CN202162607U - 超长行程精密传动装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了超长行程精密传动装置，技术方案是：包含传动机构与支撑机构，所述复合托架安装在丝杠下方并与之相接，复合托架的个数为一个以上；所述复合托架是由液压油缸和压缩弹簧组成，旋转套筒与活塞之间安装有压缩弹簧，复合托架升降控制装置包括托架升起开关、托架降低开关、托架降低确认开关，所述传动机构的伺服驱动元件与消隙齿轮相接，消隙齿轮与临接消隙齿轮相接，临接消隙齿轮与旋转套筒连接；旋转套筒安装在精密轴承的内圈里；所述的精密轴承安装在螺母座体壳的内孔里，丝杠螺母与旋转套筒连接在一起。有益效果在于提高了长丝杠水平安装精度，解决了长丝杠旋转运行中振摆问题，系统精度高、稳定可靠，长度短。

Description

超长行程精密传动装置

技术领域

本实用新型超长行程精密传动装置属于机械加工设备领域，涉及大型数控机床传动装置，具体涉及一种行程在五米以上大型数控外螺纹磨床的精密传动装置。 

背景技术

数控外螺纹磨床磨削运动的传动机构通常由数字控制运动的工件纵向运动机构(Z轴)、工件旋转运动机构(C轴)和砂轮横向进刀运动机构(X轴)组成，机床数控系统根据加工工艺要求的速度、位置等指令，控制X轴做进刀运动，驱动转动着的砂轮切入螺纹工件设定的深度；数控系统控制Z轴驱动工件做直线运动；控制C轴驱动工件做旋转运动，Z轴和C轴按照一定的速比联动，从而实现螺纹磨削的插补运动。 

通常数控外螺纹磨床的纵向数控传动机构(Z轴)的结构布局是，T形床身前部(前床身)的平、V形导轨上安装工作台，工作台左侧水平面上固定安装头架，可移动尾架通过T形槽螺母和螺栓夹装在工作台的上导轨上，螺纹工件装夹于头架和尾架的顶尖上，C轴伺服电机经过减速机构带动头架主轴旋转，主轴通过拨叉带动工件旋转。在 前床身平、V形导轨之间安装母丝杠，母丝杠采用滚珠丝杠，其滚珠螺母固定在与工作台固联的螺母座内孔里，滚珠丝杠两端装有成组轴承，成组轴承装在两端支座的内孔里，两端的支座固定在前床身上，滚珠丝杠伸出端通过柔性联轴器与Z轴伺服电机轴实现同轴连接，数控系统控制Z轴伺服电机旋转，通过柔性联轴器带着母丝杠旋转，其滚珠螺母把母丝杠的旋转运动转为直线运动，拖动工作台和装在工作台的头架、尾架及夹于头架和尾架的顶尖上的工件一道沿工件轴向运动。此种常用的Z轴传动结构布局和转动方式在行程3米以下的中小型机床上是切实可行的。但对Z轴行程在5米以上的大型机床，却无法满足传动的要求，原因是： 

1.前床身长度＝2倍行程+保险余量+头架轴向尺寸+尾架轴向尺寸+两端冷却液回流通道，纵向占地面积太大。以十米数控丝杠磨床为例，采用此种结构布局，前床身长度将≥23米。 

2.母丝杠长度长则自重挠度大，转动时产生扭摆和低频震动，难以满足Z轴运动定位精度要求，严重影响螺纹工件加工精度和表面质量。 

3.母丝杠转动惯量大，数控系统响应速度差，能耗大。 

4.由于母丝杠在工作台下，安装调整困难。 

另外，数控外螺纹磨床的纵向数控传动机构也采用直线电机直接驱动，其定位精度较好，但由于没有螺纹增力机构，直线电机功率将是母丝杠传动结构所用功率的三倍多，发热严重，机床热变形较大，能耗高。 

实用新型内容：

本实用新型的目的是：针对现有技术的不足，提供一种超长行程精密传动装置，用以满足大型数控外螺纹磨床超长行程传动的定位精度要求、降低能耗要求、减少机床热损耗变形要求以及减少机床总长的要求。 

