本发明涉及一种复合运动机构，更具体地说，涉及一种电解加工机床主轴用直线-旋转复合运动装置。
背景技术：
在机加工技术领域中，往往需要一种既能旋转运动又能同时有规律地实现直线往复运动的机构，举例来说，在电解钻孔加工中，电解加工机床的主轴通常需要做旋转运动和沿主轴轴线方向往复直线运动，传统的运动机构采用旋转驱动机构和上下往复运动机构复合实现，但这样设计造成结构复杂，电解加工机床结构臃肿，需要设置旋转电机和z轴电机，制作成本高，且维护成本高。并且，由于其不能使用单一动力驱动，机构结构复杂、体积大，对于小型、微型等场合很难同时满足有规律地直线往复运动和旋转运动。
经检索，在现有技术中，也有直线-旋转复合运动机构出现，中国专利号zl201720293900.9，授权公告日为2018年2月16日，发明创造名称为：一种能够快速精确传递直线与旋转复合运动的机构，该申请案涉及一种能够快速精确传递直线与旋转复合运动的机构，一个旋转型伺服电机驱动滚珠丝杠使导向螺母沿着带有直线槽的导向套筒做直线运动，此旋转型伺服电机通过固定架与导向套筒固定，并内置于套筒轴内，套筒轴与导向套筒固定，另一旋转型伺服电机驱动套筒轴进行旋转运动，通过控制两旋转型伺服电机运行时的相应参数，使直线和旋转运动同步或交替有规律运行，达到快速精确传递复合运动的目的。该专利申请案采用两组旋转型伺服电机组合实现了直线与旋转复合运动，需要分别对两组伺服电机进行控制来实现直线与旋转复合运动有序进行，控制较为复杂，制作成本高。
又如中国专利申请号201610419438.2，申请公布日为2016年9月21日，发明创造名称为：一种旋转直线复合式主轴驱动装置，至少包括主轴，装置机座，设置在主轴前端的旋转驱动模块，设置在主轴后端的直线进给模块；主轴设置在装置机座的中心轴上。该申请案可通过旋转驱动模块实现主轴旋转直线驱动，通过直线进给模块实现主轴进行直线驱动，两者可同时进行，亦可单独进行；但该申请案实质上是在旋转直线复合式主轴驱动装置中集成了旋转电机和直线电机，结构复杂，同样需要对旋转电机和直线电机分别进行控制，控制较为复杂，制作难度和制作成本均较高，实用性较差。
技术实现要素：
1.发明要解决的技术问题
本发明的目的在于克服现有电解加工机床主轴的直线-旋转复合运动装置存在结构复杂、控制难度大等不足，提供一种电解加工机床主轴用直线-旋转复合运动装置，采用本发明的技术方案，巧妙地将输入轴与主轴利用活塞缸结构连接，同时利用凸轮结构实现活塞缸内液压油空间的变化实现主轴上下往复直线运动，并随输入轴一起旋转运动，仅需一组驱动电机即可驱动主轴旋转和直线运动，直线运动幅度由凸轮轨迹即可控制，结构设计简单巧妙，控制简单且灵活方便，极大地满足了电解加工机床主轴的运动需要。
2.技术方案
为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：
本发明的一种电解加工机床主轴用直线-旋转复合运动装置，包括箱体、输入轴、主轴、下凸轮、上凸轮和小油缸，所述的输入轴和主轴同轴转动安装于箱体内，所述的输入轴的一端具有一活塞缸，所述的主轴的一端具有一与上述的活塞缸相配合的活塞，所述的输入轴与主轴之间还设有止转结构，所述的活塞将活塞缸分为密闭的无杆腔和有杆腔，所述的活塞缸的缸体侧壁上设有两组分别与无杆腔和有杆腔相通的小油缸，所述的无杆腔和有杆腔内充满液压油，所述的上凸轮和下凸轮分别固定于箱体内，且上凸轮和下凸轮的凸轮轮廓均具有休程轮廓和工作行程轮廓，所述的上凸轮的凸轮轮廓与连通无杆腔的小油缸的小油缸活塞杆相抵，所述的下凸轮的凸轮轮廓与连通有杆腔的小油缸的小油缸活塞杆相抵；
