CN105108552A - 一种双坐标进给动力箱 - Google Patents

Abstract

本发明用是一种双坐标进给动力箱，包括安装在机架上的动力箱体，动力箱体内部安装外偏心套筒，外偏心套筒内安装内偏心套筒，内偏心套筒内安装主轴；外偏心套筒和内偏心套筒的外壁分别连接着动力旋转驱动机构，该动力旋转驱动机构驱动外偏心套筒、内偏心套筒进行旋转；皮带上安装着柔性张紧机构，该柔性张紧机构与皮带接触用以张紧皮带。这种双坐标进给动力箱，结构紧凑、尺寸小，运用双偏心原理，通过驱动转筒旋转的方式，使得主轴或工作台在两个坐标移动的直线运动副，变为沿两个偏心转筒的转动，实现在一定区域内的任意位置调整或进给，因所有调整均在动力箱内部实现，在大大的减小了机械结构尺寸、低能源消耗的同时提高了设备的刚性。

Description

一种双坐标进给动力箱

技术领域

本发明用于切削机床（如专用镗铣床）的主轴进给或工作台移动，实现小行程高精度相对位置调整，具体是一种双坐标进给动力箱。

背景技术

传统镗铣床设计，大多采用丝杠导轨副、齿轮齿条导轨副结构，通过移动动力箱部件或工作台来实现主轴与工件的相对进给运动。使用此类结构，因为要驱动动力箱总成或工作台，而大型机床上动力箱、工件工作台庞大，使得驱动功率和机械结构尺寸较大；因为被控制件运动惯量大，实现快速、高精度控制较难，设备在线布置适用性较差。

随着生产技术的发展，对机床提出了小空间、高精度、高生产节奏的要求，在专用生产线上需要可在线自动生产的专用机床；特别在油井套管线、复合管生产线等对长件端部进行加工（镗孔、铣削）的生产线，要求在线布置、自动装夹、快节奏、重载切削、批量化生产，对设备的可靠性要求也很高。如使用传统镗铣床，具有设备庞大、不能在线全自动生产、生产节奏慢、设备可靠性低等缺点。

发明内容

本发明的目的是针对上述所述的缺点，设计一种新型双坐标动力箱（或工作台），在实现高进度、小尺寸、低功率消耗的同时，适应重载切削的要求。

为此，本发明提供了一种双坐标进给动力箱，包括安装在机架上的动力箱体，动力箱体内部通过轴承安装有外偏心套筒，外偏心套筒内通过轴承安装着内偏心套筒，内偏心套筒内通过轴承安装着主轴，主轴一端连接大带轮，大带轮通过皮带连接主电机获得动力；

所述的外偏心套筒和内偏心套筒的外壁分别连接着动力旋转驱动机构，该动力旋转驱动机构驱动外偏心套筒、内偏心套筒进行旋转；所述的皮带上安装着柔性张紧机构，该柔性张紧机构与皮带接触用以张紧皮带。

