專利名稱：虛擬回轉(zhuǎn)中心的環(huán)面蝸桿數(shù)控機床的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種環(huán)面蝸桿數(shù)控機床，是一種虛擬回轉(zhuǎn)中心的環(huán)面蝸桿數(shù)控機床。
背景技術(shù)：
蝸桿傳動是機械裝備中常用的主要機械傳動之一，它主要具有傳動比范圍
寬(通常一級傳動比即可達(dá)5 100)、結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、運動平穩(wěn)、噪聲低等特點，在傳動系統(tǒng)中，對上游誤差有縮斂作用，因而常用于精密圓分度機構(gòu)中。
蝸桿傳動主要包括圓柱蝸桿傳動、環(huán)面蝸桿傳動和錐蝸桿傳動；環(huán)面蝸桿傳動如平面包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動、錐面包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動、直廓環(huán)面蝸桿傳動等，還因其具有更高的承載能力、傳動效率，壽命長，平均分度誤差小等優(yōu)越性，更適合應(yīng)用于重要的場合，如各種冶金、礦山、采油、煤礦、化工、船舶、軌道交通、火炮、電梯以及通用設(shè)備等。
圓環(huán)面蝸桿又可細(xì)分為凹環(huán)面和凸環(huán)面兩種，其齒部的加工有別于圓柱蝸桿，加工時，蝸桿工件繞自身軸線作回轉(zhuǎn)運動，而切削或磨削蝸桿螺紋齒的工具則繞距蝸桿軸線一定垂直距離的軸線按一定的傳動比作回轉(zhuǎn)運動。
現(xiàn)有技術(shù)中，環(huán)面蝸桿齒紋切削或磨削加工， 一般在用滾齒機或車床改裝的專機上進行。
以上加工存在下列缺陷
1.加工圓柱蝸桿、圓錐蝸桿、凹圓環(huán)面蝸桿、凸圓環(huán)面蝸桿這四類蝸桿所用機床一般不具備通用性，尤其是加工圓錐蝸桿、凹圓環(huán)面蝸桿、凸圓環(huán)面蝸桿，需分別在各自的專機上進行。
42. 各類蝸桿加工機床的功能一般比較單一，車削、銑削、磨削一般需在不同的機床上分別進行。
3. 所有環(huán)面蝸桿加工機床，當(dāng)加工凹圓環(huán)面蝸桿時，其工具臺回轉(zhuǎn)軸與蝸桿軸線的實際中心距，均必須不小于所加工的凹圓環(huán)面蝸桿與相配的蝸輪組成的蝸桿傳動的中心距，機床的縱、橫向尺寸都很大，不但占地大，笨重，而且極不經(jīng)濟；此外，若用現(xiàn)有滾齒機改裝專機，雖能滿足中心距的要求，但不能滿足蝸桿長度要求；若用現(xiàn)有車床改裝專機，雖能滿足蝸桿長度要求，但不能滿足中心距要求。
因此，需要一種環(huán)面蝸桿數(shù)控機床，能夠?qū)崿F(xiàn)以小中心距的機床加工大中心距圓環(huán)面蝸桿，造價低，結(jié)構(gòu)緊湊、占用空間小，具有通用性，可在加工蝸桿時一機多用。

實用新型內(nèi)容
有鑒于此，本實用新型的目的是提供一種虛擬回轉(zhuǎn)中心的環(huán)面蝸桿數(shù)控機床，能夠縮小機床的縱、橫向尺寸，造價低，結(jié)構(gòu)緊湊、占用空間小；可用于加工所有類型的蝸桿，通用性強， 一機多用。