当连通无杆腔的小油缸的小油缸活塞杆处于上凸轮的工作行程轮廓时，连通有杆腔的小油缸的小油缸活塞杆刚好处于下凸轮的休程轮廓；当连通无杆腔的小油缸的小油缸活塞杆处于上凸轮的休程轮廓时，连通有杆腔的小油缸的小油缸活塞杆刚好处于下凸轮的工作行程轮廓。
更进一步地，所述的小油缸包括小油缸缸体和小油缸活塞杆，所述的小油缸缸体与输入轴的活塞缸通过螺纹连接，所述的小油缸活塞杆穿过小油缸缸体后与下凸轮和上凸轮的凸轮轮廓相配合。
更进一步地，所述的下凸轮和上凸轮的凸轮轮廓上均具有滑槽，所述的小油缸的小油缸活塞杆端部设有与上述的滑槽相配合的滚珠。
更进一步地，所述的上凸轮和下凸轮的凸轮轮廓形状相同，其休程轮廓和工作行程轮廓均为半圆形，且休程轮廓和工作行程轮廓连接处采用弧形平滑过渡。
更进一步地，所述的上凸轮和下凸轮在箱体内的凸轮轮廓相位相同，与上凸轮和下凸轮相配合的两组小油缸在输入轴的活塞缸上的安装位置互呈180°。
更进一步地，所述的输入轴通过输入轴轴承安装于箱体的上端盖上，所述的上端盖上还设有用于固定输入轴轴承的轴承盖；所述的主轴通过推力球轴承安装于箱体上，且推力球轴承与输入轴的活塞缸端盖之间还设有套设于主轴上的轴套。
更进一步地，所述的止转结构包括安装于输入轴的活塞缸内的止转环，所述的止转环内设有止转槽，所述的主轴上设有与上述的止转槽相配合的止转台。
更进一步地，所述的箱体上还安装于通水环，所述的通水环内侧设有一圈通水环槽，所述的通水环槽与主轴上的水道相连通，所述的通水环内侧位于通水环槽的两侧还设有密封圈安装槽，所述的密封圈安装槽内设有与主轴密封配合的密封圈。
更进一步地，所述的箱体的下端盖上设有与主轴相配合的直线滚珠法兰。
更进一步地，工作过程如下：所述的输入轴旋转带动主轴旋转，同时两组小油缸在上凸轮和下凸轮中配合运动来驱动主轴上下运动。
3.有益效果
采用本发明提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下显著效果：
(1)本发明的一种电解加工机床主轴用直线-旋转复合运动装置，其输入轴的一端具有一活塞缸，主轴的一端具有一与上述的活塞缸相配合的活塞，活塞缸的缸体侧壁上设有两组分别与无杆腔和有杆腔相通的小油缸，无杆腔和有杆腔内充满液压油，上凸轮和下凸轮分别固定于箱体内，且上凸轮和下凸轮的凸轮轮廓均具有休程轮廓和工作行程轮廓，上凸轮的凸轮轮廓与连通无杆腔的小油缸的小油缸活塞杆相抵，下凸轮的凸轮轮廓与连通有杆腔的小油缸的小油缸活塞杆相抵；当连通无杆腔的小油缸的小油缸活塞杆处于上凸轮的工作行程轮廓时，连通有杆腔的小油缸的小油缸活塞杆刚好处于下凸轮的休程轮廓；当连通无杆腔的小油缸的小油缸活塞杆处于上凸轮的休程轮廓时，连通有杆腔的小油缸的小油缸活塞杆刚好处于下凸轮的工作行程轮廓；巧妙地将输入轴与主轴利用活塞缸结构连接，同时利用凸轮结构实现活塞缸内液压油空间的变化实现主轴上下往复直线运动，并且由于输入轴与主轴之间设有止转结构，主轴随输入轴一起旋转运动，仅需一组驱动电机即可驱动主轴旋转和直线运动，直线运动幅度由凸轮轨迹即可控制，结构设计简单巧妙，控制简单且灵活方便，极大地满足了电解加工机床主轴的运动需要；
