CN104999284B - 一种重载直齿传动全闭环高精度回转工作台 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种重载直齿传动全闭环高精度环工作台，包括：左伺服电机及减速系统(1)，浮动式液压盘式制动器(2)，左直齿传动轴(3)，平面滑轨(4)，主轴支撑系统(5)，底座(6)，工作台(7)，右直齿传动轴(8)，右伺服电张机及减速系统(9)，圆柱滚子支撑(10)和光栅尺反馈机构(12)，所述驱动装置采用双直齿轮双向消隙传动，所述支撑系统采用多重辅助支撑，所述刹车装置采用液压盘式刹车装置，采用光栅尺进行角度反馈，并实现全闭环控制系统。本发明具有定位精准、承载能力强、使用寿命长等优点。

Description

一种重载直齿传动全闭环高精度回转工作台
技术领域
本发明涉及一种分度专用装备，尤其能够满足大型工件加工分度的高精度要求。
背景技术
目前，公知的回转工作台构造包括底座、回转工作台面、蜗轮蜗杆传动机构、主轴支撑机构，电气系统不带反馈调节或者带半闭环反馈调节系统，工作原理为，伺服电机通过蜗轮蜗杆减速带动工作台转动，通过控制伺服电动机的转动圈数进行工作台的分度。半闭环系统，光栅尺安装在主轴部位，进行角度位置的反馈。但是，由于蜗轮蜗杆本身传动特性造成工作台很多缺陷，比如说，蜗轮蜗杆传动的效率低下，造成回转台承载能力不高，蜗轮蜗杆磨损严重并引起齿面磨损，甚至是粘附等后果，而且蜗轮蜗杆磨损后，不易进行调整。由于蜗轮蜗杆机构的各种缺陷，机械传动不准确造成难以实现全闭环反馈调节，回转工作台分度精度不高。
发明内容
为了解决现有常规回转工作台存在的问题，并实现全闭环控制，本发明提供了一种直齿传动全闭环高精度回转工作台，该回转工作台不仅承载能力高，而且回转定位准确稳定，使用寿命长。
本发明解决其技术问题所采用的方案是：一种重载直齿传动全闭环高精度环工作台，包括：左伺服电机及减速系统，浮动式液压盘式制动器，左直齿传动轴，平面滑轨，主轴支撑系统，底座，工作台，右直齿传动轴，右伺服电机及减速系统，圆柱滚子支撑和光栅尺反馈机构，其特征在于：
左伺服电机及减速系统与右伺服电机及减速系统通过螺栓固定在底座两侧，左直齿传动轴与右直齿传动轴带动工作台分别做逆向、正向转动；工作台底座边缘装有若干个浮动式液压盘式制动器；
底座、工作台通过主轴支撑系统装配在一起，工作台与底座通过平面滑轨贴合在一起；
工作台的下方设置圆柱滚子支撑，
光栅尺反馈机构包括：齿圈，消隙齿轮，齿轮，轴承盒，检测轴，固定板和光栅尺，光栅尺设置在工作台边缘，并由主轴通过齿圈、齿轮带动。
轴承盒首先安装在检测轴上，然后将轴承盒和检测轴同时安装在底座上，轴承盒及底座上的轴承盒孔都采用高精度的配磨加工工艺进行安装；
将齿轮安装在检测轴指定位置，再将消隙齿轮安装并与齿圈捏合，通过调整消隙齿轮与齿轮两者之间的相对角度消除齿圈与齿轮之间的传动间隙，最后通过胀套将消隙齿轮紧固在检测轴上；将光栅尺紧固在检测轴上，将光栅尺安装在固定板上。
本发明的有益效果在于:本发明构成全闭环反馈系统的光栅尺，由工作台的主轴位置移动至工作台圆周上，并由工作台齿圈带动光栅尺转动进行分度定位调节，这种结构将会大大提高了光栅尺的检测精度，为防止光栅尺外移造成传动间隙过大，采用双定心主轴工艺；工作台传动系统采用双直齿轮双向传动系统，分别带动工作台正转与反转分度转动，达到消隙的目的；工作台支撑采用多处辅助支撑，平面滑轨作为主支撑，导轨采用静压淬火钢板，以获得高硬度及耐磨度，主轴支撑系统与圆柱滚子支撑作为辅助支撑；工作台外侧带有光栅尺，实现全闭环反馈系统调节；工作台回转制动采用液压浮动夹紧。
附图说明
下面结合附图和实施对本发明进一步说明。
图1是回转工作台主视图的半剖图；
图2是主视图基础上的左视图；
图3是主视图基础上的俯视图；
图4为双直齿消隙原理图；
图5为检测光栅尺的连接图；
图6为主轴及静压导轨板结构图。
