专利名称:螺齿差速直线运动机构的制作方法
本实用新型涉及机械直线进给运动和直线往复运动机构，是借助电气实现的机械的直线运动机构。
在现有技术中，能够实现直线进给运动和直线往复运动的机械机构，一般是使用螺旋机构、齿轮齿条机构、凸轮机构、摇杆机构和曲柄连杆机构等实现的。而使用这些机构完成直线运动，要使用较多的传动零件，通过较长的传动链，使其转速增减到一定范围中，才能使凸轮机构、摇杆机构和曲柄连杆机构按着预定的速度实现直线运动循环；而螺旋机构、齿轮齿条机构仅能实现单向机动进给，还不能自动实现循环工作。由于现有机构实现直线运动循环工作的困难，致使很多机床和机具仅仅具备机动进给而不能自动循环工作，例如通用机床中的车、钻、铣床类；有的仍保持手动进给方式，例如台钻。有的传动链过长，行程调整量小且调整困难，不适于多种产品零件的加工，如组合机床动力部件类。这就表现出这些机床与机具自动化水平低，传动效率低，加工工艺性差，制造成本高，很多钢铁浪费在传动零部件上，以及工人劳动强度大等。
镗杆机和搪瓦机的进给结构特点在于其结构简单，传动链短，给了本实用新型以启发。但它们仅能实现机动进给而不能完成直线运动循环工作，结构形式落后，使用范围不广。
液压、气动传动，数控和程控技术，自动化程度高且带来了新的问题，例如成本高，加工精度要求提高，以及受场合、条件的限制使用不方便等。
本实用新型是一种由齿轮、螺杆螺母和离合器组成的能够实现直线运动工作循环的直线运动机构。
研究本实用新型的目的，是提供一种新型直线运动机构，它不但传动另件少，传动链短，而且具备完成一般的直线运动自动循环工作的能力；也就是追求以最经济的结构形式实现一些机床的直线运动的自动化和半自动化，以缩小通用机床和自动机床的距离，从而产生具有中国特色的一代新型机床和组合机床动力部件。提高了进给精度，便于设计新型机具。使机床便于程控和数控。研究本实用新型的目的还在于探索机械机构的设计如同集成电路、液压集成块相类似的“机械集成块”的设计方向。
本实用新型是这样实现的，是以两个同轴轴套为主体，轴套孔中用键分别与带键槽的螺旋付相联系，其中一个轴套与螺杆相连，则另一个轴套与螺母相连；一个以上的中间轴与轴套上的两对以上齿轮付将动力按予定的传动比传给各轴套及其孔中的螺旋付；齿轮付上装有离合器，离合器的结合与分离，控制了各个齿轮付的动力的传递和断开，以此达到两轴套及其孔中的螺旋付之间在几种不同的转速和转动方向下转动，从而造成螺杆螺母之间的相对轴向直线位移和转动，利用这些位移和转动驱使执行元件完成予定的直线运动工作循环。这种工作循环可以是简单的工作循环，也可以是一般的工作循环；运动形式可以是连续运动，构成循环工作使用；也可以是断续的，在不构成循环工作状态下使用。驱使执行元件完成直线运动的可以是螺杆，也可以是螺母。离合器 根据使用条件可以安排在中间轴的齿轮上，也可以安排在轴套上的齿轮上。动力的输入，可以安排在轴套上，也可以安排在中间轴上，或者螺杆上。
图1是本实用新型的一个典型实施方案。
下面结合图1说明本实用新型的结构和实现直线运动工作循环的情况轴套〔1〕和轴套〔5〕处于同一中心线上，轴套〔1〕内孔中用键〔2〕与螺杆〔4〕连接；当轴套〔1〕转动时，螺杆〔4〕必然随轴套一起转动，同时螺杆在孔中还可以沿键〔2〕作轴向滑动。轴套〔5〕孔中用键〔6〕与螺母〔13〕连接，螺母〔13〕也必然跟随轴套〔5〕一起转动(根据使用条件，也可以让螺母〔13〕沿键〔6〕在轴套孔内滑动；当不需要螺母轴向移动的场合，螺母与轴套的连接方式可以用键，也可以用其他方式)；两轴套间的相互传动是通过齿轮付〔齿轮3和15；齿轮7和12；齿轮8和9〕经中间轴〔16〕联系起来的；此时，各轴套上的齿轮是固定在轴套上的，中间轴上的各齿轮是通过离合器〔10；11；14〕与中间轴联系的，当某一离合器分离时，则被该离合器控制的齿轮在中间轴上是空套着的，不起传动作用，而当该离合器结合时，则被控制的齿轮既“固定”在中间轴上了，将执行传动工作。