所述的动力旋转驱动机构包括与外偏心套筒或内偏心套筒外壁啮合传递动力的传动涡轮和与传动涡轮配合安装的传动蜗杆，传动蜗杆垂直于外偏心套筒或内偏心套筒的轴向方向布置。

所述的动力旋转驱动机构也可以是齿轮副机构或丝杠螺母副机构。

所述的柔性张紧机构包括抵触并作用在皮带上的张紧轮，张紧轮连接弹簧伸缩件，弹簧伸缩件另一端固定在机架上。

所述的皮带为三角带或齿形同步带。

本发明的有益效果：

1、结构紧凑、尺寸小：因为是在动力箱内部实现了主轴位置周向调整，不用整体移动工作台或者动力箱，机械结构尺寸很小；

2、变直线滑动副为旋转副，设备刚性好：因为是在动力箱内部实现了主轴位置调整，没有外部的移动副，设备刚性好，为重载、精密切削创造有利条件；

3、驱动功率小、响应快、控制精度高：不用整体移动工作台或者动力箱，驱动功率小、电气响应快、控制精度高，结合纠偏环节可以达到微米级精度；

4、可以实现复杂轨迹、曲面的位置控制：如使用伺服控制轴，采用插补等原理实现复杂曲线、曲面的位置控制要求。

附图说明

以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。

图1是本发明的结构示意见图。

附图标记说明：1、动力箱体；2、外偏心套筒；3、内偏心套筒；4、主轴；5、大带轮；6、皮带；7、动力源；8、柔性张紧机构；9、传动涡轮；10、传动蜗杆。

具体实施方式

实施例1：

本实施例提供一种双坐标进给动力箱，如图1所示，包括安装在机架上的动力箱体1，其特征在于：动力箱体1内部通过轴承安装有外偏心套筒2，外偏心套筒2内通过轴承安装着内偏心套筒3，内偏心套筒3内通过轴承安装着主轴4，主轴4一端连接大带轮5，大带轮5通过皮带6连接动力源7（此处的动力源可以是电机，亦或者是液压油缸等能提供动力的设备）获得动力。

外偏心套筒2和内偏心套筒3的外壁分别连接着动力旋转驱动机构，该动力旋转驱动机构驱动外偏心套筒2、内偏心套筒3进行旋转；所述的皮带6上安装着柔性张紧机构8，该柔性张紧机构8与皮带6接触用以张紧皮带6。

本实施例中，采用内承式偏心套筒结构，内偏心套筒3内部安装的主轴4在动力源7、皮带6和大带轮5作用下动作。由于动力旋转驱动机构的存在，在其作用下，内偏心套筒3会产生旋转运动，由于内偏心套筒3中主轴4处于偏心位置的原因，在内偏心套筒3旋转过程中，主轴4会产生一个圆形的运动轨迹，在主轴4的位置变化时会在水平方向产生一个附加位移，而外偏心套筒2转动副对之进行相应叠加补偿。

同样的道理外偏心套筒2也会在动力旋转驱动机构的作用下旋转，内偏心套筒3在外偏心套筒2中处于偏心位置，继而主轴4在外偏心套筒2中也处于偏心位置，所以，在外偏心套筒2旋转过程中，主轴4也会产生一个圆形的运动轨迹，在主轴4的位置变化时会在水平方向产生一个附加位移，而内偏心套筒3转动副对之进行相应叠加补偿。

结合上述情况，无论内偏心套筒3还是外偏心套筒2旋转，都会给主轴4产生一个圆形的轨迹，而且两个旋转效果下形成的轨迹也不相同，因而通过叠加或者抵消，本实施例的这种结构能使得主轴4的轨迹可以实现在偏心（两个偏心半径之和）范围内任意一点的位置覆盖，取得了在机架固定的情况下实现主轴4在一定直径范围内的任意调整和进给，达到了小机械尺寸的重载加工的效果。

根据不同的加工要求分为进给和调整两种形式：

进给：在进给时内层调整的伺服电机通过连接内偏心套筒3的动力旋转驱动机构驱动内偏心转筒3旋转实现一个坐标的进给，外层调整的伺服电机在通过连接外偏心套筒2的动力旋转驱动机构驱动外偏心套筒2旋转实现另一个坐标的进给控制的同时对内层调整时在另一坐标产生的位移进行补偿，运用插补原理可以实现复杂曲面加工。

调整：在主轴4相对位置调整时，内偏心套筒3控制调整一个坐标后，外偏心套筒2在控制另一个坐标的位置后对内偏心套筒3产生的附加位移进行补偿。主轴4运动到位后伺服电机进行位置锁紧（特殊重载切削时可以外加锁紧机构）。

另外，也可以给外偏心套筒2和内偏心套筒3设置位置反馈，然后根据工艺要求进行单独的位置固定或轨迹编程，实现自动化补给轨迹。

本实施例的这种结构可以在切削过程中调整从而实现走出设定轨迹，在镗孔时可以通过伺服电机对主轴位置进行锁定（特殊重载切削时可以外加锁紧机构）。因主轴位置相对箱体的位置发生变化，使得齿形皮带副的中心距产生相应变化，故皮带传动副设有柔性张紧机构7，保整皮带的可靠张紧。

实施例2：

在实施例1的基础上，本实施例进一步进行说明，参照图1，这里的动力旋转驱动机构包括与外偏心套筒2或内偏心套筒3外壁啮合传递动力的传动涡轮9和与传动涡轮9配合安装的传动蜗杆10，传动蜗杆10垂直于外偏心套筒2或内偏心套筒3的轴向方向布置。