(2)本发明的一种电解加工机床主轴用直线-旋转复合运动装置，其小油缸包括小油缸缸体和小油缸活塞杆，小油缸缸体与输入轴的活塞缸通过螺纹连接，小油缸活塞杆穿过小油缸缸体后与下凸轮和上凸轮的凸轮轮廓相配合，结构简单，安装方便；并且，下凸轮和上凸轮的凸轮轮廓上均具有滑槽，小油缸的小油缸活塞杆端部设有与上述的滑槽相配合的滚珠，利用滚珠与凸轮轮槽配合，减小了摩擦阻力，动力传递效率高，传动更加稳定可靠；
(3)本发明的一种电解加工机床主轴用直线-旋转复合运动装置，其上凸轮和下凸轮的凸轮轮廓形状相同，其休程轮廓和工作行程轮廓均为半圆形，且休程轮廓和工作行程轮廓连接处采用弧形平滑过渡，采用上述凸轮轮廓，主轴转动一圈同时往复振动一次，满足了电解加工机床主轴的运动需要，并且采用液压来驱动主轴上下运动，具有液压传动的诸多优点；
(4)本发明的一种电解加工机床主轴用直线-旋转复合运动装置，其上凸轮和下凸轮在箱体内的凸轮轮廓相位相同，与上凸轮和下凸轮相配合的两组小油缸在输入轴的活塞缸上的安装位置互呈180°，两组小油缸在活塞缸上的布置更加合理，使活塞缸的转动更加平稳，降低了直线-旋转复合运动装置的抖动；
(5)本发明的一种电解加工机床主轴用直线-旋转复合运动装置，其输入轴通过输入轴轴承安装于箱体的上端盖上，上端盖上还设有用于固定输入轴轴承的轴承盖；主轴通过推力球轴承安装于箱体上，且推力球轴承与输入轴的活塞缸端盖之间还设有套设于主轴上的轴套，整个直线-旋转复合运动装置结构简单紧凑，运动平稳可靠；止转结构包括安装于输入轴的活塞缸内的止转环，止转环内设有止转槽，主轴上设有与上述的止转槽相配合的止转台，该止转结构制作简单方便，便于装配；箱体的下端盖上设有与主轴相配合的直线滚珠法兰，进一步提高了主轴旋转和直线运动的稳定性；
(6)本发明的一种电解加工机床主轴用直线-旋转复合运动装置，其箱体上还安装于通水环，通水环内侧设有一圈通水环槽，通水环槽与主轴上的水道相连通，通水环内侧位于通水环槽的两侧还设有密封圈安装槽，密封圈安装槽内设有与主轴密封配合的密封圈，满足了电解加工机床主轴通入电解液的需要。
附图说明
图1为本发明的一种电解加工机床主轴用直线-旋转复合运动装置的剖视结构示意图；
图2为本发明中的小油缸的结构示意图；
图3为本发明中的下凸轮的结构示意图；
图4为本发明中的主轴的结构示意图；
图5为本发明中的止转环的结构示意图；
图6为本发明中的通水环的结构示意图。
示意图中的标号说明：
1、主轴；1-1、止转台；2、直线滚珠法兰；3、下端盖；4、箱体；5、轴套；6、端盖；7、下凸轮；7-1、休程轮廓；7-2、工作行程轮廓；8、活塞密封圈；9、上凸轮；10、输入轴轴承；11、输入轴；12、轴承盖；13、上端盖；14、小油缸；14-1、小油缸缸体；14-2、小油缸活塞杆；14-3、滚珠；15、液压油；16、止转环；16-1、止转槽；17、端盖密封圈；18、推力球轴承；19、通水环；19-1、通水环槽；19-2、通水口；19-3、密封圈安装槽。
具体实施方式
为进一步了解本发明的内容，结合附图和实施例对本发明作详细描述。
实施例
