CN105965278A - 可消除摆动半径误差的转台及数控机床 - Google Patents

Abstract

本发明涉及自动化设备技术领域，尤其涉及可消除摆动半径误差的转台及数控机床，可消除摆动半径误差的转台包括旋转驱动装置、摆动驱动装置、连接件和工作台，旋转驱动装置安装于连接件上且用于支撑工作台并驱动工作台以旋转驱动装置的输出轴为中心旋转，摆动驱动装置与连接件连接并驱动接件以摆动驱动装置的输出轴为中心摆动；可消除摆动半径误差的转台还包括摆动半径调节装置，摆动半径调节装置安装于连接件上且与旋转驱动装置连接并用于调节工作台的台面与摆动驱动装置的输出轴之间的垂直距离。本发明通过设置的摆动半径调节装置能够很好地实现减小或者消除对待加工件进行加工时存在的旋转或者摆动半径的误差，从而可提升加工精度。

Description

可消除摆动半径误差的转台及数控机床

技术领域

本发明涉及自动化设备技术领域，尤其涉及可消除摆动半径误差的转台及数控机床。

背景技术

在机械零件数控加工时，复杂空间曲面或者其他复杂的特征加工需要五轴的数控机床。三个直线运动轴加上一个摇篮式转台的结构是五轴数控机床的一种典型形式。摇篮式转台，由一个摆动轴、一个旋转轴组成和工作台，两轴的中心线垂直相交，摆动轴带动旋转轴在一定角度范围内做旋转摆动，而旋转轴一般能实现大于360度的连续旋转运动，工作台用于夹持工件并安装在旋转轴上。但是，目前的摇篮式转台一旦制造完成，其摆动轴的轴心和工作台台面的距离就固定不变。

在加工过程中，工件安装在工作台上，会随着摆动轴的中心做摆动运动。加工点沿旋转轴的中心到摆动轴中心线的距离即为加工点的摆动半径。在摆动角度一定的情况下，旋转半径和加工点的位移量成正比，旋转半径越大，加工点的位移量越大，摆动过程中，摆动角度存在定位误差，摆动也产生一定的振动量，因此，摆动半径的存在就放大了定位误差和振动量，造成零件的加工误差，加工误差的大小和摆动半径成正比。在精密和超精密加工中，由于摆动半径而造成的摆动误差会对系统的加工误差产生较大的影响，特别是长径比比较大的工件，摆动半径较大，因此而产生的误差也较大。

通常，通过零件装夹治具的高度来调整此摆动半径的大小。如果工作台面低于摆动轴中心，可以通过装夹治具适当调整，工件到摆动中心的距离，但工作台面到摆动中心的距离一定的情况下，可调的范围也有限；如果工作台面高于摆动轴中心的距离，装夹治具只会增加摆动半径的长度。通过装夹治具调整，只能把工件加工范围高度方向的中心点位置大致调整到摆动轴中心的位置，而不在中心线上的加工点的摆动误差则无法消除。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可消除摆动半径误差的转台及数控机床，旨在解决现有技术无法较好地减小或者消除数控机床的摇篮式转台存在的旋转和摆动半径误差的技术问题。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：可消除摆动半径误差的转台，包括旋转驱动装置、摆动驱动装置、连接件以及工作台，所述旋转驱动装置安装于所述连接件上且用于支撑所述工作台并驱动所述工作台以所述旋转驱动装置的输出轴为中心旋转，所述摆动驱动装置与所述连接件连接并驱动所述连接件以所述摆动驱动装置的输出轴为中心摆动；所述可消除摆动半径误差的转台还包括摆动半径调节装置，所述摆动半径调节装置安装于所述连接件上且与所述旋转驱动装置连接并用于调节所述工作台的台面与所述摆动驱动装置的输出轴之间的垂直距离。

