CN105517754B - 机床的进给轴装置 - Google Patents

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Abstract

一种机床的进给轴装置，具备第一和第二行星型(60、80)的减速机，该第一和第二行星型的减速机由相互可旋转地配置的内周要素(62、82)、外周要素(64、84)及配设在两者之间的中间要素(66、68、86、88、90)构成，并以将该三个要素之一作为固定部，剩余两个要素的一方成为输入部，另一方成为输出部的方式进行了组合，将上述第一减速机(60)的做成了输入部的要素和上述第二减速机(80)的做成了输入部的要素与一个驱动源(Ma)连连结，将上述第一减速机(60)的做成了输出部的要素和上述第二减速机(80)的做成了输出部的要素连结作为一个输出部，设置了向上述第一减速机(60)的固定部和上述第二减速机(80)的固定部的至少一方的固定部可变地赋予旋转力矩的动作执行器(M)。

Description

机床的进给轴装置
技术领域
本发明涉及机床的进给轴装置。
背景技术
在由旋转刀具加工工件的机床中，存在因加工即旋转刀具的刀尖切削工件而产生颤振的情况。一般地在难切削材料的加工中，此颤振的产生频度高。颤振使工件的加工精度恶化。颤振，起因于由在机床的进给装置上使用的减速机的齿轮的齿隙产生的传递系统的刚性的不足。
为了抑制颤振，必须变更刀具的旋转速度、进给速度等切削条件。此方法通常伴随加工效率的下降。因此，为了不用变更加工条件地防止颤振，在专利文献1中，公开了一种旋转进给轴装置，该旋转进给轴装置将两个伺服马达的驱动力由两个系统的齿轮列并列地驱动一个进给轴。在专利文献1的发明中，在由对工件加工中的机床的振动进行检测的检测组件检测出振动时，以增大旋转进给轴装置的两个系统的齿轮列的各个啮合的齿部表面间的压力的方式控制两个伺服马达。
另外，在专利文献2中，作为齿隙的除去技术，公开了一种产业用机器人的驱动装置，该产业用机器人的驱动装置具有由两个减速机支承的机械手臂。在专利文献2的发明中，将两个减速机的一方的输入轴与另一方的减速机的输入轴连结来除去驱动装置的齿隙。
在先技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2012－51083号公报
专利文献2:日本特开平8－011079号公报
发明内容
发明所要解决的课题
专利文献1的旋转进给轴装置，并列地设置了两个伺服马达和和两个系统的齿轮列，旋转进给轴装置变得复杂，另外其控制也变得复杂。
在专利文献2的驱动装置中，为了除去齿隙，增大两个减速机的啮合的齿部表面间的压力，不能进行调节。如果将其应用于机床的进给装置，则重切削时、由大直径刀具进行的加工时的动力传递系统的刚性上升，但产生发热变大的问题。在轻切削时、在进给轴的快速进给时，想使齿部表面间的压力降低而减小发热，但不能进行其调节。另外，在与难以产生颤振的条件对应的情况下，因为为了抑制发热而降低进给速度地进行加工，所以使机床本来具有的性能降低。
本发明将解决这样的现有技术的问题作为技术课题，其目的在于提供一种与加工状况相应地将减速机的刚性做成了可变的机床的进给轴装置。
为了解决课题的手段
为了达到上述的目的，根据本发明，提供一种机床的进给轴装置，其特征在于，具备第一和第二行星型的减速机，该第一和第二行星型的减速机由相互可旋转地配置的内周要素、外周要素及配设在两者之间的中间要素构成，并以将该三个要素之一作为固定部，剩余两个要素的一方成为输入部，另一方成为输出部的方式进行了组合，
将上述第一减速机的做成了输入部的要素和上述第二减速机的做成了输入部的要素与一个驱动源连结，
