本發(fā)明涉及一種用于數(shù)控機(jī)床的連續(xù)分度型B軸回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，尤其是一種適用于精密復(fù)合磨床砂輪架的B軸回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。

背景技術(shù)：

高速精密數(shù)控機(jī)床不僅具有極高的生產(chǎn)效率，而且可顯著提高零件的加工精度和表面質(zhì)量。目前，國(guó)內(nèi)高檔精密數(shù)控機(jī)床精密軸系所需的關(guān)鍵零件主要通過(guò)多臺(tái)設(shè)備、多道工序、多次裝夾加工完成，不僅生產(chǎn)周期長(zhǎng)，而且加工精度穩(wěn)定性和機(jī)床可靠性差，是我國(guó)高檔數(shù)控機(jī)床面臨的重大瓶頸問題。然而，這類軸系零件的精密加工，理想的解決方式是使用帶有B軸回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的精密復(fù)合磨床，在一次裝夾中完成軸類零件多個(gè)特征面的精密加工。

當(dāng)前能夠滿足高檔數(shù)控機(jī)床軸系零件加工要求的精密復(fù)合磨床一直為國(guó)外品牌占有，其中典型的磨床產(chǎn)品有斯來(lái)福臨集團(tuán)STUDER公司的萬(wàn)能內(nèi)外圓磨床系列和哈挺集團(tuán)的KEL-VARIA系列，其磨床可配置多種形式的磨頭，為用戶需求提供多種可能的解決方案。

在機(jī)床的回轉(zhuǎn)工作臺(tái)中，典型的機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)有：1）蝸輪蝸桿副；2）滾柱凸輪副等。其中蝸輪蝸桿副傳動(dòng)對(duì)輪系的傳動(dòng)精度要求高，容易產(chǎn)生背隙，影響傳動(dòng)精度；滾柱凸輪副要求元件加工精度高，制造成本較高。這些機(jī)構(gòu)在復(fù)合磨床砂輪架的B軸回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)中鮮有應(yīng)用。在復(fù)合磨床砂輪架的B軸回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)中，一般采用鼠牙盤和力矩電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)兩種結(jié)構(gòu)，其中鼠牙盤結(jié)構(gòu)采用的是有限齒數(shù)的端齒輪，只能有級(jí)分度；力矩電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)雖然可以連續(xù)分度，但其電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量與負(fù)載的慣量在快速轉(zhuǎn)動(dòng)應(yīng)用中很難匹配，容易引起系統(tǒng)超調(diào)和振蕩。

與一般齒輪傳動(dòng)相比，諧波齒輪傳動(dòng)具有如下主要特點(diǎn)：1）傳動(dòng)比大且范圍寬，單級(jí)傳動(dòng)的傳動(dòng)比范圍在50~500；2）傳動(dòng)工作時(shí)，同時(shí)參與嚙合的齒對(duì)數(shù)多；3）齒面磨損小且均勻；4）傳動(dòng)精度高；5）回差小，可實(shí)現(xiàn)零回差傳動(dòng)。經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，諧波齒輪傳動(dòng)已經(jīng)在航空航天、機(jī)床、造船、汽車、紡織、冶金等行業(yè)獲得了廣泛的應(yīng)用。

在上述研究背景下，有必要充分利用機(jī)床回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的設(shè)計(jì)理念，利用諧波齒輪減速傳動(dòng)裝置來(lái)提升電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和負(fù)載慣量之間的動(dòng)態(tài)性能匹配，開發(fā)適用于數(shù)控機(jī)床的連續(xù)分度型B軸回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種連續(xù)分度、裝配簡(jiǎn)便和機(jī)電系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能匹配好的機(jī)床B軸回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：一種連續(xù)分度型B軸回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，包括底座、體殼、立柱、伺服電機(jī)，所述底座上面裝設(shè)體殼，所述體殼通過(guò)上軸承、下軸承、立柱的軸肩和軸環(huán)形成B軸回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的三支承結(jié)構(gòu)，用于提高B軸機(jī)構(gòu)的回轉(zhuǎn)精度；所述體殼上端裝有伺服電機(jī)，所述伺服電機(jī)與體殼之間裝有諧波齒輪減速傳動(dòng)裝置，用于提升伺服電機(jī)對(duì)體殼所在外負(fù)載快速驅(qū)動(dòng)的動(dòng)態(tài)性能；所述體殼下端裝有氣動(dòng)夾盤，用于抱緊或松開立柱。

所述諧波齒輪傳動(dòng)減速裝置由柔輪、剛輪、波發(fā)生器組成，所述波發(fā)生器的圓周面為橢圓形柱面，并與電機(jī)主軸固定連接；所述柔輪通過(guò)螺釘經(jīng)壓板固定在立柱上端的連軸套的上表面，柔輪的上端外側(cè)加工有輪齒，剛輪的內(nèi)側(cè)加工有輪齒，柔輪比剛輪的輪齒數(shù)少兩個(gè)，且柔輪和剛輪處于嚙合狀態(tài)；所述伺服電機(jī)的體殼通過(guò)螺釘經(jīng)過(guò)渡法蘭和剛輪與體殼的上表面固定連接；電機(jī)主軸的轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)使波發(fā)生器轉(zhuǎn)動(dòng)、柔輪產(chǎn)生變形、柔輪和剛輪之間的輪齒產(chǎn)生嚙合運(yùn)動(dòng)，使伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)傳遞給體殼。

