CN111890068A - 用于卧式数控机床的工作台交换装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于卧式数控机床的工作台交换装置，包括：基座；伺服电机；用于实现高精度旋转的大减速比的消隙传动机构，消隙传动机构与伺服电机连接；设置在基座上的回转升降机构；用于承载工作台的回转臂组件，其中伺服电机驱动消隙传动机构，消隙传动机构与回转臂组件连接，使回转臂组件在±180度的角度范围内旋转，并且回转臂组件与回转升降机构关联，以使得回转臂组件能够在回转升降机构的带动下升降。本发明的目的在于至少实现相比于摆动液压缸结构形式的工作台交换装置精度更高的加工零件的成品与胚料之间的交互。

Description

用于卧式数控机床的工作台交换装置

技术领域

本发明涉及一种用于卧式数控机床、特别是用于加工箱体类零件的卧式数控机床的工作台交换装置。

背景技术

智能化、自动化及系统集成化是数控机床技术发展的核心方向，其中，被加工零件的自动上下料是提升数控机床智能化水平和自动化程度的重要途径，同时也是提高加工效率和保障生产安全的重要手段。工作台交换装置能够实现零件加工成品与坯料的交互，因而是卧式数控机床，特别是卧式数控机床智能生产线的必备功能附件。用于加工箱体类零件的精密卧式数控机床要求具有极高的加工精度和稳定性，对功能附件的性能要求苛刻，其配置的工作台交换装置在满足基本负载能力和功能要求的前提下，需具有很高的交换精度、稳定性、系统集成性能、以及较小的运行冲击与振动，从而保证机床的整体使用性能要求。

现有技术中，常规的工作台交换装置仍然存在一些不足之处，不能满足精密数控卧式机床产品的性能要求。例如，齿轮齿条式摆动液压油缸常常存在承载及抗偏载能力差、起停缓冲装置调节难度大，缓冲效果差、工作台交换定位及重复定位精度不高等问题，因此需采用性能更优的伺服电机驱动大减速比传动机构的结构形式产品。但此类产品国内目前满足要求的型号不多，而国外产品价格高昂，且与主机的适配性有限，对应用于箱体类零件加工的精密卧式数控机床及其智能生产线的工作台交换装置，这种状况则更为突出。

因此，需要一种具有高交换精度、稳定性、系统集成性能并且运行冲击和振动较小的用于卧式数控机床的工作台交换装置。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明旨在提供一种用于卧式数控机床的工作台交换装置，以实现相比于摆动液压缸结构形式的工作台交换装置精度更高的加工零件的成品与胚料之间的交互。

根据本发明的一个实施例，用于卧式数控机床的工作台交换装置包括：基座；伺服电机；用于实现高精度旋转的大减速比的消隙传动机构，消隙传动机构与伺服电机；设置在基座上的回转升降机构；用于承载工作台的回转臂组件，其中伺服电机驱动消隙传动机构，消隙传动机构与回转臂组件连接，使回转臂组件在±180度的角度范围内旋转，回转臂组件分别与回转升降机构和消隙传动机构关联，以使得回转臂组件能够在回转升降机构以及消隙传动机构的带动下升降。因此，固定设置在工作台上的零件能够在回转升降机构与传动机构的带动下升降和旋转，从而实现零件成品和胚料之间的交互。

根据本发明的一个实施例，消隙传动机构包括：伺服电机、两级传动副以及偏心消隙单元，两级传动副中的一级为蜗轮蜗杆传动副，二级为齿轮传动副。通过伺服电机优化控制，得到最优的回转速度曲线，解决交换臂的回转交换起停过程的振动与冲击难题，实现装置交换运动的平稳性；蜗杆与伺服电机连接，通过上述两级传动，获得380以上大减速比，提高机构承载及偏载能力。通过偏心消隙单元，可以调节齿轮副传动间隙，从而提高回转运动精度，实现工作台回转交换精确定位。