优选地，所述连接件包括摆动臂以及与所述摆动臂呈垂直角度固定连接的安装基座，所述摆动驱动装置与所述摆动臂驱动连接，所述摆动半径调节装置安装于所述安装基座上，所述旋转驱动装置位于所述安装基座的上方并与所述摆动半径调节装置驱动连接。

优选地，所述安装基座包括底板以及分别沿所述底板的两侧朝与所述底板同一垂直方向延伸设置的第一侧板和第二侧板，所述底板、所述第一侧板和所述第二侧板均与所述摆动臂固定连接，所述摆动半径调节装置安装于所述底板上。

优选地，所述摆动半径调节装置包括驱动电机、丝杆、滑动台和直线滑轨，所述滑动台开设有螺纹孔，所述驱动电机固定于所述底板且所述驱动电机的输出轴与所述丝杆固定连接，所述丝杆与所述螺纹孔螺纹连接，所述滑动台通过所述直线滑轨与所述第一侧板和/或所述第二侧板滑动连接，所述旋转驱动装置固定于所述滑动台上。

优选地，所述直线滑轨包括直线导轨和滑块，所述直线导轨呈垂直状安装于所述第一侧板的内侧面和/或所述第二侧板的内侧面，所述滑块与所述直线导轨滑动配合并固定在所述滑动台的外侧面。

优选地，所述底板开设有避空孔，所述驱动电机安装于所述底板的底部，且所述驱动电机的输出轴穿过所述避空孔伸入所述第一侧板和所述第二侧板之间。

优选地，所述旋转驱动装置的输出轴的延长线与所述摆动驱动装置的输出轴的延长线垂直相交。

优选地，所述工作台的台面设有至少一个用于配合卡持待加工件的安装孔。

优选地，所述旋转驱动装置为伺服电机或步进电机或DD马达，所述摆动驱动装置为伺服电机或步进电机或DD马达。

本发明的有益效果：本发明的可消除摆动半径误差的转台，通过摆动半径调节装置，带动工作台上装夹的待加工件的加工点位作接近或者远离摆动驱动装置的输出轴的轴心的运动；具体实现摆动半径的调整有两种方法，一种是加工区域中心调整法，根据待加工件的高度，在高度方向上，先把待加工件上的加工区域的中心的位置调整到摆动驱动装置的输出轴的轴心位置，这样可以实现在加工过程中无需对摆动半径进行调整，即可确保待加工件上的加工点位集中在接近摆动驱动装置的输出轴的轴心位置，从而实现相对较小的摆动误差；另一种是实时调整法，在加工过程中，根据需要加工的位置，把待加工件上相应的加工点位在高度方向上实时调整到摆动驱动装置的输出轴的轴心的延长线重合的位置，此时，使得摆动半径为零，因摆动而造成的误差则为零。本发明的可消除摆动半径误差的转台，通过设置的摆动半径调节装置能够很好地实现减小或者消除对待加工件进行加工时存在的旋转或者摆动半径的误差，从而能够提升对待加工件进行加工时的加工精度。

本发明的另一技术方案是：数控机床，该数控机床包括上述的可消除摆动半径误差的转台。

本发明的数控机床，由于使用了上述能够减小或者消除对待加工件进行加工时存在的旋转或者摆动半径误差的可消除摆动半径误差的转台，能够可以提升对待加工件进行加工时的加工精度。

