专利名称：用于摆头的双导程蜗轮蜗杆消隙装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及机械加工设备，该消隙装置适用于各种摆头机构的消隙及驱动。 技术背景近年来，随国家经济建设健康高速发展，我国数控机床技术得到了快速发展和长 足进步，但和国际先进水平相比还有相当大差距。在国内数控机床市场中，国内企业占有份 额较少，产品主要集中在经济型、普通型等低档数控机床产品领域，而高档数控机床，特别 是五坐标联动、大型数控机床的市场份额为国外品牌所占领。机床工业的现状致使我国航 空结构件数控加工装备长期以来以国外进口设备为主，尤以带AB轴摆头结构的五轴加工 中心等高技术关键装备接近100%依赖进口。由于这类设备采购时必须向设备生产国申请 许可证，设备的获取性受国际政治因素影响很大，经常出现关键重要设备采购延误或采购 不到而影响到飞机制造企业的科研和生产任务的完成。当今常用的摆头的驱动结构有齿轮齿圈式、伸缩支链式和双段蜗轮蜗杆式。而此 三种常用的结构都有些致命的缺点定位精度差；结构复杂，系统要求高；侧隙调整难和蜗 杆发热大等。
发明内容本新型的目的是提供一套用于摆头的双导程蜗轮蜗杆消隙装置，适用于各种摆头 机构的消隙及驱动，可满足摆头的摆轴快速摆动，扭矩大，刚性强的要求，解决了带摆头的 高速五轴加工中心摆头消隙的瓶颈问题。用于摆头的双导程蜗轮蜗杆消隙装置，适用于各种摆头机构的消隙及驱动，其特 征在于采用双导程蜗杆结构，伺服电机固定在框架上，蜗轮蜗杆安装在框架中，摆动件与蜗 轮固定为一体在双导程蜗杆的驱动下实现摆动，双导程蜗杆采用固定-浮动的支撑方式， 双导程蜗杆两端各有一组球轴承定位在支撑套并定位在框架里，双导程蜗杆浮动端的末端 通过胀紧套连接带轮、齿形带至伺服电机；双导程蜗杆固定端的球轴承两侧还各自设置推 力球轴承并锁紧固定端，实现轴向止推；在双导程蜗杆两端端盖、支撑套及蜗轮上下面与骨 架密封件的边缘均安装密封圈，形成一个封闭腔，在此腔中充满蜗轮蜗杆油实现润滑。此双导程蜗轮蜗杆消隙装置在摆头结构中的应用能够实现的效果①双导程蜗轮 蜗杆的间隙调整技术，②蜗轮轴向位置公差士0. 02mm ；③双导程蜗轮蜗杆的温度抑制，蜗 杆在齿厚增加的相反方向的消隙调节控制在0.02mm以内。降速比大，可达到120 1、结构 紧凑、工作平稳、无噪音、抑制发热的特点，更有侧隙调整方便且可以调至很小的优点。适用 于航空复杂结构件加工中的摆头结构，从而打破国外的垄断和技术封锁，对提高我国航空 工业水平具有重要的战略意义。
附图1是双导程蜗轮蜗杆驱动结构在一种摆头结构中的应用示意图；[0008]附图2是图1摆头中的双导程蜗轮蜗杆驱动结构剖面示意图；附图3是摆头双导程蜗轮蜗杆传动俯视具体实施方式
