CN204287894U - 一种刀具磨床及其大转动惯量旋转部件的平衡装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种刀具磨床及其大转动惯量旋转部件的平衡装置，该平衡装置包括传动齿轮轴、齿条、滑动体和弹簧，传动齿轮轴前端与转动轴之间通过齿轮传动连接，传动齿轮轴后端与齿条相啮合，齿条固定在滑动体上，弹簧设置在滑动体的两侧，利用弹簧的变形力平衡转动轴转动时由设置在转动轴上高速自转的大转动惯量旋转部件产生的惯性冲击力；由于采用了弹簧和两组齿轮传动，转动轴转动时大转动惯量旋转部件产生的惯性力矩经由传动机构传递到弹簧上，通过压缩和/或拉伸弹簧抵消此惯性力矩，消除了对转动轴和涡轮蜗杆造成的不良冲击力，减小了磨头高速正反向换向时的冲击力，使得机床五轴联动运行平稳，提高了复杂刀具特殊曲线曲面的加工质量。

Description

一种刀具磨床及其大转动惯量旋转部件的平衡装置

技术领域

本实用新型涉及刀具磨床领域，尤其涉及的是一种大转动惯量旋转部件的平衡装置。

背景技术

目前，中国国内和国外的刀具磨床厂家很多，五轴联动的工具磨床结构大多为三直线轴加两转动轴的方式，其中，两转动轴分A轴工件分度头（小负载）和磨头回转轴（大负载），复杂刀具在加工时，要求机床五轴联动运行平稳，如此才能大幅提高复杂刀具特殊曲线曲面的加工质量，提升刀具整体切削性能。

鉴于三直线轴结构成熟简单，两转动轴中A轴工件分度头负载较小，影响机床联动平稳运行的关键因素就落在磨头回转轴上面，为此，现有大多数厂家都采用传统的蜗轮蜗杆减速机构来完成此项旋转动作；但是，这种水平或者竖直布局的方式，经常性重复正反向旋转动作，难以克服机构自身的惯性及重力力矩对运行平稳性的影响，磨头高速正反向换向时冲击大，对蜗轮蜗杆以及电器元件的使用寿命和精度均有较大影响，导致刀具生产制造过程中复杂刀具曲线曲面连接处的过渡表面光洁度非常差。

因此，现有技术尚有待改进和发展。

实用新型内容

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种大转动惯量旋转部件的平衡装置，可提高复杂刀具特殊曲线曲面的加工质量，提升刀具整体切削性能。

同时，本实用新型还提供一种刀具磨床，磨头高速正反向换向时冲击小，机床五轴联动运行平稳，可提高复杂刀具曲线曲面连接处过渡表面的光洁度。

本实用新型的技术方案如下：一种大转动惯量旋转部件的平衡装置，大转动惯量旋转部件设置在转动轴上，该平衡装置包括传动齿轮轴、齿条、滑动体和弹簧，传动齿轮轴的前端与转动轴之间通过齿轮传动连接，传动齿轮轴的后端与齿条相啮合，齿条固定在滑动体上，弹簧设置在滑动体的两侧，用于利用弹簧的变形力以平衡转动轴转动时由高速自转的大转动惯量旋转部件所产生的惯性冲击力。

所述的大转动惯量旋转部件的平衡装置，其中：所述传动齿轮轴的轴心线与转动轴的轴心线相平行。

所述的大转动惯量旋转部件的平衡装置，其中：所述传动齿轮轴的轴心线与转动轴的轴心线所在的垂直平面相偏离。

所述的大转动惯量旋转部件的平衡装置，其中：所述齿条和滑动体均设置在一腔体零件内，该腔体零件内还设置有导轨，滑动体上固定有滑块，滑块与导轨滑动连接。

所述的大转动惯量旋转部件的平衡装置，其中：在所述滑动体上还设置有导向孔，导向孔内设置有端部固定在腔体零件上的导向杆，弹簧套在导向杆上，弹簧的一端与滑动体相连接，弹簧的另一端与腔体零件相连接。

所述的大转动惯量旋转部件的平衡装置，其中：所述传动齿轮轴的前端设置有传动齿轮，转动轴上固定有齿圈，传动齿轮与齿圈相啮合。

一种刀具磨床，包括磨头、大转动惯量旋转部件、转动轴和涡轮蜗杆转动机构，磨头同轴连接在大转动惯量旋转部件的端部，大转动惯量旋转部件固定在转动轴一端的端面上，转动轴的另一端与涡轮蜗杆转动机构相连接，其中：该刀具磨床还包括上述中任一项所述的大转动惯量旋转部件的平衡装置。

本实用新型所提供的一种刀具磨床及其大转动惯量旋转部件的平衡装置，由于采用了弹簧和两组齿轮传动，转动轴转动时大转动惯量旋转部件产生的惯性力矩经由传动机构传递到弹簧上，通过压缩和/或拉伸弹簧以抵消此惯性力矩，由此消除了对转动轴和涡轮蜗杆造成的不良冲击力，减小了磨头高速正反向换向时的冲击力，使得机床五轴联动运行更平稳，进而提高了复杂刀具曲线曲面连接处过渡表面的光洁度和加工质量，提升了刀具整体切削性能。

