CN105276116B - 一种基于机床的无间隙圆弧摆动机构及其实现方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于机床的无间隙圆弧摆动机构，主要解决了现有技术存在装配传动间隙、传动精度低等问题。该基于机床的无间隙圆弧摆动机构包括横向直线驱动机构、竖向直线导向机构、第一向心推力组合轴承（2）和第二向心推力组合轴承（3）；所述横向直线驱动机构通过第二向心推力组合轴承（3）与所述竖向直线导向机构连接，所述竖向直线导向机构安装在被驱动摆动元件（1）上，所述第一向心推力组合轴承（2）用于连接被驱动摆动元件与机架。本发明彻底消除了整个传动链中的间隙，提高了传动的精度和刚性并能获得持久的精度保持性，有效地克服了现有技术所存在的缺陷。
Description
技术领域
本发明涉及一种摆动机构，具体的说，是涉及一种基于机床的无间隙圆弧摆动机构及其实现方法。
背景技术
现有技术中，在机床加工技术领域，只要是做±45°以内角度摆动运动的机构，都是采用蜗杆蜗轮副传动或者齿轮副传动来实现摆动，其主要存在以下缺陷：（1）存在装配传动间隙；（2）长时间使用后均不可避免的会因齿面滑动磨损而产生间隙，导致往复摆动的反向间隙增大和传动精度、刚度的下降。另一方面，高性能力矩电机在现目前阶段，成本高昂，且在重载荷驱动情况下其驱动刚性不够。
发明内容
本发明的目的在于克服上述缺陷，提供一种设计合理、可靠性高、实现方便的无间隙圆弧摆动机构。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
基于机床的无间隙圆弧摆动机构，包括横向直线驱动机构、竖向直线导向机构、第一向心推力组合轴承和第二向心推力组合轴承；所述横向直线驱动机构通过第二向心推力组合轴承与所述竖向直线导向机构连接，所述竖向直线导向机构安装在被驱动摆动元件上，所述第一向心推力组合轴承用于连接被驱动摆动元件与机架。其中，横向直线驱动机构和竖向直线导向机构中的“横向”、“竖向”为相对方向，并非绝对方向，第一向心推力组合轴承和第二向心推力组合轴承的结构相同，分别命名是为了便于区分。
进一步的，所述横向直线驱动机构包括滚珠丝杆、丝杆螺帽、丝杆螺帽座、滚动轴承；所述滚珠丝杆通过所述滚动轴承轴向固定于机架上，所述滚珠丝杆上配合的所述丝杆螺帽穿过并固定在所述丝杆螺帽座上，所述滚珠丝杆旋转并通过所述丝杆螺帽带动所述丝杆螺帽座沿其轴心线作直线往复运动；所述丝杆螺帽座与所述第二向心推力组合轴承连接。
进一步的，在横向直线驱动机构的基础上，还包括横向直线导向机构，所述横向直线导向机构包括支撑导向滚动线轨和第一滑块；所述支撑导向滚动线轨固定于机架上且平行于所述滚珠丝杆，所述第一滑块安装在所述支撑导向滚动线轨上并可相对所述支撑导向滚动线轨滑动，所述第一滑块上端面与所述丝杆螺帽座紧固连接。
进一步的，所述滚珠丝杆的轴心线与被驱动摆动元件的回转轴心线垂直布置，且空间偏置距离H，H＞ 0。
进一步的，所述竖向直线导向机构包括滚动直线导轨和第二滑块；所述滚动直线导轨安装在被驱动摆动元件上，所述第二滑块安装在所述滚动直线导轨上，并可相对于所述滚动直线导轨滑动。
进一步的，所述竖向直线导向机构还包括摆动导向板，所述摆动导向板一端安装在所述第二滑块上，其另一端与所述第二向心推力轴承连接。
进一步的，所述第一向心推力组合轴承的内圈与被驱动摆动元件固定连接，其外圈与机架固定连接。基于机床的无间隙圆弧摆动机构的实现方法，包括以下步骤：
（1）动力源驱动滚珠丝杠旋转，带动丝杠螺帽及丝杠螺帽座沿滚珠丝杆轴心线作直线往复运动的步骤；
（2）丝杠螺帽座通过第二推力向心组合轴承带动摆动导向板（移动和转动）的步骤；
（3）摆动导向板沿滚动直线导轨相对于摆动板移动并相对于丝杠螺帽座转动的步骤；