所述立柱上端通過(guò)平鍵連接連軸套，連軸套經(jīng)平鍵周向限制在立柱的上端。

所述氣動(dòng)夾盤由螺釘通過(guò)螺釘孔固定在體殼的內(nèi)孔內(nèi)；體殼上開設(shè)有壓縮空氣供應(yīng)通道，壓縮空氣經(jīng)過(guò)壓縮空氣供應(yīng)通道后經(jīng)氣動(dòng)夾盤的氣體通道可控制氣動(dòng)夾盤的彈簧皮腔產(chǎn)生膨脹或壓縮，以此控制氣動(dòng)夾盤的彈性?shī)A的徑向位移變形。

所述的體殼和底座之間還可裝設(shè)圓光柵，用于對(duì)B軸回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的分度進(jìn)行閉環(huán)控制。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明的體殼通過(guò)上軸承、下軸承和立柱的軸肩形成三支承結(jié)構(gòu)，不僅簡(jiǎn)化了B軸回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的裝配和維修工藝，還提升了B軸回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的回轉(zhuǎn)精度；在伺服電機(jī)和體殼之間裝設(shè)諧波齒輪減速裝置，大大提升了伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)體殼所在外負(fù)載的能力；體殼下端裝設(shè)氣動(dòng)夾盤，不僅可以充分利用立柱軸環(huán)外表面的形位精度來(lái)提升回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的回轉(zhuǎn)精度，而且還簡(jiǎn)化了體殼的抱緊裝置。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，回轉(zhuǎn)精度高，動(dòng)態(tài)運(yùn)行性能好。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的連續(xù)分度型B軸回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)剖視圖；

圖2是氣動(dòng)夾盤示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。

如圖1和圖2所示，本發(fā)明的連續(xù)分度型B軸回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，包括底座1、氣動(dòng)夾盤2、體殼3、下軸承4、立柱5、上軸承6、連軸套7、柔輪8、剛輪9、波發(fā)生器10、過(guò)渡法蘭11、伺服電機(jī)12、壓板14、平鍵15等。

體殼3通過(guò)上軸承6、下軸承4、立柱5的軸肩18和軸環(huán)17形成B軸回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的三支承結(jié)構(gòu)；立柱5上端裝有平鍵15和連軸套7，平鍵15可對(duì)連軸套7進(jìn)行周向限位；伺服電機(jī)12的體殼、過(guò)渡法蘭11和剛輪9通過(guò)螺釘與體殼3固連；具有外輪齒的柔輪8和內(nèi)輪齒的剛輪9與圓周面為橢圓形柱面的波發(fā)生器10三者一道形成諧波齒輪減速傳動(dòng)裝置，在電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)柔輪8通過(guò)螺釘經(jīng)壓板14固定在連軸套7的上表面，電機(jī)主軸13的轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)使波發(fā)生器10轉(zhuǎn)動(dòng)、柔輪8產(chǎn)生變形、柔輪8和剛輪9之間的輪齒產(chǎn)生嚙合運(yùn)動(dòng)，這樣將伺服電機(jī)12的轉(zhuǎn)動(dòng)傳遞給體殼3。

體殼3下端內(nèi)孔裝設(shè)氣動(dòng)夾盤2，通過(guò)螺釘孔19由螺釘將其固定在體殼3上；體殼3上開有壓縮空氣供應(yīng)通道16，壓縮空氣經(jīng)該壓縮空氣供應(yīng)通道16經(jīng)氣動(dòng)夾盤的氣體通道24通入氣動(dòng)夾盤2的彈簧皮腔20，在壓縮空氣的作用下，彈簧皮腔20產(chǎn)生膨脹或壓縮，導(dǎo)致氣動(dòng)夾盤2的彈性?shī)A23產(chǎn)生徑向位移變形，以此來(lái)抱緊或松開立柱5。

為了提高B軸回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的分度精度，可在體殼3和底座1之間裝設(shè)圓光柵形成電氣閉環(huán)控制，以便于適用于加工凸輪型和成型曲面的工件，因?yàn)檫@些表面的加工需要B軸與C軸、X軸形成的聯(lián)動(dòng)控制。

本發(fā)明是通過(guò)上軸承、下軸承和立柱的軸肩形成三支承形式，提升了B軸機(jī)構(gòu)的回轉(zhuǎn)精度；通過(guò)在伺服電機(jī)和體殼之間裝設(shè)諧波齒輪減速傳動(dòng)裝置，提升了伺服電機(jī)對(duì)體殼所在外負(fù)載快速驅(qū)動(dòng)的動(dòng)態(tài)性能；通過(guò)在體殼下端裝設(shè)氣動(dòng)夾盤，簡(jiǎn)化了體殼的抱緊方式。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，回轉(zhuǎn)精度高，動(dòng)態(tài)運(yùn)行性能好，具有廣泛的應(yīng)用前景。