专利名称：高低速精密Cs轴啮合机构的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种高低速精密Cs轴啮合机构。
背景技术：
长期以来，在数控车床中要实现车铣复合加工必须使车床的主轴具备Cs轴功能， 即主轴与其余两个直线坐标轴(或是3个以上的轴)可以进行三轴联动控制，而实现主轴 角度相位控制的传统做法如下描述以日本法兰克(FANUC)系统组件这套机械传动机构为 例，首先要求数控系统具备主轴电机可以伺服控制及联动功能，并且可以接收高频率的数 字相位信号反馈功能。主轴伺服电机通过一条同步带与主轴带轮啮合连接传动，联动控制 时系统发出数字信号给主轴驱动器，驱动器推动主轴电机转动，装在主轴上的高精度编码 器旋转时发出TTL方波信号反馈到驱动器及系统，形成主轴的全闭环控制。这套系统在使 用中虽然实现了动作机能，可是机床的配置价格昂贵(Bzi编码器价值3万于元加上系统的 增加费用约4万，整个费用会增加7 9万元)，并且实际反映出来的状态是精度不高，主轴 低速联动时动力疲软，由于同步带是挠性的，其传动刚性也很差，传动的精度随着切削力大 小的改变而不停变化(这种结构分度精度达到5'已属不易)。总之在机床进行铣削过程 中，主轴震颤，刀具也容易磨损，使得工件尺寸不稳定，表面质量降低。
实用新型内容本实用新型解决的技术问题提供一种高低速精密Cs轴啮合机构，结构简单而又 成功的解决了铣削震颤，分度不准等问题，使得车铣复合加工在精密小型数控车床上实现 成为可能。本实用新型采用的技术方案高低速精密CS轴啮合机构，具有主轴和变频电机， 安装在变频电机轴头上的同步带轮I通过同步带和安装在主轴上的同步带轮II相连接，所 述主轴上安装有蜗轮，所述蜗轮与固定在支撑座上的蜗杆旋转副相啮合，滑块弯板固定在 所述支撑座上方，气缸固定在所述滑块弯板上，导轨弯板固定在床头箱上方，所述滑块弯板 和导轨弯板上设有滚珠直线导轨副，气缸弯板一端固定连接在所述导轨弯板上，其另一端 固定连接在气缸的活塞杆上，所述气缸弯板上设置有间隙调节装置，在床头箱上安装有蜗 轮和蜗杆旋转副相啮合时充当位置传感器的接近开关。所述蜗轮旋转副包括伺服电机、联轴器、蜗杆和轴承，所述伺服电机的输出轴通过 联轴器与蜗杆前端连接，蜗杆两端通过轴承固定在支撑座上。所述轴承为蜗杆前端设置的角接触轴承和其后端设置的圆锥滚子轴承。所述滚珠直线导轨副包括直线导轨和滑块，所述直线导轨为长方形且其两侧面制 有滑槽，固定在导轨弯板的B面；所述滑块内口为U型且与直线导轨两侧面的滑槽相配合， 固定在滑块弯板的A面，滑块与直线导轨的滑槽相接触的两端面均设有循环滚珠。所述滚珠直线导轨副的左侧设置有左压块，右侧设置有右压块和联压块，所述左 压块为U型，其一端抵紧导轨弯板左端面，其另一端抵紧直线导轨的左端面；所述联压块为U型，其一端抵紧滑块右端面，其另一端抵紧滑块弯板右端面；所述右压块为L型，其一端抵 紧导轨弯板右端面，其另一端抵紧直线导轨的右端面。所述间隙调节装置为定位螺杆及与其相配合的螺母、锁紧螺母，所述定位螺杆下 端通过滑块弯板上的螺孔与滑块弯板连接，其上端用螺母固定在所述气缸弯板上，所述锁 紧螺母与穿过气缸弯板的气缸活塞杆固定连接。所述接近开关旋入上下端制有螺孔的调整块中且调整块通过其两侧制有的腰形 孔固定在床头箱上，当蜗轮与蜗杆旋转副齿形正确啮合时所述接近开关对准套装在在主轴 上的隔套上制有的凹口。所述蜗杆为增距蜗杆。本实用新型与现有技术相比采用蜗轮蜗杆传动，其传动比大，运动不可逆(有条 件)，两者啮合时是刚性面接触，使得机床在铣削时的分力由支撑轴承承担，让铣削动力电 机受切削力的影响变的最小，更有利于切削，传动比的增大提高了主轴的分度精度(5'以 上)。
[0013]图1为本实用新型的主视图；[0014]图2为图1的A-A剖视图；[0015]图3为图1的B-B剖视图；[0016]图4为本实用新型的右视图；[0017]图5为图4的俯视图；[0018]图6为本实用新型的立体图；[0019]图7为本实用新型的滚珠直线导轨副结构示意图；[0020]图8为本实用新型的接近开关和调整块位置关系示意图。
具体实施方式
