CN218612800U - 一种数控加工中心用万向工作台 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种数控加工中心用万向工作台，包括底座与设置于底座顶部的工作台，底座与工作台之间设置有至少两个控制臂，所有控制臂绕底座的中心周向均匀排布，且控制臂的两端分别与工作台面、底座万向连接；控制臂包括套杆模块和导杆模块，套杆模块和导杆模块为移动副或圆柱副，套杆模块套于导杆模块并相互滑动连接，导杆模块通过凸轮机构驱动实现套杆模块与导杆模块之间的沿轴线方向的相对滑动。本实用新型装置通过数控系统控制驱动电机可以独立地控制各个控制臂的伸缩量，进而实现工作台面空间位姿调整的功能，解决了工作台自由度有限的问题，使普通数控加工中心具备多轴联动加工能力。

Description

一种数控加工中心用万向工作台

技术领域

本实用新型属于数控加工设备技术领域，特别是涉及一种数控加工中心用万向工作台。

背景技术

随着科技的不断发展，对机械零件的制造精度要求越来越高，加工工艺也越来越复杂，部分精密零件还具有曲面特征，这对机械加工设备的性能提出了更高的要求。目前，通常采用五轴数控加工中心加工具有复杂曲面的零件，所谓的五轴数控加工中心就是采用了数控双轴旋转工作台或二轴数控主轴等部件，并可以通过数控系统实现五轴联动控制的机床。五轴数控加工中心根据结构的不同可分为5种类型，但各种类型的五轴数控加工中心的售价均非常高昂。

传统的数控加工中心售价相对较低，国内保有量较高，且我国多家国产机床厂商已具有了成熟的产品。但传统的数控加工中心在进行曲面等复杂加工时，需要经验丰富的操作工人对工件进行多次装夹，良品率较低。针对传统数控加工中心工作台自由度少的问题，多自由度方位可调工作台被研发了出来，例如专利CN204725147中公开了一种空间六自由度方位可调工作台，可以满足工作台在一定空间范围内方位可调，但该工作台的不足为：需要通过手动调节导杆与套杆的相对位置才能实现工作台方位的调节，工作台新增的自由度并不受机床控制系统的控制。因此，需要设计一种具有驱动装置、可控自由度多的万向工作台，以实现数控加工中心多轴联动控制的关键技术。

实用新型内容

本实用新型主要解决的技术问题是提供一种数控加工中心用万向工作台能够应用于数控加工中心且结构紧凑、控制精度高、可控自由度多。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的一个技术方案是：

一种数控加工中心用万向工作台，包括底座与设置于底座顶部的工作台，所述底座与所述工作台之间设置有至少两个控制臂，所有所述控制臂绕所述底座的中心周向均匀排布，且所述控制臂的两端分别与工作台面、底座万向连接；所述控制臂包括套杆模块和导杆模块，套杆模块和导杆模块为移动副或圆柱副，所述套杆模块套于所述导杆模块并相互滑动连接，所述导杆模块通过凸轮机构驱动实现套杆模块与导杆模块之间的沿轴线方向的相对滑动。

优选的是，所述控制臂的两端分别通过球头关节轴承、十字轴万向节与工作台面、底座连接。

优选的是，所述凸轮机构包括固定连接于所述套杆模块的驱动电机以及设置于该驱动电机的输出端的凸轮，所述凸轮的外周设置有凹槽，所述导杆模块设置有滚子从动件，所述滚子从动件与所述凹槽活动连接。

优选的是，所述驱动电机的输出端设置有减速器，所述减速器的输出端通过传动轴与所述凸轮相连接。

优选的是，所述传动轴的外周壁设置有深沟球轴承，所述传动轴通过该深沟球轴承与所述套杆模块转动连接。

优选的是，所述套杆模块与所述导杆模块之间通过无油轴承滑动连接。

优选的是，所述底座与所述工作台之间设置有六个控制臂，使所述工作台的可控自由度为6。

优选的是，所述工作台顶部端面设置有用于安装工件、夹具的T型槽。

本实用新型的有益技术效果是：

一、本实用新型装置通过数控系统控制驱动电机可以独立地控制各个控制臂的伸缩量，进而实现工作台面空间位姿调整的功能，解决了工作台自由度有限的问题，使普通数控加工中心具备多轴联动加工能力。

