专利名称：虚拟回转中心的环面蜗杆数控机床的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种环面蜗杆数控机床，是一种虚拟回转中心的环面蜗杆数控机床。
背景技术：
蜗杆传动是机械装备中常用的主要机械传动之一，它主要具有传动比范围
宽(通常一级传动比即可达5 100)、结构紧凑、体积小、运动平稳、噪声低等特点，在传动系统中，对上游误差有縮敛作用，因而常用于精密圆分度机构中。
蜗杆传动主要包括圆柱蜗杆传动、环面蜗杆传动和锥蜗杆传动；环面蜗杆传动如平面包络环面蜗杆传动、锥面包络环面蜗杆传动、直廓环面蜗杆传动等，还因其具有更高的承载能力、传动效率，寿命长，平均分度误差小等优越性，更适合应用于重要的场合，如各种冶金、矿山、采油、煤矿、化工、船舶、轨道交通、火炮、电梯以及通用设备等。
圆环面蜗杆又可细分为凹环面和凸环面两种，其齿部的加工有别于圆柱蜗杆，加工时，蜗杆工件绕自身轴线作回转运动，而切削或磨削蜗杆螺纹齿的工具则绕距蜗杆轴线一定垂直距离的轴线按一定的传动比作回转运动。
现有技术中，环面蜗杆齿纹切削或磨削加工， 一般在用滚齿机或车床改装的专机上进行。
以上加工存在下列缺陷
1.加工圆柱蜗杆、圆锥蜗杆、凹圆环面蜗杆、凸圆环面蜗杆这四类蜗杆所用机床一般不具备通用性，尤其是加工圆锥蜗杆、凹圆环面蜗杆、凸圆环面蜗杆，需分别在各自的专机上进行。
42. 各类蜗杆加工机床的功能一般比较单一，车削、铣削、磨削一般需在不同的机床上分别进行。
3. 所有环面蜗杆加工机床，当加工凹圆环面蜗杆时，其工具台回转轴与蜗杆轴线的实际中心距，均必须不小于所加工的凹圆环面蜗杆与相配的蜗轮组成的蜗杆传动的中心距，机床的纵、横向尺寸都很大，不但占地大，笨重，而且极不经济；此外，若用现有滚齿机改装专机，虽能满足中心距的要求，但不能满足蜗杆长度要求；若用现有车床改装专机，虽能满足蜗杆长度要求，但不能满足中心距要求。
因此，需要一种环面蜗杆数控机床，能够实现以小中心距的机床加工大中心距圆环面蜗杆，造价低，结构紧凑、占用空间小，具有通用性，可在加工蜗杆时一机多用。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型的目的是提供一种虚拟回转中心的环面蜗杆数控机床，能够縮小机床的纵、横向尺寸，造价低，结构紧凑、占用空间小；可用于加工所有类型的蜗杆，通用性强， 一机多用。
本实用新型的虚拟回转中心的环面蜗杆数控机床，包括床身、主轴系统、工具台纵向进给系统、工具台横向进给系统和控制系统，所述主轴系统、工具台纵向进给系统和工具台横向进给系统由控制系统进行控制，还包括工具台回转系统，所述工具台回转系统包括回转驱动电机和回转变速传动机构，所述回转变速传动机构动力输入端与回转驱动电机相连，动力输出端与工具台相连，驱动工具台绕垂直于横向进给方向和纵向进给方向的轴线旋转；所述工具台回转系统由控制系统进行控制。
进一步，所述回转变速传动机构包括蜗轮和与其配合的蜗杆，所述蜗杆与回转驱动电机相连，蜗轮以在圆周方向上固定的方式设置在蜗轮轴上，所述蜗轮轴与工具台在圆周方向上固定连接；进一步，所述工具台纵向进给系统为纵向驱动电机驱动的纵向滚珠丝杠结构，工具台横向进给系统为横向驱动电机驱动的横向滚珠丝杠结构，工具台横向进给系统设置在工具台纵向进给系统的纵向移动部件上，工具台回转系统设
置在工具台横向进给系统的横向移动部件上；
进一步，所述纵向移动部件包括与纵向滚珠丝杠配合的纵向移动螺母、与纵向移动螺母固定连接的纵向移动溜板箱和固定设置在纵向移动溜板箱上的纵向移动溜板；所述横向移动部件包括与横向滚珠丝杠配合的横向移动螺母和与横向移动螺母固定连接的横向移动溜板箱；所述横向移动溜板箱通过横向滑移轨道设置在纵向移动溜板上；还包括蜗轮箱，所述回转驱动电机和蜗轮箱设置在横向移动溜板箱上，蜗轮和蜗杆配合副安装在蜗轮箱内；
进一步，所述主轴系统包括主轴电机、主轴和工件夹具，所述主轴电机通过传动链驱动主轴带动工件夹具旋转；
进一步，主轴电机、纵向驱动电机、横向驱动电机和回转驱动电机均为伺服电机；
进一步，所述工具台上安装车刀架、铣头或磨头。