附图说明

图1为本发明实施例提供的可消除摆动半径误差的转台的立体结构示意图。

图2为本发明实施例提供的可消除摆动半径误差的转台的立体结构分解示意图。

图3为本发明实施例提供的可消除摆动半径误差的转台的剖切视图。

附图标记包括：

10—旋转驱动装置 11—穿孔 20—摆动驱动装置

30—连接件 31—摆动臂 32—安装基座

40—工作台 41—安装孔 50—摆动半径调节装置

51—驱动电机 52—丝杆 53—滑动台

54—直线滑轨 60—待加工件 321—底板

322—第一侧板 323—第二侧板 531—螺纹孔

532—容置腔 541—直线导轨 542—滑块

3211—避空孔。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图1～3描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1至图3所示，本发明实施例提供的可消除摆动半径误差的转台，包括旋转驱动装置10、摆动驱动装置20、连接件30以及工作台40，所述旋转驱动装置10安装于所述连接件30上且用于支撑所述工作台40并驱动所述工作台40以所述旋转驱动装置10的输出轴为中心旋转，所述摆动驱动装置20与所述连接件30连接并驱动所述连接件30以所述摆动驱动装置20的输出轴为中心摆动；所述可消除摆动半径误差的转台还包括摆动半径调节装置50，所述摆动半径调节装置50安装于所述连接件30上且与所述旋转驱动装置10连接并用于调节所述工作台40的台面与所述摆动驱动装置20的输出轴之间的垂直距离。具体的，对待加工件60进行加工工作时，先将待加工件60装夹在工作台40的台面上，通过工作台40来对待加工件60进行支撑，然后通过启动摆动半径调节装置50工作，通过摆动半径调节装置50来调节工作台40的台面与摆动驱动装置20的输出轴之间的垂直距离，从而实现调节工作台40的台面上装夹的待加工件60与摆动驱动装置20的输出轴之间的垂直距离，即可完成对待加工件60进行加工时的摆动半径的调节，然后启动旋转驱动装置10和摆动驱动装置20带动待加工件60进行旋转和摆动，从而实现在三维空间内对待加工件60进行加工；其中，旋转驱动装置10可带动工作台40实现顺时针或者逆时针方向的运动，摆动驱动装置20则可以带动连接件30实现顺时针或者逆时针方向的运动，进行工作时，可以根据实际对待加工件60的需要来控制旋转驱动装置10和摆动驱动装置20的运转方向。

本发明实施例的可消除摆动半径误差的转台，通过摆动半径调节装置50，带动工作台40上装夹的待加工件60的加工点位作接近或者远离摆动驱动装置20的输出轴的轴心的运动；具体实现摆动半径的调整有两种方法，一种是加工区域中心调整法，根据待加工件60的高度，在高度方向上，先把待加工件60上的加工区域的中心的位置调整到摆动驱动装置20的输出轴的轴心位置，这样可以实现在加工过程中无需对摆动半径进行调整，即可确保待加工件60上的加工点位集中在接近摆动驱动装置20的输出轴的轴心位置，从而实现相对较小的摆动误差；另一种是实时调整法，在加工过程中，根据需要加工的位置，把待加工件60上相应的加工点位在高度方向上实时调整到与摆动驱动装置20的输出轴的轴心的延长线重合的位置，此时，使得摆动半径为零，因摆动而造成的误差则为零。

本发明实施例的可消除摆动半径误差的转台，通过设置的摆动半径调节装置50能够很好地实现减小或者消除对待加工件60进行加工时存在的旋转或者摆动半径的误差，从而能够提升对待加工件60进行加工时的加工精度。

需要进一步说明的是，本发明实施例的可消除摆动半径误差的转台中的摆动半径调节装置50即可采用人工控制调节其工作，也可以采用自动化控制调节其工作。

本实施例中，旋转驱动装置10、摆动驱动装置20和摆动半径调节装置50可以同时进行联动操作，控制联动的路径轨迹可以用相应的算法用软件编程来实现，例如，当本发明实施例的该可消除摆动半径误差的转台应用在数控机床上时，可以通过数控机床上的PLC或者计算机软件编程开实现对旋转驱动装置10、摆动驱动装置20和摆动半径调节装置50进行控制。

