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CN111730394A - 机床用竖直向丝杠的垂直传动结构及制造方法 - Google Patents

机床用竖直向丝杠的垂直传动结构及制造方法 Download PDF

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CN111730394A CN202010677325.9A CN202010677325A CN111730394A CN 111730394 A CN111730394 A CN 111730394A CN 202010677325 A CN202010677325 A CN 202010677325A CN 111730394 A CN111730394 A CN 111730394A
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严昊明
高峰
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Shenyang Machine Tool Zhongjie Friendship Factory Co ltd
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Abstract

一种机床用竖直向丝杠的垂直传动结构及制造方法，其特征在于伺服电机与减速机相连后，丝杠一端垂直进入减速机通过涨紧结构牢固固定，法兰盘、支撑座的圆心内容纳滚针推力圆柱滚子轴承，并由锁紧螺母与丝杠锁紧构成固定端、通过螺钉将法兰盘与减速机固定，以双重方式固定固定端；推力角接触球轴承及轴承座通过上下隔套安装在丝杠另一端构成支撑端，并末端由锁紧螺母紧固。丝杠固定端丝杠与支撑座和法兰盘的整体装配、机床垂直向传动可承受更大的切削抗力、减少了中间环节的传动误差。可有效降低整个传动系统的高度，使电机端传动靠近丝杠支撑部位、提高电机端传动的刚性和传动整体的稳定性。降低机床的整体高度，同规格机床产品适用性更高。

Description

机床用竖直向丝杠的垂直传动结构及制造方法
技术领域
本发明涉及加工的机械装备制造，一种机床用竖直向丝杠的垂直传动结构及制造方法。
背景技术
机床用竖直向丝杠的传动，包括一种传动方式为电机带动减速机，通过联轴器连接减速机输出轴和丝杠尾端轴进行传动，另一种传动方式为电机直接通过联轴器连接电机输出轴和丝杠尾端轴以直连的方式进行传动，这种传动方式应用于高速、轻型机床，对电机要求较高。以上两种传动方式中电机减速机联轴器和丝杠的布局形式都与丝杠传动方向相同即为竖直向，竖直向布局传动电机端需要增加长支座，支座的高度与机床竖直向运动行程成对应关系。由于支座高度较高，无法与基础大件作为一个整体，而是做成一个单独的支座与基础大件分别加工再通过螺钉固定，装配时人工刮研调整安装，并且通过联轴器连接两端轴进行传动。为了保证传动刚性减小传动误差，这种传动方式联轴器本身要具备一定的纠偏能力，而且要求用于连接的两轴同轴度很高、轴向距离偏差要在允差范围内，增加了相应基础件加工和装配的难度；竖直向安装后电机驱动端受竖向行程影响离支撑端距离较远，导致机床竖向切削刚性和切削抗力变差。同时此结构布置于机床的滑枕上用于Z向传动时，会加高整个机床的高度，导致机床的适用性变差，通常需要整机的安装地基下沉来解决，这样耗费大量的人力、物力和施工时间。
发明内容
本发明的目的是提供一种机床用竖直向丝杠的垂直传动结构及制造方法，可降低机床高度、省去连轴器、消除传动误差。