将上述第一减速机的做成了输出部的要素和上述第二减速机的做成了输出部的要素连结作为一个输出部，
设置了向上述第一减速机的固定部和上述第二减速机的固定部的至少一方的固定部可变地赋予旋转力矩的动作执行器。
发明的效果
根据本发明，由于从动作执行器向第一和第二减速机的固定部的至少一方的固定部可变地赋予旋转力矩，所以在重切削时，通过增大旋转力矩，能提高第一和第二减速机的刚性，另外，能提高由两个减速机的啮合的齿部表面间的摩擦产生的振动衰减能，抑制颤振。在轻切削、快速进给时，通过降低对上述一方的固定部赋予的旋转力矩，使两个减速机的啮合的齿部表面间的摩擦降低，减小发热。进而，能使冷却液向减速机的外周环流通，防止减速机的烧结。
附图说明
图1是表示将本发明的进给轴装置适用于使机床的主轴头倾斜转动的A轴进给装置的例的剖视图。
图2是图1所示的机床的进给轴装置的要部放大剖视图。
图3是表示具有本发明的进给轴装置的机床的一例的侧视图。
具体实施方式
为了实施发明的方式
下面，参照图1～图3对本发明的进给轴的控制装置及机床的实施方式进行说明。
首先，参照图3，说明具有本发明的进给轴装置的机床的一例。
在图3中，机床100是主轴头倾斜型的5轴控制机床，具备成为被固定在工厂的地板面上的基台的底座102，在该底座102上，在Z轴方向(在图3中为左右方向)可水平移动地安装了立柱104。在底座102的上面中，在立柱104的前方，在X轴方向(在图3中为与纸面垂直的方向)可水平移动地安装了工作台106，在工作台106上经角铁108安装工件W。
在立柱104的前面上，在Y轴方向(铅直方向)可移动地安装了主轴台110。在该主轴台110的前面上，在绕Z轴旋转的C轴方向可旋转进给地安装了旋回台112。在旋回台112上，安装了构成作为本发明的进给轴装置的一例的A轴进给装置的主轴头支承台10。在主轴头支承台10上，在绕与X轴平行的倾斜转动轴线Oa的A轴方向可旋转进给地支承着主轴头114。在主轴头114上，绕其中心轴线Os可旋转地支承着主轴116。在主轴头114上，作为颤振检测组件安装了加速度传感器S。振动检测组件S也可以由位移传感器、速度传感器等其它的传感器构成。
工作台106，在底座102的上面中沿在X轴方向延伸设置的一对X轴导向轨道(未图示)可往复运动地设置。在底座102上，作为沿X轴导向轨道往复驱动工作台106的X轴进给装置，设置了在X轴方向上延伸设置的滚珠丝杠(未图示)和与该滚珠丝杠的一端连结了的X轴伺服马达Mx，在工作台106上，安装了与上述滚珠丝杠卡合的螺母(未图示)。
主轴台110，在立柱104的前面中沿在Y轴方向(在图3中为上下方向)延伸设置的一对Y轴导向轨道可往复运动地设置。在立柱104上，作为沿Y轴导向轨道往复驱动主轴台110的Y轴进给装置，设置了在Y轴方向延伸设置的滚珠丝杠(未图示)和与该滚珠丝杠的一端连结了的Y轴伺服马达My，在主轴台110上，安装了与上述滚珠丝杠卡合的螺母(未图示)。
立柱104，在底座102的上面中沿在Z轴方向延伸设置的一对Z轴导向轨道(未图示)可往复运动地设置。在底座102上，作为沿Z轴导向轨道往复驱动立柱104的Z轴进给装置，设置了在Z轴方向延伸设置的滚珠丝杠(未图示)和与该滚珠丝杠的一端连结了的Z轴伺服马达Mz，在立柱104上，安装了与上述滚珠丝杠卡合的螺母(未图示)。
在主轴台110上，还设置了用于使旋回台112、主轴头支承台10及主轴头114在C轴方向进行旋转进给的C轴伺服马达Mc。在主轴头支承台10上，设置了作为用于使主轴头114以倾斜转动轴线Oa为中心在A轴方向进行旋转进给的驱动源的A轴伺服马达Ma。在主轴头支承台10上，还配设了用于调节后述的减速装置50的动力传递系统的刚性的作为动作执行器的预压伺服马达M。