本實用新型的虛擬回轉(zhuǎn)中心的環(huán)面蝸桿數(shù)控機床，包括床身、主軸系統(tǒng)、工具臺縱向進給系統(tǒng)、工具臺橫向進給系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，所述主軸系統(tǒng)、工具臺縱向進給系統(tǒng)和工具臺橫向進給系統(tǒng)由控制系統(tǒng)進行控制，還包括工具臺回轉(zhuǎn)系統(tǒng)，所述工具臺回轉(zhuǎn)系統(tǒng)包括回轉(zhuǎn)驅(qū)動電機和回轉(zhuǎn)變速傳動機構(gòu)，所述回轉(zhuǎn)變速傳動機構(gòu)動力輸入端與回轉(zhuǎn)驅(qū)動電機相連，動力輸出端與工具臺相連，驅(qū)動工具臺繞垂直于橫向進給方向和縱向進給方向的軸線旋轉(zhuǎn)；所述工具臺回轉(zhuǎn)系統(tǒng)由控制系統(tǒng)進行控制。
進一步，所述回轉(zhuǎn)變速傳動機構(gòu)包括蝸輪和與其配合的蝸桿，所述蝸桿與回轉(zhuǎn)驅(qū)動電機相連，蝸輪以在圓周方向上固定的方式設(shè)置在蝸輪軸上，所述蝸輪軸與工具臺在圓周方向上固定連接；進一步，所述工具臺縱向進給系統(tǒng)為縱向驅(qū)動電機驅(qū)動的縱向滾珠絲杠結(jié)構(gòu)，工具臺橫向進給系統(tǒng)為橫向驅(qū)動電機驅(qū)動的橫向滾珠絲杠結(jié)構(gòu)，工具臺橫向進給系統(tǒng)設(shè)置在工具臺縱向進給系統(tǒng)的縱向移動部件上，工具臺回轉(zhuǎn)系統(tǒng)設(shè)
置在工具臺橫向進給系統(tǒng)的橫向移動部件上；
進一步，所述縱向移動部件包括與縱向滾珠絲杠配合的縱向移動螺母、與縱向移動螺母固定連接的縱向移動溜板箱和固定設(shè)置在縱向移動溜板箱上的縱向移動溜板；所述橫向移動部件包括與橫向滾珠絲杠配合的橫向移動螺母和與橫向移動螺母固定連接的橫向移動溜板箱；所述橫向移動溜板箱通過橫向滑移軌道設(shè)置在縱向移動溜板上；還包括蝸輪箱，所述回轉(zhuǎn)驅(qū)動電機和蝸輪箱設(shè)置在橫向移動溜板箱上，蝸輪和蝸桿配合副安裝在蝸輪箱內(nèi)；
進一步，所述主軸系統(tǒng)包括主軸電機、主軸和工件夾具，所述主軸電機通過傳動鏈驅(qū)動主軸帶動工件夾具旋轉(zhuǎn)；
進一步，主軸電機、縱向驅(qū)動電機、橫向驅(qū)動電機和回轉(zhuǎn)驅(qū)動電機均為伺服電機；
進一步，所述工具臺上安裝車刀架、銑頭或磨頭。
本實用新型的有益效果是本實用新型的虛擬回轉(zhuǎn)中心的環(huán)面蝸桿數(shù)控機床，采用工具臺回轉(zhuǎn)系統(tǒng)，驅(qū)動工具臺繞垂直于橫向進給方向和縱向進給方向的軸線旋轉(zhuǎn)，使工具臺在縱向進給和橫向進給的基礎(chǔ)上實現(xiàn)自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)，加上工件的轉(zhuǎn)動，符合常用的圓弧回轉(zhuǎn)面蝸桿即凹圓環(huán)面蝸桿或凸圓環(huán)面蝸桿螺紋的形成原理，實現(xiàn)了用小中心距的機床加工大中心距環(huán)面蝸桿的目的，機床的橫向尺寸大大減小，占地小，費用省，有效地降低生產(chǎn)成本；本實用新型四個運動可以進行單動控制，也可以任意組合進行聯(lián)動控制，因此可用于加工所有類型的蝸桿，通用性強， 一機多用。


以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型作進一步描述。
圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖2為圖1的俯視圖3為本實用新型控制原理圖4為本實用新型利用虛擬回轉(zhuǎn)中心功能加工凹圓環(huán)面蝸桿的原理圖;圖5為本實用新型利用虛擬回轉(zhuǎn)中心功能加工凸圓環(huán)面蝸桿的原理圖。
具體實施方式
圖l為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖，圖2為圖1的俯視圖，如圖所示本實施例的虛擬回轉(zhuǎn)中心的環(huán)面蝸桿數(shù)控機床，包括床身1、主軸系統(tǒng)、工具臺縱向