设动力由轴套〔1〕传入，当使离合器〔10；11〕同时结合，而离合器〔14〕分离时，由于这时轴套〔5〕上同时有两对不同齿数比的齿轮相啮合，造成该轴套及其孔中的螺母〔13〕被锁定，此时轴套〔1〕的动力只能传给其孔中的螺杆〔4〕，则螺杆每转动一转，将沿其轴线相对螺母〔13〕移动一个螺距，形成快速进给运动。其快进速度将由转速及螺距等因素的不同而被人为地按排在2～10米／分之间或者其他速度之间以适应工作要求；当离合器〔11；14〕同时结合而使离合器〔10〕分离时，被离合器〔11；14〕控制的齿轮付〔齿轮3和15；齿轮7和12〕将执行传动工作，依靠上述齿轮付的传动比造成两轴套〔1；5〕以及其孔中的螺旋付〔4；13〕同向转动而转速略有差别，产生螺杆〔4〕每一转相对螺母〔13〕有个适于工作进给速度的轴向位移量，形成工作进给运动。就是说，这时螺杆转动一转已经不是移动一个螺距的快速运动，而成为工作进给速度，工进速度可以小到0.0005毫米／转，工进速度的大小与螺距、齿轮传动比、(转速)等因素有关。当离合器〔10；14〕同时结合而离合器〔11〕分离时，被离合器〔10；14〕控制的齿轮付〔齿轮3和齿轮15；齿轮8和9〕将执行传动工作，依靠上述齿轮付的传动比造成螺母〔13〕的转速成倍地超过螺杆〔4〕的速度，驱使螺杆以每转大于一个螺距的轴向位移量相反于快进方向运动，从而形成快速退回运动。当各离合器均不结合时，螺旋付之间的相对轴向位移运动即中止。
上述几种运动的连续就构成了一个简单的工作循环，即快进－工进－快退－停止。如果使各离合器以不同的程序结合和分离，则本实用新型可以完成一般的直线运动工作循环，即快进－Ⅰ次工进－快进－Ⅱ次工进－快退－停止。执行元件(图中未画)被螺杆推回原位后，如果发来停止工作的信号，下次工作由人工给以信号，则成为半自动工作状态；如果不发来停止工作信号，螺杆〔4〕将会原地转动待命，待继续工作的信号发来，即可周而复始地完成予定的直线运动工作循环，形成自动工作状态。各个信号的传来可以由行程开关控制，也可以由其他方式控制。为了得到更为复杂的工作循环和更多级的工作进给速度，可以增加中间轴的数量，以及增加中间轴与轴套上齿轮付和离合器的数量，如完成快进－Ⅰ次工进－Ⅱ次工进－快进－Ⅲ次工进－Ⅳ次工进－快退－Ⅴ次工进－Ⅵ次工进－快退－停止的复杂工作循环。使用中多是让螺杆去推动执行元件作轴向直线运动，这时的螺母既被轴向固定；也可以轴向固定螺杆，让螺母轴向位移，去推动执行元件作直线运动，在这种情况下，齿轮付及离合器在轴套上的安排一定要适应这种工作，或者调换螺杆与螺母在轴套中的位置。
如果用摩擦轮、皮带轮、链轮 以及其他传动方式代替本实用新型中的齿轮传动，同样属于本实用新型的特征。
本实用新型的优点在于一、具备了完成一般直线运动工作循环的能力，而使用的传动另件少，实现工作进给速度对动力来源的转速要求不严格了，传动链短，主体运动和进给运动可以使用同一传动链，结构紧凑，占位小。克服了现有机械直线传动的庞大的传动系统和实现自动工作循环困难的现状。与其他直线运动传动方式比较，本实用新型较液压传动，除了不能无级变速外，其成本低，制造精度较低及传动效率高，故障易排除，工作可靠性强等方面优于液压传动。在完成相同工作的条件下，本实用新型的结构简单，成本低廉，使程控、数控手段不可比拟。使用本实用新型实现的机具自动化程度高，缩小了通用机床与自动机床的距离，且直线运动速度变化范围大，行程调整方便适应被加工对象变更的场合，扩大了使用范围。二、使用本实用新型实现的机具之进给精度提高了，而这种提高不是依赖加工精度的提高，而是依据本实用新型的特点，故可使用本实用新型实现新型量具。三、本实用新型给设计者带来方便，本新型所形成的“机械传动块”可以“拿来”就用。使用本实用新型设计的机具工艺性好，没有那么多为按装众多的传动件而设的纵横镗孔；节省原材料；传动效率提高、节能。