根据本发明的一个实施例，回转升降机构包括：油缸缸体；设置于油缸缸体内的回转轴；设置于油缸缸体内且套设于回转轴上的活塞，活塞能够带动回转轴在油缸缸体内直线运动；回转轴上端与回转臂组件连接，也就是说，在回转升降机构中，活塞带动回转轴在油缸缸体内直线运动，即带动与回转轴连接的回转臂组件直线运动，从而实现回转臂组件和其承载的工作台的升降运动；回转轴下端与传动机构的齿轮连接，齿轮转动能够带动回转臂组件转动，从而实现工作台旋转交换。

根据本发明的一个实施例，回转升降机构包括：固定地套设于回转轴上的隔套，隔套通过圆锥滚子轴承和活塞转动连接；固定地设置于油缸缸体内且套设于活塞上的导向套，以使得活塞能够沿导向套直线运动。隔套和圆锥滚子轴承的设置可以确保回转轴以及回转臂组件旋转运动的平稳，避免出现诸如震颤等不利于工作台交换装置稳定运行的状况。

根据本发明的一个实施例，回转升降机构包括：用于检测活塞移动至预设的高位和低位，以控制油缸内液压回路断开的检测单元。在油缸内液压回路接通的情况下，活塞向预设的高位/或低位移动，当检测单元检测到活塞移动到预设的高位/低位时，油缸内的液压回路断开，使得活塞的移动停止并且保持在预设的高位/低位处。此外，液压回路和油缸还能够实现活塞下降过程末段的减速，从而减小升降过程中的振动和冲击，使得整体装置运行平稳。

根据本发明的一个实施例，回转臂组件包括：用于承载工作台的回转臂；形成于回转臂上表面的用于定位工作台的第一定位销；形成于回转臂下表面的第二定位销；固定设置于回转升降机构上的和第二定位销匹配的定位销套。第一定位销、第二定位销以及定位销套在回转臂的下降过程中起定位与导向的作用，同时作为工作台交换装置交换起点和交换终点位置的系统设定参照使用，实现装置的物理定位点与系统设定坐标的高度一致，从而保证工作台交换的高定位精度。

根据本发明的一个实施例，回转臂组件包括：布置于回转臂内的气动回路，气动回路在第一定位销内形成吹气孔。气动回路通过第一定位销内的吹气孔向外吹气，保证第一定位销孔内的洁净，有利于工作台进一步的精确定位。

本发明的有益技术效果在于：工作台上的零件能够在回转升降机构的带动下升降和旋转，实现零件成品和胚料之间的交互；隔套和圆锥滚子轴承的设置可以确保回转轴以及回转臂组件旋转运动的平稳，避免出现诸如震颤等不利于工作台交换装置稳定运行的状况；液压回路和油缸还能够实现活塞下降过程末段的减速，从而减小升降过程中的振动和冲击，使得整体装置运行平稳；第一定位销、第二定位销以及定位销套在回转臂的下降过程中起定位与导向的作用，同时作为工作台交换装置交换起点和交换终点位置的系统设定参照使用，实现装置的物理定位点与系统设定坐标的高度一致，从而保证工作台交换的高定位精度。

附图说明

图1为根据本发明的一个实施例的用于卧式数控机床的工作台交换装置的立体示意图；

图2为根据本发明的一个实施例的用于卧式数控机床的工作台交换装置的部分截面示意图；

图3为根据本发明的一个实施例的工作台交换装置的油路示意图；

其中，各部件详细标记如下：

工作台交换装置100；

伺服电机1；

消隙传动机构2、蜗轮蜗杆减速箱组件21、偏心消隙单元22、蜗轮蜗杆副211、齿轮副212、偏心调节组件221、小齿轮222、大齿轮223；

回转升降机构3、油缸缸体31、油缸到位检测组件32、回转轴系33、液压升降回路311、上升油路3111、下降油路3112、回转轴331、隔套332、圆锥滚子轴承333、活塞3122、导向套3123；

回转臂组件41、回转臂411、第一定位销421、气动回路413、进气口4131、吹气口4132、第二定位销412、定位销套422；

基座5。

具体实施方式

在下文中，将参考附图详细描述本发明的实施例。应当理解的是，以下所述仅为本发明的示例，并不对本发明构成任何限定。各实施例之间可相互组合以形成未在以下描述或未在附图中明确示出的其他实施例。