结合图2所示，本实施例中，所述连接件30包括摆动臂31以及与所述摆动臂31呈垂直角度固定连接的安装基座32，所述摆动驱动装置20与所述摆动臂31驱动连接，所述摆动半径调节装置50安装于所述安装基座32上，所述旋转驱动装置10位于所述安装基座32的上方并与所述摆动半径调节装置50驱动连接。具体的，连接件30的摆动臂31供摆动驱动装置20安装固定，并且在摆动驱动装置20的输出轴的驱动下进行摆动，从而实现对待加工件60进行加工的时的第一自由度的加工；连接件30的安装基座32则供摆动半径调节装置50安装固定，以确保摆动半径调节装置50能够对相互连接的旋转驱动装置10和工作台40的直线自由度的调节，通过该直线自由度的调节来减少或者消除装夹在工作台40的台面上的待加工件60与摆动驱动装置20的输出轴的垂直距离，即实现对待加工件60加工时的摆动半径的调节，从而实现对待加工件60进行加工的时的第二个自由度的加工；另外，与摆动驱动装置20连接的旋转驱动装置10不但供工作台40安装，还能够驱动工作台40实现以旋转驱动装置10的输出轴为轴心进行轴向运动，从而实现对待加工件60进行加工的时的第三个自由度的加工，且能够实现减小或者消除对待加工件60进行加工时存在的旋转或者摆动半径的误差，提升对待加工件60的加工精度。

结合图1～3所示，本实施例中，所述安装基座32包括底板321以及分别沿所述底板321的两侧朝与所述底板321同一垂直方向延伸设置的第一侧板322和第二侧板323，所述底板321、所述第一侧板322和所述第二侧板323均与所述摆动臂31固定连接，所述摆动半径调节装置50安装于所述底板321上。具体的，底板321用于供摆动半径调节装置50的安装固定，第一侧板322和第二侧板323则与底板321共同围设形成一个半开放的空间，该半开放的空间能够对与摆动半径调节装置50驱动连接的旋转驱动装置10和与旋转驱动转动驱动连接的工作台40起到保护的作用，防止在侧部有异物接触或者碰撞到旋转驱动转动驱动和工作台40，提升工作的安全性。

结合图1～3所示，本实施例中，所述摆动半径调节装置50包括驱动电机51、丝杆52、滑动台53和直线滑轨54，所述滑动台53开设有螺纹孔531，所述驱动电机51固定于所述底板321且所述驱动电机51的输出轴与所述丝杆52固定连接，所述丝杆52与所述螺纹孔531螺纹连接，所述滑动台53通过所述直线滑轨54与所述第一侧板322和/或所述第二侧板323滑动连接，所述旋转驱动装置10固定于所述滑动台53上。摆动半径调节装置50的具体工作过程为：驱动电机51工作，驱动电机51的输出轴带动与其固定连接的丝杆52转动，丝杆52与滑动台53开设的螺纹孔531螺纹连接，且滑动台53又与第一侧板322和/或第二侧板323通过直线滑轨54滑动连接，那么在丝杆52的转动下，滑动台53将丝杆52的旋转运动变成滑动台53以直线导轨541为导向的直线运动，即驱动电机51驱动滑动台53实现直线运动，连接于滑动台53上的旋转驱动装置10也实现直线运动，连接于旋转驱动装置10的工作台40也实现直线运动，即可以实现调节工作台40的台面与摆动驱动装置20的输出轴的垂直距离，从而实现对待加工件60的摆动半径的调节，从而可以有效地减小或者消除对待加工件60加工时的摆动半径的误差。

结合图2所示，本实施例中，所述直线滑轨54包括直线导轨541和滑块542，所述直线导轨541呈垂直状安装于所述第一侧板322的内侧面和/或所述第二侧板323的内侧面，所述滑块542与所述直线导轨541滑动配合并固定在所述滑动台53的外侧面。具体的，直线导轨541作为导向件固定安装在第一侧板322和/或第二侧板323的内侧面，且该直线导轨541安装时的状态呈垂直状，也即该直线导轨541与摆动驱动装置20的输出轴呈垂直的空间相交状态；滑块542与直线导轨541实现滑动连接，又由于滑块542是固定在滑动台53的侧面的，那么滑动台53移动式，在滑块542的作用下只能够实现以直线导轨541为导向进行直线方向的运动，间接带动工作台40直线运动。