关于本实用新型使用场合，一般地说，凡是具备直线进给运动和直线往复运动的机具都可以使用本实用新型实现之。
本实用新型可用来设计通用机床的新型进给机构，从而产生一代新型机床，例如新型台钻、立钻、钻铣床、摇臂钻、台式攻丝机、摇臂式攻丝机、自动攻丝机、新型车床类及专用机床等。也可以用来设计新型的组合机床动力部件、新型千分量具、新型压力机以及精密机床的微动机构等。
下面列举实施例一以台钻为例使用本实用新型设计的台钻，在保持台钻系列的基本尺寸和体积的情况下，以简单的结构实现了机动进给，并可以达到台钻自动、半自动工作，同时又保持了台钻手动工作的特点，这样，新型台钻则可以充分满足单件生产、批量生产和大量生产的各种工作环境的不同要求。其行程调整方便，适于加工对象的变更，扩大了台钻的使用范围，提高了台钻的自动化水平，缩小了通用机床与自动机床的距离；同时解决了现有台钻因无机动进给而造成工人劳动强度大，生产效率低，产品质量差的弊病。
图2是使用本实用新型实现的新型台钻的传动系统图。
下面结合图2说明新型台钻的工作情况(一)自动或半自动工作——电机〔17〕起动后，通过皮带轮〔18；20〕及皮带〔19〕驱使轴套〔22〕旋转，这时各离合器均处于分离状态，主轴〔21〕(其后部可以制成螺杆)旋转且不进给，待发来“快进”信号后，离合器〔36；37〕同时结合，而离合器〔40〕分离，轴套〔26〕上此时有两对不同齿数比的齿轮同时啮合，锁定了轴套本身及其孔中的螺母〔30〕；轴套〔22〕通过键〔23〕带动螺杆〔21〕每转动一转，螺杆〔21〕相对螺母〔30〕向下移动一个螺距，螺杆〔21〕的移动，推动套筒〔33〕实现快速进给运动；待钻头接近工件时(图中未画钻头)，“工进”信号使离合器〔36〕分离，而使离合器〔37；40〕同时结合，离合器〔37；40〕控制的齿轮付〔齿轮24，齿轮41；齿轮25；齿轮39〕执行传动工作，依靠上述齿轮付传动比使得两同轴轴套〔22；26〕同向转动而转速在每转中略有差别，造成轴套孔中的螺杆〔21〕与螺母〔30〕之间每一转产生一个适于钻孔工作要求的相对轴向位移量，形成工作进给运动；钻孔工作完成后，“快退”信号使离合器〔37〕分离，而使离合器〔36；40〕同时结合，被离合器〔36；40〕控制的齿轮付〔24；41；27；38〕将执行传动工作，依靠上述齿轮付的传动比，得到轴套〔26〕及其孔中的螺母〔30〕的转速成倍地超越轴套〔22〕及其孔中螺杆〔21〕的转速，驱使螺杆以每转大于一个螺距的轴向位移速度将套筒〔33〕快速拉回到原始位置，即快速退回运动；当套筒〔33〕退到原始位置时，“待命”信号使各离合器都分离，主轴依然旋转而套筒停止轴向移动，即完成了一个工作循环，等待下一个工作循环的命令。以上是自动工作循环状态。各个信号的发来由行程开关〔31〕控制，变动行程量需调整尺杆上调整块〔32〕的位置。如果下一个工作循环的命令(信号)由人工发来，则成为半自动工作状态。
(二)手动钻孔工作——起动电机后，人工按下“快进”点动按钮(图中没有表示)，离合器〔36；37〕同时结合，而离合器〔40〕仍分离，轴套〔26〕被锁定，螺杆〔21〕以快速推下套筒〔33〕以逼近工件；当钻头接近工件时，松开“快进”按钮，离合器〔37；40〕自动结合，同时人工摇动手轮〔28〕即可进行略高于工进速度的手动钻孔(手轮也是控制齿轮齿条机构，图中未画出)，之所以能手动钻孔是由于螺母〔30〕可在轴套〔26〕中有一定的轴向位移量。手动钻孔完了，松开手轮〔28〕，借盘簧〔34〕的力量拉起套筒〔33〕，并按下“快退”点动按钮使离合器〔36；40〕结合，如前所述，依靠齿轮付〔24；41；27；38〕的传动，造成螺杆快速将套筒升高。
