CN201931284U - 一种大型精密数控回转工作台 - Google Patents
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Abstract
一种大型精密数控回转工作台，包括直线运动传动结构、回转运动传动结构，其特征在于：在工作台侧面并列设置双驱动回转运动传动机构，由两个伺服电机分别与两个减速器连接，固定在减速箱上的减速器分别与两个小齿轮连接，小齿轮在减速箱上端，位于滑座上端的大齿圈同一侧，并与大齿圈啮合，所述的大齿圈位于滑座上端，并与工作台固定；能够在换向或分度旋转运动时消除反向间隙。两个回转伺服电机均由数控系统自动控制，与传统的大型回转工作台相比，传动系统的间隙对定位精度无影响，可在反向旋转时可动态消除，并可实现无级调速，任意角度的精确定位。本设计直线运动和回转运动的传动结构紧凑、刚度高、无反向间隙，定位精度高，且工作稳定可靠。
Description
技术领域
本实用新型涉及到机械制造的中、大型数控机床，一种精密数控回转工作台。
背景技术
作为中、大型数控机床，如数控落地和刨台式铣镗床的重要功能部件，大型回转工作台的直线运动与回转运动在数控系统的控制下能够实现两轴联动，配合机床其他轴的运动，实现多轴联动控制，可以加工复杂曲面类零件，广泛应用于国防、军工、造船、能源等领域的机械加工。然而目前传统的大型回转工作台回转传动机构通常由交流伺服电机带动复杂的多级机械减速机构来提高输出扭矩，从而实现工作台及其负载的回转运动。这种多级机械减速传动机构的传动链过长，整体刚度降低，尤其在工作台做回转角度定位加工时，传动机构因长期磨损会造成回转工作台的反向间隙，使角度定位产生偏差，精度容易损失。同时，这种大型回转工作台的直线运动通常采用一套交流伺服电机连接减速机和大导程滚珠丝杠的传动形式，由于驱动结构布局空间的限制，导致负载重心与驱动中心不在一条直线而产生附加偏置力矩，传动时易出现振动现象，降低传动品质。
综上所述，传统的大型回转工作台不仅机械结构复杂、回转定位精度较低且保持性不好，而且直线运动品质也不高，无法满足高速、高精度的加工需求。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种大型精密数控回转工作台，能够提高该回转工作台的直线运动传动系统、回转运动传动系统的品质，回转运动时消除反向间隙。
这种大型精密数控回转工作台，包括直线运动传动机构、回转运动传动机构，其直线运动传动结构在工作台下方设滑座，通过滑座与床身连接，在床身上设同向、平行布置的双驱动直线运动传动机构，其特征在于回转运动传动结构：在工作台侧面并列设置双驱动回转运动传动机构，由两个伺服电机分别与两个减速器连接，固定在减速箱上的减速器分别与两个小齿轮连接，小齿轮在减速箱上端，位于滑座上端的大齿圈同一侧，并与大齿圈啮合，所述的大齿圈位于滑座上端，并与工作台固定；回转运动传动机构能够在换向或分度旋转运动时消除反向间隙。
本大型精密数控回转工作台，能够针对不同的运动方式对应不同的驱动控制措施：当工作台做单方向连续回转运动时，由一个伺服电机作为主驱动电机，另一个伺服电机作为从动电机，在转速上与主驱动电机保持同步，但是不提供扭矩，在工作台换向后两个伺服电机主从关系互换；当工作台做换向或分度旋转运动时，一个伺服电机作为主驱动电机驱动工作台转动，另一个伺服电机作为从动电机施加反向的小扭矩，使两个小齿轮始终与大齿圈紧密啮合，消除齿侧间隙。该控制方法不受齿轮间因长期啮合而产生的齿侧磨损的影响，在反向旋转时可动态消除反向间隙，与传统的大型回转工作台相比，提高了回转定位精度，并能够实现任意角度或连续回转的正反向定位。
本设计的有益效果：回转运动中与两个减速器连接的小齿轮在减速箱上端并列排布、相距较近，以便减小减速箱的体积。消隙作用在于当两个伺服电机驱动减速器及小齿轮旋转时，一个小齿轮始终以每齿的右齿侧与大齿圈齿侧啮合，另一个小齿轮始终以每齿的左齿侧与大齿圈齿侧啮合。
与传统的采用一根滚珠丝杠的单驱动机构相比，该方案在减小丝杠直径的同时，降低了丝杠的挠曲变形量，并易于保证大型工作台及其负载的重心落在两根丝杠跨距的中央，提高了直线运动传动系统的定位精度和刚度，同时降低了高速运动发生振动的可能，改善了驱动系统的动态响应和稳定性。
该方案所述的减速箱内只有直联的减速器与小齿轮，取消了传统的齿型带及多级齿轮减速传动系统，大幅缩短了传动链长度，在保证输出扭矩的前提下，提高了传动刚度和效率。
综上所述，与现有技术相比，本实用新型直线运动和回转运动的传动系统结构紧凑、刚度高、无反向间隙，定位精度高，且工作稳定可靠。
附图说明
图1是大型精密数控回转工作台的主视图；
图2是设计的俯视图；
图3是设计的左视图。
具体实施方式
本实用新型为一种大型精密数控回转工作台，下面结合附图说明能实现三种运动方式的机械结构。