本设计的用于摆头的用于摆头的双导程蜗轮蜗杆消隙装置在摆头上的安装位置 如图ι所示，伺服电机1固定在框架2上，消隙装置中的双导程蜗杆12定位在框架2里，蜗 轮23通过蜗轮圆周上的螺钉与摆动件3连为一体，摆动件3包括图1所示的几部分，在双导 程蜗杆12的驱动下实现摆动。图2所示的是图1中框架2内部的双导程蜗轮蜗杆驱动结 构的剖面，位于中心的双导程蜗杆12采用固定-浮动的支撑方式，图2中伺服电机1连接 摆头动力上的大带轮，大带轮通过齿形带4带动小带轮7，小带轮7通过胀紧套5固定在双 导程蜗杆12浮动端B的末端，双导程蜗杆12的浮动端B有一组球轴承11定位在浮动端支 撑套10、另一固定端A有球轴承15定位在固定端支撑套14中，两支撑套固定在框架2内， 浮动端B端盖9和固定端A端盖22分别固定在浮动端支撑套10和固定端支撑套14上，并 分别由浮动端卡簧6和固定端卡簧16定位在双导程蜗杆12上；双导程蜗杆12固定端的球 轴承15两侧设置推力球轴承13和推力球轴承19、锁紧螺母21锁紧固定端A，实现轴向止 推；在浮动端B的端盖9、浮动端B支撑套10和固定端A端盖22、固定端A支撑套14及蜗 轮23上、下面与骨架密封件8边缘均安装密封圈，形成一个封闭腔，在此腔中充满蜗轮蜗杆 油实现润滑。此双导程蜗轮蜗杆消隙装置关键在于①保证蜗轮蜗杆啮合的中心距为 280士0. 02mm ；②蜗轮轴向位置公差士0. 02mm ；③蜗杆在齿厚增加的相反方向的消隙调节 控制在0. 02mm以内。图3中的箭头方向C为齿厚增加的方向。装配上述双导程蜗轮蜗杆的消隙结构，其特征在于设定蜗轮蜗杆传动比，给出框 架2加工参数，蜗轮蜗杆啮合的中心距和蜗轮轴向位置公差通过框架2的精密加工来保证； 计算并给出蜗轮蜗杆的加工参数，加工出的蜗轮蜗杆驱动摆轴的摆动扭矩为4000N.m，选 定电机和蜗轮蜗杆传动比120 1 ；轴向消隙的调整距离为5mm ；根据这些要求委托蜗轮蜗 杆制造厂家按图纸要求进行加工，并要求机加蜗轮蜗杆的轴向位置公差应保证蜗杆轴向串 动1mm，蜗轮蜗杆间的传动间隙径向变化0. 03mm,以消除蜗轮23和双导程蜗杆12的侧隙， 侧隙调整目标为0. 02mm以内，通过计算0. 02X1/0. 03 0. 67mm，得出调整垫的厚度应该 比理论值大0. 67mm，用调整垫17调整径向范围为5mm，垫每调整径向1mm，轴向间隙可变化 0. 03mm,以此为原则，调整到一个大致位置是，通过蜗轮蜗杆的摆动，用百分表可测出间隙， 与计算对比，最终以测出的结果为准，只用调整垫就能保证侧隙调至0. 02mm以内。为了保证双导程蜗轮蜗杆传动正确啮合，还需要靠蜗轮下面的蜗轮调整垫M进 行双导程蜗杆12的径向啮合调整，通过三坐标测量和用铅粉研蜗轮蜗杆的分析啮合情况， 使此间隙调至士0. 02mm以内；在固定端支撑套14外周安置调整垫17，以调整消除双导程 蜗杆轴向侧隙，调整垫17的调整范围为< 5mm，根据蜗轮蜗杆的加工要求垫每调整1mm，轴 向间隙可变化0. 03mm，故间隙的调整范围在5X0. 03 = 0. 15mm之内。为保证蜗杆副的耐磨性及寿命，蜗杆副采用了具有硬度和耐磨性好的合金材料； 润滑油采用N320蜗轮蜗杆油，附着力大，减小了双导程蜗轮蜗杆磨损比较大的缺点。这套 双导程蜗轮蜗杆装置摆动扭矩可达到4000N.m，摆速可达到IOrpm，适用于大扭距，高速切削加工的五轴联动加工中心。 