以上是以小台钻为例说明本实用新型设计通用机床实现较高的自动化水平的实施例。
二使用本实用新型可以设计新型组合机床动力部件，例如可以设计新型的机械滑台、攻丝动力头、滑套式钻削动力头及镗孔车端面头等。
以机械式滑套钻削动力头为例使用本实用新型设计的新型机械滑套式钻削动力头(以下简称新型钻削动力头)，取消了现有滑套钻削动力头的凸轮传动方式，从而使行程调整量加大，扩大了使用范围；变动行程量，只要变动一下“调整块”的位置即可，使行程调整方便，克服了现有钻削动力头更换凸轮，拆装机器的弊病；由于新型钻削动力头没有众多的传动另件，取消了现有钻削动头的多级蜗轮蜗杆付，从而使传动链缩短，节省了材料，提高了传动效率，并且箱体上镗孔少了，加工工艺性得到改善；新型钻削动力头，变化离合器的控制程序，还可以完成较为复杂的工作循环，这也是现有钻削动力头不可比拟的优点。且更换齿轮既可很方便地变换工进速度。
图3是使用本实用新型设计的新型钻削动力头的传动系统图；下面结合图3说明新型钻削动力头完成自动工作循环的动作过程
电机〔42〕起动后，动力经转速挂轮〔43；44〕传给轴套〔46〕，此时各离合器均处于分离状态，主轴〔47〕(此处主轴与螺杆可制成一体，轴前部为主轴，后部为螺杆)原地转动而不推进套筒〔55〕，待“快进”信号传来后，信号使离合器〔58；60〕结合，而离合器〔62〕仍然分离，轴套〔49〕被锁定，螺杆〔47〕以每一转相对螺母〔51〕移动一个螺距的速度向前推进套筒〔55〕，形成快速进给运动；当钻头接近工件时(图中未画钻头)，“工进”信号使离合器〔58〕分离，而使离合器〔60；62〕同时结合，依靠齿轮付(齿轮45，齿轮61；齿轮59，齿轮48)的传动比造成两轴套〔46；49〕及其孔中的螺旋付〔47；51〕同向转动而转速略差，产生螺杆〔47〕每一转相对螺母〔51〕有个适于切削速度的轴向位移，推动套筒〔55〕匀速前进，形成工作进给运动。工作完了后，“快退”信号使离合器〔60〕分离，而使〔58；62〕同时结合，依靠被离合器〔58；62〕控制的齿轮付的传动比(即齿轮45，齿轮61；齿轮57，齿轮50间的传动比)造成螺母〔51〕成倍地超过螺杆〔47〕的转速，驱使螺杆以每一转大于一个螺距的轴向位移速度向后拉动套筒〔55〕，形成快速退回运动。套筒退回原位后，“待命”信号使得各离合器分离，主轴完成了一个工作循环而原地转动，等待下一个工作循环的命令。“快进”“工进”，“快退”，“待命”等信号的传来是由行程开关〔53〕控制的，变动行程量须改变尺杆〔54〕上调整块〔52〕的位置。
三、使用本实用新型可以设计出新型千分量具，如外径千分尺、螺纹千分尺、深度千分尺以及公法线千分尺等。
现有外径千分量具是依赖测量杆上0.5毫米螺距的螺纹精度再配合游标原理的刻度或其他辅助方式，才能读出0.001毫米的精度值，很多尺由于设有辅助方式而只能读出0.01毫米的精度值，这个精度是与加工精度的不断提高不相适宜的。现有千分量具测量杆每转动一转，其必然轴向移动一个螺距0.5毫米。