实现上述目的技术方案是：包含传动机构与支撑机构，其特征在于：传动机构主要包括：丝杠、丝杠螺母、伺服驱动元件、减速机构、精密轴承副、螺母座体壳、旋转套筒；支撑机构主要包括：丝杠固定支架、复合托架、复合托架升降控制装置、液压及恒温系统；所述复合托架安装在丝杠下方并与之相接，复合托架的个数为一个以上；所述复合托架是由液压油缸和压缩弹簧组成，旋转套筒与活塞之间安装有压缩弹簧，复合托架升降控制装置包括托架升起开关、托架降低开关、托架降低确认开关，所述传动机构的伺服驱动元件与消隙齿轮相接，消隙齿轮与临接消隙齿轮相接，临接消隙齿轮与旋转套筒连接；旋转套筒安装在精密轴承的内圈里；所述的精密轴承安装在螺母座体壳的内孔里，丝杠螺母与旋转套筒连接在一起。 

本实用新型的进一步技术方案在于：所述丝杠固定支架有两个，所述复合托架固定在丝杠固定支架与另一个丝杠固定支架之间。本实用新型的进一步技术方案在于：所述托架升起开关与托架降低开关分布在复合托架两侧，托架降低确认开关位于托架降低开关接近复合托架一侧。 

超长行程精密传动装置，是通过改变Z轴传动结构和传动方式，增加多个自动升降托架装置，实现大型数控外螺纹磨床的精密传动要 求。 

超长行程精密传动装置的Z轴传动结构采用工件不动，而由砂轮做Z坐标方向移动的传动结构。做X坐标方向运动的砂轮架安装在拖板的横向导轨上；做Z坐标方向运动的拖板安装在机床矩形床身后部的纵向导轨上；头架固定在矩形床身前部左侧，可移动尾架安装在矩形床身前部的尾架导轨上，螺纹工件装夹于头架和尾架的顶尖上。机床数控系统控制Z轴伺服驱动元件正反转动，通过减速机构经螺母将旋转运动转换为直线往复运动，驱动砂轮架沿着拖板的横向导轨(X轴运动坐标)做进刀运动，驱动转动着的砂轮切入螺纹工件设定的深度；控制拖板及安装在其上的砂轮架、砂轮沿着床身后部的纵向导轨(Z轴运动坐标)做直线运动；控制C轴伺服电机经过减速机构带动头架主轴做旋转运动，主轴通过拨叉带动工件旋转。Z轴和C轴按照一定的速比联动，从而实现螺纹磨削的插补运动。Z轴丝杠两端用固定支架夹持支撑，中间设计复合托架辅助支撑机构自动升起、降落用以托平丝杠，消除丝杠水平下荡，解决长丝杠自重挠度大、水平安装精度问题。 

所述传动装置改变了驱动模式，在运行中由驱动系统驱动螺母旋转，丝杠不动，螺母座套筒带动执行元件作直线运动的传动方式。 

所述复合托架是指液压油缸和压缩弹簧组成的定位支撑升降装置，油缸缸体下部进油，活塞上升，套筒随之上升。套筒与活塞之间安装有压缩弹簧，套筒接触丝杠后使弹簧压缩，减小套筒对丝杠的冲击力，各托架升起后，套筒顶面的高度差小于传动要求的公差。复合 托架的个数根据丝杠的长度不同具体设定。 

本实用新型超长行程精密传动装置与传统结构相比，提高了长丝杠水平安装精度，解决了长丝杠旋转运行中振摆问题，系统精度高、稳定可靠，可以减少床身近乎一半的长度，满足了大型、精密数控螺纹磨床对传动装置的使用要求，突破了大型、高精度数控机床的瓶颈技术。 

附图说明

图1是本实用新型传动原理图。 

图2是本实用新型结构示意图。 

图3是本实用新型传动机构结构示意图。 

图4是本实用新型复合托架结构示意图。 

其中：1、丝杠固定支架；2、丝杠；3、复合托架；4、伺服驱动元件；5、消隙齿轮；6、临接消隙齿轮；7、精密轴承；8、螺母座体壳；9、旋转套筒；11、另一个丝杠固定支架；12、托架升起开关；13、液压及恒温系统；14、托架降低确认开关；15、托架降低开关。 

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明； 

本实用新型超长行程精密传动装置开始工作时，由伺服驱动元件4带动消隙齿轮5旋转，通过临接消隙齿轮6带动旋转套筒9转动；旋转套筒9安装在精密轴承7的内圈里，由两只螺母紧固做轴向定位； 所述的精密轴承7安装在螺母座体壳8的内孔里，丝杠螺母与旋转套筒9连接在一起，丝杠不动螺母旋转将旋转运动变为直线运动，带动螺母座及执行元件作直线精确定位运动。 

