一种用于立式车床的C轴分度装置的制作方法

本发明涉及一种分度装置，具体是一种用于立式车床的c轴分度装置。

背景技术：

在数控车铣加工中心中，c轴与其他进给轴联动进行插补，可实现主轴的精确定位。在一次装夹中，可实现多工序、复合化加工，提高加工效率及大型复杂零件的加工精度。机床c轴进给系统的设计是提高零件加工精度的关键技术。高精度、高刚度、结构紧凑、大扭矩、传动效率高是车铣加工中心c轴传动系统必备的条件。目前c轴分度装置的主要结构有：双伺服电机驱动结构、双齿轮消隙结构、双导程涡轮蜗杆消隙结构等。现有的c轴分度装置均存在一定的不足：双伺服电机驱动结构成本高，整体结构较大；双齿轮消隙结构及装配工艺复杂，后续维护不便；双导程涡轮蜗杆消隙结构同样较为复杂，精度保持性不好。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术的不足，提供一种用于立式车床的c轴分度装置，该分度装置结构简单、紧凑、易于装配，可控性好，能够快速实现立式车床c轴的功能切换，确保c轴分度精度。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种用于立式车床的c轴分度装置，包括伺服电机、传动机构、花键轴、端齿盘下牙盘、端齿盘上牙盘、消隙齿轮和箱体，所述的消隙齿轮、端齿盘上牙盘、端齿盘下牙盘和传动机构上下安装在所述的箱体内，所述的伺服电机的输出端与所述的传动机构的输入端相连，所述的花键轴安装在所述的传动机构的输出端，所述的端齿盘下牙盘套设在所述的花键轴上，所述的端齿盘下牙盘位于所述的端齿盘上牙盘的正下方，所述的端齿盘下牙盘的外侧设置有用于带动所述的端齿盘下牙盘上下移动的c轴功能切换油缸，所述的端齿盘上牙盘与所述的消隙齿轮固定连接，所述的箱体固定在机床床身上，所述的消隙齿轮与大齿圈相啮合，所述的大齿圈安装在机床工作台的底部。

本发明公开的用于立式车床的c轴分度装置，结构简单、紧凑、易于装配，可控性好，能够快速实现立式车床c轴的功能切换。c轴功能切换过程为：c轴功能切换油缸带动端齿盘下牙盘上移至与端齿盘上牙盘啮合到位后，伺服电机工作，通过传动机构向端齿盘下牙盘传递扭矩，带动端齿盘下牙盘旋转，实现c轴分度功能；c轴功能切换油缸带动端齿盘下牙盘下移至与端齿盘上牙盘分离到位时，c轴分度功能断开，此时，机床即可控制消隙齿轮旋转，机床正常工作。上述c轴功能通断切换过程中，端齿盘下牙盘的移动沿花键轴进行，而端齿盘下牙盘的移动由c轴功能切换油缸带动。

由于牙型的限制，端齿盘下牙盘与端齿盘上牙盘咬合时可能会出现牙顶牙的现象，这将导致端齿盘下牙盘和端齿盘上牙盘的磨损以及不正确的啮合，引起c轴分度误差增大，甚至无法分度等严重后果，本发明中消隙齿轮可以有效消除端齿盘上牙盘和端齿盘下牙盘间的齿隙，确保c轴分度精度。

所述的传动机构包括第一齿形轮、第二齿形轮、齿形同步带和谐波减速器，所述的第一齿形轮安装在所述的伺服电机的输出端，所述的第二齿形轮安装在所述的谐波减速器的输入端，所述的齿形同步带绕设在所述的第一齿形轮和所述的第二齿形轮上将两者连接，所述的花键轴安装在所述的谐波减速器的输出端，所述的c轴功能切换油缸包括活塞、上油腔和下油腔，所述的活塞与所述的箱体分别围成所述的上油腔和所述的下油腔，所述的箱体的侧壁上设置有与所述的上油腔相通的上油口以及与所述的下油腔相通的下油口，所述的活塞的内侧一体设置有内凸的凸环，所述的端齿盘下牙盘的外侧套有两个推力球轴承，两个所述的推力球轴承由所述的凸环上下分隔，所述的端齿盘下牙盘的顶端设置有与两个所述的推力球轴承位置相对的法兰部，所述的端齿盘下牙盘的底端固定有与所述的推力球轴承位置相对的挡环，两个所述的推力球轴承和所述的凸环限位于所述的法兰部与所述的挡环之间。通过谐波减速器和齿形同步带传动，结构紧凑，传动精度高，能够获得大传动比和大扭矩。经下油口向下油腔内通入液压油后，伺服电机低速旋转，活塞带动端齿盘下牙盘缓慢上移，当上移至与端齿盘上牙盘啮合到位后，伺服电机以正常转速旋转，通过传动机构向端齿盘下牙盘传递扭矩，带动端齿盘下牙盘旋转，实现c轴分度功能；下油腔回油，经上油口向上油腔内通入液压油后，活塞下移，推动端齿盘下牙盘下移并与端齿盘上牙盘分离到位，c轴分度功能断开，此时，机床即可控制消隙齿轮旋转，机床正常工作。