以下结合附图1、2、3、4、5、6、7、8描述本实用新型的一种实施例。高低速精密CS轴啮合机构，具有主轴2和变频电机3，安装在变频电机3轴头上的 同步带轮I 4通过同步带5和安装在主轴2上的同步带轮II 6相连接，主轴2上安装有蜗 轮8，蜗轮8与固定在支撑座7上的蜗杆旋转副相啮合，滑块弯板9固定在所述支撑座7上 方，气缸13固定在所述滑块弯板9上，导轨弯板11固定在床头箱1上方，滑块弯板9和导 轨弯板11上设有滚珠直线导轨副，气缸弯板12 —端固定连接在导轨弯板11上，其另一端 固定连接在气缸13的活塞杆上，气缸弯板12上设置有间隙调节装置，在床头箱1的背面安 装有蜗轮8和蜗杆旋转副相啮合时充当位置传感器的接近开关14。蜗轮旋转副包括伺服电机15、联轴器16、蜗杆17和轴承，所述伺服电机15的输出 轴通过联轴器16与蜗杆17前端连接，蜗杆17两端通过轴承固定在支撑座7上，蜗杆17为 增距蜗杆。轴承为蜗杆17前端设置的角接触轴承18和其后端设置的圆锥滚子轴承19。滚珠直线导轨副包括直线导轨20和滑块21，所述直线导轨20为长方形且其两侧 面制有滑槽，固定在导轨弯板11的B面；所述滑块21内口为U型且与直线导轨20两侧面 的滑槽相配合，固定在滑块弯板9的A面，滑块21与直线导轨20的滑槽相接触的两端面均设有循环滚珠。滚珠直线导轨副的左侧设置有左压块22，右侧设置有右压块26和联压块27，所述 左压块22为U型，其一端抵紧导轨弯板11左端面，其另一端抵紧直线导轨20的左端面；所 述联压块27为U型，其一端抵紧滑块21右端面，其另一端抵紧滑块弯板9右端面；所述右 压块26为L型，其一端抵紧导轨弯板11右端面，其另一端抵紧直线导轨20的右端面。间隙调节装置为定位螺杆23及与其相配合的螺母24、锁紧螺母10，所述定位螺杆 23下端通过滑块弯板9上的螺孔13与滑块弯板9连接，其上端用螺母24固定在所述气缸 弯板12上，所述锁紧螺母10与穿过气缸弯板12的气缸活塞杆固定连接。接近开关14旋入上下端制有螺孔的调整块25中且调整块25通过其两侧制有的 腰形孔28固定在床头箱1上，当蜗轮8与蜗杆旋转副齿形正确啮合时接近开关14对准套 装在主轴2上的隔套29上制有的凹口 30。传动原理1、高速旋转时由高性能矢量变频器控制的调速主轴电机的传动和定向技术机床 进行正常的车削时，蜗轮8和蜗杆17是脱离的，主轴的动力源是由主轴变频电机3，装在主 轴变频电机3的轴头上的同步带轮I 4通过一条同步带5和主轴2上的同步带轮II 6相连 接，从而构成一条完整的传动链。为了完成蜗轮8和蜗杆17的啮合，在机床的床头箱1上 安装有接近开关14，啮合时充当位置传感器，接近开关14旋入上下端制有螺孔的调整块25 中且调整块25通过其两侧制有的腰形孔28固定在床头箱1上，当蜗轮8与蜗杆旋转副齿 形正确啮合时接近开关14对准套装在主轴2上的隔套29上制有的凹口 30。2、低速Cs轮廓控制时的传动机床铣削时，相当于将蜗杆旋转副(从伺服电 机_联轴器_蜗杆_轴承)固定在支撑座7上，伺服电机15的旋转通过波纹管联轴器16 传给蜗杆17再带动蜗轮8，从而使主轴体旋转。为了得到较高的传动刚性，蜗杆17两端的 支撑是由两个角接触轴承18和一个圆锥滚子轴承19构成。由于两个角接触轴承18已经 通过调隙环、外调隙环将轴向游隙调整为0，套装好的蜗杆旋转副安装在支撑座7上，滑块 弯板9与支撑座7相连接，所以蜗杆17本身的传动刚性和精度就得以提高。3、Cs轴的啮合、脱离运动副为了实现蜗杆17、蜗轮8的啮合和脱离，我们引入了 没有运动间隙的滚珠直线导轨副(滑块21，直线导轨20)，其中将套装好的蜗杆旋转副安装 在支撑座7上，而滑块弯板9与支撑座7连接固定，直线导轨20的两个滑块21就安装固定 在滑块弯板9 (A面)上，两根直线导轨20又与导轨弯板11连接固定(B面)，床头箱1和导 轨弯板11连接固定。这样分别对气缸13的上下气口通气时，一端连接在导轨弯板11上， 另一端连接在气缸活塞杆上的气缸弯板12就可以带动蜗杆旋转副沿着直线导轨20精准的 上下运动了，蜗轮8和蜗杆17的啮合中心距可以通过定位螺杆23上的螺母24精确调整。4、Cs轴的啮合、脱离运动过程如下要投入Cs轴时(啮合)，由数控系统发出啮合 指令一接近开关(14)侦测一主轴变频电机低速旋转定向保持一Cs轴伺服电机回零点(零 点是预先调整设定好的)一气缸13上腔气口通气，活塞杆运动带动蜗杆旋转副一触发啮合 传感器31(气缸13自带)一反馈给系统，至此啮合结束。脱离时过程相反。