结合图2所示，优选的，直线滑轨54有四个，这样分别在第一侧板322的内侧面间隔设置两个，以及第二侧板323的内侧面间隔设置两个，在四个直线滑轨54对滑动台53的导向作用下，能够提升滑动台53滑动时的平稳性和滑动的精度。

结合图3所示，本实施例中，所述底板321开设有避空孔3211，所述驱动电机51安装于所述底板321的底部，且所述驱动电机51的输出轴穿过所述避空孔3211伸入所述第一侧板322和所述第二侧板323之间。具体的，将驱动电机51安装在底板321的底部可以将少摆动半径调节装置50占据安装基座32的底板321、第一侧板322和第二侧板323围设形成的半开放空间的位置，在保证能够实现对调节摆动半径的情况下，确保底板321、第一侧板322和第二侧板323围设形成的半开放空间尽量对旋转驱动装置10和工作台40以及工作台40的台面上装夹的待加工件60进行保护；同样，该种结构设计，可以缩小可消除摆动半径误差的转台的整体体积。

当然，本实施例中的旋转驱动装置10也开设有供丝杆52活动的穿孔11，这样以确保丝杆52具有足够的空间进行活动，从而带动滑动台53作直线运动；进一步地，穿孔11沿旋转驱动装置10的轴向方向分布，这样确保能够配合丝杆52的安装的方向。

结合图2～3所示，另外，滑动台53的还设有容置腔532，旋转驱动装置10可以嵌装在该容置腔532内，这样可以加强滑动台53与旋转驱动装置10之间连接的稳定性；其中，旋转驱动装置10嵌装在容置腔532内时，旋转驱动装置10与容置腔532的内壁形成过盈配合，然后再结合紧固件将旋转驱动装置10与滑动台53锁紧，这样连接的旋转驱动装置10和滑动台53非常牢固可靠；进一步地，容置腔532的圆筒状腔体，沿滑动台53的轴向分布设置。

即，通过旋转驱动装置10开设的穿孔11结合滑动台53开设的容置腔532，可以使得旋转驱动装置10与滑动台53的连接更加紧凑，从而可以减小整个可消除摆动半径误差的转台的体积，提升可消除摆动半径误差的转台安装的便利性以及使用的灵活性。

本实施例中，所述旋转驱动装置10的输出轴的延长线与所述摆动驱动装置20的输出轴的延长线垂直相交。具体的，当通过摆动半径调节装置50调节工作台40台面与摆动驱动装置20的输出轴之间的垂直距离时，由于旋转驱动装置10的输出轴的延长线与摆动驱动装置20的输出轴的延长线垂直相交，理论上，可以把待加工件60上相应的加工点位在高度方向上实时调整到与摆动驱动装置20的输出轴的轴心的延长线重合的位置，此时，使得摆动半径为零，因摆动而造成的误差则为零；也即是，通过该种结构设计可以进一步提升对待加工件60的加工精度。

结合图2～3所示，本实施例中，所述工作台40的台面设有至少一个用于配合卡持待加工件60的安装孔41。具体的，通过设置的的安装孔41能够便于对待加工件60进行装夹以及加强装夹的待加工件60与工作台40之间连接的稳定性，减小待加工件60加工时的误差，从而可以确保对待加工件60的加工精度更高。

本实施例中，所述旋转驱动装置10为伺服电机或步进电机或DD马达，所述摆动驱动装置20为伺服电机或步进电机或DD马达。具体的，根据实际需求，可以旋转伺服电机或步进电机作为旋转驱动装置10，可以旋转伺服电机或步进电机作为摆动驱动装置20。

当然，驱动电机51也可以选用伺服电机或步进电机或DD马达。

其中，DD马达指的是直线驱动马达，DD即为Direct Driver的简称。

本实施例中的摆动臂31、底板321、第一侧板322和第二侧板323一体成型而制形成一个一体成型的连接件30，这样不但能够对连接件30进行大批量生产时提高生产效率，还能够提升连接件30的整体的结构的强度，使得连接件30使用时的稳定性更佳，以及能够延长连接件30的使用寿命。