作业状态伺服电机通过大带轮带动齿形带4，带动小带轮7旋转，小带轮4在胀 紧套5的作用下与双导程蜗杆12固定，通过胀紧套5带动双导程蜗杆12转动，双导程蜗杆 12在球轴承11和15的支撑下转动，在推力球轴承13和19支撑下克服蜗轮蜗杆传动中的 轴向力，双导程蜗杆12带动蜗轮23传动，蜗轮转动实现了摆轴的摆动。整个传动采用图3 所示的支撑结构，固定端A通过一组推力轴承实现轴向止推，一组球轴承实现支撑，浮动端 B也是依靠一组球轴承实现支撑，这种支撑易于释放蜗轮蜗杆传动中发热产生的热伸长。
权利要求1.一种用于摆头的双导程蜗轮蜗杆消隙装置，适用于各种摆头机构的消隙及驱动，其 特征在于采用双导程蜗杆结构，伺服电机固定在框架上，蜗轮与摆动件连为一体，在双导程 蜗杆驱动下实现摆动；双导程蜗杆采用固定-浮动的支撑方式，双导程蜗杆两端各有一组 球轴承定位在支撑套上，支撑套定位在框架里，双导程蜗杆浮动端的末端通过胀紧套连接 带轮、齿形带至伺服电机；双导程蜗杆固定端的球轴承两侧还各自设置推力球轴承并锁紧 固定端，实现轴向止推；在双导程蜗杆两端端盖、支撑套及蜗轮上下面与骨架密封件的边缘 均安装密封圈，形成一个封闭腔，在此腔中充满蜗轮蜗杆油实现润滑。
2.根据权利要求1所述的用于摆头的双导程蜗轮蜗杆消隙装置，其特征在于伺服电机 (1)连接大带轮，大带轮通过齿形带(4)带动小带轮(7)，小带轮(7)通过胀紧套(5)固定 在双导程蜗杆(1 浮动端B的末端，双导程蜗杆(1 的浮动端有一组球轴承(11)定位在 浮动端B支撑套(10)、另一固定端有球轴承(1 定位在固定端A支撑套(14)中，两支撑套 固定在框架O)内，浮动端B端盖(9)和固定端A端盖0 分别固定在浮动端支撑套(10) 和固定端支撑套(14)上，并分别由浮动端B卡簧(6)和固定端A卡簧(16)定位在双导程 蜗杆(1 上；双导程蜗杆(1 固定端A的球轴承(1 两侧设置推力球轴承(1 和推力 球轴承(19)、锁紧螺母锁紧固定端，实现轴向止推。
专利摘要用于摆头的双导程蜗轮蜗杆消隙装置，伺服电机、蜗轮蜗杆安装在框架中，其特征在于摆动件与蜗轮固定为一体在双导程蜗杆的驱动下实现摆动，而双导程蜗杆的固定端及浮动端在各自的球轴承支撑下转动，固定端的球轴承两端还有推力球轴承，实现固定端的轴向止推，通过调整垫实现驱动机构的轴向和径向消隙；在双导程蜗杆两端盖、支撑套及蜗轮上下面与骨架密封件的边缘均安装密封圈，形成一个封闭腔。加工出的摆轴的摆动扭矩为4000N.m，选定电机和蜗轮蜗杆传动比120∶1；轴向消隙的调整距离为5mm；装配上述结构后调整轴向消隙的调整距离达设计参数0.15mm之内。优点①双导程蜗轮蜗杆在摆头结构中的应用；②双导程蜗轮蜗杆的间隙调整技术；③双导程蜗轮蜗杆的温度抑制技术。
文档编号B23Q5/56GK201841430SQ20102055505
公开日2011年5月25日 申请日期2010年9月29日 优先权日2010年9月29日
发明者严昊明, 刘宗际, 刘峰, 吴淑琴, 孙中权, 孟宪君, 尹晓霞, 杨丽敏, 贺鑫元, 赵国涛, 金晓红, 马德鹏, 高长才 申请人:中捷机床有限公司