专利名称：多重扭力电机驱动的齿轮式摇摆主轴头的制作方法
技术领域：
本发明关于一种多重扭力电机驱动的齿轮式摇摆主轴头，特别是一种多重扭力电 机彼此间可进行同步动作的协调控制，借以达成电子式机械间隙消除机能，且齿轮系统的 所有间隙均可因此一机能完全消除，并减少输出功率的损耗，此外，其多重扭力电机的其中 至少一组，可在其轴心上再加装旋转编码器，以增强同步动作的协调控制效果。
背景技术：
今日工具机CNC(电脑数值控制)控制器的运算速度大幅提升，加上CAD/CAM(电 脑辅助设计制造)软件技术不断进步，使得多轴加工技术蓬勃发展。有鉴于过去摇摆主轴 头采用伺服电机时，倍感扭力不足，或因空间限制，须以蜗轮蜗杆，搭配皮带轮等减速装置， 放大扭力输出与节省空间，而蜗轮大部分为铜质材料，易发生磨耗现象，导致间隙超过容许 值，因此有扭力电机(Torque motor)直接驱动摇摆主轴头的技术，简称为直驱式扭力电机 设计，然而直驱式扭力电机设计虽然具备低转速高扭力特性，但欲提升扭力输出时，整体的 体积会随着电机扭力规格的增加而大幅加大。如何避免体积增加并降低成本，是业界及相 关技术领域目前面临的重要课题。针对已有专利而言，例如美国专利US5584621《Direct drive multiple axes rotary spindle head for milling machine》，其内部的两侧各设有一组扭力电机，当摇摆 的扭力输出欲提高时，必须直接加大扭力电机，导致成本增加。又如美国专利 US 7470095 《Mobile milling head with torque motor drive》， 仅借由一个驱动齿轮与一个从动齿轮构成其摇摆的减速系统，纵使其从动齿轮分为两片， 借由相对旋转调整可减少间隙，但并非齿轮的任一齿都可达成此效果，此外，由于从动齿轮 是由两片结合而成，因此当从动齿轮承受较大扭力时，较易发生松脱现象，机械可靠度低。
发明内容
有鉴于传统技术的缺失，本发明提出一种多重扭力电机驱动的齿轮式摇摆主轴 头，其多重扭力电机彼此间可进行同步动作的协调控制，借以达成电子式机械间隙消除机 能，且齿轮系统的所有间隙均可因此一机能完全消除，并减少输出功率的损耗，此外，其多 重扭力电机的其中至少一组，可在其轴心上再加装旋转编码器，以增强同步动作的协调控 制效果。为达到上述目的，本发明提出一种多重扭力电机驱动的齿轮式摇摆主轴头，包括 一主轴、多个扭力电机及一减速齿轮组；该主轴沿其径向的相对两侧分别设有一第一摇摆 心轴以及一第二摇摆心轴，该第一摇摆心轴及该第二摇摆心轴具有一共同的轴线；该多个 扭力电机，设置在该主轴径向的一侧；该减速齿轮组设置在该主轴径向的另一侧，该减速齿 轮组由多个驱动齿轮以及一从动齿轮构成，且该驱动齿轮由两片副齿轮重叠构成，该驱动 齿轮的数量与该扭力电机的数量相同，该驱动齿轮与相对应的扭力电机之间设有转子心轴 相互连接，该从动齿轮与该主轴的第二摇摆心轴相结合。
为使本发明的结构目的和功效有更进一步的了解与认同，以下配合附图详细说 明。
图1为本发明的外观结构立体图。图2为本发明取下盖体后显示其内部扭力电机的结构立体图。图3为本发明取下盖体后显示其内部减速齿轮组的结构立体图。图4为图2的正视结构图。图5为图3的正视结构图。图6为图1的A-A剖视结构图。附图中标号说明100-多重扭力电机驱动的齿轮式摇摆主轴头10-主轴Ila-第一摇摆心轴lib-第二摇摆心轴12-轴承20-轴座本体21-第一空间22-第二空间23、24-盖体邪-接口26-螺栓30-角度编码器40-制动装置50-扭力电机51-定子52-转子53-转子心轴54-支撑轴承55-旋转编码器60-减速齿轮组61-驱动齿轮61a,61b-副齿轮62-从动齿轮70-刀具C-轴线
具体实施例方式
