CN110788633A - 一种摇篮式复合转台 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种摇篮式复合转台,包括U型摇臂;位于U型摇臂底部上的静压转台;第一支架;以及第二支架;位于第一支架上的第一驱动装置以及位于第二支架上的第二驱动装置;所述第一驱动装置采用闭环控制,所述第二驱动装置采用开环控制;所述第一转子的转动轴线和第二转子的转动轴线方向相同,且分别与所述静压转台回转台的转动轴线在同一平面内呈成90°夹角。该复合转台可有效提高性价比,同时提高作业精度和效率,避免零部件温差变化过大的情况。

Description

一种摇篮式复合转台
技术领域
本发明涉及一种便于对机械部件进行立体加工的机床,特别涉及一种摇篮式复合转台。
背景技术
现有复合转台一般采用滚动元件做回转轴承,其缺点是:1.转台回转精度受到滚动元件轴承精度的制约,难于提高到微米级;2.如果轴承间隙大,则转台使用过程中震动大,加工精度难于保证;如果轴承间隙小,甚至为负间隙,则转台使用过程中轴承磨损大,加工精度很快丧失;3.滚动元件做回转轴承由于其直径大、结构复杂、精度高,由专业厂家生产,因此造价非常高。
为此中国专利“三面静压闭式导轨自驱式圆转台”(专利号:200710175377.0)提供了一种三面静压闭式导轨自驱式圆转台,该转台摩擦阻力小、精度高、刚性好、承载能力大;其技术方案为:三面静压闭式导轨自驱式圆转台是由底座、支承体、回转台和电机组成;底座是一个中间带孔的平台,其上部固定设有支承体,支承体为一个中心带有通孔、上部外表面设有凸台的圆柱体;支承体的凸台上设有一与之匹配的回转台,回转台的内表面与支承体凸台的外表面的上、下及外圆面三面配合,该回转台顶部内表面中心设有一主轴;所述支承体与回转台的配合面上设有静压油腔形成静压导轨;支承体中心通孔内轴向固定设有一电机,电机的定子固设在支承体内壁上,转子与所述回转台的主轴固定连接。
目前现有技术中的摇篮式复合转台为由两个回转轴线在一个平面内且夹角为90度的两个回转工作台组成的复合转台。现有复合转台有两种结构,一种为均采用滚动轴承支撑的复合转台,一种为均采用静压轴承支撑的复合转台。前者受制于高精度滚动轴承的影响,造价较高。后者在作为第一转台的A轴使用时,对温度的变化较为敏感,容易导致零部件受损。
因此,为了克服现有技术存在的技术缺陷,需要提供一种新型的摇篮式复合转台。
发明内容
本发明的目的在于改进现有技术的缺陷,而提供一种摇篮式复合转台,该摇篮式复合转台可有效提高性价比,同时提高作业精度和效率,避免零部件温差变化过大的情况。
为实现上述目的,本发明提供一种摇篮式复合转台,所述复合转台包括:
U型摇臂;
位于U型摇臂底部上的静压转台;
位于U型摇臂一侧的第一支架;以及
位于U型摇臂另一侧的第二支架;
还包括位于第一支架上的第一驱动装置以及位于第二支架上的第二驱动装置;
所述第一驱动装置包括:
通过第一支撑轴承以及第一滚动轴承结合固定在所述第一支架上的第一转子;以及
用以驱动所述第一转子转动的第一电机组件;
所述第一转子的靠近所述U型摇臂的一端与所述U型摇臂结合固定;
所述第二驱动装置包括:
通过第二滚动轴承结合固定在所述第二支架上的第二转子;以及
用以驱动所述第二转子转动的第二电机组件;
所述第二转子的靠近所述U型摇臂的一端与所述U型摇臂结合固定;
所述第一驱动装置采用闭环控制,所述第二驱动装置采用开环控制;
所述第一转子的转动轴线和第二转子的转动轴线方向相同,且分别与所述静压转台回转台的转动轴线在同一平面内呈成90°夹角。
进一步优选地方案是,所述U型摇臂的转动角度范围为±110°。
进一步优选地方案是,所述静压转台回转台的转动角度范围为360°。
进一步优选地方案是,所述第一电机组件包括:
配置有第一减速机的第一直线伺服电机;
通过第一直线伺服电机驱动转动的第一主动齿轮;以及
被第一主动齿轮驱动转动的第一从动齿轮;
所述第一从动齿轮被配置为可带动所述第一转子转动。
进一步优选地方案是,所述第二电机组件包括:
配置有第二减速机的第二直线伺服电机;
通过第二直线伺服电机驱动转动的第二主动齿轮;以及
被第二主动齿轮驱动转动的第二从动齿轮;
所述第二从动齿轮被配置为可带动所述第二转子转动。