進給系統(tǒng)、工具臺橫向進給系統(tǒng)和控制系統(tǒng)28，主軸系統(tǒng)、縱向進給系統(tǒng)和橫向進給系統(tǒng)由控制系統(tǒng)28控制；本實施例中，主軸系統(tǒng)包括主軸電機IO、主軸12和工件夾具13，所述主軸電機10和傳動鏈11設(shè)置在主軸箱2內(nèi)，通過傳動鏈11驅(qū)動主軸12帶動工件夾具13旋轉(zhuǎn)，工作時，工件14通過工件夾具13夾緊，后端通過尾座15頂住，保證加工時的穩(wěn)定性；工具臺縱向進給系統(tǒng)為縱向驅(qū)動電機16驅(qū)動的縱向滾珠絲杠結(jié)構(gòu)，包括縱向滾珠絲杠17、與縱向滾珠絲杠17配合的縱向移動螺母18、與縱向移動螺母18固定連接的縱向移動溜板箱4、固定設(shè)置在縱向移動溜板箱4上的縱向移動溜板5和縱板箱3內(nèi)的縱向驅(qū)動電機16，所述縱向移動溜板箱4以可縱向移動的方式設(shè)置在縱向?qū)к?9上；工具臺橫向進給系統(tǒng)為橫向驅(qū)動電機20驅(qū)動的橫向滾珠絲杠結(jié)構(gòu)，包括橫向滾珠絲杠21、與橫向滾珠絲杠21配合的橫向移動螺母22、與橫向移動螺母22固定連接的橫向移動溜板箱7和設(shè)置在橫軸箱6內(nèi)的橫向驅(qū)動電機20;橫向移動溜板箱7通過橫向滑移軌道23設(shè)置在縱向移動溜板5上；
還包括工具臺回轉(zhuǎn)系統(tǒng)，工具臺回轉(zhuǎn)系統(tǒng)設(shè)置在工具臺橫向進給系統(tǒng)的橫向移動部件上，包括回轉(zhuǎn)驅(qū)動電機24和回轉(zhuǎn)變速傳動機構(gòu)；本實施例中，回轉(zhuǎn)變速傳動機構(gòu)包括精密蝸輪26和與其配合的精密蝸桿25，傳動精確，無振動，便于操作和控制；精密蝸桿25與回轉(zhuǎn)驅(qū)動電機24相連，精密蝸輪26以在圓周方向上固定的方式設(shè)置在蝸輪軸上，蝸輪軸與工具臺9在圓周方向上固定連接，驅(qū)動工具臺9繞垂直于橫向進給方向和縱向進給方向的軸線旋轉(zhuǎn)；工具臺回轉(zhuǎn)系統(tǒng)由控制系統(tǒng)28進行控制，完成自轉(zhuǎn)；本實施例的精密蝸輪26和精密蝸桿25配合副安裝在蝸輪箱8內(nèi)，回轉(zhuǎn)驅(qū)動電機24和蝸輪箱8設(shè)置在橫向移動溜板箱7上。
本實施例中，主軸電機IO、縱向驅(qū)動電機16、橫向驅(qū)動電機20和回轉(zhuǎn)驅(qū)動電機24均為伺服電機，傳動精確，便于操控；本實施例的工具臺9上可以安裝車刀架、銑頭或磨頭，本實用新型便可分別用于制成加工環(huán)面蝸桿的車削或銑削或磨削數(shù)控機床。
圖3為本實用新型控制原理圖，如圖所示29為工具臺縱f^位移傳感器、30為工具臺橫向位移傳感器、31為工件檢測位移傳感器、32為工具臺回轉(zhuǎn)檢測傳感器；上述傳感器檢測相關(guān)信號后將信號傳入控制系統(tǒng)28，控制系統(tǒng)28根據(jù)信號發(fā)出指令，驅(qū)動主軸電機10、縱向驅(qū)動電機16、橫向驅(qū)動電機20和回轉(zhuǎn)驅(qū)動電機24完成單動或聯(lián)動，從而完成工件加工過程。