二、本实用新型装置的万向工作台可通过螺栓连接安装于数控加工中心的工作台面上，无需对数控加工中心进行结构改造，具有通用性强、装卸方便、改造成本低的优点。

三、本实用新型装置的驱动电机安装于控制臂的侧面，有效减小了控制臂轴向尺寸，具有结构紧凑的优点。

四、本实用新型装置的控制臂的两端分别通过球头关节轴承、十字轴万向节与工作台面、底座连接，消除了控制臂绕其自身轴线旋转的局部自由度，进而避免了相邻控制臂发生运动干涉，具有稳定性好的优点。

附图说明

图1是本实用新型的数控加工中心用万向工作台结构示意图；

图2是本实用新型数控加工中心用万向工作台的控制臂结构示意图；

图3是本实用新型数控加工中心用万向工作台的套杆模块爆炸视图；

图4是本实用新型数控加工中心用万向工作台的导杆模块爆炸视图；

图5是本实用新型数控加工中心用万向工作台的套杆、导杆间配合示意图。

附图中各部分标记如下：

1、底座，2、十字轴万向节，3、驱动电机，4、法兰，5、减速器，6、套杆，7、导杆，8、工作台，9、球头关节轴承，10、T型槽，11、传动轴，12、无油轴承，13、深沟球轴承，14、卡簧，15、端盖，16、凸轮，17、垫片，18、球头螺钉，19、滚子从动件。

具体实施方式

为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述，以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定相连、设置，也可以是可拆卸连接、设置，或一体地连接、设置。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本具体实施例详细公开了一种数控加工中心用万向工作台，包括底座1与设置于底座顶部的工作台8，所述底座与所述工作台之间设置有至少两个控制臂，所有所述控制臂绕所述底座的中心周向均匀排布，且所述控制臂的两端分别与工作台面、底座万向连接；所述控制臂包括套杆模块和导杆模块，套杆模块和导杆模块为移动副或圆柱副，所述套杆模块套于所述导杆模块并相互滑动连接，所述导杆模块通过凸轮机构驱动实现套杆模块与导杆模块之间的沿轴线方向的相对滑动。所述底座与所述工作台之间设置有六个控制臂，使所述工作台的可控自由度为6。

所述的底座1与工作台8间共安装有6个控制臂，控制臂的顶端通过由球铰座9与球头螺杆10构成的球头关节轴承与工作台8连接，控制臂的底端通过十字轴万向节2与底座1相连。经计算，万向工作台的自由度为6，原动件数量为6个，因此万向工作台的空间姿态调整机构具有确定的运动。

进一步的是，所述控制臂的两端分别通过球头关节轴承9、十字轴万向节2与工作台面、底座连接。

进一步的是，所述凸轮机构包括固定连接于所述套杆模块的驱动电机3以及设置于该驱动电机的输出端的凸轮16，所述凸轮的外周设置有凹槽，所述导杆模块设置有滚子从动件19，所述滚子从动件与所述凹槽活动连接。