本发明的这种机床用竖直向丝杠的垂直传动结构，包括滑枕上的伺服电机、减速机、丝杠，其特征在于伺服电机与减速机相连后，丝杠一端垂直进入减速机通过涨紧结构牢固固定，法兰盘、支撑座圆心内容纳滚针推力圆柱滚子轴承，并由锁紧螺母与丝杠锁紧构成固定端、通过螺钉将法兰盘与减速机固定，以双重方式固定固定端；推力角接触球轴承及轴承座通过上下隔套安装在丝杠另一端构成支撑端，并末端由锁紧螺母紧固；制造方法:丝杠固定端丝杠与支撑座和法兰盘的整体装配、丝杠固定端以支撑座和减速机涨紧结构双重固定的方式保证电机和减速机输出扭矩的平稳性；丝杠下支撑端丝杠与轴承座的装配及调整工艺、最后通过配磨调整垫来保证丝杠的下支撑端与上固定端和丝杠丝母的同轴度≤0.01mm；加工法兰盘毛坯的各面和孔，内止口和外止口、上与减速机结合面、下与支撑座结合面均需留磨削余量；经过锻造工序制造支撑座的毛坯，加工支撑座毛坯的各面和孔，磨削保证法兰盘的内外止口同轴度0.01mm,上下端面跳动公差0.01mm；加工轴承座毛坯的各面和孔，磨削保证轴承座的中心孔圆柱度小于0.003mm,轴承座的安装底面对于中心孔跳动公差小于0.02mm。
本发明这种机床用竖直向丝杠的垂直传动结构的优越性：
1、机床竖直向丝杠传动电机端布置在与丝杠方向垂直的水平向，可以有效降低整个传动系统的高度，使电机端传动靠近丝杠支撑部位，可提高电机端传动的刚性和传动整体的稳定性。
2、丝杠与电机端减速机连接时，丝杠端尾部整体穿过减速机通过涨紧机构与减速机牢固结合为一个整体，省去联轴器的两端轴连接形式，与联轴器连接形式相比，机床垂直向传动可承受更大的切削抗力，同时减少了中间环节的传动误差。
3.丝杠固定端，丝杠通过法兰盘和支撑座将滚针推力圆柱滚子轴承和减速机涨紧结构以双重固定的方式，保证电机和减速机输出扭矩的平稳性，解决了动力垂直传动运转中产生的振动、冲击和动载荷对机床切削加工的影响。
4、机床用竖直向丝杠的垂直传动结构布置于机床的滑枕上用于Z向传动时，可以有效降低机床的整体高度，同规格机床产品适用性更高。
5、机床用竖直向丝杠的垂直传动结构中，丝杠的两端安装形式为一端固定、一端支撑，上固定端采用滚针推力圆柱滚子轴承可以同时承受很大的轴向载荷和径向载荷，保证整套传动结构可以承受重载荷和振动载荷。相比常用的角接触球轴承，承受载荷能力强，使用寿命更高。而支承端只承受径向力，并且能够做微量的轴向浮动，以及可以减少或者避免因丝杠自重而出现的弯曲，另外，丝杠的热变形可以自由的向一端伸长。
附图说明
图1是机床用竖直向丝杠的垂直传动结构示意图；
图2是丝杠固定端局部结构放大图；
图3是丝杠固定端中法兰盘主视图；
图4是丝杠固定端中法兰盘剖视图；
图5是丝杠固定端中支撑座主视图；
图6是丝杠固定端中支撑座剖视图；
图7是丝杠支撑端局部结构放大图；
图8是丝杠支撑端轴承座主视图；
图9是丝杠支撑端轴承座俯视图。
具体实施方式
图中1是伺服电机；2是减速机；3是法兰盘；4是支撑座；5是锁紧螺母；6是滚针推力圆柱滚子轴承；7是隔套；8是丝杠；9是推力角接触球轴承；10是轴承座；11是上下隔套；12是调整垫。
这种机床用竖直向丝杠的垂直传动结构，包括滑枕上的伺服电机、减速机、丝杠，见附图1，其特征在于伺服电机1与减速机2相连后，丝杠8一端垂直进入减速机2通过涨紧结构牢固固定，法兰盘3、支撑座4圆心内容纳滚针推力圆柱滚子轴承6，并由锁紧螺母5与丝杠8锁紧构成固定端、用螺钉将固定端的法兰盘3与减速机2紧固，以双重方式固定固定端；推力角接触球轴承9及轴承座10通过上下隔套11安装在丝杠8另一端构成支撑端，并末端由锁紧螺母5紧固。
丝杠8与减速机2的固定端中法兰盘3有装配中心孔、一侧内凸台和外周台，外周台有螺孔与支撑座4外周圆台的螺孔相对应，见图3～6，法兰盘3的内凸台有与减速机2固定的螺孔。支撑座4轴向两端有外周圆台、中间缩径、并缩径壁中有径向注油孔，外周圆台的外周螺钉通孔与法兰盘3外周台螺孔对应，支撑座4轴向内部有4级渐次向中心凹陷的环台，其中一个环台上有滚针推力圆柱滚子轴承6安装用的螺孔，并有径向注油孔对应滚针推力圆柱滚子轴承6安装空间。滚针推力圆柱滚子轴承6落在支撑座4圆心凹环台上，通过螺钉固定。滚针推力圆柱滚子轴承6上部由锁紧螺母5紧固在丝杠8上；滚针推力圆柱滚子轴承6下部与丝杠8缩径台圆心之间有隔套7，使滚针推力圆柱滚子轴承6在丝杠8上定位。支撑端见图7～9，轴承座10为长方体，厚度的面上有贯穿高度的通孔，为安装孔；轴承座10长宽面上的中心孔贯穿整个厚度为丝杠8的安装孔。
机床用竖直向丝杠的垂直传动结构制造方法：
丝杠8固定端上法兰盘3与支撑座4的整体装配工艺：在固定端法兰盘3的作用是连接减速机输出法兰和支撑座4的过渡作用，减速机2为法兰输出结构，法兰盘3的内通孔为基孔制H7，粗糙度0.8的精加工面，用于和减速机2输出法兰面的止口定位，通过4个M8的加强螺钉和减速机2固定；法兰盘3的外凸台外圆配合公差为g6，粗糙度0.8的精加工面，用于和支撑座4定位，并通过8-M10通孔和支撑座4固定。支撑座4连接法兰盘3和基础大件，是固定端的关键零件，内部安装滚针推力圆柱滚子轴承6，安装滚针推力圆柱滚子轴承6的定位孔配合公差J6，粗糙度0.8，安装滚针推力圆柱滚子轴承6的底面粗糙度0.8，与轴承安装孔垂直度公差0.01mm。支撑座4上端通过凹台与法兰盘3止口定位，凹台通孔为基孔制H7，粗糙度0.8的精加工面，与滚针推力圆柱滚子轴承6安装孔同轴度公差0.01mm。支撑座4与基础大件通过下端凸台止口与基础大件定位安装，凸台外周配合公差g6外周粗糙度0.8，外周与滚针推力圆柱滚子轴承6安装孔同轴度公差0.01mm。支撑座4下与基础大件的安装面粗糙度0.8，平面度公差0.01mm；上与法兰盘3安装结合面的粗糙度0.8，并且整体上下两端面平行度公差0.01mm。
丝杠8固定端丝杠与支撑座4和法兰盘3的整体装配工艺方法：
丝杠8中心贯穿通过支撑座4和法兰盘3中心孔，并与支撑座4内部安装的滚针推力圆柱滚子轴承6内环过盈连接配合，滚针推力圆柱滚子轴承6外环圈通过止口与支撑座4定位，滚针推力圆柱滚子轴承6的外环圈通过螺钉固定在支撑座4上，锁紧螺母5将滚针推力圆柱滚子轴承6与隔套7压紧在丝杠8的上轴肩部，通过这种方式将丝杠8与支撑座4可靠固定；并且丝杠8最终上端贯穿整个减速机2，尾部以涨紧结构与减速机2端进行牢固安装。丝杠8固定端以支撑座4和减速机2涨紧结构双重固定的方式保证电机1和减速机2输出扭矩的平稳性。
丝杠8下支撑端丝杠与轴承座10的装配及调整工艺方法：
轴承座10内孔为基孔制H6，粗糙度0.8，内孔与推力角接触球轴承9外环配合，下支撑端采用双列万能组合功能的推力角接触球轴承9，接触角60°，轴承座10安装底面粗糙度0.8mm，与圆心跳动公差0.02mm，通过调整垫12将轴承座10安装固定。丝杠8中心穿过轴承座10内部的推力角接触球轴承9，丝杠8与推力角接触球轴承9内环过盈配合，下端轴肩部锁紧螺母5将通过上下隔套11将推力角接触球轴承9压紧在丝杠8的下轴肩部，最后通过配磨调整垫12来保证丝杠8的下支撑端与上固定端和丝杠8丝母的同轴度≤0.01mm。
