CN115647403A - 一种垂直轴的高精度双齿重载驱动结构 - Google Patents

Abstract

一种垂直轴的高精度双齿重载驱动结构属于数控机床技术领域。本发明包括立柱、滑板和滑枕，其特征在于，所述滑板可相对所述立柱做上下轴线运动，所述滑枕可相对所述滑板做水平轴线运动，所述立柱上固定有丝杠，所述立柱上端设置有双驱箱体，所述双驱箱体上连接有驱动机构，所述驱动机构底部与所述丝杠上端连接的主齿轮啮合，所述立柱上还设置有内嵌箱体，所述内嵌箱体上设置有抱闸机构，所述主齿轮与所述抱闸机构啮合。本发明可靠性高、传动无间隙、易于实现高精度传动，可有效避免双丝杠受重心变化影响导致的精度跳动、不同步误差，并且能有效降低温升对传动链变形和传动精度制约，易于控制，达到节省空间，节省资源的效果。

Description

一种垂直轴的高精度双齿重载驱动结构

技术领域

本发明属于数控机床技术领域，具体地涉及一种垂直轴的高精度双齿重载驱动结构。

背景技术

随着科学技术的不断发展，现今在航空航天、轨道交通、军工等领域对大型高精度重载五轴类数控机床的要求也不断提高。高档大型高精度重载五轴机床的最新要求是具备高精度、高承载等特点，传统大型五轴机床的主轴箱垂直传动多采用电机连接减速机和丝杠驱动负载移动，重锤或平衡油缸平衡负载重力的形式，此结构由于移动时平衡油缸阻力较大，所以垂直轴的定位精度及动态性能均略显不足，不能满足设备高精度高动态响应的需求，另外一种传动方式是垂直轴的双丝杠驱动，这种结构由于滑枕悬伸不同导致主轴箱整体的重心偏移，重心移动及系统刚度变化对双驱进给系统不同步误差，从而导致双丝杠驱动受力不均，局部热稳定性差、丝杠寿命缩短。

发明内容

本发明就是针对上述问题，弥补现有技术的不足，提供了一种垂直轴的高精度双齿重载驱动结构；本发明可靠性高、传动无间隙、易于实现高精度传动，可有效避免双丝杠受重心变化影响导致的精度跳动、不同步误差，并且能有效降低温升对传动链变形和传动精度制约，易于控制，达到节省空间，节省资源的效果，同时能够提高了竖直轴传动的可靠性。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案。

本发明提供一种垂直轴的高精度双齿重载驱动结构，包括立柱、滑板和滑枕，其特征在于，所述滑板可相对所述立柱做上下轴线运动，所述滑枕可相对所述滑板做水平轴线运动，所述立柱上固定有丝杠，所述立柱上端设置有双驱箱体，所述双驱箱体上连接有驱动机构，所述驱动机构底部与所述丝杠上端连接的主齿轮啮合，所述立柱上还设置有内嵌箱体，所述内嵌箱体上设置有抱闸机构，所述主齿轮与所述抱闸机构啮合。

进一步地，所述立柱垂直布置，所述立柱上平行设置有两条直线导轨，配合所述直线导轨的滑块安装在所述滑板上，所述丝杠在两条所述直线导轨正中，所述丝杠的丝母固定在所述滑板上。

进一步地，所述主齿轮通过主涨紧套和主压盖连接于所述丝杠的上端部，所述主齿轮的下轴端通过轴肩和轴用弹性卡圈将主轴承的内环固定，所述主轴承的外环与所述双驱箱体的台肩固定。

进一步地，所述驱动机构包括第一伺服电机、第二伺服电机、第一传动齿轮、第二传动齿轮，所述第一伺服电机和所述第二伺服电机成定角度安装在所述双驱箱体上，所述第一伺服电机的输出端通过第一涨紧套固定所述第一传动齿轮，所述第二伺服电机的输出端通过第二涨紧套固定所述第二传动齿轮，所述第一传动齿轮和所述第二传动齿轮的下轴端分别与所述第一轴承和所述第二轴承配合，所述第一轴承的内环上端和所述第二轴承的内环上端分别通过所述第一传动齿轮的轴肩和所述第二传动齿轮的轴肩固定，所述第一轴承的内环下端和所述第二轴承的内环下端均通过轴用弹性卡圈固定，所述第一轴承的外环和所述第二轴承的外环均与所述双驱箱体过渡配合，所述第一传动齿轮和所述第二传动齿轮同时与所述主齿轮啮合。