进一步的是，所述驱动电机的输出端设置有减速器5，所述减速器的输出端通过传动轴11与所述凸轮相连接。

进一步的是，所述传动轴的外周壁设置有深沟球轴承13，所述传动轴通过该深沟球轴承与所述套杆模块转动连接。

所述的采用凸轮机构的控制臂的结构如图2所示，控制臂由套杆模块与导杆模块组成。所述的套杆模块的结构如图3所示，驱动电机3、减速器5通过螺栓与法兰4相连，传动轴11左侧端面通过螺栓与减速器5的输出端相连，传动轴11右端与不完全凸轮16通过花键连接，传动轴11右侧端面加工有螺纹孔，垫片17通过螺栓连接安装于传动轴11的右侧端面上，起对不完全凸轮16的轴向定位作用。所述的套杆模块还包括深沟球轴承13、无油轴承12、端盖15以及卡簧14：深沟球轴承13嵌套安装于套杆6中，深沟球轴承13内圈安装于传动轴11上，起对传动轴11的支承作用；端盖15通过螺栓连接安装于套杆6的右侧端面上，起对深沟球轴承13外圈的轴向定位作用，优选地，螺栓采用球头螺钉18；卡簧14安装于传动轴11上，起对深沟球轴承13内圈的轴向定位作用；无油轴承12嵌套安装于套杆6顶端的通孔中。套杆6顶端通孔的下半部分加工有花键，花键的大径与无油轴承12的内径相等。所述的导杆模块的结构如图4所示，导杆7的两侧端面均加工有螺纹孔，导杆7柱面加工有花键，滚子从动件19通过螺纹与导杆7相连。

进一步的是，所述套杆模块与所述导杆模块之间通过无油轴承滑动连接。所述的套杆模块与导杆模块间的移动副如图5所示，导杆7嵌套于套杆6顶端的通孔中，无油轴承12起轴向导向、支承与降低摩擦的作用，花键配合使得套杆6与导杆7之间不会发生相对转动。

所述的套杆模块与导杆模块间还存在凸轮副，所述的凸轮副由不完全凸轮16与滚子从动件19构成，是一种形封闭型凸轮机构。优选地，不完全凸轮的轮廓曲线可根据等速运动规律进行设计，以便于姿态控制。

进一步的是，所述工作台顶部端面设置有用于安装工件、夹具的T型槽10。

实现工作台面空间姿态调整的具体过程为：数控系统根据工作台面的期望空间姿态解算各控制臂的伸缩量，并向各驱动电机3发出控制指令，驱动电机3的输出转矩通过键连接传递至减速器5的输入端，经减速器5减速后，转矩通过减速器5输出端与传动轴11间的螺栓连接传递至传动轴11，再经过花键将转矩传递至不完全凸轮16，不完全凸轮16旋转并将与之接触的滚子从动件19顶起，转矩经凸轮副传动转变为沿接触点法线方向上的力，滚子从动件19再依次通过导杆7、球头关节轴承将力传递至工作台面8，使工作台面8的空间姿态发生变化。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，并不用于限制本实用新型，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种数控加工中心用万向工作台，其特征在于：包括底座与设置于底座顶部的工作台，所述底座与所述工作台之间设置有至少两个控制臂，所有所述控制臂绕所述底座的中心周向均匀排布，且所述控制臂的两端分别与工作台面、底座万向连接；所述控制臂包括套杆模块和导杆模块，套杆模块和导杆模块为移动副或圆柱副，所述套杆模块套于所述导杆模块并相互滑动连接，所述导杆模块通过凸轮机构驱动实现套杆模块与导杆模块之间的沿轴线方向的相对滑动。

2.根据权利要求1所述的数控加工中心用万向工作台，其特征在于：所述控制臂的两端分别通过球头关节轴承、十字轴万向节与工作台面、底座连接。

3.根据权利要求1所述的数控加工中心用万向工作台，其特征在于：所述凸轮机构包括固定连接于所述套杆模块的驱动电机以及设置于该驱动电机的输出端的凸轮，所述凸轮的外周设置有凹槽，所述导杆模块设置有滚子从动件，所述滚子从动件与所述凹槽活动连接。

4.根据权利要求3所述的数控加工中心用万向工作台，其特征在于：所述驱动电机的输出端设置有减速器，所述减速器的输出端通过传动轴与所述凸轮相连接。

5.根据权利要求4所述的数控加工中心用万向工作台，其特征在于：所述传动轴的外周壁设置有深沟球轴承，所述传动轴通过该深沟球轴承与所述套杆模块转动连接。

6.根据权利要求1所述的数控加工中心用万向工作台，其特征在于：所述套杆模块与所述导杆模块之间通过无油轴承滑动连接。

7.根据权利要求1所述的数控加工中心用万向工作台，其特征在于：所述底座与所述工作台之间设置有六个控制臂，使所述工作台的可控自由度为6。

8.根据权利要求1所述的数控加工中心用万向工作台，其特征在于：所述工作台顶部端面设置有用于安装工件、夹具的T型槽。

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