X轴伺服马达Mx、Y轴伺服马达My、Z轴伺服马达Mz、A轴伺服马达Ma、C轴伺服马达Mc及预压伺服马达M，与控制机床100的NC装置130连接。另外加速度传感器S也与NC装置130连接。由NC装置130控制向X轴伺服马达Mx、Y轴伺服马达My、Z轴伺服马达Mz、A轴伺服马达Ma、C轴伺服马达Mc及预压伺服马达M供给的电力(电流值)。
这样，机床100，通过分别按照NC程序使X轴、Y轴、Z轴、A轴、C轴进给，使安装在主轴116前端部的刀具T和安装在工作台106上的工件W相对移动并由刀具T加工工件W。
接着，参照图1、2，说明构成作为本发明的进给轴装置的一例的A轴进给装置的主轴头支承台10。
主轴头支承台10具备用于收纳减速装置50及A轴驱动马达Ma的壳体12，A轴驱动马达Ma用于对A轴进行旋转驱动。更详细地讲，壳体12，在其后方部分上形成了用于收纳减速装置50的齿轮室14和用于收纳A轴驱动马达Ma的凹部16，在相反侧的前方部分上形成了相互分离的一对侧壁12a、12b。A轴伺服马达Ma，具有沿与倾斜转动轴线Oa平行地延伸的轴线O延伸，可旋转地支承在壳体12上的输出轴52。
在壳体12的一对侧壁12a、12b之间配设主轴头114。主轴头114具有从其侧面向相反方向在相同直线上延伸的倾斜转动轴118、120，该倾斜转动轴118、120由设置在侧壁12a、12b上的轴承11a、11b可旋转地支承。这样，当经倾斜转动轴118、120及轴承11a、11b将主轴头114安装在主轴头支承台10上时，倾斜转动轴118、120规定相对于Z轴垂直地延伸的倾斜转动轴线Oa。
减速装置50具备作为第一行星型减速机的输入侧行星齿轮组装体60和作为第二行星型减速机的输出侧行星齿轮组装体80。输入侧行星齿轮组装体60，具备作为内周要素的太阳齿轮62、与太阳齿轮62啮合的作为中间要素的多个行星齿轮66及保持行星齿轮66的行星齿轮架68、与行星齿轮66啮合的具有内齿64a的作为外周要素的外周环64。太阳齿轮62与A轴伺服马达Ma的输出轴52结合。
外周环64具有外齿64c，该外齿64c与小齿轮72啮合。小齿轮72被固定在对外周环64赋予可变的旋转力矩的作为动作执行器的预压伺服马达M的输出轴74上。在本实施方式中，外周环64由轴承70可旋转地支承在齿轮室14的内周面上，但因为通过该外齿64c和小齿轮72的啮合，由预压伺服马达M对外周环64连续地提供作为预压的转矩，所以外周环64被保持成相对于齿轮室14的内周面不进行旋转。另外，预压伺服马达M可以做成电动马达、油压马达或者空压马达。另外，也可以将预压伺服马达M做成液压缸等直线运动动作执行器，使用齿条齿轮代替小齿轮72。
输出侧行星齿轮组装体80，具备作为内周要素的太阳齿轮82、与太阳齿轮82啮合的作为中间要素的多个行星齿轮86及保持行星齿轮86的第一和第二行星齿轮架88、90、与行星齿轮86啮合的具有内齿84a的作为外周要素的外周环84。太阳齿轮82与A轴伺服马达Ma的输出轴52结合。外周环84被固定在作为主轴头支承台10的静止部的齿轮室14的内周面上。外周环84，由键和槽、花键、过盈配合的那样的适当的组件固定成特别是在圆周方向不移动。输出侧行星齿轮组装体80的第一行星齿轮架88，由结合部73结合成与输入侧行星齿轮组装体60的行星齿轮架68一体地旋转。输出侧行星齿轮组装体80的第二行星齿轮架90与减速装置50的输出轴92结合。