图1中：1.左伺服电机及减速系统，2.浮动式液压盘式制动器，3.左直齿传动轴，4.平面滑轨，5.主轴支撑系统，6.底座，7.工作台，8.右直齿传动轴，9.右伺服电机及减速系统，10.圆柱滚子支撑，11.推力滚珠轴承，12.光栅尺反馈机构，13.左直齿，14.齿圈，15.右直齿，16.主轴，17.齿圈，18.消隙齿轮，19.齿轮，20.轴承盒，21.检测轴，22.固定板，23.光栅尺，24.大锥面圆柱滚子轴承，25.大支撑套，26.大丝母，27.小锥面圆柱滚子轴承，28.小丝母，29.小支撑套，30.高压油孔，31.上下导轨板。
具体实施方式
以下将结合附图1-6对本发明的技术方案进行详细说明。
如图1-3所示，本发明所述的重载直齿传动全闭环高精度环工作台，包括：左伺服电机及减速系统1，浮动式液压盘式制动器2，左直齿传动轴3，平面滑轨4，主轴支撑系统5，底座6，工作台7，右直齿传动轴8，右伺服电张机及减速系统9，圆柱滚子支撑10，推力滚珠轴承11和光栅尺反馈机构12，推力滚珠轴承11用于安装主轴支撑系统5。
在图1中，左伺服电机及减速系统1与右伺服电机及减速系统9，通过螺栓固定在底座6两侧，左直齿传动轴3与右直齿传动轴8带动工作台分别做逆向、正向转动；工作台底座边缘装有若干个浮动式液压盘式制动器2；
底座6、工作台7通过主轴支撑系统5装配在一起，工作台7与底座6通过平面滑轨4贴合在一起，通过调节主轴支撑系统5底部的轴承座，使得平面导轨起主要支撑作用，之后进行导轨面的研磨，以保证主轴连接与导轨面连接的一致性，同时也使工作台7与底座6之间的平行度得到提高。
工作台7的下方设置圆柱滚子支撑10，这样由静压导轨板作为主要支撑，主轴与圆柱滚子支撑作为辅助支撑组成了多处支撑系统，实现了工作台大负载工作能力。
控制系统采用全闭环控制，如图4所示双直齿消隙原理图，其中，左直齿13带动齿圈，使齿圈14做逆向运动，贴合点A传递作用力，同时右直齿15作为从动轮，在贴合点B作用下进行转动。当齿圈要进行正向转动时，右直齿15作为主动轮，带动齿圈14运动，由于B点始终处于贴合状态，所以齿圈14反转的时候，不会存在传动间隙的问题，同时，左直齿13作为从动轮，在贴合点A作用下进行转动。传动过程中，A、B两点始终处于贴合状态，即达到了消隙传动的目的。
光栅尺反馈机构12包括：齿圈17，消隙齿轮18，齿轮19，轴承盒20，检测轴21，固定板22和光栅尺23，光栅尺23设置在工作台7边缘，并由主轴通过齿圈17、齿轮19带动。
轴承盒20内装有四套高精度轴承，轴承盒20首先安装在检测轴21上，然后二者同时安装在底座6上，轴承盒20及底座6上的轴承盒孔都采用高精度的配磨加工工艺；
将齿轮19安装在检测轴21指定位置，在将消隙齿轮18安装在齿轮19之上，通过调整这两者之间的相对角度达到消除齿圈17与齿轮19之间的传动间隙的目的，确保高精度传动，最后通过胀套将消隙齿轮18紧固在检测轴21上；然后通过联轴器将光栅尺23固定在检测轴21下方，之后配做光栅尺23与固定板22连接的连接螺纹，再将光栅尺23安装在固定板22上。这样光栅尺作为全闭环反馈系统的反馈环节连接完成，当工作台7回转时，通过齿圈17、齿轮19、检测轴21的转动作用带动光栅尺23转动，当光栅尺23检测到工作台7回转到指定位置时，光栅尺23将电信号(即工作台已7转动到指定位置，需制动、刹车的信息)传递给电控系统，系统会通过伺服电机刹车、制动，但由于机械惯性，工作台可能会超过指定回转位置，相应光栅尺23也会检测到工作台7回转角度不正确的信息，并反馈给电控系统，进行反转，对指定回转角度进行调节，直到达到工作台7回转到指定的位置，这个过程即为本产品的反馈调节。全闭环系统的精度取决于反馈环节的精度，由于光栅尺23外移，通过大转动比齿轮传动带动光栅尺检测，这将反馈环节的检测精度提高了若干倍，从而获得了本回转工作台在定位精度上明显高于其他同类产品的特性。
此外，如图6所示主轴支撑系统5的具体连接示意图：主轴16过盈的连接在工作台7轴孔里面，分别将大锥面圆柱滚子轴承24与小锥面圆柱滚子轴承27的外圈过盈的安装在在底座6相应的轴孔里面，将内圈及滚子安装在主轴16上，再相应安装大丝母26与小丝母28，可以通过旋转大、小丝母来控制轴承旋转侧隙此类轴承的固有性能，这样就可以获得非常高的主轴回转传动精度，这就是上文所述的双定心工艺实现的过程。主轴16与底座6之间安放有推力滚珠轴承11，通过调节推力滚珠轴承11与底座6之间的间隙，保证上下导轨板31完全贴合并起到主要支撑作用，上下导轨板31选用淬火钢精磨而成，下导轨板上有油孔，连接液压油管道，工作时打入高压油(3MPa)，实现静压转动支撑。