所述的箱体包括上箱体和下箱体，所述的上箱体的下端套设在所述的下箱体的上端，所述的上油腔由所述的活塞和所述的上箱体围成，所述的下油腔由所述的活塞、所述的上箱体和所述的下箱体围成，所述的谐波减速器安装在所述的下箱体上。上箱体和下箱体的设置，便于装置的装配及维护。

所述的活塞的上端设置有感应部，所述的箱体的侧壁上安装有与所述的感应部相适配的第一接近开关和第二接近开关，活塞带动端齿盘下牙盘上移至与端齿盘上牙盘啮合到位时，第一接近开关发信，伺服电机工作，实现c轴分度功能；活塞带动端齿盘下牙盘下移至与端齿盘上牙盘分离到位时，第二接近开关发信，伺服电机停止工作，c轴分度功能断开。

所述的第一接近开关和第二接近开关为高精度接近开关，所述的谐波减速器为哈默纳科公司生产的csf-65-100-2uh型高精度谐波减速器。

所述的消隙齿轮包括上下设置的第一消隙齿轮和第二消隙齿轮，所述的第一消隙齿轮和第二消隙齿轮同时与所述的大齿圈相啮合，所述的第一消隙齿轮的底部一体设置有连接轴，所述的连接轴穿过所述的第二消隙齿轮伸入所述的箱体内，所述的连接轴的外侧套设有轴套，所述的轴套与所述的箱体之间安装有上下设置的圆柱滚子轴承和角接触球轴承，所述的第二消隙齿轮固定在所述的轴套的顶端，所述的端齿盘上牙盘固定在所述的轴套的底端，所述的连接轴的下端设置有开口向下的缺口，所述的端齿盘上牙盘的上端固定有与所述的缺口相适配的定位柱，所述的定位柱伸入所述的缺口内，所述的定位柱与所述的连接轴之间安装有密封圈，所述的定位柱与所述的端齿盘上牙盘围成消隙油腔，所述的第一消隙齿轮上开设有与所述的消隙油腔相通的油道，所述的油道的上端连接安装有旋转接头。第一消隙齿轮、第二消隙齿轮及消隙油腔构成液压自动调整消隙结构，机床正常工作过程中，向消隙油腔中保持通入液压油，对第一消隙齿轮施以持续的推力，来消除齿轮传动中因磨损产生的间隙，达到自动补偿效果，实现自动消隙，可确保齿轮传动的精度，且精度保持性好。而当机床停止工作时，消隙油腔中无油压。

所述的第一消隙齿轮和第二消隙齿轮为斜齿圆柱齿轮。

所述的伺服电机的底端固定在一盖板上，所述的机床床身上固定有支架，所述的支架上固定有横板，所述的盖板通过螺钉固定在所述的横板上。通过调整盖板在横板上的安装位置，可对伺服电机的安装位置进行调整，进而调节齿形同步带的张紧度。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明公开的用于立式车床的c轴分度装置，结构简单、紧凑、易于装配，可控性好，通过端齿盘下牙盘在花键轴上的移动，即可快速实现立式车床c轴的功能切换，其可实现大扭矩传动，尤其适用于重型机床中的大扭矩传动，此外，该c轴分度装置中的消隙齿轮可以有效消除端齿盘上牙盘和端齿盘下牙盘间的齿隙，确保c轴分度精度。