在输出轴92上固定了驱动齿轮122。驱动齿轮122与绕轴线Om旋转支承的中间齿轮124啮合，中间齿轮124与固定在一方的倾斜转动轴120上的被驱动齿轮126啮合。这样，A轴伺服马达Ma的旋转，经减速装置50、驱动齿轮122、中间齿轮124、被驱动齿轮126、倾斜转动轴120传递给主轴头114。由此，主轴头114在绕倾斜转动轴线Oa的A轴方向进行旋转进给。
在本实施方式中，太阳齿轮62、82形成了与作为驱动源的A轴伺服马达Ma连结的输入部，行星齿轮66、86和行星齿轮架68、88、90形成了与输出轴92连结的输出部，外周环64，84形成了固定部。
另外，在外周环64、84上，形成了在圆周方向呈螺旋状地延伸设置的冷却通路64b、84b。冷却通路64b、84b经冷却管路78a、78b、78c相对于冷却器76串联地连接。这样，冷却液以如下的方式循环：从冷却器76经冷却管路78a向冷却通路84b供给，从该冷却通路84b经冷却管路78b向冷却通路64b供给，从该冷却通路64b经冷却管路78c再次向冷却器76返回。以冷却液的温度调整成机床100的底座102的机体温度的方式控制冷却器76的运转，除去减速装置50的发热。
预压伺服马达M，在机床100工作的期间，经小齿轮72向作为输入侧行星齿轮组装体60的固定部的外周环64可变地赋予转矩。由此，调节作用在输入侧行星齿轮组装体60及输出侧行星齿轮组装体80的各个啮合的齿部表面间的压力，调节动力传递系统的刚性。
在没有产生颤振的通常的加工状态下，向X轴伺服马达Mx、Y轴伺服马达My、Z轴伺服马达Mz、A轴伺服马达Ma及C轴伺服马达Mc供给的电力(电流值)由NC装置130控制，通过按照加工程序控制X轴、Y轴、Z轴、A轴及C轴的各进给轴，执行加工程序。其间，向预压伺服马达M供给的电力(电流值)由NC装置130控制，以便为了除去齿隙，向输入侧行星齿轮组装体60和输出侧行星齿轮组装体80的各个啮合的齿部的接触面提供压力。例如，在重切削、由大直径刀具进行的加工时，提高向预压伺服马达M供给的电力(电流值)，来提高输入侧行星齿轮组装体60和输出侧行星齿轮组装体80的各个啮合的齿部的接触面的压力。相反，在轻切削、A轴的快速进给时，降低向预压伺服马达M供给的电力(电流值)来降低上述压力。基于这样的加工条件的向预压伺服马达M供给的电力(电流值)的控制，例如，在加工程序中能由M码表述。另外，NC装置130，也可以由自动刀具更换的刀具编号指令判定大直径刀具被安装在了主轴116上，或者由主轴驱动马达的负荷判定重切削、轻切削的差别，或者由A轴的快速进给指令判定下一个动作是快速进给，来进行预压伺服马达M的控制。也可以向预压伺服马达M，通常供给至少比零大的值的电力，或者，也可以通过接通－断开控制来供给电力。在断开的情况下，预压伺服马达M的输出轴74被施加机械的制动。
进而，在机床100的工作中，在加速度传感器S感知了颤振时，NC装置130也可以提高向预压伺服马达M供给的电力(电流值)，增大经小齿轮72对外周环64提供的旋转力矩，提高作用在输入侧行星齿轮组装体60及输出侧行星齿轮组装体80的各个啮合的齿部表面间的压力。由此，齿部表面间的摩擦衰减能变大。即，在减速机内部的齿面间产生大的摩擦，使颤振变换成热。这样，颤振被抑制。例如，在加工中的加速度传感器S检测到的振动的振幅V超过了规定的阈值V0的状态继续了规定时间时，能判断为产生了颤振。此时，NC装置130能以与加速度传感器S检测到的振动的当前的振幅V和阈值V0的差量ΔV成比例的方式控制向预压伺服马达M供给的电流值。