圖4為本實用新型利用虛擬回轉(zhuǎn)中心功能加工凹圓環(huán)面蝸桿的原理圖，圖5為本實用新型利用虛擬回轉(zhuǎn)中心功能加工凸圓環(huán)面蝸桿的原理圖，如圖所示工件14繞其軸線以角速度w、回轉(zhuǎn)(圖中A向)，此時，固定在工具臺9上的直刃刀具27隨工具臺9在工具臺回轉(zhuǎn)系統(tǒng)的驅(qū)動下以角速度化繞回轉(zhuǎn)(圖中Y向)，通過X， Z聯(lián)動，沿著一圓弧曲線軌跡運動，實現(xiàn)以O(shè)為圓心的圓弧運動，使直刃刀具27保持與以圓心為0、半徑為rb的基圓相切；這樣，直線刀刃27在蝸桿上形成的軌跡面，就是直廓環(huán)面蝸桿的螺旋齒面；本實用新型是將直線刀刃27以^繞0回轉(zhuǎn)的運動，等效地分解為如下運動直線刀刃27以o;。隨工具臺9繞
中心(9。作回轉(zhuǎn)運動(Y向)和由工具臺9的回轉(zhuǎn)中心通過橫向(X向)平移和縱向(Y向)平移合成以O(shè)為圓心的圓弧運動。此時的機床實際加工中心距at遠(yuǎn)小于設(shè)計和理論要求的中心距a,實現(xiàn)了用小中心距加工制造大中心距環(huán)面蝸桿的目的，大大減小機床的橫向尺寸。
當(dāng)只讓A、 X、 Z三軸聯(lián)動時，該機床便可用于加工圓錐蝸桿；也適合于加工復(fù)雜回轉(zhuǎn)曲面零件；當(dāng)只讓A、Z兩軸聯(lián)動時，該機床便可用于加工圓柱蝸桿;也適合于加工圓柱面或圓柱螺紋類零件，因而，本實用新型通用性比較強。
最后說明的是，以上實施例僅用以說明本實用新型的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本實用新型進行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對本實用新型的技術(shù)方案進行修改或者等同替換，而不脫離本實用新型技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本實用新型的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求1. 一種虛擬回轉(zhuǎn)中心的環(huán)面蝸桿數(shù)控機床，包括床身(1)、主軸系統(tǒng)、工具臺縱向進給系統(tǒng)、工具臺橫向進給系統(tǒng)和控制系統(tǒng)(28)，所述主軸系統(tǒng)、工具臺縱向進給系統(tǒng)和工具臺橫向進給系統(tǒng)由控制系統(tǒng)(28)進行控制，其特征在于還包括工具臺回轉(zhuǎn)系統(tǒng)，所述工具臺回轉(zhuǎn)系統(tǒng)包括回轉(zhuǎn)驅(qū)動電機(24)和回轉(zhuǎn)變速傳動機構(gòu)，所述回轉(zhuǎn)變速傳動機構(gòu)動力輸入端與回轉(zhuǎn)驅(qū)動電機(24)相連，動力輸出端與工具臺(9)相連，驅(qū)動工具臺(9)繞垂直于橫向進給方向和縱向進給方向的軸線旋轉(zhuǎn)；所述工具臺回轉(zhuǎn)系統(tǒng)由控制系統(tǒng)(28)進行控制。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的虛擬回轉(zhuǎn)中心的環(huán)面蝸桿數(shù)控機床，其特征在于 所述回轉(zhuǎn)變速傳動機構(gòu)包括蝸輪(26)和與其配合的蝸桿(25)，所述蝸桿(25) 與回轉(zhuǎn)驅(qū)動電機(24)相連，蝸輪(26)以在圓周方向上固定的方式設(shè)置在蝸 輪軸上，所述蝸輪軸與工具臺(9)在圓周方向上固定連接。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的虛擬回轉(zhuǎn)中心的環(huán)面蝸桿數(shù)控機床，其特征在于 所述工具臺縱向進給系統(tǒng)為縱向驅(qū)動電機(16)驅(qū)動的縱向滾珠絲杠結(jié)構(gòu)，工 具臺橫向進給系統(tǒng)為橫向驅(qū)動電機(20)驅(qū)動的橫向滾珠絲杠結(jié)構(gòu)，工具臺橫 向進給系統(tǒng)設(shè)置在工具臺縱向進給系統(tǒng)的縱向移動部件上，工具臺回轉(zhuǎn)系統(tǒng)設(shè) 置在工具臺橫向進給系統(tǒng)的橫向移動部件上。