附图说明

图1为实施例的用于立式车床的c轴分度装置的结构示意图；

图2为图1中a处放大图；

图3为图1中去盖后的b向放大视图；

图4为图3中c-c剖视图；

图5为实施例的用于立式车床的c轴分度装置的液压原理图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例1的用于立式车床的c轴分度装置，如图所示，包括伺服电机1、传动机构、花键轴3、端齿盘下牙盘41、端齿盘上牙盘42、消隙齿轮7和箱体，消隙齿轮7、端齿盘上牙盘42、端齿盘下牙盘41和传动机构上下安装在箱体内，伺服电机1的输出端与传动机构的输入端相连，花键轴3安装在传动机构的输出端，端齿盘下牙盘41套设在花键轴3上，端齿盘下牙盘41位于端齿盘上牙盘42的正下方，端齿盘下牙盘41的外侧设置有用于带动端齿盘下牙盘41上下移动的c轴功能切换油缸，端齿盘上牙盘42与消隙齿轮7固定连接，箱体固定在机床床身91上，消隙齿轮7与大齿圈92相啮合，大齿圈92安装在机床工作台93的底部。

实施例1中，传动机构包括第一齿形轮21、第二齿形轮22、齿形同步带23和谐波减速器24，第一齿形轮21安装在伺服电机1的输出端，第二齿形轮22安装在谐波减速器24的输入端，齿形同步带23绕设在第一齿形轮21和第二齿形轮22上将两者连接，花键轴3安装在谐波减速器24的输出端。

实施例1中，c轴功能切换油缸包括活塞61、上油腔62和下油腔63，箱体包括上箱体51和下箱体52，上箱体51的下端套设在下箱体52的上端，上油腔62由活塞61和上箱体51围成，下油腔63由活塞61、上箱体51和下箱体52围成，上箱体51的侧壁上设置有与上油腔62相通的上油口64以及与下油腔63相通的下油口65，谐波减速器24安装在下箱体52上。

实施例1中，活塞61的内侧一体设置有内凸的凸环66，端齿盘下牙盘41的外侧套有两个推力球轴承43，两个推力球轴承43由凸环66上下分隔，端齿盘下牙盘41的顶端设置有与两个推力球轴承43位置相对的法兰部44，端齿盘下牙盘41的底端固定有与推力球轴承43位置相对的挡环67，两个推力球轴承43和凸环66限位于法兰部44与挡环67之间。

实施例1中，活塞61的上端设置有感应部68，上箱体51的侧壁上安装有与感应部68相适配的第一接近开关53和第二接近开关54，第一接近开关53和第二接近开关54为高精度接近开关，活塞61带动端齿盘下牙盘41上移至与端齿盘上牙盘42啮合到位时，第一接近开关53发信，伺服电机1工作，c轴转动，实现c轴分度功能；活塞61带动端齿盘下牙盘41下移至与端齿盘上牙盘42分离到位时，第二接近开关54发信，伺服电机1停止工作，c轴分度功能断开。

实施例2的用于立式车床的c轴分度装置，如图所示，包括伺服电机1、传动机构、花键轴3、端齿盘下牙盘41、端齿盘上牙盘42、消隙齿轮7和箱体，消隙齿轮7、端齿盘上牙盘42、端齿盘下牙盘41和传动机构上下安装在箱体内，伺服电机1的输出端与传动机构的输入端相连，花键轴3安装在传动机构的输出端，端齿盘下牙盘41套设在花键轴3上，端齿盘下牙盘41位于端齿盘上牙盘42的正下方，端齿盘下牙盘41的外侧设置有用于带动端齿盘下牙盘41上下移动的c轴功能切换油缸，端齿盘上牙盘42与消隙齿轮7固定连接，箱体固定在机床床身91上，消隙齿轮7与大齿圈92相啮合，大齿圈92安装在机床工作台93的底部，伺服电机1的底端固定在一盖板94上，机床床身91上固定有支架95，支架95上固定有横板96，盖板94通过螺钉固定在横板96上。

实施例2中，传动机构包括第一齿形轮21、第二齿形轮22、齿形同步带23和谐波减速器24，第一齿形轮21安装在伺服电机1的输出端，第二齿形轮22安装在谐波减速器24的输入端，齿形同步带23绕设在第一齿形轮21和第二齿形轮22上将两者连接，花键轴3安装在谐波减速器24的输出端。

实施例2中，c轴功能切换油缸包括活塞61、上油腔62和下油腔63，箱体包括上箱体51和下箱体52，上箱体51的下端套设在下箱体52的上端，上油腔62由活塞61和上箱体51围成，下油腔63由活塞61、上箱体51和下箱体52围成，上箱体51的侧壁上设置有与上油腔62相通的上油口64以及与下油腔63相通的下油口65，谐波减速器24安装在下箱体52上，谐波减速器24为哈默纳科公司生产的csf-65-100-2uh型高精度谐波减速器24，其传动比为100。