在已述的实施方式中，太阳齿轮62、82形成了输入部，行星齿轮66、86和行星齿轮架68、88、90形成了输出部，外周环64、84形成了固定部。然而，本发明不限定于此，也可以使得太阳齿轮62、82形成输入部，行星齿轮66、86和行星齿轮架68、88、90形成固定部，外周环64、84形成输出部。或者，也可以使得太阳齿轮62、82形成固定部，行星齿轮66、86和行星齿轮架68、88、90形成输出部，外周环64、84形成输入部。或者，也可以使得太阳齿轮62、82形成固定部，行星齿轮66、86和行星齿轮架68、88、90形成输入部，外周环64、84形成输出部。或者，也可以使得太阳齿轮62、82形成输出部，行星齿轮66、86和行星齿轮架68、88、90形成输入部，外周环64、84形成固定部。进而，也可以使得太阳齿轮62、82形成输出部，行星齿轮66、86和行星齿轮架68、88、90形成固定部，外周环64、84形成输入部。
在已述的实施方式中，由作为动作执行器的预压马达对作为固定部的输入侧行星齿轮组装体60的外周环64赋予旋转力矩，但也可以对输出侧行星齿轮组装体80的外周环84赋予旋转力矩。另外，也可以对输入侧及输出侧行星齿轮组装体60、80的双方的外周环64、84赋予相互反方向的旋转力矩。
另外，在已述的实施方式中，作为行星型减速机的减速装置50由一般的行星齿轮机构构成，但本发明不限定于此，减速装置50也可以使用从日本东京所在的纳博特斯克株式会社销售的RV减速机(注册商标)、从日本东京所在的株式会社哈默纳科驱动系统(ハーモニック·ドライブ·システムズ)销售的哈默纳科驱动(ハーモニックドライブ)(注册商标)。另外，在已述的实施方式中，在A轴的动力传递系统中设置了减速装置50，但也可以在作为其它的旋转进给轴的B轴、C轴的动力传递系统中设置，也可以在X、Y、Z轴等直线运动进给轴的动力传递系统中设置。
符号的说明：
10：主轴头支承台
12：壳体
50：减速装置
52：输出轴
60：输入侧行星齿轮组装体
62：太阳齿轮
64：外周环
66：行星齿轮
68：行星齿轮架
72：小齿轮
73：结合部
74：输出轴
76：冷却器
80：输出侧行星齿轮组装体
82：太阳齿轮
84：外周环
86：行星齿轮
88：第一行星齿轮架
90：第二行星齿轮架
92：输出轴
100：机床
102：底座
104：立柱
104：工作台
106：工作台
110：主轴台
112：旋回台
114：主轴头
116：主轴
130：NC装置。

Claims (5)

1.一种机床的进给轴装置，具备驱动马达和减速机，其特征在于，
上述减速机通过组合行星齿轮型的第一减速机和第二减速机而成，上述第一减速机和第二减速机具有太阳齿轮、保持多个行星齿轮的行星齿轮架和具备内齿的外周环，
将上述第一减速机的太阳齿轮和上述第二减速机的太阳齿轮与上述驱动马达的输出轴连结，
将上述第一减速机的行星齿轮架和上述第二减速机的行星齿轮架连结作为上述减速机的输出部，
将上述第一减速机的外周环和上述第二减速机的外周环中的一方的外周环固定，设置了向另一方的外周环可变地赋予旋转力矩的动作执行器。
2.如权利要求1记载的机床的进给轴装置，其特征在于，上述动作执行器具有旋转输出部，在该旋转输出部安装了小齿轮，在上述一方的外周环的外周面上设置了与上述小齿轮啮合的外齿。
3.如权利要求1记载的机床的进给轴装置，其特征在于，上述动作执行器具有直线运动输出部，在该直线运动输出部安装了齿条，在上述一方的外周环的外周面上设置了与上述齿条啮合的外齿。
4.如权利要求1记载的机床的进给轴装置，其特征在于，上述进给轴装置是机床的旋转进给轴装置。
5.如权利要求1记载的机床的进给轴装置，其特征在于，在上述第一减速机以及第二减速机的外周环上，形成了冷却液流通的冷却通路。
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