附图说明

图1是本实用新型大转动惯量旋转部件平衡装置的结构原理图。

图2是本实用新型图1的A-A剖视图。

具体实施方式

以下将结合附图，对本实用新型的具体实施方式和实施例加以详细说明，所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的具体实施方式。

如图1和图2所示，图1是本实用新型大转动惯量旋转部件平衡装置的结构原理图，图2是本实用新型图1的A-A剖视图，大转动惯量旋转部件1设置在转动轴2上，该大转动惯量旋转部件1的平衡装置包括传动齿轮轴5、齿条6、滑动体13和弹簧9，传动齿轮轴5的前端与转动轴2之间通过齿轮传动连接，传动齿轮轴5的后端与齿条6相啮合，齿条6固定在滑动体13上，弹簧9设置在滑动体13的两侧；转动轴2转动时，高速自转的大转动惯量旋转部件1会产生惯性力矩，这种惯性冲击力对转动轴2及其后端连接的涡轮蜗杆机构14会产生影响，也会影响到待加工工件表面的表面光洁度；而本实用新型的平衡装置正是将这种惯性力矩经由传动齿轮轴5传递到弹簧9上，并利用压缩和/拉伸弹簧9所产生的变形力来平衡这种惯性冲力矩，由此消除了对转动轴2和涡轮蜗杆机构14造成的不良冲击力，减小了磨头15高速正反向换向时的冲击力，使得机床五轴联动时运行更加平稳，进而提高了工件在复杂刀具曲线曲面连接处过渡表面的光洁度和加工质量，显著提升了刀具整体切削性能。

优选地，传动齿轮轴5的轴心线与转动轴2的轴心线相平行，由此利于在空间上形成方向相反的冲击力矩，更利于冲击力的传导以及齿轮传动机构的简化。

在本实用新型大转动惯量旋转部件平衡装置的优选实施方式中，具体的，传动齿轮轴5的前端通过键连接传动齿轮4，例如标准的圆柱齿轮或者特定规格的圆柱齿轮，转动轴2上固定有齿圈3，传动齿轮4与齿圈3相啮合组成一对齿轮传导；传动齿轮轴5的后端与齿条6组成另一对齿轮传导，通过这两对齿轮传导组合，将大转动惯量旋转部件1和转动轴2运动时所产生的惯性及重力力矩传导到齿条6上，同时确保齿条6的运动方向与大转动惯量旋转部件1的运动方向相反，齿条6在传动齿轮轴5的推动下左右运动，带动滑动体13左右运动，进而作用在弹簧9上，使其压缩和/或拉伸产生相应的变形力来抵消这些传导过来的惯性及重力力矩。

优选地，传动齿轮轴5的轴心线与转动轴2的轴心线所在的垂直平面相偏离，由此可以避免转动轴2上的大转动惯量旋转部件1转动到象限点时可能会出现的不稳定问题。

在本实用新型大转动惯量旋转部件平衡装置的优选实施方式中，齿条6和滑动体13均设置在一固定不动的腔体零件11内，同时，在该腔体零件11内还设置有一导轨8，滑动体13上固定有两滑块7，滑块7与导轨8滑动连接，以提高齿条6运动的稳定性和可靠性。

优选地，导轨8沿齿条6的长度方向吊装在腔体零件11的顶壁上，由此能充分利用腔体零件11的内部空间，使得平衡装置的体积更加小巧。

在本实用新型大转动惯量旋转部件平衡装置的优选实施方式中，具体的，滑动体13上设置有两个导向孔17，导向孔17的轴心线与导轨8相平行，每个导向孔10内均设置有一导向杆10，导向杆10的两端固定在腔体零件11的内壁上，导向杆10与导向孔17间隙配合，滑动体13两端的导向杆10上分别套有一根上述弹簧9，两根导向杆10上共套有四根参数规格相同的弹簧9，每根弹簧9的一端与滑动体13相连接，每根弹簧9的另一端与腔体零件11的内壁相连接，导向杆10为弹簧9提供必要的支撑和导向作用，确保弹簧9只能产生直线压缩或拉伸的动作；大转动惯量旋转部件1在图2所示的垂直状态下，滑动体13处于图1所示的中间状态。