实施例2中，活塞61的内侧一体设置有内凸的凸环66，端齿盘下牙盘41的外侧套有两个推力球轴承43，两个推力球轴承43由凸环66上下分隔，端齿盘下牙盘41的顶端设置有与两个推力球轴承43位置相对的法兰部44，端齿盘下牙盘41的底端固定有与推力球轴承43位置相对的挡环67，两个推力球轴承43和凸环66限位于法兰部44与挡环67之间。

实施例2中，活塞61的上端设置有感应部68，上箱体51的侧壁上安装有与感应部68相适配的第一接近开关53和第二接近开关54，第一接近开关53和第二接近开关54为高精度接近开关，活塞61带动端齿盘下牙盘41上移至与端齿盘上牙盘42啮合到位时，第一接近开关53发信，伺服电机1工作，c轴转动，实现c轴分度功能；活塞61带动端齿盘下牙盘41下移至与端齿盘上牙盘42分离到位时，第二接近开关54发信，伺服电机1停止工作，c轴分度功能断开。

实施例2中，消隙齿轮7包括上下设置的第一消隙齿轮71和第二消隙齿轮72，第一消隙齿轮71和第二消隙齿轮72为斜齿圆柱齿轮，第一消隙齿轮71和第二消隙齿轮72同时与大齿圈92相啮合，第一消隙齿轮71的底部一体设置有连接轴73，连接轴73穿过第二消隙齿轮72伸入上箱体51内，连接轴73的外侧套设有轴套74，轴套74与箱体之间安装有上下设置的圆柱滚子轴承75和角接触球轴承76，第二消隙齿轮72固定在轴套74的顶端，端齿盘上牙盘42固定在轴套74的底端，连接轴73的下端设置有开口向下的缺口77，端齿盘上牙盘42的上端固定有与缺口77相适配的定位柱78，定位柱78伸入缺口77内，定位柱78与连接轴73之间安装有密封圈79，定位柱78与端齿盘上牙盘42围成消隙油腔69，第一消隙齿轮71上开设有与消隙油腔69相通的油道81，油道81的上端连接安装有旋转接头82。

实施例1和实施例2的用于立式车床的c轴分度装置，通过端齿盘下牙盘41在花键轴3上的移动，即可快速实现立式车床c轴的功能切换。c轴功能切换过程为：经下油口65向下油腔63内通入液压油后，伺服电机1低速旋转，活塞61带动端齿盘下牙盘41沿花键轴3缓慢上移，当上移至与端齿盘上牙盘42啮合到位时，第一接近开关53发信，伺服电机1以正常转速旋转，通过传动机构向端齿盘下牙盘41传递扭矩，带动端齿盘下牙盘41旋转，实现c轴分度功能；下油腔63回油，经上油口64向上油腔62内通入液压油后，活塞61下移，推动端齿盘下牙盘41沿花键轴3下移并与端齿盘上牙盘42分离，两牙盘分离到位时，第二接近开关54发信，c轴分度功能断开，此时，机床即可控制消隙齿轮7旋转，机床正常工作。

由于牙型的限制，端齿盘下牙盘41与端齿盘上牙盘42咬合时可能会出现牙顶牙的现象，这将导致端齿盘下牙盘41和端齿盘上牙盘42的磨损以及不正确的啮合，引起c轴分度误差增大，甚至无法分度等严重后果，而设置实施例2中所述消隙结构后可以自动解决此问题。实施例2中的第一消隙齿轮71、第二消隙齿轮72及消隙油腔69构成液压自动调整消隙结构，机床正常工作过程中，向消隙油腔69中保持通入液压油，对第一消隙齿轮71施以持续的推力，来消除齿轮传动中因磨损产生的间隙，达到自动补偿效果，实现自动消隙，可确保齿轮传动的精度，且精度保持性好。而当机床停止工作时，消隙油腔69中无油压。

上述用于立式车床的c轴分度装置，结构简单、紧凑、易于装配，可控性好，通过端齿盘下牙盘41在花键轴3上的移动，即可快速实现立式车床c轴的功能切换，其可实现大扭矩传动，尤其适用于重型机床中的大扭矩传动。以实施例2的用于立式车床的c轴分度装置为例，其c轴的主体直径为260mm，传递扭矩可达3000nm，完全满足驱动重型工作台的需要，该分度装置具有高精度定位作用，其对工作台的定位精度达到了5″，重复定位精度达到了3″。

实施例2的用于立式车床的c轴分度装置的液压原理图如图4所示。图4中，1为第一电磁换向阀，2为减压阀，3为双向液控单向阀，4为第二电磁换向阀，5为电控减压阀，p、p1口由主机液压站通入液压油。