结合图1和图2所示，本实施例的一种电解加工机床主轴用直线-旋转复合运动装置，包括箱体4、输入轴11、主轴1、下凸轮7、上凸轮9和小油缸14，箱体4作为直线-旋转复合运动装置的主体部分，用于安装各个零部件使用，输入轴11可与外部电机连接，在外部电机的驱动下做旋转运动，输入轴11和主轴1同轴转动安装于箱体4内，输入轴11的一端具有一活塞缸，活塞缸可一体成型于输入轴11的一端端部，主轴1的一端具有一与上述的活塞缸相配合的活塞，该活塞能够在活塞缸内上下滑动，且活塞上还设有活塞密封圈8，输入轴11与主轴1之间还设有止转结构，输入轴11旋转即可带动主轴1同步旋转。上述的活塞将活塞缸分为密闭的无杆腔和有杆腔，活塞缸的缸体侧壁上设有两组分别与无杆腔和有杆腔相通的小油缸14，无杆腔和有杆腔内充满液压油15，小油缸14伸缩运动即可改变活塞缸的无杆腔和有杆腔内的液压油空间，从而能够驱动主轴1在活塞缸内伸缩运动。上凸轮9和下凸轮7分别固定于箱体4内，且上凸轮9和下凸轮7的凸轮轮廓均具有休程轮廓7-1和工作行程轮廓7-2，其中工作行程轮廓7-2即为压缩小油缸14的小油缸活塞杆14-2的凸轮轮廓，休程轮廓7-1即为释放小油缸14的小油缸活塞杆14-2的凸轮轮廓，上凸轮9的凸轮轮廓与连通无杆腔的小油缸14的小油缸活塞杆14-2相抵，下凸轮7的凸轮轮廓与连通有杆腔的小油缸14的小油缸活塞杆14-2相抵；并且，当连通无杆腔的小油缸14的小油缸活塞杆14-2处于上凸轮9的工作行程轮廓7-2时，连通有杆腔的小油缸14的小油缸活塞杆14-2刚好处于下凸轮7的休程轮廓7-1；当连通无杆腔的小油缸14的小油缸活塞杆14-2处于上凸轮9的休程轮廓7-1时，连通有杆腔的小油缸14的小油缸活塞杆14-2刚好处于下凸轮7的工作行程轮廓7-2。这样，输入轴11旋转带动主轴1旋转，同时两组小油缸14在上凸轮9和下凸轮7的凸轮轮廓上旋转运动，两组小油缸14的小油缸活塞杆14-2交替压缩和伸出，从而驱动输入轴11活塞缸内的主轴1活塞上下运动。本实施例的一种电解加工机床主轴用直线-旋转复合运动装置，巧妙地将输入轴11与主轴1利用活塞缸结构连接，同时利用凸轮结构实现活塞缸内液压油空间的变化实现主轴上下往复直线运动，并且由于输入轴11与主轴1之间设有止转结构，主轴1随输入轴11一起旋转运动，仅需一组驱动电机即可驱动主轴旋转和直线运动，直线运动幅度由凸轮轨迹即可控制，结构设计简单巧妙，控制简单且灵活方便，极大地满足了电解加工机床主轴的运动需要。
接续图2所示，在本实施例中，小油缸14包括小油缸缸体14-1和小油缸活塞杆14-2，小油缸缸体14-1的一端加工有外螺纹，输入轴11的活塞缸侧壁加工有螺纹孔，小油缸缸体14-1与输入轴11的活塞缸通过螺纹连接，小油缸活塞杆14-2与小油缸缸体14-1通过活塞配合，且小油缸活塞杆14-2穿过小油缸缸体14-1后与下凸轮7和上凸轮9的凸轮轮廓相配合，当小油缸活塞杆14-2被凸轮挤压时，小油缸活塞杆14-2压缩输入轴11的活塞缸空间，从而驱动主轴1伸缩运动。上述的小油缸14结构简单，安装方便。为了保证小油缸活塞杆14-2在凸轮上运动更加顺畅，在下凸轮7和上凸轮9的凸轮轮廓上均具有滑槽，小油缸14的小油缸活塞杆14-2端部设有与上述的滑槽相配合的滚珠14-3，利用滚珠14-3与凸轮轮槽配合，减小了摩擦阻力，动力传递效率高，传动更加稳定可靠。