使用本实用新型实现的新型千分量具，其测量杆每转动一转的轴向移动量可以不是一个螺距0.5毫米，而可以是人为安排的0.05毫米(或者0.01毫米)，这样，千分尺微分筒上的圆周刻度(如果仍保持现有尺的每周50个格)每格已不再是0.01毫米，而成为0.001毫米(或者是0.0002毫米)，这就是说，新型千分量具无须游标原理的刻度和其他辅助手段的协助即可很方便地得到0.001或者0.0002毫米的精度值。为了使用方便，新型千分量具借助离合器仍保持使测量杆具备每转动一转移动一个螺距的功能。由于测量的需要，新型量具的运动不连续成循环工作，而是断续的，以便给手工测量以停顿时间和读数时间，就是说离合器的应用可以根据测量的特点而安排。可以给新型量具配上计数器或电子数显技术，而使读数直观。
对附图的说明图1 螺齿差速直线运动机构1；5－－轴套，其作用是外径安装齿轮等零件；内孔中装有螺旋付；传递动力。2；6－－键，可以是花键，双键和单键，用来连接轴套和螺旋付；传递动力。3；7；8；9；12；15－－齿轮；其作用是按预定的传动比传动，形成转速差；传递动力。4——螺杆，接受和传递转动动力，並作轴方直线运动。10；11；14－－离合器，可以采用适用的各种形式的离合器，用来控制齿轮付的传动和断开，13－－螺母，与螺杆配合成螺旋付，将旋转运动变为直线运动。16－－中间轴，用来支撑零部件，並传递动力。
图2 新型台钻17－－电机，动力源。18；20－－皮带轮，用来传递动力，变换转速。19－－皮带，传递动力。21－－螺杆，接受和传递转动动力，並作轴向直线运动。22；26－－轴套，其外径安装齿轮等零件，内孔中装有螺旋付；传递动力。23；29－－键，连接轴套和螺旋付；用来传递动力。24；25；27；38；39；41－－齿轮，其作用是按预定的传动比传动，形成转速差；传递动力。28－－手轮，供手动钻孔用。30－－螺母，与螺杆配合，将旋转运动变为直线运动。31——行程开关，发出各种信号。32－－调整块，用来调整行程量。33－－套筒，其内孔中装有主轴；其作用是保证主轴轴向运动精度，保证径向精度不被切削力破坏。手动用齿条在此套筒上。34－－盘簧，用来拉起套筒。35－－中间轴，用来支撑零部件，並传递动力。36；37；40－－离合器，用来控制齿轮付的传动和断开。
图3 新型机械滑套式钻削动力头42－－电机；43－－齿轮；44－－齿轮；45－－齿轮；46－－轴套；47－－螺杆；48－－齿轮；49－－轴套；50－－齿轮；51－－螺母；52－－调整块；53－－行程开关；54－－尺杆；55－－套筒；56－－中间轴；57－－齿轮；
58－－离合器；59－－齿轮；60－－离合器；61－－齿轮；62－－离合器；63－－键。
权利要求
1.本实用新型是一种由齿轮、螺杆螺母和离合器组成的直线运动机构，其特征在于有两个同轴的轴套[1]、[5]，其中一个用键与螺杆[4]相连，另一个用键与螺杆[4]上的螺母[13]相连，至少有一根中间轴，两轴套和中间轴上分别装有实现轴套之间传动关系的相互啮合的齿轮，中间轴的齿轮上装有控制离合器。
2.如权利要求
1所述的直线运动机构，其特征在于机构中实现两轴套传动关系的齿轮，可以是摩擦轮、可以是链轮，可以是皮带轮。
专利摘要
该机构是一种由齿轮、螺杆螺母和离合器组成的直线运动机构；有两个同轴的轴套，其中一个用键与螺杆相连，另一个用键与螺母相连，至少有一根中间轴，两轴套和中间轴上分别装有实现轴套间传动关系的齿轮，中间轴或轴套的齿轮上装有控制离合器。从而造成螺杆螺母之间相对轴向运动和转动。该机构结构简单，传动链短，自动化程度高，可广泛用于直线进给和直线往复运动的机具上，如钻、铣床、车床、攻丝机、组合机床动力部件、量具及压力机等机具上。
文档编号F16H37/00GK86203461SQ86203461
公开日1987年2月11日 申请日期1986年5月17日
发明者尹志恒 申请人:尹志恒导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan