一种无间隙凸轮蜗杆传动之超高精度定位回转工作台的制作方法
【专利摘要】本发明一种无间隙凸轮蜗杆传动之超高精度定位回转工作台，属于机械制造装备领域,本发明由分度预紧传动机构、定位盘、回转工作台、回转工作台夹紧机构和箱体组成，所述分度预紧传动机构为两级凸轮蜗杆传动机构,其一级传动机构的输入一端通过弹性联轴器与伺服电机连接，其二级传动机构的输出主轴通过定位盘与回转工作台连接，回转工作台夹紧机构通过其工作台胀紧圈的胀紧力而夹紧回转工作台；本发明采用分度预紧两级凸轮蜗杆传动机构取代传统蜗轮蜗杆传动，使传动间隙减小为零，有效减少了传动间隙带来的定位误差，同时，回转工作台夹紧机构通过其胀紧圈将胀紧力作用于回转工作台，使之无偏转地静止，全面确保了回转工作台超高精度定位。
【专利说明】一种无间隙凸轮蜗杆传动之超高精度定位回转工作台
【技术领域】
[0001]本发明一种无间隙凸轮蜗杆传动之超高精度定位回转工作台，属于机械制造装备领域。
【背景技术】
[0002]机械装备制造业是一国工业之基石，它为新技术、新产品的开发提供重要手段，是不可或缺的战略性产业。伴随着我国经济不断快速发展，经济转型的迫切需求，机械制造业不可避免地向着高、精、尖层次迈进。而其中数控机床的发展至关重要。数控回转工作台的精度高低会直接影响到数控机床的加工精度。常规的数控机床回转工作台是由伺服电动机驱动，经齿轮减速后由蜗轮-蜗杆传动装置带动。回转工作台静止时，采用夹紧瓦装置对其夹紧。一方面，即使采用高精度蜗轮-蜗杆传动机构，也不可避免的会有传动间隙的存在，会直接影响数控回转工作台的定位精度；另一方面，采用夹紧瓦装置对工作台锁紧，由于夹紧瓦不是直接作用于工作台，而是首先夹紧蜗轮，会使得工作台在需要处于静止状态时仍有很小的偏转，影响回转工作台定位精度。因此，现有高精度回转工作台的定位精度，一般为6〃至8〃。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是提供一种无间隙凸轮蜗杆传动之超高精度定位回转工作台，通过两级凸轮蜗杆的分度预紧传动机构，消除传动接触面间隙，并在接触面间无间隙状态下，实现无偏转静止定位，显著提高精加工机械的加工精度。
[0004]本发明一种无间隙凸轮蜗杆传动之超高精度定位回转工作台，由分度预紧传动机构、定位盘、回转工作台、回转工作台夹紧机构和箱体组成，所述分度预紧传动机构，为两级凸轮蜗杆传动机构，其一级凸轮蜗杆传动机构由两根一级传动凸轮蜗杆通过刚性联轴器连接，其输入一端通过弹性联轴器与伺服电机连接，两个一级凸轮分度盘分别与两根传动凸轮蜗杆对应，通过一级传动凸轮蜗杆的螺旋槽与其对应的一级凸轮分度盘上的传动销轴啮合传动，使一级凸轮分度盘旋转；其二级凸轮蜗杆传动机构由两根正、反螺旋的二级传动凸轮蜗杆平行设置，其对应一端分别与两个一级凸轮分度盘的盘心配合连接，二级凸轮分度盘对应设置在正、反螺旋的两根二级传动凸轮蜗杆之间，其输出主轴配合连接在二级凸轮分度盘的盘心，通过两根二级传动凸轮蜗杆的螺旋槽与二级凸轮分度盘的传动销轴啮合传动，驱使二级凸轮分度盘及输出主轴旋转，两级凸轮蜗杆传动机构置于箱体内，其二级凸轮蜗杆传动机构的输出主轴通过定位盘与设置于箱体表面的回转工作台连接；在刚性联轴器松开状态下，对两根一级传动凸轮蜗杆实施预紧，使两个有轴对称两螺旋面的二级传动凸轮蜗杆与二级凸轮分度盘传动销轴无间隙接触，再启动一级凸轮蜗杆传动机构的动力输入端连接的伺服电机，即在预紧力的作用下，使分度预紧传动机构的二级凸轮分度盘传动销轴与二级传动凸轮蜗杆接触面始终无间隙受力，通过其二级凸轮分度盘输出主轴带动定位盘和回转工作台平稳旋转，并通过回转工作台夹紧机构实现无偏转静止定位。
[0005]所述回转工作台夹紧机构由伺服电机、气压缸、气压缸连接头、凸轮轴、胀紧块和工作台胀紧圈组成，设置于箱体外，工作台胀紧圈置于回转工作台的内圆周，凸轮轴竖直设置，其顶端凸轮设置在工作台胀紧圈开口处，在凸轮轴端部与工作台胀紧圈之间设有胀紧块，凸轮轴通过其轴承与气压缸前端的气压缸连接头连接，气压缸受定压气源驱动，带动气压缸连接头和凸轮轴前后摆动，凸轮轴顶端凸轮在摆动过程通过工作台胀紧圈将产生的胀紧力作用于回转工作台使之静止。
[0006]所述凸轮蜗杆传动机构凸轮分度盘之传动销轴为销轴式凸轮，沿分度盘周边均匀间隔分布。
[0007]所述两级凸轮蜗杆传动机构分别通过凸轮蜗杆轴承盒与箱体连接。
[0008]所述工作台胀紧圈通过其U形连接槽固定在箱体上表面。
[0009]本发明超高精度定位回转工作台，在刚性联轴器处于松开状态下，通过手动方式从相反的方向分别旋转该两根凸轮蜗杆，对两根一级传动凸轮蜗杆进行手动预紧操作，在预紧力的作用下，使两个有轴对称两螺旋面的二级传动凸轮蜗杆与二级凸轮分度盘传动销轴无间隙接触，刚性联轴器处于锁紧状态；预紧操作完成后，启动一级凸轮蜗杆传动机构的动力输入端连接的伺服电机，一级传动凸轮蜗杆两根旋转方向相同，经一级凸轮分度盘传递扭矩之后，两根螺旋线方向相反的二级传动凸轮蜗杆有轴对称的螺旋面作用于二级凸轮分度盘传动销轴，对二级凸轮分度盘两侧施加方向相同的力，一股作用力推动二级凸轮分度盘旋转，另一股作用力抑制二级凸轮分度盘旋转，两股作用相反的力使二级凸轮分度盘与两根二级传动凸轮蜗杆接触面始终无间隙受力，平稳旋转，并通过其二级凸轮分度盘输出主轴带动定位盘和回转工作台旋转定位；
[0010]本发明为一种正反凸轮蜗杆同向预紧传动机构之超高精度回转工作台，此发明回转工作台，采用无间隙分度预紧两级凸轮蜗杆传动机构取代传统蜗轮蜗杆传动，此传动机构在滑动配合取代滚动配合的同时，通过巧妙地正反螺旋线凸轮蜗杆设计，刚性联轴器松紧作用的融入，使得传动间隙缩小为零，有效地减少了传动间隙带来的定位误差；同时，通过创新性的夹紧机构直接作用于工作台，在工作台需要静止时，胀紧圈胀大，使得工作台不无任何偏转地静止定位，因此而全面确保了回转工作台超高精度定位。
[0011]本发明可以应用于精加工机械，特别适用于精密机床定位系统，例如用于数控机床，替代现有技术回转工作台，其定位精度达到2"，有效地提高机床加工精度。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1为本发明箱体内部结构示意图；
[0013]图2为本发明外箱体结构示意图；
[0014]图3为本发明回转工作台示意图；
[0015]图4为本发明传动分度预紧结构示意图；
[0016]图5为本发明夹紧装置结构示意图；
[0017]图6为本发明预紧过程传动分度预紧机构旋转受力情况；
[0018]图7为本发明正常工作情况下旋转受力情况。
【具体实施方式】
[0019]本发明一种无间隙凸轮蜗杆传动之超高精度定位回转工作台，由分度预紧传动机构、定位盘14、回转工作台15、回转工作台夹紧机构和箱体组成，所述分度预紧传动机构，为两级凸轮蜗杆传动机构，其一级凸轮蜗杆传动机构由两根一级传动凸轮蜗杆6、7，弹性联轴器1，刚性联轴器2和两个一级凸轮分度盘8、9组成，刚性联轴器2连接在两根一级传动凸轮蜗杆6、7之间，该刚性联轴器2可松可紧，使两根一级传动凸轮蜗杆6、7在刚性联轴器2松开时，可独立旋转，紧固时，可一起旋转；两个一级凸轮分度盘8、9分别与两根传动凸轮蜗杆6、7对应，两根一级传动凸轮蜗杆6、7的螺旋槽分别通过与对应的一级凸轮分度盘8、9上的传动销轴a啮合传动，使一级凸轮分度盘8、9旋转；其二级凸轮蜗杆传动机构由两根正、反螺旋的二级传动凸轮蜗杆10、11，一个二级凸轮分度盘12和输出主轴13组成，两根正、反螺旋的二级传动凸轮蜗杆10、11平行设置，其一端分别与两个一级凸轮分度盘的盘心8、9配合连接，二级凸轮分度盘12对应设置在正、反螺旋的两根二级传动凸轮蜗杆10、11之间，输出主轴13配合连接在二级凸轮分度盘12的盘心，通过两根二级传动凸轮蜗杆10、11的螺旋槽与二级凸轮分度盘12的传动销轴b啮合传动，驱使二级凸轮分度盘12及输出主轴13旋转；一级凸轮蜗杆传动机构的输入一端通过弹性联轴器I与电动机连接，将两级凸轮蜗杆传动机构设置于外箱体22内，一级凸轮蜗杆传动机构的输入一端通过弹性联轴器I与伺服电机连接，回转工作台15通过定位盘14与二级凸轮蜗杆传动机构的输出主轴13连接设置于箱体上表面，在刚性联轴器处于松开状态下，通过手动方式从相反的方向分别旋转该两根凸轮蜗杆，对两根一级传动凸轮蜗杆实施预紧，使两个有轴对称两螺旋面的二级传动凸轮蜗杆与二级凸轮分度盘传动销轴b无间隙接触，刚性联轴器处于锁紧状态，再启动一级凸轮蜗杆传动机构的动力输入端连接的伺服电机，即在预紧力的作用下，使分度预紧传动机构的二级凸轮分度盘12与二级传动凸轮蜗杆10、11接触面(蜗杆螺旋槽与分度盘销轴接触)始终无间隙受力，平稳旋转，并通过其二级凸轮分度盘输出主轴13带动定位盘14和回转工作台15旋转定位。
[0020]所述回转工作台夹紧机构由定压气源、气压缸、气压缸连接头、凸轮轴、胀紧块和工作台胀紧圈组成，工作台胀紧圈21置于回转工作台15的内圆周，凸轮轴18竖直设置，其顶端凸轮设置在工作台胀紧圈开口处，在凸轮轴18端部与工作台胀紧圈21之间设有两片胀紧块19、20，凸轮轴18通过其轴承与气压缸16前端气压缸连接头17连接，定压气源驱动气压缸16工作，气压缸16带动气压缸连接头17和凸轮轴18前后摆动，凸轮轴顶端凸轮在摆动过程通过工作台胀紧圈21将产生的胀紧力作用于回转工作台使之静止。
[0021]所述工作台胀紧圈21通过其U形连接槽C固定在箱体22上表面。
[0022]安装好本发明一种无间隙凸轮蜗杆传动之超高精度定位回转工作台后，首先对分度预紧传动机构进行如下预紧操作处理:从相反的方向分别手动旋转两根一级传动凸轮蜗杆6、7，此时，刚性联轴器2处于松开状态，两根一级传动凸轮蜗杆6、7分别通过一级凸轮分度盘传动销轴a带动各自连接的一级凸轮分度盘8、9旋转,旋转方向相反，在一级传动凸轮蜗杆6、7与一级凸轮分度盘8、9的传动销轴a接触面上会形成以刚性联轴器2为中心、方向相反的张力，如图6箭头F1、F2所示。旋转方向相反的两个一级凸轮分度盘8、9带动两根二级传动凸轮蜗杆10、11作相反方向旋转，由于两根二级传动凸轮蜗杆10、11具有相反的螺旋线，在旋转的时候，两根二级传动凸轮蜗杆10、11会有轴对称的两个螺旋面作用于二级凸轮分度盘12的传动销轴b，以二级凸轮分度盘主轴13轴心线为中心，形成两股同向预紧力，如图6所示箭头F3、F4所示，其旋转角度越大，预紧力越大，直到凸轮蜗杆6、7、10、11与对应凸轮分度盘8、9、12的接触面间隙为零，最后锁紧刚性联轴器2，将一级传动凸轮蜗杆6、7与一级凸轮分度盘8、9之间形成的张力、二级传动凸轮蜗杆10、11与二级凸轮分度盘12之间的同向预紧力完全锁紧，使其蜗杆螺旋槽与分度盘销轴接触面之间无间隙，预紧操作处理后，实施后续操作:启动伺服电机，伺服电机通过弹性联轴器I带动一级传动凸轮蜗杆6转动，两根蜗杆6、7之间通过锁紧之后的刚性联轴器2精确传递扭矩，一级传动凸轮蜗杆6、7在同向转动的同时，带动两个一级凸轮分度盘8、9同向转动，一级凸轮分度盘
8、9直接与二级传动凸轮蜗杆10、11作用，带动两根二级传动凸轮蜗杆10、11同向转动，但由于二级传动蜗杆10、11螺旋线是相反的，且在之前预紧处理之后，有轴对称两螺旋面与二级凸轮分度盘12的传动销轴b无间隙接触，预紧力始终存在与接触面之间，故在二级凸轮分度盘12旋转过程中，轴对称的螺旋面会以二级凸轮分度盘12输出主轴13轴心线为中心施加两股方向相同的力，如图7箭头F3、F4所示，一根二级凸轮蜗杆推动二级凸轮分度盘12旋转，另一根二级凸轮蜗杆通过预紧力牵制其旋转，使得二级凸轮分度盘12与二级传动凸轮蜗杆10、11接触面，即蜗杆螺旋槽与分度盘销轴接触面，始终无间隙受力，二级凸轮分度盘12平稳旋转；二级凸轮分度盘12通过二级凸轮分度盘输出主轴13带动定位盘14和回转工作台15旋转定位。所述凸轮蜗杆传动机构凸轮分度盘之传动销轴为销轴式凸轮，沿分度盘周边均匀间隔分布。