权利要求高低速精密CS轴啮合机构，具有主轴(2)和变频电机(3)，安装在变频电机(3)轴头上的同步带轮Ⅰ(4)通过同步带(5)和安装在主轴(2)上的同步带轮Ⅱ(6)相连接，其特征在于所述主轴(2)上安装有蜗轮(8)，所述蜗轮(8)与固定在支撑座(7)上的蜗杆旋转副相啮合，滑块弯板(9)固定在所述支撑座(7)上方，气缸(13)固定在所述滑块弯板(9)上，导轨弯板(11)固定在床头箱(1)上方，所述滑块弯板(9)和导轨弯板(11)上设有滚珠直线导轨副，气缸弯板(12)一端固定连接在所述导轨弯板(11)上，其另一端固定连接在气缸(13)的活塞杆上，所述气缸弯板(12)上设置有间隙调节装置，在床头箱(1)上安装有蜗轮(8)和蜗杆旋转副相啮合时充当位置传感器的接近开关(14)。
2.根据权利要求1所述的高低速精密CS轴啮合机构，其特征在于所述蜗轮旋转副包 括伺服电机(15)、联轴器(16)、蜗杆(17)和轴承，所述伺服电机(15)的输出轴通过联轴器(16)与蜗杆(17)前端连接，蜗杆(17)两端通过轴承固定在支撑座(7)上。
3.根据权利要求2所述的高低速精密CS轴啮合机构，其特征在于所述轴承为蜗杆(17)前端设置的角接触轴承(18)和其后端设置的圆锥滚子轴承(19)。
4.根据权利要求1所述的高低速精密CS轴啮合机构，其特征在于所述滚珠直线导轨 副包括直线导轨(20)和滑块(21)，所述直线导轨(20)为长方形且其两侧面制有滑槽，固定 在导轨弯板(11)的B面；所述滑块(21)内口为U型且与直线导轨(20)两侧面的滑槽相配 合，固定在滑块弯板(9)的A面，滑块(21)与直线导轨(20)的滑槽相接触的两端面均设有 循环滚珠。
5.根据权利要求4所述的高低速精密CS轴啮合机构，其特征在于所述滚珠直线导轨 副的左侧设置有左压块(22)，右侧设置有右压块(26)和联压块(27)，所述左压块(22)为 U型，其一端抵紧导轨弯板(11)左端面，其另一端抵紧直线导轨(20)的左端面；所述联压 块(27)为U型，其一端抵紧滑块(21)右端面，其另一端抵紧滑块弯板(9)右端面；所述右 压块(26)为L型，其一端抵紧导轨弯板(11)右端面，其另一端抵紧直线导轨(20)的右端
6.根据权利要求1所述的高低速精密CS轴啮合机构，其特征在于所述间隙调节装置 为定位螺杆(23)及与其相配合的螺母(24)、锁紧螺母(10)，所述定位螺杆(23)下端通过 滑块弯板(9)上的螺孔(13)与滑块弯板(9)连接，其上端用螺母(24)固定在所述气缸弯 板(12)上，所述锁紧螺母(10)与穿过气缸弯板(12)的气缸活塞杆固定连接。
7.根据权利要求1所述的高低速精密CS轴啮合机构，其特征在于所述接近开关(14) 旋入上下端制有螺孔的调整块(25)中且调整块(25)通过其两侧制有的腰形孔(28)固定 在床头箱(1)上，当蜗轮(8)与蜗杆旋转副齿形正确啮合时所述接近开关(14)对准套装在 主轴(2)上的隔套(29)上制有的凹口(30)。
8.根据权利要求1或2或3或4或5或6或7所述的高低速精密CS轴啮合机构，其特 征在于所述蜗杆(17)为增距蜗杆。
专利摘要提供一种高低速精密Cs轴啮合机构，具有主轴和变频电机，安装在变频电机轴头上的同步带轮Ⅰ通过同步带和安装在主轴上的同步带轮Ⅱ相连接，主轴上安装有蜗轮，蜗轮与固定在支撑座上的蜗杆旋转副相啮合，滑块弯板固定在所述支撑座上方，气缸固定在所述滑块弯板上，导轨弯板固定在床头箱上方，所述滑块弯板和导轨弯板上设有滚珠直线导轨副，气缸弯板一端固定连接在所述导轨弯板上，其另一端固定连接在气缸的活塞杆上，所述气缸弯板上设置有间隙调节装置，在床头箱的背面安装有蜗轮和蜗杆旋转副相啮合时充当位置传感器的接近开关。本实用新型结构简单而又成功的解决了铣削震颤，分度不准等问题，使得车铣复合加工在精密小型数控车床上实现成为可能。
文档编号B23Q5/04GK201735807SQ201020273938
公开日2011年2月9日 申请日期2010年7月28日 优先权日2010年7月28日
发明者李会生 申请人:陕西海力特精密机械有限公司