直线运动传动系统的结构：见图1、2，在床身上设同向、平行布置的双驱动直线运动传动机构：在床身1上设置两根直线导轨4，将工作台3和滑座2紧固于直线导轨4上，使直线导轨4承载工作台重量及其负载。在两导轨4间平行于导轨设置两根滚珠丝杠5，通过轴承座6将滚珠丝杠5两端固定紧固于床身1上，滚珠丝杠5与滑座2连接，且两根滚珠丝杠5旋转方向相同，通过联轴器7将减速器8固定在滚珠丝杠5的一端，安装在床身同侧两个直驱伺服电机9的输出轴与减速器8的输入端相连。
通过减速器8的传动，可以增加输出扭矩，驱动滚珠丝杠5，从而带动大型回转工作台直线运动。该传动系统通过滚珠丝杠双驱动的方式实现高速直线进给运动，不仅可以提高传动系统的刚度、定位精度，而且可以抑制驱动系统的振动，改善驱动系统动态响应和稳定性。
回转运动传动系统的结构：滑座2是连接床身1与工作台3的中间部件，其下部紧固于导轨4上，并与滚珠丝杠5连接，上部支撑工作台3。工作台3回转运动的传动机构位于减速箱10中，并固定在滑座2的一侧。减速箱10内部具体结构：见图1、图3，床身1正面中部，其特征在于两个回转伺服电机12分别与两个减速器11连接，两个并列的减速器11分别与两个小齿轮13的轴连接，与两个减速器11连接的小齿轮13在减速箱上端并列排布、两个小齿轮13分别与大齿圈14啮合，大齿圈14与工作台3紧固连接。
通过减速器11的传动可以增加输出扭矩，驱动大齿圈14，从而带动工作台3做回转运动。该传动系统采用直联形式，没有复杂的多级减速传动机构，可避免因加工和装配误差累积引起的传动刚度、精度和效率的降低。
工作时针对不同的回转工作方式，对回转伺服电机12采用不同的控制手段。当工作台3做单方向连续回转运动时，由一个回转伺服电机12作为主驱动电机，另一个回转伺服电机12作为从动电机，在转速上与主驱动电机保持同步同向，但是不提供扭矩，在工作台3换向后两个回转伺服电机12主从关系互换。当工作台3做换向或分度旋转运动时，一个回转伺服电机12作为主驱动电机带动其中的一个小齿轮13驱动工作台3转动，工作台回转运动时消除齿轮齿侧反向间隙的控制措施是：作为从动电机的另一个回转伺服电机12对另一个小齿轮13施加反向的小扭矩，使两个小齿轮13相向运动，使其中一个小齿轮13始终以右齿侧与大齿圈14齿侧啮合，另一个小齿轮13始终以左齿侧与大齿圈14齿侧啮合，实现消除齿侧间隙。两个回转伺服电机12均由数控系统自动控制，与传统的大型回转工作台相比，传动系统的间隙对定位精度无影响，可在反向旋转时可动态消除，并可实现无级调速，任意角度的精确定位。
Claims (4)
1.一种大型精密数控回转工作台，包括直线运动传动机构、回转运动传动机构，其特征在于：在工作台侧面并列设置双驱动回转运动传动机构，由两个伺服电机分别与两个减速器连接，固定在减速箱上的减速器分别与两个小齿轮连接，小齿轮在减速箱上端，位于滑座上端的大齿圈同一侧，并与大齿圈啮合，所述的大齿圈位于滑座上端，并与工作台固定；回转运动传动机构能够在换向或分度旋转运动时消除反向间隙。
2.根据权利要求1所述的一种大型精密数控回转工作台，其特征在于在床身上设同向、平行布置的双驱动直线运动传动机构：在床身(1)上设置两根直线导轨(4)，将工作台(3)和滑座(2)紧固于直线导轨(4)上，在两导轨(4)间平行于导轨设置两根滚珠丝杠(5)，通过轴承座(6)将滚珠丝杠(5)两端固定紧固于床身(1)上，滚珠丝杠与滑座连接，且两根滚珠丝杠(5)旋转方向相同，通过联轴器(7)将减速器(8)固定在滚珠丝杠(5)的一端，安装在床身同侧两个直驱伺服电机(9)的输出轴与减速器(8)的输入端相连。
3.根据权利要求1所述的一种大型精密数控回转工作台，其特征在于回转运动传动机构：滑座(2)是连接床身(1)与工作台(3)的中间部件，其下部紧固于导轨(4)上，并与滚珠丝杠(5)连接，上部支撑工作台(3)，工作台(3)回转运动的传动机构位于减速箱(10)中，并固定在滑座(2)的一侧；减速箱(10)内部具体结构：床身(1)正面中部，两个回转伺服电机(12)分别与两个减速器(11)连接，两个并列的减速器(11)分别与两个小齿轮(13)的轴连接，两个小齿轮(13)在减速箱上端并列排布、两个小齿轮(13)分别与大齿圈(14)啮合，大齿圈(14)与工作台(3)紧固连接。
4.根据权利要求1所述的一种大型精密数控回转工作台，其特征在于消除齿侧反向间隙回转运动传动机构：当工作台(3)做换向或分度旋转运动时，一个回转伺服电机(12)作为主驱动电机带动其中的一个小齿轮(13)驱动工作台(3)转动，作为从动电机的另一个回转伺服电机(12)对另一个小齿轮(13)施加反向的小扭矩，使两个小齿轮(13)相向运动，使其中一个小齿轮(13)始终以右齿侧与大齿圈(14)齿侧啮合，另一个小齿轮(13)始终以左齿侧与大齿圈(14)齿侧啮合，实现消除齿侧间隙。
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