进一步优选地方案是,所述静压转台包括有底座、支撑部、回转台和电机;
其中,底座为一个中间带孔的平台,所述支撑部为一个中心带有通孔、上部外表面设有凸台的圆柱体;所述回转台的内表面与支撑部凸台外表面的上、下及外圆面三面配合,所述支撑部与回转台的配合面上设有静压油腔形成静压导轨;
所述电机通过其定子轴向固设在所述支撑部的中心通孔的内壁上。
进一步优选地方案是,所述静压转台回转台台面上设置有若干个T型槽。
进一步优选地方案是,所述回转台主轴与底座所设置的孔之间设有控制位置精度的传感器,传感器回转部分与回转台主轴连接,传感器检测元件固定设置在底座的孔的内壁上。
进一步优选地方案是,所述底座上设有静压油腔形成的静压导轨的进、出油孔。
进一步优选地方案是,所述复合转台还包括有平衡件;所述平衡件被配置为用于固定U型摇臂和静压转台。
本发明的有益效果如下:
1、本发明的摇篮式复合转台可与加工中心机床组合构成五轴联动加工中心,特别适合航空、航天、汽车、船舶等制造行业使用,同时针对静压转台和驱动装置采用不同的轴承,节省费用,能达到较高的性价比;同时该复合转台还能提高作业精度和效率,避免零部件温差变化过大从而导致零部件受损。
2、在该复合转台运行过程中不存在机械摩擦,没有磨损,精度保持性好;而且全部零件自行加工,且加工难度低,造价低。
3、该复合转台不存在机械摩擦,因此摩擦系数极小,启动力矩小,动态响应特性好,分度定位准确。
4、本发明转台中支撑部凸台的外表面的上、下及外圆面上设置封闭的油腔,刚性好,限位好;各转台的上、下端面及外圆的承载面积大,承载能力强;转台与支承体的配合面上设有静压导轨结构,使得支承体与回转台间的摩擦阻力趋近于零,摩擦阻力小,因此传动精度大大提高。
5、本发明中转台内设置电机,结构紧凑,体积减小,可构成单独的功能部件,转子与转台固定相连,驱动动力直接输出给转台,动力损耗少,转速高;适合于精度检测,数控机床、数控加工中心,精密立车、精密角度检测等。
6、本发明中使用的静压转台,具有极高的回转精度和分度精度,很容易获得微米级、超微米级精度;其回转精度可以实现在五轴加工中心上进行精密磨削的功能,磨削圆度≤1μ。
7、该复合转台可以围绕垂直轴线做360度连续回转,U型摇臂的转动角度范围可为±110°,适合加工各种拥有空间曲面的部件。
附图说明
图1为本发明实施例的摇篮式复合转台的结构立体示意图。
图2为本发明实施例中摇篮式复合转台的结构剖视图。
图3为本发明实施例的摇篮式复合转台的电机结构示意图。
图4为本发明实施例的静压转台的结构示意图。
具体实施方式
在下述的描述中,出于说明的目的,为了提供对一个或者多个实施方式的全面理解,阐述了许多具体细节。然而,很明显,也可以在没有这些具体细节的情况下实现这些实施方式。
为了更清楚地说明本发明,下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解,下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的,不应以此限制本发明的保护范围。
目前现有技术中的摇篮式复合转台为由两个回转轴线在一个平面内且夹角为90度的两个回转工作台组成的复合转台。现有复合转台有两种结构,一种为均采用滚动轴承支撑的复合转台,一种为均采用静压轴承支撑的复合转台。前者受制于高精度滚动轴承的影响,造价较高。后者在作为第一转台的A轴使用时,对温度的变化较为敏感,容易对零部件造成损坏。
为克服上述技术缺陷,本发明提供一种摇篮式复合转台,结合附图1-4说明本发明的具体实施方式。如图1-4所示,所述复合转台包括U型摇臂10;位于U型摇臂10底部上的静压转台40;进一步优选,所述静压转台40回转台的转动角度范围为360°。还有包括位于U型摇臂10一侧的第一支架20;以及位于U型摇臂10另一侧的第二支架30;还包括位于第一支架20上的第一驱动装置50以及位于第二支架30上的第二驱动装置60;进一步优选,所述复合转台还包括有平衡件;所述平衡件被配置为用于固定U型摇臂和静压转台,避免在突然断电情况下,U型摇臂及静压转台在重力作用下会产生位移。
