座(1)的一端为半圆柱形结构；沿着类矩形结构所在端至半圆柱形结构所在端的方向，所述B轴旋转基座(14)的宽度逐渐对称收窄。
10.根据权利要求1所述的一种多轴数控机床的双伺服交叉轴回转台，其特征在于：所述B轴旋转基座(14)包括B轴基座体(35)及B轴回转轴座(34)，所述B轴基座体(35)靠近旋转轴B(4)的一侧一体成型所述的B轴回转轴座(34)，所述B轴回转轴座(34)上设有内腔，所述旋转轴B(4)靠近B轴旋转基座(14)的一端设置有凸肩且此端伸入B轴回转轴座(34)后与B轴基座体(35)固定连接，所述的凸肩抵接在B轴回转轴座(34)的外侧。
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