如图1～2所示，本实施例提供了一种用于卧式数控机床的工作台交换装置100，包括基座5、回转升降机构3和回转臂组件41。其中，回转升降机构3设置在基座5上。用于承载工作台的回转臂组件41和回转升降机构3关联，以使得其能够在回转升降机构3的带动下升降和旋转。因此，承载于工作台上的零件(例如，由回转臂组件41的至少两个回转臂411夹持和/或承载的零件成品和胚料)能够在回转升降机构3的带动下升降和旋转，从而实现零件成品和胚料之间的交互。

根据本发明的一个实施例，回转升降机构3包括油缸缸体31、回转轴331、活塞3122。其中，油缸缸体31固定地设置于基座5上。回转轴系33(回转轴331)设置于油缸缸体31内，其能够相对于油缸缸体31旋转。活塞3122套设于回转轴331上，其能够在油缸缸体31内做直线运动(如图1所示的上下方向)，即活塞3122能够带动回转轴331在油缸缸体31内做直线运动。上述回转臂组件41和回转轴331连接，从而使得回转臂组件41能够相对于油缸缸体31旋转和直线运动。基于此，被回转臂组件41承载的工作台能够完成升降运动和旋转运动，进而实现零件成品和胚料之间的交互。

根据本发明的一个实施例，还设置有用于检测活塞3122是否达到预设位置的油缸到位检测组件32，例如，该预设位置可以是活塞3122在油缸缸体31中的最高点/最低点。

进一步地，回转升降机构3的活塞3122的行程为85mm。

根据本发明的一个实施例，回转升降机构3还包括隔套332、圆锥滚子轴承333以及导向套3123。其中，隔套332通过圆锥滚子轴承333转动地套设于回转轴331上，二者相互配合以确保回转轴331和回转臂组件41的旋转运动更平稳，避免出现诸如震颤等不利于工作台交换装置稳定运行的状况。导向套3123固定地设置于油缸缸体31内壁且能够套设于活塞3122上，以使得其能够为活塞3122的直线运动提供导向。隔套332和圆锥滚子轴承333的设置可以确保回转轴331以及回转臂组件41旋转运动的平稳，避免出现诸如震颤等不利于工作台交换装置100稳定运行的状况。

进一步地，圆锥滚子轴承333为面对面布置的形式并且采用大预紧力安装，隔套332的调整量为0.2mm，以确保回转轴331和回转臂组件41的旋转动作的平稳性，避免出现震颤。

进一步地，活塞3122下端设置有减速椎体以有助于油缸下降末段的减速和缓冲，减小工作台升降动作过程中的冲击与振动。

进一步地，回转升降机构3包括两个由锡铅青铜制成的导向套3123，上述两个导向套3123分别套设于活塞3122的上、下端以为活塞3122的直线运动提供导向。导向套3123固定安装在油缸缸体31的内壁且通过合加工的方式来确保二者同轴，从而减小偏载工况下回转轴331的偏斜量，进而提高工作台交换装置100的偏载能力。

本实施例中，回转臂组件41包括回转臂411、第一定位销421、以及定位销套422。其中，第一定位销421设置于回转臂411下表面，定位销套422固定地设置于油缸缸体31的外壁上。当回转臂组件41在活塞3122的带动下做下降运动时，第一定位销421和定位销套422相互匹配，为下降运动提供定位和导向。此外，第一定位销421和定位销套422的结合位置可以作为工作台交换装置100交换起点和交换终点位置的系统坐标位置设定参照使用，实现装置的物理定位点与系统设定坐标的高度一致，从而保证工作台交换的高定位精度。

进一步地，定位销套422的内部的下端具有环形挡肩，该环形挡肩能够和第一定位销421配合，在第一定位销421的下降过程中提供缓冲，且能够防止回转臂411意外转动。优选地，当定位销套422作为交换点坐标的设定参照时，定位销套422的环形挡肩与第一定位销421之间的间隙为0.04mm。