进一步地，所述抱闸机构包括电磁抱闸装置、第一抱闸齿轮、第二抱闸齿轮，所述第一抱闸齿轮与所述主齿轮啮合，所述第一抱闸齿轮的内轴孔通过第一角接触球轴承固定于抱闸轴上，所述第一角接触球轴承的外环端面与所述第一抱闸齿轮的轴肩配合，所述第一角接触球轴承的内环通过隔套和第一抱闸压盖固定于所述抱闸轴的轴肩上，所述抱闸轴固定于所述内嵌箱体上，所述第一抱闸齿轮与所述第二抱闸齿轮啮合，所述第二抱闸齿轮的轴上端通过轴肩和抱闸锁紧螺母将第二角接触球轴承的内环固定，所述第二角接触球轴承的外环通过第二抱闸压盖与所述内嵌箱体的台阶固定，所述第二抱闸齿轮的轴下端通过轴肩和轴用弹性卡圈将第三角接触球轴承的内环固定，所述第三角接触球轴承的外环与所述内嵌箱体过渡配合，所述第二抱闸齿轮的轴上端穿入所述电磁抱闸装置，所述电磁抱闸装置安装于所述内嵌箱体上。

进一步地，所述丝杠的丝杆上端穿过上端支座并通过第四角接触球轴承与所述上端支座连接，所述上端支座固定在所述立柱上，所述丝杠的上轴肩与两个上下分布的上隔套接触，两个所述上隔套之间设置至少一个所述第四角接触球轴承，通过轴锁紧螺母锁紧所述上隔套，进而将所述第四角接触球轴承的内环固定，两个所述上隔套的外圈分别与上旋转密封圈配合。

进一步地，所述丝杠的丝杆下端轴肩与下隔套配合，所述下隔套将滚针推力圆柱滚子轴承压紧在第一下端支座的内台阶上，所述滚针推力圆柱滚子轴承的下部由锁紧螺母锁紧，所述滚针推力圆柱滚子轴承外部布置有下旋转密封圈，所述下旋转密封圈的外侧通过密封压盖固定于所述第一下端支座上表面，所述第一下端支座通过止口配合与第二下端支座连接，所述第二下端支座的底部与所述立柱之间设置有调整垫。

本发明的有益效果。

本发明相比传统双丝杠驱动，可有效避免双丝杠受重心变化影响导致的精度跳动、不同步误差，同时避免了高精度重载驱动时单驱动力不足的弊端，并且能有效降低温升对传动链变形和传动精度制约，易于控制，达到节省空间，节省资源的效果。通过电磁抱闸装置和齿轮降速能提升成倍数的制动扭矩抱紧丝杠轴，大大提高了竖直轴传动的可靠性。双齿重载驱动通过大减速比直接驱动负载，双齿设置张力消除传动间隙，并且不需要增加平衡配重，丝杠在传动时经过轴承轴向浮动消除传动过程中丝杠体自身热变形引起的膨胀，可以有效控制丝杠副高速旋转产生的热变形影响，最终可有效提高垂直轴传动的精度和承载，从而提升重载高精度五轴机床的加工精度和表面质量。

附图说明

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

图1是本发明的整体结构示意图。

图2是本发明的正视剖面结构示意图。

图3是本发明图2的上部放大结构示意图。

图4是本发明图2的下部部放大结构示意图。

图5是本发明的侧视剖面结构示意图。

图6是本发明图5的上部放大结构示意图。

图7是本发明图5的下部部放大结构示意图。

图中标记：1为立柱、2为滑板、3为滑枕、4为丝杠、5为下隔套、6为推力圆柱滚子轴承、7为下旋转密封圈、8为密封压盖、9为第一下端支座、10为第二下端支座、11为调整垫、12为丝母、13为上端支座、14为上隔套、15为上旋转密封圈、16为第四角接触球轴承、17为轴锁紧螺母、18为双驱箱体、19为主齿轮、20为主轴承、21为主涨紧套、22为主压盖、23为第一抱闸齿轮、24为第一抱闸压盖、25为第一角接触球轴承、26为抱闸轴、27为内嵌箱体、28为电磁抱闸装置、29为抱闸锁紧螺母、30为第二抱闸压盖、31为第二角接触球轴承、32为第二抱闸齿轮、33为第三角接触球轴承、34为第一轴承、35为第一传动齿轮、36为第一涨紧套、37为第一伺服电机、38为第二伺服电机、39为第二涨紧套、40为第二传动齿轮、41为第二轴承。

具体实施方式

结合附图所示，本实施方式提供了一种垂直轴的高精度双齿重载驱动结构，包括立柱1、滑板2和滑枕3，立柱1垂直布置，立柱1上平行设置有两条直线导轨，配合直线导轨的滑块安装在滑板2上，立柱1上固定有丝杠4，丝杠4在两条直线导轨正中，丝杠4的丝母12固定在滑板2上，滑板2可相对立柱1做上下轴线运动，滑枕3可相对滑板2做水平轴线运动。

立柱1上端设置有双驱箱体18，双驱箱体18上连接有驱动机构，驱动机构底部与丝杠4上端连接的主齿轮19啮合，主齿轮19通过主涨紧套21和主压盖22连接于丝杠4的上端部，主齿轮19的下轴端通过轴肩和轴用弹性卡圈将主轴承20的内环固定，主轴承20的外环与双驱箱体18的台肩固定。

驱动机构包括第一伺服电机37、第二伺服电机38、第一传动齿轮35、第二传动齿轮40，第一伺服电机37和第二伺服电机38成定角度安装在双驱箱体18上，第一伺服电机37的输出端通过第一涨紧套36固定第一传动齿轮35，第二伺服电机38的输出端通过第二涨紧套39固定第二传动齿轮40，第一传动齿轮35和第二传动齿轮40的下轴端分别与第一轴承34和第二轴承41配合，第一轴承34的内环上端和第二轴承41的内环上端分别通过第一传动齿轮35的轴肩和第二传动齿轮40的轴肩固定，第一轴承34的内环下端和第二轴承41的内环下端均通过轴用弹性卡圈固定，第一轴承34的外环和第二轴承41的外环均与双驱箱体18过渡配合，避免伺服电机端承受额外负载，第一传动齿轮35和第二传动齿轮40同时与主齿轮19啮合。

通过第一传动齿轮35和第二传动齿轮40与主齿轮19构成主从双驱消隙结构，通过主齿轮19回转带动丝杠4丝杆旋转带动丝母12直线移动，实现滑板2和滑枕3共同体的上下直线运动，传动时对第一传动齿轮35和第二传动齿轮40施加张力消除主齿轮19两侧边间隙，最终实现零间隙传动。

立柱1上还设置有内嵌箱体27，内嵌箱体27上设置有抱闸机构，主齿轮19与抱闸机构啮合。抱闸机构包括电磁抱闸装置28、第一抱闸齿轮23、第二抱闸齿轮32，第一抱闸齿轮23与主齿轮19啮合，第一抱闸齿轮23的内轴孔通过第一角接触球轴承25固定于抱闸轴26上，第一角接触球轴承25的外环端面与第一抱闸齿轮23的轴肩配合，第一角接触球轴承25的内环通过隔套和第一抱闸压盖24固定于抱闸轴26的轴肩上，抱闸轴26固定于内嵌箱体27上，第一抱闸齿轮23与第二抱闸齿轮32啮合，为升速传动，第二抱闸齿轮32的轴上端通过轴肩和抱闸锁紧螺母29将第二角接触球轴承31的内环固定，第二角接触球轴承31的外环通过第二抱闸压盖30与内嵌箱体27的台阶固定，第二抱闸齿轮32的轴下端通过轴肩和轴用弹性卡圈将第三角接触球轴承33的内环固定，第三角接触球轴承33的外环与内嵌箱体27过渡配合，第二抱闸齿轮32的轴上端穿入电磁抱闸装置28，电磁抱闸装置28安装于内嵌箱体27上。