回转工作台工作步骤如下
1.工作台得到逆向运转及转动速度指令；
2.浮动式液压刹车系统卸力，松开刹车片；
3.左伺服电机通过减速系统根据指令进行转动，同时，右伺服电机以较小的力在齿圈的带动下进行从动；
4.达到指定的转动角度后，左伺服电机刹车，光栅尺对转动角度进行检测，并反馈给动力系统，正向或逆向进行调节，并达到指定的高精度定位位置；
5.浮动式液压刹车系统压紧刹车片进行制动。
正向运转同理可实现。
尽管已经结合实施例对本发明进行了详细地描述，但是本领域技术人员应当理解地是，本发明并非仅限于特定实施例，相反，在没有超出本申请精神和实质的各种修正，变形和替换都落入到本申请的保护范围之中。

Claims (3)

1.一种重载直齿传动全闭环高精度环工作台，包括：左伺服电机及减速系统(1)，浮动式液压盘式制动器(2)，左直齿传动轴(3)，平面滑轨(4)，主轴支撑系统(5)，底座(6)，工作台(7)，右直齿传动轴(8)，右伺服电机及减速系统(9)，圆柱滚子支撑(10)和光栅尺反馈机构(12)，其特征在于：
左伺服电机及减速系统(1)与右伺服电机及减速系统(9)通过螺栓固定在底座(6)两侧，左直齿传动轴(3)与右直齿传动轴(8)带动工作台分别做逆向、正向转动；工作台底座边缘装有若干个浮动式液压盘式制动器(2)；
底座(6)、工作台(7)通过主轴支撑系统(5)装配在一起，工作台(7)与底座(6)通过平面滑轨(4)贴合在一起；
工作台(7)的下方设置圆柱滚子支撑(10)，
光栅尺反馈机构(12)包括：齿圈(17)，消隙齿轮(18)，齿轮(19)，轴承盒(20)，检测轴(21)，固定板(22)和光栅尺(23)，光栅尺(23)设置在工作台(7)边缘，并由主轴通过齿圈(17)、齿轮(19)带动；
轴承盒(20)首先安装在检测轴(21)上，然后将轴承盒(20)和检测轴(21)同时安装在底座(6)上，轴承盒(20)及底座(6)上的轴承盒孔都采用高精度的配磨加工工艺进行安装；
将齿轮(19)安装在检测轴(21)指定位置，再将消隙齿轮(18)安装并与齿圈(17)捏合，通过调整消隙齿轮(18)与齿轮(19)两者之间的相对角度消除齿圈(17)与齿轮(19)之间的传动间隙，最后通过胀套将消隙齿轮(18)紧固在检测轴(21)上；将光栅尺(23)紧固在检测轴(21)上，将光栅尺(23)安装在固定板(22)上。
2.根据权利要求1所述的重载直齿传动全闭环高精度环工作台，其特征在于：主轴(16)过盈的连接在工作台(7)轴孔里面，分别将大锥面圆柱滚子轴承(24)与小锥面圆柱滚子轴承(27)的外圈过盈的安装在在底座(6)相应的轴孔里面，将内圈及滚子安装在主轴(16)上，再相应安装大丝母(26)与小丝母(28)，从而通过旋转大丝母(26)、小丝母(28)来控制轴承旋转侧隙；
主轴(16)与底座(6)之间安放有推力滚珠轴承(11)，通过调节推力滚珠轴承(11)与底座(6)之间的间隙，保证上下导轨板(31)完全贴合并起到主要支撑作用。
3.根据权利要求1所述的重载直齿传动全闭环高精度环工作台回转工作台的工作方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤1、工作台得到逆向运转及转动速度指令；
步骤2、浮动式液压刹车系统卸力，松开刹车片；
步骤3、左伺服电机通过减速系统根据指令进行转动，同时，右伺服电机在齿圈的带动下进行从动；
步骤4、达到指定的转动角度后，左伺服电机刹车，光栅尺对转动角度进行检测，并反馈给动力系统，正向或逆向进行调节，并达到指定的高精度定位位置；
步骤5、浮动式液压刹车系统压紧刹车片进行制动。
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