本实施例中，回转臂组件41还包括第二定位销412和气动回路413。第二定位销412设置于回转臂411的上表面，气动回路413设置于回转臂411内部。气动回路413和第二定位销412的内部连通，且在其内部形成吹气孔4132，气动回路413在回转臂411上还形成有进气孔4131。气动回路413通过第二定位销412内的吹气孔4132向外吹气，保证被其承载的工作台下表面的定位销洁净，有利于工作台和回转臂组件41的精确定位。

回转臂411的侧面作为工作台交换装置100与加工零件的主机的装配调试的基准，此处应当注意的是，交换点处与主机Z向(图1中示出)的平行度误差应当在0.1mm以下。

工作台交转装置100还包括消隙传动机构2和伺服电机1。消隙传动机构2包括蜗轮蜗杆减速箱组件21和偏心消隙单元22。

蜗轮蜗杆减速箱组件21包括两级减速结构，一级减速结构为蜗轮蜗杆副211，其中蜗杆的动力输入端与伺服电机1连接，二级减速结构为齿轮副212。优选地，蜗轮蜗杆副211的减速比为90，齿轮副212的减速比为3。

进一步地，蜗轮蜗杆副211具有自锁性，即蜗杆的螺旋升角设置为蜗杆能够带动蜗轮转动，而蜗轮不能带动蜗杆转动，上述构造能够确保旋转运动的单向传递(即，仅由蜗杆传递至蜗轮)，避免由于蜗轮的意外旋转造成与蜗杆连接的伺服电机1的转角变化，从而影响工作台交换装置100的精度。

偏心消隙单元22包括偏心调节组件221、小齿轮222以及大齿轮223(此处应当理解，“小”和“大”仅相对于这两个齿轮的对比而言)。小齿轮222与大齿轮223啮合，偏心调节组件221用于调节小齿轮222和大齿轮223的中心距，以控制这二者的啮合侧隙，进而提高传动精度。在本实施例中，偏心调节组件221为偏心轴套。当然可以理解，根据多种情况下的实际需要，偏心调节组件221可以是现有的其他形式的结构。小齿轮222安装在偏心调节组件221上并且与蜗轮蜗杆减速箱组件21连接。大齿轮223安装在回转轴331的末端。基于此，小齿轮222的转动能够带动回转轴331转动。

优选地，小齿轮222和大齿轮223的减速比为1.42。

优选地，蜗轮蜗杆减速箱组件21和偏心消隙单元22的总减速比为383.4，以确保工作台交换装置100具有足够的加速力矩。

优选地，大齿轮223采用齿廓修形轮齿，以在大偏载工况下确保对油缸活塞的升降具有良好的导向作用，并且减小振动和噪音，提高工作台交换装置100的运行平稳性。

在实际工作过程中，工作台交换装置100需在主机端零件加工完成并停止动作后，将主机端的工作台连同其上零件与待加工端的工作台连同其上坯料进行交换，以实现机床的自动上下料。具体而言，接通回转升降机构3内的液压升降回路311，活塞3122向预设的高位或低位移动。设置于油缸缸体31内的检测单元检测到活塞3122移动到预设的高位或低位时，液压升降回路311断开，使得活塞3122的移动停止并且保持在预设的高位/低位处。

优选地，液压升降回路311为双向出口节流调速回路，可以通过诸如手动调节液压升降回路311中设置的节流阀旋钮来手动调节油缸升降动作的速度，以进一步提高工作台交换装置100运行的平稳性。

以下将详细描述本实施例的工作台交换装置100的一次完整的工作过程(该过程包括一次回转臂411升起、旋转以及下降)：

控制系统向液压升降回路311发送交换指令后，液压升降回路311的上升油路3111接通，活塞3122将带动回转轴331推动回转臂411上升。回转臂411到达预设高度后，设置于油缸缸体31内的检测单元(例如，如上所述的油缸到位检测组件)获得信号，反馈到控制系统，从而控制液压升降回路311的上升油路3111断开，回转臂411的上升停止并保持在该预设高度，即回转臂411升起动作完成。