电磁抱闸装置28能够在急停或电机没有使能时，提供电机抱闸以外的抱闸夹紧力，电磁抱闸装置28为抱持制动器，在关闭电源之后、停电或紧急停止时，制动器都能安全又可靠地制动，电磁抱闸装置28自身制动扭矩大，通过齿轮降速提升成倍数的制动扭矩抱紧丝杠4轴，能有效保证滑板2和滑枕3的共同体在竖直方向固定不动，大大提高了垂直轴传动的可靠性。

丝杠4的丝杆上端穿过上端支座13并通过第四角接触球轴承与上端支座13连接，上端支座13固定在立柱1上，丝杠4的上轴肩与两个上下分布的上隔套14接触，两个上隔套14之间设置至少一个第四角接触球轴承16，通过轴锁紧螺母17锁紧上隔套14，进而将第四角接触球轴承16的内环固定，两个上隔套14的外圈分别与上旋转密封圈15配合。上旋转密封圈15用于防止杂质侵入，提高润滑脂的使用寿命，支承端只承受径向力，并且能够做微量的轴向浮动，以及可以减少或者避免因丝杠4自重而出现的弯曲，另外，丝杠4的热变形可以自由的向一端伸长。

丝杠4的丝杆下端轴肩与下隔套5配合，下隔套5将滚针推力圆柱滚子轴承6压紧在第一下端支座9的内台阶上，滚针推力圆柱滚子轴承6的下部由锁紧螺母锁紧，滚针推力圆柱滚子轴承6外部布置有下旋转密封圈7，下旋转密封圈7的外侧通过密封压盖8固定于第一下端支座9上表面，用于外部防尘，内部防润滑脂外溢，提高可靠性。第一下端支座9通过止口配合与第二下端支座10连接，第二下端支座10的底部与立柱1之间设置有调整垫11，用于调整丝杠4与立柱1导轨面的位置公差。

为避免丝杠4热膨胀后变形，将丝杠4上部的第四角接触球轴承16的外环放开处于浮动状态，从而避免温升导致丝杠4变形后精度的波动。丝杠4下部端采用的重载滚针推力圆柱滚子轴承6为组合轴承，可承受很大的静载荷和动载荷，同时也可以承受很大的轴向载荷和径向载荷，保证整套传动结构可以承受重载荷和振动载荷，重载滚针推力圆柱滚子轴承6相比常用的角接触球轴承，承受载荷能力强，使用寿命更高，在保证重载驱动的情况下实现高精度的进给。

可以理解的是，以上关于本发明的具体描述，仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施方式所描述的技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种垂直轴的高精度双齿重载驱动结构，包括立柱（1）、滑板（2）和滑枕（3），其特征在于，所述滑板（2）可相对所述立柱（1）做上下轴线运动，所述滑枕（3）可相对所述滑板（2）做水平轴线运动，所述立柱（1）上固定有丝杠（4），所述立柱（1）上端设置有双驱箱体（18），所述双驱箱体（18）上连接有驱动机构，所述驱动机构底部与所述丝杠（4）上端连接的主齿轮（19）啮合，所述立柱（1）上还设置有内嵌箱体（27），所述内嵌箱体（27）上设置有抱闸机构，所述主齿轮（19）与所述抱闸机构啮合。

2.根据权利要求1所述的一种垂直轴的高精度双齿重载驱动结构，其特征在于，所述立柱（1）垂直布置，所述立柱（1）上平行设置有两条直线导轨，配合所述直线导轨的滑块安装在所述滑板（2）上，所述丝杠（4）在两条所述直线导轨正中，所述丝杠（4）的丝母（12）固定在所述滑板（2）上。

3.根据权利要求1所述的一种垂直轴的高精度双齿重载驱动结构，其特征在于，所述主齿轮（19）通过主涨紧套（21）和主压盖（22）连接于所述丝杠（4）的上端部，所述主齿轮（19）的下轴端通过轴肩和轴用弹性卡圈将主轴承（20）的内环固定，所述主轴承（20）的外环与所述双驱箱体（18）的台肩固定。