所述第一驱动装置包括通过第一支撑轴承以及第一滚动轴承结合固定在所述第一支架上的第一转子;以及用以驱动所述第一转子转动的第一电机组件;所述第一转子的靠近所述U型摇臂的一端与所述U型摇臂结合固定;具体地,如图2所示,所述第一驱动装置50包括有第一定子51、第一转子52、第一支撑轴承53和第一滚动轴承54,所述第一支撑轴承53位于所述第一滚动轴承54远离静压转台40的一侧,所述第一定子51和第一转子52位于第一支撑轴承53和第一滚动轴承54之间,通过第一支撑轴承和第一滚动轴承的协同作用,从而实现第一驱动装置的径向和轴向固定。优选地,所述第一滚动轴承可为圆锥孔双列短圆柱滚子轴承。进一步地,所述第一驱动装置50还包括有角向定位编码器码盘56,角向定位编码器码盘56可安装在第一转子52上,读数头安装在第一定子51的压盖上。
第一驱动装置一端还包括有一个旋转接头,该旋转接头含有6条管路。旋转接头由定子和转子共同组成,各管路通过旋转格莱圈进行隔离。内部各管路孔的直径为φ5mm。在定子外端面含有6个均布的G1/8螺纹孔,用于油路输出,在转子的外端面含有6个均布的G1/8螺纹孔,用于油路输入。
另外,所述第一驱动装置靠近所述静压转台的一端设置有第一工艺功能孔,优选地为莫氏四号锥孔;所述第一驱动装置远离所述静压转台的一段设置有直径为φ38的通孔,该通孔与旋转接头的定子中心的φ38通孔形成第一驱动装置的中心通孔。
优选地,如图2所示,所述第二驱动装置60包括通过第二滚动轴承62结合固定在所述第二支架30上的第二转子61;以及用以驱动所述第二转子61转动的第二电机组件;所述第二转子61的靠近所述U型摇臂10的一端与所述U型摇臂10结合固定;通过第二滚动轴承和第三滚动轴承的协同作用,从而实现第二驱动装置的径向固定。所述第二滚动轴承和第三滚动轴承优选地为圆锥孔双列短圆柱滚子轴承。
另外,所述第二驱动装置靠近所述静压转台的一端设置有一莫氏四号锥孔,所述第二驱动装置的另一端设置有一个直径为φ100的通孔,该通孔与前端的莫氏四号锥孔形成第二驱动装置的中心通孔。
进一步优选地,所述U型摇臂10的转动角度范围为±110°。其中,所述第一驱动装置采用闭环控制,所述第二驱动装置采用开环控制;可理解的是,所述第一驱动装置和第二驱动装置可通过数控系统的齿轮消隙功能实现第一驱动装置和第二驱动装置的同步转动。
另外,所述第一电机和第二电机的结构可为相同结构。更优选地,所述第一电机和第二电机可为直线伺服电机。在进一步优选的实施方式中,如图3所示,所述第一电机组件55包括配置有第一减速机544的第一直线伺服电机541;通过第一直线伺服电机541驱动转动的第一主动齿轮542;以及被第一主动齿轮542驱动转动的第一从动齿轮543;所述第一从动齿轮被配置为可带动所述第一转子转动。通过直线伺服电机541通过减速机544驱动第一主动齿轮542从而带动第一从动齿轮543,第一从动齿轮543带动第一转子52转动。可理解的是,优选地,所述第二电机组件包括配置有第二减速机的第二直线伺服电机;通过第二直线伺服电机驱动转动的第二主动齿轮;以及被第二主动齿轮驱动转动的第二从动齿轮;所述第二从动齿轮被配置为可带动所述第二转子转动。所述第二电机驱动第二驱动装置的方式与所述第一电机相同。
所述第一转子52的转动轴线和第二转子51的转动轴线方向相同,且分别与所述静压转台40回转台的转动轴线在同一平面内呈成90°夹角。
本发明提供的摇篮式复合转台,可与加工中心机床组合构成五轴联动加工中心,特别适合航空、航天、汽车、船舶等制造行业使用。相比于现有技术中将驱动装置和静压转台都设置静压轴承或者都设置滚动轴承,该复合转台通过采用装载有滚动轴承的第一驱动装置和第二驱动装置以及装载有静压轴承的静压转台,避免零部件在工作过程中温差变化较大容易导致零部件受损的情况,有效提供作业精度和作业效率,同时降低造价,可得到较高的性价比。而且该摇篮式复合转台可围绕垂直轴线做360度连续回转,又可以围绕水平轴线做±110度转动,适合加工各种拥有空间曲面的部件。另外,该复合转台中的静压转台,具有极高的回转精度和分度精度,其回转精度可以实现在五轴加工中心上进行精密磨削的功能,磨削圆度≤1μ;而且该两个转台均具备任意分度的功能。