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的虛擬回轉(zhuǎn)中心的環(huán)面蝸桿數(shù)控機床，其特征在于 所述縱向移動部件包括與縱向滾珠絲杠(17)配合的縱向移動螺母(18)、與縱 向移動螺母(18)固定連接的縱向移動溜板箱(4)和固定設(shè)置在縱向移動溜板 箱(4)上的縱向移動溜板(5);所述橫向移動部件包括與橫向滾珠絲杠(21) 配合的橫向移動螺母(22)和與橫向移動螺母(22)固定連接的橫向移動溜板 箱(7);所述橫向移動溜板箱(7)通過橫向滑移軌道設(shè)置在縱向移動溜板(5) 上；還包括蝸輪箱(8)，所述回轉(zhuǎn)驅(qū)動電機(24)和蝸輪箱(8)設(shè)置在橫向移動溜板箱(7)上，蝸輪(26)和蝸桿(25)配合副安裝在蝸輪箱(8)內(nèi)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的虛擬回轉(zhuǎn)中心的環(huán)面蝸桿數(shù)控機床，其特征在于: 所述主軸系統(tǒng)包括主軸電機(10)、主軸(12)和工件夾具(13)，所述主軸電 機(10)通過傳動鏈(11)驅(qū)動主軸(12)帶動工件夾具(13)旋轉(zhuǎn)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的虛擬回轉(zhuǎn)中心的環(huán)面蝸桿數(shù)控機床，其特征在于: 主軸電機(10)、縱向驅(qū)動電機(16)、橫向驅(qū)動電機(20)和回轉(zhuǎn)驅(qū)動電機(24) 均為伺服電機。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的虛擬回轉(zhuǎn)中心的環(huán)面蝸桿數(shù)控機床，其特征在于 所述工具臺(9)上安裝車刀架、銑頭或磨頭。
專利摘要本實用新型公開了一種虛擬回轉(zhuǎn)中心的環(huán)面蝸桿數(shù)控機床，包括床身、主軸系統(tǒng)、工具臺縱向進給系統(tǒng)、工具臺橫向進給系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，還包括工具臺回轉(zhuǎn)系統(tǒng)，工具臺回轉(zhuǎn)系統(tǒng)包括回轉(zhuǎn)驅(qū)動電機和回轉(zhuǎn)變速傳動機構(gòu)，回轉(zhuǎn)變速傳動機構(gòu)動力輸入端與回轉(zhuǎn)驅(qū)動電機相連，動力輸出端與工具臺相連，驅(qū)動工具臺繞垂直于橫向進給方向和縱向進給方向的軸線旋轉(zhuǎn)；主軸系統(tǒng)、工具臺縱向進給系統(tǒng)、工具臺橫向進給系統(tǒng)和工具臺回轉(zhuǎn)系統(tǒng)由控制系統(tǒng)進行控制，本實用新型符合常用的圓弧回轉(zhuǎn)面蝸桿的形成原理，可實現(xiàn)了用小中心距的機床加工大中心距環(huán)面蝸桿的目的，減小機床的橫向尺寸，占地面積小，有效地降低生產(chǎn)成本；可用于加工所有類型的蝸桿，通用性強。
文檔編號B23F13/00GK201267903SQ20082010010
公開日2009年7月8日 申請日期2008年9月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月25日
發(fā)明者張光輝, 黎亞元 申請人:重慶大學(xué)