本发明实施例还提供了一种数控机床，该数控机床包括上述的可消除摆动半径误差的转台。数控机床可以为多轴数控机床，例如可以是三轴数控机床或者是五轴数控机床。

本发明实施例的数控机床，由于使用了上述能够减小或者消除对待加工件60进行加工时存在的旋转或者摆动半径误差的可消除摆动半径误差的转台，能够可以提升对待加工件60进行加工时的加工精度。

综上所述可知本发明乃具有以上所述的优良特性，得以令其在使用上，增进以往技术中所未有的效能而具有实用性，成为一极具实用价值的产品。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的思想和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.可消除摆动半径误差的转台，包括旋转驱动装置、摆动驱动装置、连接件以及工作台，所述旋转驱动装置安装于所述连接件上且用于支撑所述工作台并驱动所述工作台以所述旋转驱动装置的输出轴为中心旋转，所述摆动驱动装置与所述连接件连接并驱动所述连接件以所述摆动驱动装置的输出轴为中心摆动；其特征在于：所述可消除摆动半径误差的转台还包括摆动半径调节装置，所述摆动半径调节装置安装于所述连接件上且与所述旋转驱动装置连接并用于调节所述工作台的台面与所述摆动驱动装置的输出轴之间的垂直距离。

2.根据权利要求1所述的可消除摆动半径误差的转台，其特征在于：所述连接件包括摆动臂以及与所述摆动臂呈垂直角度固定连接的安装基座，所述摆动驱动装置与所述摆动臂驱动连接，所述摆动半径调节装置安装于所述安装基座上，所述旋转驱动装置位于所述安装基座的上方并与所述摆动半径调节装置驱动连接。

3.根据权利要求2所述的可消除摆动半径误差的转台，其特征在于：所述安装基座包括底板以及分别沿所述底板的两侧朝与所述底板同一垂直方向延伸设置的第一侧板和第二侧板，所述底板、所述第一侧板和所述第二侧板均与所述摆动臂固定连接，所述摆动半径调节装置安装于所述底板上。

4.根据权利要求3所述的可消除摆动半径误差的转台，其特征在于：所述摆动半径调节装置包括驱动电机、丝杆、滑动台和直线滑轨，所述滑动台开设有螺纹孔，所述驱动电机固定于所述底板且所述驱动电机的输出轴与所述丝杆固定连接，所述丝杆与所述螺纹孔螺纹连接，所述滑动台通过所述直线滑轨与所述第一侧板和/或所述第二侧板滑动连接，所述旋转驱动装置固定于所述滑动台上。

5.根据权利要求4所述的可消除摆动半径误差的转台，其特征在于：所述直线滑轨包括直线导轨和滑块，所述直线导轨呈垂直状安装于所述第一侧板的内侧面和/或所述第二侧板的内侧面，所述滑块与所述直线导轨滑动配合并固定在所述滑动台的外侧面。

6.根据权利要求4所述的可消除摆动半径误差的转台，其特征在于：所述底板开设有避空孔，所述驱动电机安装于所述底板的底部，且所述驱动电机的输出轴穿过所述避空孔伸入所述第一侧板和所述第二侧板之间。

7.根据权利要求1～6任一项所述的可消除摆动半径误差的转台，其特征在于：所述旋转驱动装置的输出轴的延长线与所述摆动驱动装置的输出轴的延长线垂直相交。

8.根据权利要求1～6任一项所述的可消除摆动半径误差的转台，其特征在于：所述工作台的台面设有至少一个用于配合卡持待加工件的安装孔。

9.根据权利要求1～6任一项所述的可消除摆动半径误差的转台，其特征在于：所述旋转驱动装置为伺服电机或步进电机或DD马达，所述摆动驱动装置为伺服电机或步进电机或DD马达。

10.数控机床，其特征在于：包括权利要求1～9任一项所述的可消除摆动半径误差的转台。