此外，腔体零件11的口部还安装有一块防护板12，用于防止弹簧9因疲劳失效而破损时弹出伤人，同时也可有效避免外部灰尘等杂物进入腔体零件11。

基于上述大转动惯量旋转部件的平衡装置，本实用新型还提出了一种刀具磨床，包括磨头15、大转动惯量旋转部件1、转动轴2和涡轮蜗杆转动机构14，磨头15同轴连接在大转动惯量旋转部件1的端部，大转动惯量旋转部件1固定在转动轴2一端的端面上，转动轴2的另一端与涡轮蜗杆转动机构14相连接，其中于：该刀具磨床还包括上述任一项实施例中所述的大转动惯量旋转部件的平衡装置。该平衡装置可固定安装于机床内部，所需安装位置小巧，设计好合适配重参数的弹簧9即可使用，没有任何电气元件，无需电气控制，故障率低，维修更换方便，完全靠机械传动来发挥设定的作用，结构简单实用，可显著提高大转动惯量旋转部件、蜗轮蜗杆及驱动电机的使用寿命，适用于绝大多数数控刀具磨床所采用，模块化设计集成度高，安装方便且无需经常拆装，而且其功能部件的检测及检修也可快速完成。

当大转动惯量旋转部件1和转动轴2按照图1所示的顺时针旋转时，齿圈3顺时针运转，传动齿轮4逆时针旋转，传动齿轮轴5逆时针旋转，齿条6和滑动体13往图1所示的左侧运动，形成传动链，左侧两根弹簧9处于压缩趋势，右侧两根弹簧9处于拉伸趋势，由此利用弹簧9自行复位保持长度的特性，对这两种运行趋势做出反馈，对齿6条运动产生抵抗阻力，并随着弹簧9变形量的增加，此抵抗阻力对应增加，此抵抗阻力随传动链反馈到大转动惯量旋转部件1和转动轴2上；当大转动惯量旋转部件1的旋转角度越大时，自身冲击变化越大，此时抵抗阻力越大，所能抵消的惯性及重力力矩越大，进而起到自动适应，自动调节阻力大小的作用。

上述齿轮传导组件可根据大转动惯量旋转部件1的转动惯量负载大小来进行特殊设计，保证能够满足旋转运动转矩传递所必须的强度即可，以保证旋转运动作用力能平稳传递。

上述齿条6的参数需要与传动齿轮4的参数相对应，保证相同的强度等级，齿条6的长度需与大转动惯量旋转部件1的行程相对应，确保磨头15回转轴在旋转角度范围内，齿条6的运动行程与之对应使平衡装置始终处于工作状态。

上述弹簧9的特性参数（压缩量与弹簧力）与大转动惯量旋转部件1的惯性及重力力矩相匹配时，可显著减小机床五轴联动运动时的冲击，使机械传动部件（蜗轮蜗杆机构14）和驱动电机等所承受的负载变化更小更慢，确保了磨头15旋转运动更平稳，延长了零部件使用寿命，有效改善了机床运行情况，使机床能加工出质量更高的表面光洁度和轮廓度。

应当理解的是，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不足以限制本实用新型的技术方案，对本领域普通技术人员来说，在本实用新型的精神和原则之内，可以根据上述说明加以增减、替换、变换或改进，而所有这些增减、替换、变换或改进后的技术方案，都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种大转动惯量旋转部件的平衡装置，大转动惯量旋转部件设置在转动轴上，其特征在于，该平衡装置包括传动齿轮轴、齿条、滑动体和弹簧，传动齿轮轴的前端与转动轴之间通过齿轮传动连接，传动齿轮轴的后端与齿条相啮合，齿条固定在滑动体上，弹簧设置在滑动体的两侧，用于利用弹簧的变形力以平衡转动轴转动时由高速自转的大转动惯量旋转部件所产生的惯性冲击力。

2.根据权利要求1所述的大转动惯量旋转部件的平衡装置，其特征在于：所述传动齿轮轴的轴心线与转动轴的轴心线相平行。

3.根据权利要求2所述的大转动惯量旋转部件的平衡装置，其特征在于：所述传动齿轮轴的轴心线与转动轴的轴心线所在的垂直平面相偏离。

4.根据权利要求1所述的大转动惯量旋转部件的平衡装置，其特征在于：所述齿条和滑动体均设置在一腔体零件内，该腔体零件内还设置有导轨，滑动体上固定有滑块，滑块与导轨滑动连接。

5.根据权利要求4所述的大转动惯量旋转部件的平衡装置，其特征在于：在所述滑动体上还设置有导向孔，导向孔内设置有端部固定在腔体零件上的导向杆，弹簧套在导向杆上，弹簧的一端与滑动体相连接，弹簧的另一端与腔体零件相连接。

6.根据权利要求1所述的大转动惯量旋转部件的平衡装置，其特征在于：所述传动齿轮轴的前端设置有传动齿轮，转动轴上固定有齿圈，传动齿轮与齿圈相啮合。

7.一种刀具磨床，包括磨头、大转动惯量旋转部件、转动轴和涡轮蜗杆转动机构，磨头同轴连接在大转动惯量旋转部件的端部，大转动惯量旋转部件固定在转动轴一端的端面上，转动轴的另一端与涡轮蜗杆转动机构相连接，其特征在于：该刀具磨床还包括如权利要求1至6中任一项所述的大转动惯量旋转部件的平衡装置。