法兰盘3的制造工艺：材料为45#钢，经过锻造工序制造法兰盘毛坯，毛坯中间预留通孔。加工法兰盘3毛坯的各面和孔，内止口和外止口、上与减速机结合面、下与支撑座4结合面均需留磨削余量，各棱角加工1x45°的倒角，去除加工出现的飞边毛刺后转入磨床，磨削保证法兰盘3的内外止口同轴度0.01mm,上下端面跳动公差0.01mm。
支撑座4的制造工艺：材料为45#钢，经过锻造工序制造支撑座4的毛坯，加工支撑座4毛坯的各面和孔，滚针推力圆柱滚子轴承6的安装面和与法兰盘3安装止口、上与法兰盘3结合面、下与基础大件结合面均需留磨削余量，各棱角加工1x45°的倒角，去除加工出现的飞边毛刺后转入磨床，磨削保证法兰盘3的内外止口同轴度0.01mm,上下端面跳动公差0.01mm。
轴承座10的制造工艺：材料为45#钢，整块钢板切割后备料制造轴承座10的毛坯，加工轴承座10毛坯的各面和孔，将推力角接触球轴承9的安装孔和轴承座10的安装底面留磨削余量，各棱角加工1x45°的倒角，去除加工出现的飞边毛刺后转入磨床，磨削保证轴承座10的中心孔圆柱度小于0.003mm,轴承座10的安装底面对于中心孔跳动公差小于0.02mm。

Claims (10)

1.一种机床用竖直向丝杠的垂直传动结构，包括滑枕上的伺服电机、减速机、丝杠，其特征在于伺服电机(1)与减速机(2)相连后，丝杠(8)一端垂直进入减速机(2)通过涨紧结构牢固固定，法兰盘(3)、支撑座(4)圆心内容纳滚针推力圆柱滚子轴承(6)，并由锁紧螺母(5)与丝杠(8)锁紧构成固定端、通过螺钉将法兰盘(3)与减速机(2)固定，以双重方式固定固定端；推力角接触球轴承(9)及轴承座(10)通过上下隔套(11)安装在丝杠(8)另一端构成支撑端，并末端由锁紧螺母(5)紧固。
2.根据权利要求1所述的机床用竖直向丝杠的垂直传动结构，其特征在于法兰盘(3)有装配中心孔、一侧内凸台和外周台，外周台有螺孔与支撑座(4)外周圆台的螺孔相对应，法兰盘(3)的内凸台有与减速机(2)固定的螺孔。
3.根据权利要求1所述的机床用竖直向丝杠的垂直传动结构，其特征在于固定端结构：支撑座(4)轴向两端有外周圆台、中间缩径、并缩径壁中有径向注油孔，外周圆台的外周螺钉通孔与法兰盘(3)外周台螺孔对应，支撑座(4)轴向内部有4级渐次向中心凹陷的环台，其中一个环台上有滚针推力圆柱滚子轴承(6)安装用的螺孔，并有径向注油孔对应滚针推力圆柱滚子轴承(6)安装空间；滚针推力圆柱滚子轴承(6)下部与丝杠(8)缩径台圆心之间有隔套(7)。
4.根据权利要求1所述的机床用竖直向丝杠的垂直传动结构，其特征在于支撑端结构：丝杠(8)下端通过上下隔套(11)与推力角接触球轴承(9)，末端锁紧螺母(5)紧固，推力角接触球轴承(9)外加轴承座(10)，并在轴承座(10)与安装后的滑枕之间加调整垫(12)，对丝杠(8)作径向微调。
5.一种制造权利要求1所述的机床用竖直向丝杠的垂直传动结构的方法，其特征在于丝杠(8)固定端法兰盘(3)与支撑座(4)的整体装配工艺：法兰盘(3)的内通孔为基孔制H7、粗糙度0.8的精加工面，用于和减速机输出法兰(2)面的止口定位，通过加强螺钉和减速机(2)固定；法兰盘(3)的凸台外圆配合公差为g6、粗糙度0.8的精加工面，凸台外周有螺孔用于和支撑座(4)定位，并通过螺钉通孔和支撑座(4)固定，支撑座(4)连接法兰盘(3)和基础大件，是固定端的关键零件，内部安装滚针推力圆柱滚子轴承(6)，安装滚针推力圆柱滚子轴承(6)的定位孔配合公差J6，粗糙度0.8，安装滚针推力圆柱滚子轴承(6)的底面粗糙度0.8，与轴承安装孔垂直度公差0.01mm；支撑座(4)上端通过凹台与法兰盘(3)止口定位，凹台通孔为基孔制H7、粗糙度0.8的精加工面，与滚针推力圆柱滚子轴承(6)安装孔同轴度公差0.01mm；支撑座(4)与基础大件通过下端凸台止口与基础大件定位安装，凸台外周配合公差g6、外周粗糙度0.8，外周与滚针推力圆柱滚子轴承(6)安装孔同轴度公差0.01mm；支撑座(4)下与基础大件的安装面粗糙度0.8，平面度公差0.01mm；上与法兰盘(3)安装结合面的粗糙度0.8，并且整体上下两端面平行度公差0.01mm。