（4）摆动板围绕第一向心推力组合轴承轴心线摆动的步骤。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明通过滚珠丝杆副、滚动直线导轨副和推力向心轴承等滚动传动元件将动力源和被驱动摆动元件串联起来，利用滚动传动元件可预压无间隙的特性和滚动转动自适应的原理，将滚珠丝杠产生的直线运动转变成终端被驱动摆动元件（摆动板）的圆弧摆动运动，彻底消除了整个传动链中的间隙，提高了传动的精度和刚性并能获得持久的精度保持性，有效地克服了现有技术所存在的缺陷。
附图说明
图1为本发明的结构示意图一。
图2为本发明的结构示意图二。
其中，附图标记所对应的名称如下：1-摆动板，2-第一向心推力组合轴承，3-第二向心推力组合轴承，4-滚珠丝杆，5-丝杆螺帽，6-丝杆螺帽座，7-滚动轴承，8-支撑导向滚动线轨，9-第一滑块，10-滚动直线导轨，11-第二滑块，12-摆动导向板。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。本发明的实施方式包括但不限于下列实施例。
实施例1
如图1、2所示，本实施例提供了一种基于机床的无间隙圆弧摆动机构，该摆动机构包括两个传动副：滚动直线导轨副和滚珠丝杆传动副，两个传动副之间通过第二向心推力组合轴承连接，通过两个传动副的配合，将滚珠丝杠产生的直线运动转变成终端被驱动摆动元件的圆弧摆动运动，彻底消除了整个传动链中的间隙，提高了传动的精度和刚性并能获得持久的精度保持性。
被驱动做往复摆动运动的摆动板通过第一推力向心组合轴承与固定不动的机架连接在一起，具体方式如下：第一向心推力组合轴承的内圈与所述摆动板固定连接，其外圈与机架固定连接。摆动板相对于机架可围绕轴承轴心线做往复摆动运动。
摆动板上装配滚动直线导轨副，滚动直线导轨副实现竖向的运动，具体结构包括有滚动直线导轨和第二滑块；滚动直线导轨安装在摆动板（被驱动摆动元件）的背面，第二滑块安装在滚动直线导轨上，并可相对于滚动直线导轨滑动。一般地，在摆动板背面的两侧各安装一条滚动直线导轨，对应的，第二滑块也为两个，并分别安装在两根导轨上，两个第二滑轨的端面上还安装有摆动导向板，摆动导向板另一端与第二向心推力轴承连接。
摆动导向板、第二滑块由滚珠丝杆传动副带动，滚珠丝杆传动副安装在机架上，主要实现横向的运动，上述的横向和竖向是指二者的相对方向。滚珠丝杆传动副的具体结构包括有：滚珠丝杆、丝杆螺帽、丝杆螺帽座、滚动轴承；滚珠丝杆穿过丝杆螺帽座且两端通过滚动轴承固定于机架上，滚珠丝杆旋转带动丝杆螺帽座沿其轴心线作往复运动；丝杆螺帽座通过第二向心推力组合轴承与摆动导向板同心连接，丝杠螺帽座和摆动导向板之间可围绕轴承轴心线做相对的转动，轴向相对不动。滚珠丝杠轴心线与摆动板回转轴心线垂直布置，且空间偏置一定的距离H；滚珠丝杠通过滚动轴承支撑在机架上只做旋转运动，轴向与机架相对固定不动，丝杠螺帽可沿滚珠丝杠做轴向直线运动。
为了实现导向，确保丝杠螺帽、丝杠螺帽座沿滚珠丝杆的往复运动正常进行，本实施例还设置有导向机构，该导向机构包括支撑导向滚动线轨和第一滑块；支撑导向滚动线轨固定于机架上且平行于滚珠丝杆，第一滑块安装在支撑导向滚动线轨上并可相对支撑导向滚动线轨滑动，第一滑块上端面与丝杆螺帽座紧固连接。通过上述设置，第一滑块和丝杆螺帽座可一起沿支撑导向滚动线轨和丝杆轴心线移动，避免了丝杆螺帽座沿丝杆轴心线作往复运动的偏移。
当摆动板需要摆动时，动力源驱动滚珠丝杠旋转，带动丝杠螺帽及螺帽座等零件沿丝杆轴心线往复直线运动，丝杆螺帽座则通过推力向心组合轴承带动摆动导向板、摆动导向板通过摆动板上的滚动直线导轨副带动摆动板等零件一起围绕摆动板轴心线摆动。同时，摆动导向板沿摆动板上滚动直线导轨副相对于摆动板移动，并相对于丝杆螺帽座转动，以适应因丝杠螺帽座移动距离S的变化而导致的摆动导向板回转中心与摆动板回转中心之间的距离L的变化。因丝杆轴心与摆动板回转轴心之间是偏置恒定的距离H，S、L、H三条边组成的直角三角形中变化的S和L便决定了摆动的角度大小。