随后，伺服电机1启动，伺服电机1的旋转运动通过蜗轮蜗杆减速箱组件21、偏心消隙单元22驱动回转轴331带动回转臂411旋转至预定角度，伺服电机1停止，回转臂411到位停止并保持位置，旋转动作完成。

本领域技术人员应当能够理解，伺服电机1配置有角度编码器，因此可以通过伺服电机1来控制回转臂411旋转的角度。此外，还可通过数控系统对伺服电机1的转速进行优化以控制回转臂411在旋转动作中的起点加速段、中间匀速端和终点减速段，从而得到最优的回转速度曲线，结合蜗轮蜗杆副211的自锁性，从而消除旋转动作结束时由于惯性导致的回转臂411的过冲现象，进一步提高工作台交换装置100的交换精度和平稳性，减小旋转动作中的振动和冲击。

之后，控制系统控制液压升降回路311的下降油路3112接通，回转臂411下降，达到预设低位(即初始位置)后，检测单元获得信号并将信号反馈至控制系统，控制下降油路3112断开，回转臂411的下降动作完成。

应当注意的是，在回转臂411的升降过程中，偏心消隙单元22的小齿轮222和大齿轮223始终保持啮合状态，并且起到导向作用，确保工作台交换装置100的升降与旋转运动的正确运行。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域中的技术人员来说，本发明可以有各种修改和变化。凡在本发明的主旨和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.用于卧式数控机床的工作台交换装置，其特征在于，包括：

基座；

伺服电机；

用于实现高精度旋转的大减速比的消隙传动机构，所述消隙传动机构与所述伺服电机连接；

设置在所述基座上的回转升降机构；

用于承载工作台的回转臂组件，

其中所述伺服电机驱动所述消隙传动机构，所述消隙传动机构与所述回转臂组件连接，使所述回转臂组件在±180度的角度范围内旋转，并且所述回转臂组件与所述回转升降机构关联，以使得所述回转臂组件能够在所述回转升降机构的带动下升降。

2.根据权利要求1所述的用于卧式数控机床的工作台交换装置，其特征在于，所述消隙传动机构包括：

两级传动副；

偏心消隙单元；

所述两级传动副中的一级为蜗轮蜗杆传动副，二级为齿轮传动副，并且所述两级传动副提供的减速比大于380；

所述的偏心消隙单元与所述齿轮传动副连接以消除运动间隙。

3.根据权利要求1所述的用于卧式数控机床的工作台交换装置，其特征在于，所述回转升降机构包括：

油缸缸体；

设置于所述油缸缸体内的回转轴；

设置于所述油缸缸体内且套设于所述回转轴上的活塞，所述活塞能够带动所述回转轴在所述油缸缸体内直线运动；

所述回转臂组件和所述回转轴连接。

4.根据权利要求3所述的用于卧式数控机床的工作台交换装置，其特征在于，所述回转升降机构包括：

固定地套设于所述回转轴上的隔套，所述隔套通过圆锥滚子轴承和所述活塞转动连接；

固定地设置于所述油缸缸体内且套设于所述活塞上的导向套，以使得所述活塞能够沿所述导向套直线运动。

5.根据权利要求4所述的用于卧式数控机床的工作台交换装置，其特征在于，所述回转升降机构包括：

用于检测所述活塞移动至预设的高位和低位，以控制油缸内液压回路断开的检测单元。

6.根据权利要求1所述的用于卧式数控机床的工作台交换装置，其特征在于，所述回转臂组件包括：

用于承载所述工作台的回转臂；

形成于所述回转臂上表面的用于定位所述工作台的第一定位销；

形成于所述回转臂下表面的第二定位销；

固定设置于所述基座上的和所述第二定位销匹配的定位销套。

7.根据权利要求6所述的用于卧式数控机床的工作台交换装置，其特征在于，所述回转臂组件包括：

布置于所述回转臂内的气动回路，所述气动回路在所述第一定位销内形成吹气孔。

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