丝杠固定支架1、另一个丝杠固定支架11材质为铸铁件，分别固定在基础件上，用以支撑丝杠2两端，丝杠2两端用螺母拉紧丝杠并使之轴向固定，丝杠2和固定支架之间用销钉和键联结，使丝杠2在工作过程中不产生旋转运动。 

复合托架3安装在两固定支架之间，油缸缸体固定在基础件上，缸体下部进油，活塞上升，套筒随之上升。套筒与活塞之间安装有压缩弹簧，套筒接触丝杠后使弹簧压缩，减小套筒对丝杠的冲击力，各托架升起后，套筒顶面的高度差小于0.01毫米。复合托架的个数不局限于两个，根据数控轴行程的长短可以设置3个，4个，5个...N个不等。 

工作过程中，传动机构通过螺母座体壳8与执行元件连接在一块，并随执行元件一道运动，如图3所示，传动机构与执行元件从右向左运动，开关触发，控制液压及恒温系统的电磁阀动作，使复合托架的活塞下降，套筒降低，开关确认安全后，丝杠螺母及传动机构可通过复合托架。传动机构向左移动，开关触发，控制液压及恒温系统的电磁换向阀换向，复合托架的活塞上升，套筒上升重新托平丝杠。 

传动机构与执行元件继续向左运动，开关15触发，控制液压及恒温系统13的电磁阀动作，使复合托架3的活塞下降，套筒降低，开关14确认安全后，丝杠螺母及传动机构可通过复合托架3。传动 机构向左移动，开关12触发，控制液压及恒温系统13的电磁换向阀换向，复合托架3的活塞上升，套筒上升重新托平丝杠。 

丝杠2、精密轴承7工作时均采用连续注油润滑。 

所述伺服驱动元件4指的是伺服电机或伺服马达。 

所述执行元件是指大型、精密数控螺纹磨床的砂轮拖板或工作台 

根据国家标准中数控螺纹磨床主运动坐标的定义，将沿工件的轴向坐标运动的纵向运动机构定义为Z轴，将沿工件的圆周坐标作旋转的运动机构定义为C轴，将沿工件的径向坐标运动的横向运动机构定义X轴。 

本实用新型所述传动机构中并不局限于消隙齿轮传动，也可使用同步带轮装置，蜗轮-蜗杆装置，其工作原理是一致的。因此其变化也属于本实用新型保护范围。 

综合以上所知，本实用新型的以上实施方式为非穷举，不对本实用新型的具体实施造成限制。 

Claims (3)

1.一种超长行程精密传动装置，包含传动机构与支撑机构，其特征在于：传动机构主要包括：丝杠(2)、丝杠螺母、伺服驱动元件(4)、减速机构、精密轴承副(7)、螺母座体壳(8)、旋转套筒(9)；支撑机构主要包括：丝杠固定支架(11)、复合托架(3)、复合托架升降控制装置、液压及恒温系统(13)；所述复合托架(3)安装在丝杠(2)下方并与之相接，复合托架(3)的个数为一个以上；所述复合托架(3)是由液压油缸和压缩弹簧组成，旋转套筒(9)与活塞之间安装有压缩弹簧，复合托架升降控制装置包括托架升起开关(12)、托架降低开关(15)、托架降低确认开关(14)，所述传动机构的伺服驱动元件(4)与消隙齿轮(5)相接，消隙齿轮(5)与临接消隙齿轮(6)相接，临接消隙齿轮(6)与旋转套筒(9)连接；旋转套筒(9)安装在精密轴承(7)的内圈里；所述的精密轴承(7)安装在螺母座体壳(8)的内孔里，丝杠螺母与旋转套筒(9)连接在一起。

2.如权利要求1所述的一种超长行程精密传动装置，其特征在于：所述丝杠固定支架有两个，所述复合托架(3)固定在丝杠固定支架(1)与另一个丝杠固定支架(11)之间。

3.如权利要求1所述的一种超长行程精密传动装置，其特征在于：所述托架升起开关(12)与托架降低开关(15)分布在复合托架(3)两侧，托架降低确认开关(14)位于托架降低开关(15)接近复合托架(3)一侧。

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