4.根据权利要求1所述的一种垂直轴的高精度双齿重载驱动结构，其特征在于，所述驱动机构包括第一伺服电机（37）、第二伺服电机（38）、第一传动齿轮（35）、第二传动齿轮（40），所述第一伺服电机（37）和所述第二伺服电机（38）成定角度安装在所述双驱箱体（18）上，所述第一伺服电机（37）的输出端通过第一涨紧套（36）固定所述第一传动齿轮（35），所述第二伺服电机（38）的输出端通过第二涨紧套（39）固定所述第二传动齿轮（40），所述第一传动齿轮（35）和所述第二传动齿轮（40）的下轴端分别与所述第一轴承（34）和所述第二轴承（41）配合，所述第一轴承（34）的内环上端和所述第二轴承（41）的内环上端分别通过所述第一传动齿轮（35）的轴肩和所述第二传动齿轮（40）的轴肩固定，所述第一轴承（34）的内环下端和所述第二轴承（41）的内环下端均通过轴用弹性卡圈固定，所述第一轴承（34）的外环和所述第二轴承（41）的外环均与所述双驱箱体（18）过渡配合，所述第一传动齿轮（35）和所述第二传动齿轮（40）同时与所述主齿轮（19）啮合。

5.根据权利要求1所述的一种垂直轴的高精度双齿重载驱动结构，其特征在于，所述抱闸机构包括电磁抱闸装置（28）、第一抱闸齿轮（23）、第二抱闸齿轮（32），所述第一抱闸齿轮（23）与所述主齿轮（19）啮合，所述第一抱闸齿轮（23）的内轴孔通过第一角接触球轴承（25）固定于抱闸轴（26）上，所述第一角接触球轴承（25）的外环端面与所述第一抱闸齿轮（23）的轴肩配合，所述第一角接触球轴承（25）的内环通过隔套和第一抱闸压盖（24）固定于所述抱闸轴（26）的轴肩上，所述抱闸轴（26）固定于所述内嵌箱体（27）上，所述第一抱闸齿轮（23）与所述第二抱闸齿轮（32）啮合，所述第二抱闸齿轮（32）的轴上端通过轴肩和抱闸锁紧螺母（29）将第二角接触球轴承（31）的内环固定，所述第二角接触球轴承（31）的外环通过第二抱闸压盖（30）与所述内嵌箱体（27）的台阶固定，所述第二抱闸齿轮（32）的轴下端通过轴肩和轴用弹性卡圈将第三角接触球轴承（33）的内环固定，所述第三角接触球轴承（33）的外环与所述内嵌箱体（27）过渡配合，所述第二抱闸齿轮（32）的轴上端穿入所述电磁抱闸装置（28），所述电磁抱闸装置（28）安装于所述内嵌箱体（27）上。

6.根据权利要求1所述的一种垂直轴的高精度双齿重载驱动结构，其特征在于，所述丝杠（4）的丝杆上端穿过上端支座（13）并通过第四角接触球轴承（16）与所述上端支座（13）连接，所述上端支座（13）固定在所述立柱（1）上，所述丝杠（4）的上轴肩与两个上下分布的上隔套（14）接触，两个所述上隔套（14）之间设置至少一个所述第四角接触球轴承（16），通过轴锁紧螺母（17）锁紧所述上隔套（14），进而将所述第四角接触球轴承（16）的内环固定，两个所述上隔套（14）的外圈分别与上旋转密封圈（15）配合。

7.根据权利要求1所述的一种垂直轴的高精度双齿重载驱动结构，其特征在于，所述丝杠（4）的丝杆下端轴肩与下隔套（5）配合，所述下隔套（5）将滚针推力圆柱滚子轴承（6）压紧在第一下端支座（9）的内台阶上，所述滚针推力圆柱滚子轴承（6）的下部由锁紧螺母锁紧，所述滚针推力圆柱滚子轴承（6）外部布置有下旋转密封圈（7），所述下旋转密封圈（7）的外侧通过密封压盖（8）固定于所述第一下端支座（9）上表面，所述第一下端支座（9）通过止口配合与第二下端支座（10）连接，所述第二下端支座（10）的底部与所述立柱（1）之间设置有调整垫（11）。

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