6.根据权利要求5所述制造机床用竖直向丝杠的垂直传动结构的方法，其特征在于丝杠(8)固定端丝杠与支撑座(4)和法兰盘(3)的整体装配工艺：丝杠(8)中心贯穿通过支撑座(4)和法兰盘(3)中心孔，并与支撑座(4)内部安装的滚针推力圆柱滚子轴承(6)内环过盈连接配合，滚针推力圆柱滚子轴承(6)外环圈通过止口与支撑座(4)定位，滚针推力圆柱滚子轴承(6)的外环圈通过螺钉固定在支撑座(4)上，锁紧螺母(5)将滚针推力圆柱滚子轴承(6)与隔套(7)压紧在丝杠(8)的上轴肩部，通过这种方式将丝杠(8)与支撑座(4)可靠固定；并且丝杠(8)最终上端贯穿整个减速机(2)，尾部以涨紧结构与减速机(2)端进行牢固安装；丝杠(8)固定端以支撑座(4)和减速机(2)涨紧结构双重固定的方式保证电机(1)和减速机(2)输出扭矩的平稳性。
7.根据权利要求5所述制造机床用竖直向丝杠的垂直传动结构的方法，其特征在于丝杠(8)下支撑端丝杠与轴承座(10)的装配及调整工艺：轴承座(10)内孔为基孔制H6，粗糙度0.8，内孔与有接触角60°的推力角接触球轴承(9)外环配合，轴承座(10)安装底面粗糙度0.8mm，与圆心跳动公差0.02mm，通过调整垫(12)将轴承座(10)安装固定，丝杠(8)中心穿过轴承座(10)内部的推力角接触球轴承(9)，丝杠(8)与推力角接触球轴承(9)内环过盈配合，下端轴肩部锁紧螺母(5)将通过上下隔套(11)将推力角接触球轴承(9)压紧在丝杠(8)的下轴肩部，最后通过配磨调整垫(12)来保证丝杠(8)的下支撑端与上固定端和丝杠(8)丝母的同轴度≤0.03mm。
8.根据权利要求5所述制造机床用竖直向丝杠的垂直传动结构的方法，其特征在于法兰盘(3)的制造工艺：材料为45#钢，经过锻造工序制造法兰盘毛坯，毛坯中间预留通孔；加工法兰盘(3)毛坯的各面和孔，内止口和外止口、上与减速机结合面、下与支撑座(4)结合面均需留磨削余量，各棱角加工1x45°的倒角，去除加工出现的飞边毛刺后转入磨床，磨削保证法兰盘3的内外止口同轴度0.01mm,上下端面跳动公差0.01mm。
9.根据权利要求5所述制造机床用竖直向丝杠的垂直传动结构的方法，其特征在于支撑座(4)的制造工艺：材料为45#钢，经过锻造工序制造支撑座(4)的毛坯，加工支撑座(4)毛坯的各面和孔，滚针推力圆柱滚子轴承(6)的安装面和与法兰盘(3)安装止口、上与法兰盘(3)结合面、下与基础大件结合面均需留磨削余量，各棱角加工1x45°的倒角，去除加工出现的飞边毛刺后转入磨床，磨削保证法兰盘(3)的内外止口同轴度0.01mm,上下端面跳动公差0.01mm。
10.根据权利要求5所述制造机床用竖直向丝杠的垂直传动结构的方法，其特征在于轴承座(10)的制造工艺：材料为45#钢，整块钢板切割后备料制造轴承座(10)的毛坯，加工轴承座(10)毛坯的各面和孔，将推力角接触球轴承(9)的安装孔和轴承座(10)的安装底面留磨削余量，各棱角加工1x45°的倒角，去除加工出现的飞边毛刺后转入磨床，磨削保证轴承座(10)的中心孔圆柱度小于0.003mm,轴承座(10)的安装底面对于中心孔跳动公差小于0.02mm。
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