以下将参照附图来描述本发明为达成目的所使用的技术手段与功效，而以下附图所列举的实施例仅为辅助说明，以利了解，但本案的技术手段并不限于附图所列举的。请参阅图1所示，本发明所提供的多重扭力电机驱动的齿轮式摇摆主轴头100，其 包括一主轴10，该主轴10可用以夹持一刀具70，该刀具70作为切削加工之用。请参阅图1至图3及图6所示，在该主轴10的顶部设有一轴座本体20，该轴座本 体20跨设在该主轴10顶部(如图6所示)，并在该主轴10径向的相对两侧各形成一第一 空间21以及一第二空间22，在该第一空间21内设有多个扭力电机50，在该第二空间22内 设有一减速齿轮组60。在该第一空间21及该第二空间22之外部分别设有一盖体23、24， 借由螺栓沈分别将该盖体23J4锁固在该轴座本体20的第一空间21及该第二空间22的 外部，可覆盖该扭力电机50及该减速齿轮组60，兼具有保护及美观功能。该轴座本体20的 制造方法可为一体成型，或由数个部件组合构成，在该轴座本体20顶部设有一接口 25，经 由该接口 25固定或与旋转元件(图中未示出)结合到立式或卧式工具机，以达成单轴摇摆 加工或万向加工的功能。请参阅图1至图3及图6所示，在该主轴10径向相对的两侧分别设有一第一摇摆 心轴11a、一第二摇摆心轴11b，该第一摇摆心轴11a、第二摇摆心轴lib具有一共同轴线C， 该第一摇摆心轴11a、第二摇摆心轴lib分别穿设在该轴座本体20的该第一空间21及该 第二空间22内，在该第一摇摆心轴11a、第二摇摆心轴lib上各设有至少一轴承12，借由该 轴承12可使该第一摇摆心轴11a、第二摇摆心轴lib相对于该轴座本体20进行摇摆运动。 此外，在该第一摇摆心轴11a、第二摇摆心轴lib的轴线C上设有一角度编码器30以及多个 制动装置40 (如图6所示)，在本实施例中，该角度编码器30设置在该第一空间21内，该制 动装置40设置在该第二空间22内，亦即，该角度编码器30及制动装置40分别设置在该主 轴10径向的相对两侧，然除此之外，该制动装置40亦可设置在该第一空间21内，该角度编 码器30亦可设置在该第二空间22内，该制动装置40的位置亦可为该角度编码器30的相 同侧，至于该制动装置40的数目，可以实际所需而设定至少一个。请参阅图2、图4、图6所示，该多个扭力电机50包括定子51及转子52，该定子51 呈中空圆形状，其由电磁线圈所构成，该定子51固锁在该轴座本体20上，该转子52亦呈中 空圆形状，其设置在该定子51内部，该转子52为磁性物质所构成，在电磁作用下可产生扭 矩；在该转子52内部设有转子心轴53，在该转子心轴53上设有至少一组支撑轴承54(如 图6所示)，以提高该转子心轴53的刚性与精度，此外，为增强同步动作的协调控制效果，可 在该多个扭力电机50的其中至少一组的转子心轴53设置旋转编码器55。请参阅图3、图5、图6所示，该减速齿轮组60包括多个驱动齿轮61以及一从动齿 轮62，该驱动齿轮61由重叠互锁的两片副齿轮61a、61b构成，该多个驱动齿轮61均与该 从动齿轮62相啮合，该驱动齿轮61的数目与该扭力电机50的数目相同，前述该扭力电机 50的转子心轴53除了连接该转子52之外，同时连接对应位置的该驱动齿轮61，而该从动 齿轮62设置在该第一摇摆心轴11a、第二摇摆心轴lib的轴线C上，与该第二摇摆心轴lib 相结合。请参阅图4至图6所示，该多个扭力电机50转动时，可同时驱动该驱动齿轮61， 并由该驱动齿轮61驱动该从动齿轮62，由于该驱动齿轮61由重叠互锁的两片副齿轮61a、 61b构成，借由该两片副齿轮61a、61b相对的旋转调整，可有效消除该驱动齿轮61与该从动 齿轮62间的间隙，而该从动齿轮62可驱动该第二摇摆心轴11b，使该第一摇摆心轴11a、第5二摇摆心轴lib的输出扭力放大数倍，进而驱动该主轴10，以使该主轴10达到摇摆加工的 目的，同时借由该角度编码器30可达到精确角度的定位，借由该制动装置40可提供该紧密 挟持定位的功能。