本实用新型的有益效果是本实用新型的虚拟回转中心的环面蜗杆数控机床，采用工具台回转系统，驱动工具台绕垂直于横向进给方向和纵向进给方向的轴线旋转，使工具台在纵向进给和横向进给的基础上实现自转和公转，加上工件的转动，符合常用的圆弧回转面蜗杆即凹圆环面蜗杆或凸圆环面蜗杆螺纹的形成原理，实现了用小中心距的机床加工大中心距环面蜗杆的目的，机床的横向尺寸大大减小，占地小，费用省，有效地降低生产成本；本实用新型四个运动可以进行单动控制，也可以任意组合进行联动控制，因此可用于加工所有类型的蜗杆，通用性强， 一机多用。
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步描述。
图1为本实用新型的结构示意图2为图1的俯视图3为本实用新型控制原理图4为本实用新型利用虚拟回转中心功能加工凹圆环面蜗杆的原理图;图5为本实用新型利用虚拟回转中心功能加工凸圆环面蜗杆的原理图。
具体实施方式
图l为本实用新型的结构示意图，图2为图1的俯视图，如图所示本实施例的虚拟回转中心的环面蜗杆数控机床，包括床身1、主轴系统、工具台纵向
进给系统、工具台横向进给系统和控制系统28，主轴系统、纵向进给系统和横向进给系统由控制系统28控制；本实施例中，主轴系统包括主轴电机IO、主轴12和工件夹具13，所述主轴电机10和传动链11设置在主轴箱2内，通过传动链11驱动主轴12带动工件夹具13旋转，工作时，工件14通过工件夹具13夹紧，后端通过尾座15顶住，保证加工时的稳定性；工具台纵向进给系统为纵向驱动电机16驱动的纵向滚珠丝杠结构，包括纵向滚珠丝杠17、与纵向滚珠丝杠17配合的纵向移动螺母18、与纵向移动螺母18固定连接的纵向移动溜板箱4、固定设置在纵向移动溜板箱4上的纵向移动溜板5和纵板箱3内的纵向驱动电机16，所述纵向移动溜板箱4以可纵向移动的方式设置在纵向导轨19上；工具台横向进给系统为横向驱动电机20驱动的横向滚珠丝杠结构，包括横向滚珠丝杠21、与横向滚珠丝杠21配合的横向移动螺母22、与横向移动螺母22固定连接的横向移动溜板箱7和设置在横轴箱6内的横向驱动电机20;横向移动溜板箱7通过横向滑移轨道23设置在纵向移动溜板5上；
还包括工具台回转系统，工具台回转系统设置在工具台横向进给系统的横向移动部件上，包括回转驱动电机24和回转变速传动机构；本实施例中，回转变速传动机构包括精密蜗轮26和与其配合的精密蜗杆25，传动精确，无振动，便于操作和控制；精密蜗杆25与回转驱动电机24相连，精密蜗轮26以在圆周方向上固定的方式设置在蜗轮轴上，蜗轮轴与工具台9在圆周方向上固定连接，驱动工具台9绕垂直于横向进给方向和纵向进给方向的轴线旋转；工具台回转系统由控制系统28进行控制，完成自转；本实施例的精密蜗轮26和精密蜗杆25配合副安装在蜗轮箱8内，回转驱动电机24和蜗轮箱8设置在横向移动溜板箱7上。
本实施例中，主轴电机IO、纵向驱动电机16、横向驱动电机20和回转驱动电机24均为伺服电机，传动精确，便于操控；本实施例的工具台9上可以安装车刀架、铣头或磨头，本实用新型便可分别用于制成加工环面蜗杆的车削或铣削或磨削数控机床。
图3为本实用新型控制原理图，如图所示29为工具台纵f^位移传感器、30为工具台横向位移传感器、31为工件检测位移传感器、32为工具台回转检测传感器；上述传感器检测相关信号后将信号传入控制系统28，控制系统28根据信号发出指令，驱动主轴电机10、纵向驱动电机16、横向驱动电机20和回转驱动电机24完成单动或联动，从而完成工件加工过程。
图4为本实用新型利用虚拟回转中心功能加工凹圆环面蜗杆的原理图，图5为本实用新型利用虚拟回转中心功能加工凸圆环面蜗杆的原理图，如图所示工件14绕其轴线以角速度w、回转(图中A向)，此时，固定在工具台9上的直刃刀具27随工具台9在工具台回转系统的驱动下以角速度化绕回转(图中Y向)，通过X， Z联动，沿着一圆弧曲线轨迹运动，实现以O为圆心的圆弧运动，使直刃刀具27保持与以圆心为0、半径为rb的基圆相切；这样，直线刀刃27在蜗杆上形成的轨迹面，就是直廓环面蜗杆的螺旋齿面；本实用新型是将直线刀刃27以^绕0回转的运动，等效地分解为如下运动直线刀刃27以o;。随工具台9绕