以连接外偏心套筒2的动力旋转驱动机构为例，用伺服电机带动传动蜗杆10转动，由于传动蜗杆10和传动涡轮9的相互配合作用下，传动蜗杆10转动而传动涡轮9在垂直于传动蜗杆10方向转动，然后传动蜗杆10带动外偏心套筒2进行转动，实现外偏心套筒2的旋转。同理，与内偏心套筒3连接的动力旋转驱动机构也可以带动内偏心套筒3进行转动

同样的，在这里动力旋转驱动机构也可以是齿轮副机构或丝杠螺母副机构。因为这些结构，其原理和蜗轮蜗杆结构原理均相似，在此不详细阐述。

实施例3：

在上述两个实施例中，由于主轴4位置相对动力箱体1的位置发生变化，使得皮带6皮带副的中心距产生相应变化，在这里皮带6为三角带或齿形同步带，因此皮带传动副要设有柔性张紧机构8，保整皮带的可靠张紧。在本实施例中，柔性张紧机构8包括抵触并作用在皮带6上的张紧轮，张紧轮连接弹簧伸缩件，弹簧伸缩件另一端固定在机架上。

在此结构中，弹簧伸缩件是一个特定力的结构件，根据皮带的张力要求选择合适的弹簧来实现该结构功能，当主轴4位置偏移后，如果皮带张力变松，弹簧伸长，张紧轮紧贴皮带，使得皮带变紧；如果随着主轴4位置偏移而皮带变紧，弹簧收缩，张紧轮与皮带贴合稍缓，此时相当于补偿一部分皮带，缓解皮带的张紧。在此结构中弹簧伸缩件另一端固定在机架上，也可以固定在其他的固定面上，只要能满足调整皮带的张紧即可。

在本发明的这种结构中，用以安装动力箱体1的机架可为固定式，也可以安装于移动或转动平台上，用以满足复杂曲线、曲面的移动等工艺要求。

综上所述，本发明的这种双坐标进给动力箱，运用双偏心原理，通过驱动转筒旋转的方式，使得主轴或工作台在两个坐标移动的直线运动副，变为沿两个偏心转筒的转动，实现在一定区域内的任意位置调整或进给。因所有调整均在动力箱内部实现，在大大的减小了机械结构尺寸、低能源消耗的同时提高了设备的刚性。

以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。本实施例没有详细叙述的部件和结构属本行业的公知部件和常用结构或常用手段，这里不一一叙述。

Claims (5)

1.一种双坐标进给动力箱，包括安装在机架上的动力箱体（1），其特征在于：动力箱体（1）内部通过轴承安装有外偏心套筒（2），外偏心套筒（2）内通过轴承安装着内偏心套筒（3），内偏心套筒（3）内通过轴承安装着主轴（4），主轴（4）一端连接大带轮（5），大带轮（5）通过皮带（6）连接动力源（7）获得动力；

所述的外偏心套筒（2）和内偏心套筒（3）的外壁分别连接着动力旋转驱动机构，该动力旋转驱动机构驱动外偏心套筒（2）、内偏心套筒（3）进行旋转；所述的皮带（6）上安装着柔性张紧机构（8），该柔性张紧机构（8）与皮带（6）接触用以张紧皮带（6）。

2.如权利要求1所述的双坐标进给动力箱，其特征在于：所述的动力旋转驱动机构包括与外偏心套筒（2）或内偏心套筒（3）外壁啮合传递动力的传动涡轮（9）和与传动涡轮（9）配合安装的传动蜗杆（10），传动蜗杆（10）垂直于外偏心套筒（2）或内偏心套筒（3）的轴向方向布置。

3.如权利要求2所述的双坐标进给动力箱，其特征在于：所述的动力旋转驱动机构也可以是齿轮副机构或丝杠螺母副机构。

4.如权利要求1所述的单坐标小行程进给动力箱，其特征在于：所述的柔性张紧机构（8）包括抵触并作用在皮带（6）上的张紧轮，张紧轮连接弹簧伸缩件，弹簧伸缩件另一端固定在机架上。

5.如权利要求1所述的单坐标小行程进给动力箱，其特征在于：所述的皮带（6）为三角带或齿形同步带。