如图3所示，在本实施例中优选地，上凸轮9和下凸轮7的凸轮轮廓形状相同，其休程轮廓7-1和工作行程轮廓7-2均为半圆形，且休程轮廓7-1和工作行程轮廓7-2连接处采用弧形平滑过渡，采用上述凸轮轮廓，主轴1转动一圈同时往复振动一次，满足了电解加工机床主轴的运动需要，并且采用液压来驱动主轴1上下运动，具有液压传动的诸多优点。上述的上凸轮9和下凸轮7的两端还设有安装耳(如图1所示)，上凸轮9和下凸轮7均通过螺钉固定在箱体4内。另外，为了便于两组小油缸14的安装，在本实施例中优选地，上凸轮9和下凸轮7在箱体4内的凸轮轮廓相位相同，与上凸轮9和下凸轮7相配合的两组小油缸14在输入轴11的活塞缸上的安装位置互呈180°，两组小油缸14在活塞缸上的布置更加合理，使活塞缸的转动更加平稳，降低了直线-旋转复合运动装置的抖动。
返回图1所示，本实施例的一种电解加工机床主轴用直线-旋转复合运动装置，其输入轴11通过输入轴轴承10安装于箱体4的上端盖13上，上端盖13上还设有用于固定输入轴轴承10的轴承盖12；主轴1通过推力球轴承18安装于箱体4上，且推力球轴承18与输入轴11的活塞缸端盖6之间还设有套设于主轴1上的轴套5，使整个直线-旋转复合运动装置结构简单紧凑，运动平稳可靠。上述的止转结构包括安装于输入轴11的活塞缸内的止转环16，止转环16内设有止转槽16-1(如图5所示)，主轴1上设有与上述的止转槽16-1相配合的止转台1-1(如图4所示)，上述的止转槽16-1可采用平面结构，止转台1-1也采用相配合的平面结构，加工制作简单方便。输入轴11的活塞缸端盖6与主轴1通过端盖密封圈17密封配合，可将止转环16安装于活塞缸的端盖6上，并且保证止转槽16-1与止转台1-1的配合行程大于主轴1的上下运动行程。为了保证主轴1运动更加平稳，箱体4的下端盖3上设有与主轴1相配合的直线滚珠法兰2，进一步提高了主轴1旋转和直线运动的稳定性。此外，为了满足电解加工机床主轴通入电解液的需要，在箱体4上还安装有通水环19，通水环19的两边设有安装耳，通过螺栓将通水环19固定在箱体4上；如图6所示，通水环19内侧设有一圈通水环槽19-1，通水环槽19-1与主轴1上的水道相连通，通水环19上还设有一连通通水环槽19-1的通水口19-2，通水环19内侧位于通水环槽19-1的两侧还设有密封圈安装槽19-3，密封圈安装槽19-3内设有与主轴1密封配合的密封圈。
参见图1所示，本实施例的一种电解加工机床主轴用直线-旋转复合运动装置，其工作过程如下：输入轴11旋转带动主轴1旋转，同时两组小油缸14在上凸轮9和下凸轮7中配合运动来驱动主轴1上下运动。具体而言，输入轴11在外部驱动电机带动下旋转，通过止转结构驱动主轴1做旋转运动；在输入轴11转动的同时，其上的两组小油缸14在对应的凸轮上转动，此时两组小油缸14的小油缸活塞杆14-2在上凸轮9和下凸轮7的凸轮轮廓上交替伸缩运动，从而使得输入轴11的活塞缸内的液压油15驱动主轴1往复上下运动，实现主轴1边旋转边上下往复振动的复合运动。
本发明的一种电解加工机床主轴用直线-旋转复合运动装置，巧妙地将输入轴与主轴利用活塞缸结构连接，同时利用凸轮结构实现活塞缸内液压油空间的变化实现主轴上下往复直线运动，并且由于输入轴与主轴之间设有止转结构，主轴随输入轴一起旋转运动，仅需一组驱动电机即可驱动主轴旋转和直线运动，直线运动幅度由凸轮轨迹即可控制，结构设计简单巧妙，控制简单且灵活方便，极大地满足了电解加工机床主轴的运动需要。
以上示意性地对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性地设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。