中心(9。作回转运动(Y向)和由工具台9的回转中心通过横向(X向)平移和纵向(Y向)平移合成以O为圆心的圆弧运动。此时的机床实际加工中心距at远小于设计和理论要求的中心距a,实现了用小中心距加工制造大中心距环面蜗杆的目的，大大减小机床的横向尺寸。
当只让A、 X、 Z三轴联动时，该机床便可用于加工圆锥蜗杆；也适合于加工复杂回转曲面零件；当只让A、Z两轴联动时，该机床便可用于加工圆柱蜗杆;也适合于加工圆柱面或圆柱螺纹类零件，因而，本实用新型通用性比较强。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。
权利要求1. 一种虚拟回转中心的环面蜗杆数控机床，包括床身(1)、主轴系统、工具台纵向进给系统、工具台横向进给系统和控制系统(28)，所述主轴系统、工具台纵向进给系统和工具台横向进给系统由控制系统(28)进行控制，其特征在于还包括工具台回转系统，所述工具台回转系统包括回转驱动电机(24)和回转变速传动机构，所述回转变速传动机构动力输入端与回转驱动电机(24)相连，动力输出端与工具台(9)相连，驱动工具台(9)绕垂直于横向进给方向和纵向进给方向的轴线旋转；所述工具台回转系统由控制系统(28)进行控制。
2. 根据权利要求1所述的虚拟回转中心的环面蜗杆数控机床，其特征在于 所述回转变速传动机构包括蜗轮(26)和与其配合的蜗杆(25)，所述蜗杆(25) 与回转驱动电机(24)相连，蜗轮(26)以在圆周方向上固定的方式设置在蜗 轮轴上，所述蜗轮轴与工具台(9)在圆周方向上固定连接。
3. 根据权利要求2所述的虚拟回转中心的环面蜗杆数控机床，其特征在于 所述工具台纵向进给系统为纵向驱动电机(16)驱动的纵向滚珠丝杠结构，工 具台横向进给系统为横向驱动电机(20)驱动的横向滚珠丝杠结构，工具台横 向进给系统设置在工具台纵向进给系统的纵向移动部件上，工具台回转系统设 置在工具台横向进给系统的横向移动部件上。
4. 根据权利要求3所述的虚拟回转中心的环面蜗杆数控机床，其特征在于 所述纵向移动部件包括与纵向滚珠丝杠(17)配合的纵向移动螺母(18)、与纵 向移动螺母(18)固定连接的纵向移动溜板箱(4)和固定设置在纵向移动溜板 箱(4)上的纵向移动溜板(5);所述横向移动部件包括与横向滚珠丝杠(21) 配合的横向移动螺母(22)和与横向移动螺母(22)固定连接的横向移动溜板 箱(7);所述横向移动溜板箱(7)通过横向滑移轨道设置在纵向移动溜板(5) 上；还包括蜗轮箱(8)，所述回转驱动电机(24)和蜗轮箱(8)设置在横向移动溜板箱(7)上，蜗轮(26)和蜗杆(25)配合副安装在蜗轮箱(8)内。
5. 根据权利要求4所述的虚拟回转中心的环面蜗杆数控机床，其特征在于: 所述主轴系统包括主轴电机(10)、主轴(12)和工件夹具(13)，所述主轴电 机(10)通过传动链(11)驱动主轴(12)带动工件夹具(13)旋转。
6. 根据权利要求5所述的虚拟回转中心的环面蜗杆数控机床，其特征在于: 主轴电机(10)、纵向驱动电机(16)、横向驱动电机(20)和回转驱动电机(24) 均为伺服电机。
7. 根据权利要求6所述的虚拟回转中心的环面蜗杆数控机床，其特征在于 所述工具台(9)上安装车刀架、铣头或磨头。
专利摘要本实用新型公开了一种虚拟回转中心的环面蜗杆数控机床，包括床身、主轴系统、工具台纵向进给系统、工具台横向进给系统和控制系统，还包括工具台回转系统，工具台回转系统包括回转驱动电机和回转变速传动机构，回转变速传动机构动力输入端与回转驱动电机相连，动力输出端与工具台相连，驱动工具台绕垂直于横向进给方向和纵向进给方向的轴线旋转；主轴系统、工具台纵向进给系统、工具台横向进给系统和工具台回转系统由控制系统进行控制，本实用新型符合常用的圆弧回转面蜗杆的形成原理，可实现了用小中心距的机床加工大中心距环面蜗杆的目的，减小机床的横向尺寸，占地面积小，有效地降低生产成本；可用于加工所有类型的蜗杆，通用性强。
文档编号B23F13/00GK201267903SQ20082010010
公开日2009年7月8日 申请日期2008年9月25日 优先权日2008年9月25日
发明者张光辉, 黎亚元 申请人:重庆大学