综上所述，本发明提供的多重扭力电机驱动的齿轮式摇摆主轴头，其驱动齿轮由 两片副齿轮重叠构成，不仅可有效消除驱动齿轮与该从动齿轮间的间隙，同时可获得较高 的机械可靠度，此外，本发明利用数量相同的多个扭力电机搭配多个驱动齿轮，相较于传统 技术，在相同扭力输出要求下，本发明可大幅降低扭力电机及齿轮组的成本，再者，本发明 的扭力电机的任一组，可在其转子心轴上再加装旋转编码器，以增强同步动作的协调控制 效果，换句话说，本发明采用数个同步动作的扭力电机，搭配齿轮组以减速比放大扭力输 出，可达直驱式扭力电机设计的数倍，若欲提升扭力输出时，只要设变齿轮组的减速比即 可，不需加大扭力电机规格，整体的外观体积与制造成本均不会大幅增加。以上所述者，仅为本发明的实施例而已，当不能以此限定本发明所实施的范围。即 大凡依本发明权利要求所作的均等变化与修饰，均应仍属于本发明的范围。
权利要求
1.一种多重扭力电机驱动的齿轮式摇摆主轴头，包括一主轴，沿其径向的相对两侧分别设有一第一摇摆心轴以及一第二摇摆心轴，该第一 摇摆心轴及该第二摇摆心轴具有一共同的轴线；多个扭力电机，设置在该主轴径向的一侧；以及一减速齿轮组，设置在相对于该扭力电机的该主轴径向的另一侧，该减速齿轮组由多 个驱动齿轮以及一从动齿轮构成，且该驱动齿轮由两片副齿轮重叠构成，该驱动齿轮的数 量与该扭力电机的数量相同，该驱动齿轮与相对应的扭力电机之间设有转子心轴相互连 接，该从动齿轮与该主轴的第二摇摆心轴相结合。
2.根据权利要求1所述的多重扭力电机驱动的齿轮式摇摆主轴头，其中该第一摇摆心 轴及该第二摇摆心轴的轴线设有一角度编码器及至少一制动装置。
3.根据权利要求2所述的多重扭力电机驱动的齿轮式摇摆主轴头，其中该角度编码器 设置在该第一摇摆心轴的一侧，该制动装置设置在该第二摇摆心轴的一侧。
4.根据权利要求2所述的多重扭力电机驱动的齿轮式摇摆主轴头，其中该角度编码器 设置在该第一摇摆心轴或该第二摇摆心轴的同一侧。
5.根据权利要求2所述的多重扭力电机驱动的齿轮式摇摆主轴头，其中该制动装置设 置在该第一摇摆心轴或该第二摇摆心轴的同一侧。
6.根据权利要求1所述的多重扭力电机驱动的齿轮式摇摆主轴头，其还包括一轴座本 体，该轴座本体跨设在该主轴顶部，该轴座本体具有一第一空间以及一第二空间，该第一摇 摆心轴穿设在该第一空间内，且该多个扭力电机设置在该第一空间内，该第二摇摆心轴穿 设在该第二空间内，且该减速齿轮组设置在该第二空间内。
7.根据权利要求6所述的多重扭力电机驱动的齿轮式摇摆主轴头，其中该轴座本体的 第一空间及该第二空间的外部分别设有一盖体。
8.根据权利要求6所述的多重扭力电机驱动的齿轮式摇摆主轴头，其中该轴座本体的 顶部设有一接口，用以提供将该主轴头固定或与旋转元件结合到立式或卧式工具机。
9.根据权利要求6所述的多重扭力电机驱动的齿轮式摇摆主轴头，其中该轴座本体的 制造方法为一体成型，或由数个部件组合构成。
10.根据权利要求1所述的多重扭力电机驱动的齿轮式摇摆主轴头，其中该第一摇摆 心轴以及一第二摇摆心轴的侧边设有至少一轴承。
11.根据权利要求1所述的多重扭力电机驱动的齿轮式摇摆主轴头，其中该转子心轴 上设有至少一组支撑轴承。
12.根据权利要求1所述的多重扭力电机驱动的齿轮式摇摆主轴头，其中至少一转子 心轴设有一旋转编码器。
全文摘要
一种多重扭力电机驱动的齿轮式摇摆主轴头，包括一主轴、多个扭力电机及一减速齿轮组；该主轴沿其径向的相对两侧分别设有一第一摇摆心轴以及一第二摇摆心轴，该第一摇摆心轴及该第二摇摆心轴具有一共同的轴线；该多个扭力电机，设置在该主轴径向的一侧；该减速齿轮组设置在该主轴径向的另一侧，该减速齿轮组由多个驱动齿轮以及一从动齿轮构成，该驱动齿轮的数量与该扭力电机的数量相同，该驱动齿轮与相对应的扭力电机之间设有转子心轴相互连接，该从动齿轮与该主轴的第二摇摆心轴相结合。
文档编号B23B19/02GK102049533SQ200910208170
公开日2011年5月11日 申请日期2009年10月28日 优先权日2009年10月28日
发明者张恩生, 林清源, 许晋谋, 钟时彦 申请人:财团法人工业技术研究院