[0023]回转工作台夹紧实施方式:在回转工作台15需要静止的时候，通过定压气源驱动气压缸16增压，气压缸前端产生位移，迫使气压缸连接头17带动凸轮轴18摆动，凸轮轴18顶端凸轮旋转，通过胀紧块19、20迫使工作台胀紧圈21胀大，工作台胀紧圈21与回转工作台15内表面接触，胀紧力直接作用于回转工作台15，使胀紧圈与回转工作台形成一体。工作台胀紧圈21通过其U形连接槽C与箱体22表面固定。
【权利要求】
1.一种无间隙凸轮蜗杆传动之超高精度定位回转工作台，由分度预紧传动机构、定位盘、回转工作台、回转工作台夹紧机构和箱体组成，其特征在于，所述分度预紧传动机构，为两级凸轮蜗杆传动机构，其一级凸轮蜗杆传动机构由两根一级传动凸轮蜗杆通过刚性联轴器连接，其输入一端通过弹性联轴器与伺服电机连接，两个一级凸轮分度盘分别与两根传动凸轮蜗杆对应，通过一级传动凸轮蜗杆的螺旋槽与其对应的一级凸轮分度盘上的传动销轴啮合传动，使一级凸轮分度盘旋转；其二级凸轮蜗杆传动机构由两根正、反螺旋的二级传动凸轮蜗杆平行设置，其对应一端分别与两个一级凸轮分度盘的盘心配合连接，二级凸轮分度盘对应设置在正、反螺旋的两根二级传动凸轮蜗杆之间，其输出主轴配合连接在二级凸轮分度盘的盘心，通过两根二级传动凸轮蜗杆的螺旋槽与二级凸轮分度盘的传动销轴啮合传动，驱使二级凸轮分度盘及输出主轴旋转，两级凸轮蜗杆传动机构置于箱体内，其二级凸轮蜗杆传动机构的输出主轴通过定位盘与设置于箱体表面的回转工作台连接；在刚性联轴器松开状态下，对两根一级传动凸轮蜗杆实施预紧，使两个有轴对称两螺旋面的二级传动凸轮蜗杆与二级凸轮分度盘传动销轴无间隙接触，再启动一级凸轮蜗杆传动机构的动力输入端连接的伺服电机，即在预紧力的作用下，使分度预紧传动机构的二级凸轮分度盘传动销轴与二级传动凸轮蜗杆接触面始终无间隙受力，平稳旋转，并通过回转工作台夹紧机构实现无偏转静止定位。
2.根据权利要求1所述的一种无间隙凸轮蜗杆传动之超高精度定位回转工作台，其特征在于，回转工作台夹紧机构由伺服电机、气压缸、气压缸连接头、凸轮轴、胀紧块和工作台胀紧圈组成，设置于箱体外，工作台胀紧圈置于回转工作台的内圆周，凸轮轴竖直设置，其顶端凸轮设置在工作台胀紧圈开口处，在凸轮轴端部与工作台胀紧圈之间设有胀紧块，凸轮轴通过其轴承与气压缸前端的气压缸连接头连接，气压缸受定压气源驱动，带动气压缸连接头和凸轮轴前后摆动，凸轮轴顶端凸轮在摆动过程通过工作台胀紧圈将产生的胀紧力作用于回转工作台使之静止。
3.根据权利要求1所述的一种无间隙凸轮蜗杆传动之超高精度定位回转工作台，其特征在于，凸轮蜗杆传动机构凸轮分度盘之传动销轴为销轴式凸轮，沿分度盘周边均匀间隔分布。
4.根据权利要求1所述的一种无间隙凸轮蜗杆传动之超高精度定位回转工作台，其特征在于，两级凸轮蜗杆传动机构分别通过凸轮蜗杆轴承盒与箱体连接。
5.根据权利要求1所述的一种无间隙凸轮蜗杆传动之超高精度定位回转工作台，其特征在于，工作台胀紧圈通过其U形连接槽固定在箱体上表面。
【文档编号】B23Q1/28GK104148953SQ201410333069
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年7月14日 优先权日:2014年7月14日
【发明者】王学新, 王碧婕, 刘烨芒, 王隆智, 钱伟, 王学云 申请人:武汉市黄陂新隆建筑机械有限公司