实施例2
本实施例中，不设置摆动导向板，第二滑块为一个，第二滑块的两侧分别安装在两根导轨上，其端面直接与第二向心推力组合轴承连接，其余结构与实施例1相同。
实施例3
本实施例中采用另一种横向直线驱动机构代替滚珠丝杆传动副，其可以包括一根固定在机架上的导轨，一个安装在导轨上的滑块，滑块同样通过第二向心推力组合轴承与第二滑块或摆动导向板连接，滑块相对于导轨的运动可由内置的电机驱动，其工作原理与实施例1相同，故在此不作赘述。
按照上述实施例，便可很好地实现本发明。值得说明的是，基于上述设计原理的前提下，为解决同样的技术问题，即使在本发明所公开的结构基础上做出的一些无实质性的改动或润色，所采用的技术方案的实质仍然与本发明一样，故其也应当在本发明的保护范围内。
Claims (7)
1.一种基于机床的无间隙圆弧摆动机构，其特征在于，包括横向直线驱动机构、竖向直线导向机构、第一向心推力组合轴承（2）和第二向心推力组合轴承（3）；所述横向直线驱动机构通过第二向心推力组合轴承（3）与所述竖向直线导向机构连接，所述竖向直线导向机构安装在被驱动摆动元件（1）上，所述第一向心推力组合轴承（2）用于连接被驱动摆动元件与机架；所述竖向直线导向机构包括滚动直线导轨（10）和第二滑块（11）；所述滚动直线导轨（10）安装在被驱动摆动元件上，所述第二滑块（11）设有两个且分别安装在所述滚动直线导轨（10）上，并可相对于所述滚动直线导轨（10）滑动。
2.根据权利要求1所述的基于机床的无间隙圆弧摆动机构，其特征在于，所述横向直线驱动机构包括滚珠丝杆（4）、丝杆螺帽（5）、丝杆螺帽座（6）、滚动轴承（7）；所述滚珠丝杆（4）通过所述滚动轴承（7）轴向固定于机架上，所述滚珠丝杆（4）上配合的所述丝杆螺帽（5）穿过并固定在所述丝杆螺帽座（6）上，所述滚珠丝杆（4）旋转并通过所述丝杆螺帽（5）带动所述丝杆螺帽座（6）沿其轴心线作直线往复运动；所述丝杆螺帽座（6）与所述第二向心推力组合轴承（3）连接。
3.根据权利要求2所述的基于机床的无间隙圆弧摆动机构，其特征在于，还包括横向直线导向机构，所述横向直线导向机构包括支撑导向滚动线轨（8）和第一滑块（9）；所述支撑导向滚动线轨（8）固定于机架上且平行于所述滚珠丝杆（4），所述第一滑块（9）安装在所述支撑导向滚动线轨（8）上并可相对所述支撑导向滚动线轨（8）滑动，所述第一滑块（9）上端面与所述丝杆螺帽座（6）紧固连接。
4.根据权利要求3所述的基于机床的无间隙圆弧摆动机构，其特征在于，所述滚珠丝杆（4）的轴心线与被驱动摆动元件的回转轴心线垂直布置，且空间偏置距离H，H＞0。
5.根据权利要求1-4中任意一项所述的基于机床的无间隙圆弧摆动机构，其特征在于，所述竖向直线导向机构还包括摆动导向板（12），所述摆动导向板（12）一端安装在所述第二滑块（11）上，其另一端与所述第二向心推力组合轴承（3）连接。
6.根据权利要求1所述的基于机床的无间隙圆弧摆动机构，其特征在于，所述第一向心推力组合轴承（2）的内圈与被驱动摆动元件（1）固定连接，其外圈与机架固定连接。
7.如权利要求5所述的基于机床的无间隙圆弧摆动机构的实现方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）动力源驱动滚珠丝杆旋转，带动丝杆螺帽及丝杆螺帽座沿滚珠丝杆轴心线作直线往复运动的步骤；
（2）丝杆螺帽座通过第二推力向心组合轴承带动摆动导向板的步骤；
（3）摆动导向板沿滚动直线导轨相对于摆动板移动并相对于丝杆螺帽座转动的步骤；
（4）摆动导向板带动摆动板围绕第一向心推力组合轴承轴心线摆动的步骤。
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