进一步地,所述静压转台40包括有底座41、支撑部42、回转台43和电机46;所述底座41为一个中间带孔的平台,所述支撑部42为一个中心带有通孔、上部外表面设有凸台的圆柱体;所述回转台43的内表面与支撑部42的凸台外表面的上、下及外圆面三面配合,所述支撑部42与回转台43的配合面上设有静压油腔形成静压导轨,所述底座41上设有静压油腔形成的静压导轨的进、出油孔。所述电机46通过其定子轴向固设在所述支撑部42的中心通孔的内壁上,该电机46的转子与所述回转台43的主轴固定连接。更优选地,所述回转台43主轴与固定部41上所设置的孔之间设有控制位置精度的传感器44,传感器44回转部分与回转台43主轴连接,传感器44检测元件固定设置在固定部41的孔的内壁上。另外,所述静压转台40回转台43台面上设置有若干个T型槽45。
优选地,所述静压转台为三面闭式静压转台,驱动由大扭矩力矩电机46直接驱动,配置高精度编码器实现闭环控制。另外,静压转台的线路有两种,分别为通电管路和通油管路。通电管路路径为静压转台→U型摇臂底部→第一驱动装置中心→电气柜。通油管路有一路进油和两路回油,管路路径均为→静压转台底部→U型摇臂底部→第一驱动装置旋转接头→专用油箱。
综上所述,本发明所述的实施方式仅提供一种最佳的实施方式,本发明的技术内容及技术特点已揭示如上,然而熟悉本项技术的人士仍可能基于本发明所揭示的内容而作各种不背离本发明创作精神的替换及修饰;因此,本发明的保护范围不限于实施例所揭示的技术内容,故凡依本发明的形状、构造及原理所做的等效变化,均涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种摇篮式复合转台,其特征在于:所述复合转台包括:
U型摇臂;
位于U型摇臂底部上的静压转台;
位于U型摇臂一侧的第一支架;以及
位于U型摇臂另一侧的第二支架;
还包括位于第一支架上的第一驱动装置以及位于第二支架上的第二驱动装置;
所述第一驱动装置包括:
通过第一支撑轴承以及第一滚动轴承结合固定在所述第一支架上的第一转子;以及
用以驱动所述第一转子转动的第一电机组件;
所述第一转子的靠近所述U型摇臂的一端与所述U型摇臂结合固定;
所述第二驱动装置包括:
通过第二滚动轴承结合固定在所述第二支架上的第二转子;以及
用以驱动所述第二转子转动的第二电机组件;
所述第二转子的靠近所述U型摇臂的一端与所述U型摇臂结合固定;
所述第一驱动装置采用闭环控制,所述第二驱动装置采用开环控制;
所述第一转子的转动轴线和第二转子的转动轴线方向相同,且分别与所述静压转台回转台的转动轴线在同一平面内呈成90°夹角。
2.根据权利要求1所述的摇篮式复合转台,其特征在于:所述U型摇臂的转动角度范围为±110°。
3.根据权利要求1所述的摇篮式复合转台,其特征在于:所述静压转台回转台的转动角度范围为360°。
4.根据权利要求1所述的摇篮式复合转台,其特征在于:所述第一电机组件包括:
配置有第一减速机的第一直线伺服电机;
通过第一直线伺服电机驱动转动的第一主动齿轮;以及
被第一主动齿轮驱动转动的第一从动齿轮;
所述第一从动齿轮被配置为可带动所述第一转子转动。
5.根据权利要求1所述的摇篮式复合转台,其特征在于:所述第二电机组件包括:
配置有第二减速机的第二直线伺服电机;
通过第二直线伺服电机驱动转动的第二主动齿轮;以及
被第二主动齿轮驱动转动的第二从动齿轮;
所述第二从动齿轮被配置为可带动所述第二转子转动。
6.根据权利要求1所述的摇篮式复合转台,其特征在于:所述静压转台包括有底座、支撑部、回转台和电机;
其中,底座为一个中间带孔的平台,所述支撑部为一个中心带有通孔、上部外表面设有凸台的圆柱体;所述回转台的内表面与支撑部凸台外表面的上、下及外圆面三面配合,所述支撑部与回转台的配合面上设有静压油腔形成静压导轨;
所述电机通过其定子轴向固设在所述支撑部的中心通孔的内壁上。
7.根据权利要求6所述的摇篮式复合转台,其特征在于:所述静压转台回转台台面上设置有若干个T型槽。
8.根据权利要求6所述的摇篮式复合转台,其特征在于:所述回转台主轴与底座所设置的孔之间设有控制位置精度的传感器,传感器回转部分与回转台主轴连接,传感器检测元件固定设置在底座的孔的内壁上。
9.根据权利要求6所述的摇篮式复合转台,其特征在于:所述底座上设有静压油腔形成的静压导轨的进、出油孔。
10.根据权利要求1所述的摇篮式复合转台,其特征在于:所述复合转台还包括有平衡件;所述平衡件被配置为用于固定U型摇臂和静压转台。
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