加工弧面凸轮专用的分度机构及机床

摘要

本实用新型提供加工弧面凸轮专用的分度机构及机床，所述分度机构是指蜗轮蜗杆分度机构，其中蜗轮盘固定在底座静止不动，蜗杆与蜗轮外缘相互啮合，蜗杆输入端作为分度运动输出，并在蜗轮中心轴线上设置有定位中心轴并在蜗轮上增设辅助扇形导轨，让主轴以定位中心轴为定点绕着扇形导轨实现高精分度作用。本实用新型由蜗杆转动产生的扭矩直接推动主轴实现分度摆动，具有设备结构紧凑、体积缩小、输出平稳，无爬行和扭震现象、可实现机床主轴回转坐标与工件回转坐标之间的最小中心距的优点。使得所用机床设备具有结构紧凑、加工精度高、加工范围大、主轴刚性高的显著效果。

说明书

技术领域

本实用新型属于机床技术领域，具体涉及一种加工弧面凸轮专用的分度机构及弧面凸轮加工机床。

背景技术

弧面分度凸轮机构是一种高精度的分度机构，广泛的在各种自动化机械和自动化生产线上用于实现高效而准确的间歇转位运动和步进运动。其中分度机构对弧面分度凸轮加工精度和几何精度要求比较高。但是传统的加工弧面凸轮机床所用的蜗轮蜗杆分度装置中，蜗轮不能驱动蜗杆反向传输，无法适用于要求输出扭矩大，运动精度高的机械设备，使得加工的弧面凸轮精度低，使用寿命短只适用于低速场合，无法满足生产的快节拍、高精度的分度需求。

国内对弧面凸轮加工装备的研发不如人意，主要是因为一方面先进的弧面凸轮加工设备被国外垄断并且其数控系统禁止对国内开放；另一方面是国内现有的机床装备布局刚性不足，动态加工范围小，加工精度低，加工凸轮的误差较大，导致国内对高精度弧面凸轮的加工能力远远不能满足国内市场需求。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种加工弧面凸轮专用的分度机构，用于解决上述技术背景中提到的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供的技术方案如下:

一种加工弧面凸轮专用的分度机构，包括固定在机床底座的蜗轮，蜗轮中心轴线方向设置有定位中心轴，蜗轮顶面外沿设置有用于放置主轴箱的扇形导轨，蜗轮侧面设置有蜗杆座，蜗杆设置在蜗杆座内并与蜗轮外缘相互啮合，通过设置在蜗杆座外侧的蜗杆伺服电机驱动蜗杆转动。

所述蜗杆伺服电机采用5120线的编码器。

一种使用加工弧面凸轮专用的分度机构的机床，基于上述的加工弧面凸轮专用的分度机构；

所述机床包括床身、底座、三轴滑台和回转工作台，所述三轴滑台设置于床身上方，所述底座和回转工作台设置于床身一侧，所述回转工作台设置于底座上方；

所述三轴滑台由第一移动台、第二移动台、第三移动台、工件回转分度轴、顶尖尾座组成，其中第三移动台设置在床身上方，第一移动台设置于第三移动台上方，两者构成十字滑台，第二移动台设置于第一移动台之上，第二移动台侧壁还设置有工件回转分度轴和顶尖尾座；所述第一移动台用于调整待加工工件的水平位置；第二移动台用于调整待加工工件的高度并实现待加工工件的夹持和回转进给；第三移动台用于调整工件辅助进给W方向进给。

所述回转工作台包括刀具电主轴、基于上述的加工弧面凸轮专用的分度机构、第四移动台以及伺服电机，第四移动台设置在分度机构上方，一端连接定位中心轴，另一端下方固定连接蜗杆座，第四移动台上设置有刀具电主轴，刀具设置在刀具电主轴上，绕主轴轴线旋转，所述第四移动台在伺服电机的带动下控制刀具实现加工过程中的循环进给和进退刀的功能，并与第三移动台共同用于调整加工刀具与待加工工件之间的前后位置。

所述第四移动台上设置有z轴丝杆，z轴丝杆上设置有主轴安装座，所述刀具电主轴设置在主轴安装座上。

所述第一移动台、第二移动台、第三移动台和第四移动台分别安装在对应的适配滑轨上。

所述三爪卡盘与顶尖尾座处于同一水平中轴线上。

所述第三移动台一侧设置有摇柄。

与现有技术相比，本实用新型具有如下优点：

本实用新型采用的创新型蜗轮蜗杆分度机构，解决了机床主轴回转坐标大扭矩的输出问题，并且有效解决了两垂直交错轴之间的空间干涉问题，使得机床设备结构紧凑输出运动平稳、无爬行和扭震现象。

本实用新型采用的创新型蜗轮蜗杆分度机构，调隙方便，使得加工精度不受磨损影响，全面确保了回转工作台的高精度定位的特点。

本实用新型中主轴箱绕着定位中心轴在扇形导轨上摆动，运用杠杆原理减少了各个传动件的损耗，增加的主轴的刚度从而实现主轴的精准分度，大大提高了弧面分度凸轮加工精度。

本实用新型采用设置定位中心轴增加主轴刚性。所述在蜗轮中心轴线上设置了定位中心轴，并在蜗轮上方增设了扇形导轨作为主轴箱的辅助支撑。使得主轴以定位中心轴为定点在扇形轨道上摆动增加了主轴的刚性，减少了各个传动件的损耗，从而提高了弧面分度凸轮加工精度。

本实用新型中采用的卧式加工中心可以通过调节三轴滑台和第四移动台的进给加工位置，可以实现中心距小于25mm和内啮合弧面凸轮的加工，同时降低了蜗轮蜗杆分度机构所的承受载荷，降低了加工过程中的磨损和机床的抖动，提高了机床刚性并且占地面积小，在实际生产中，节约了投资本钱，提高了经济效能。

附图说明

下面结合附图与具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。

图1为本实用新型提供的蜗轮蜗杆分度机构结构示意图。

图2为本实用新型提供的定位中心轴位置示意图。

图3为本实用新型提供的一种采用本实用新型机构机床的第一视角结构示意图。

图4为本实用新型提供的一种采用本实用新型机构机床的第二视角结构示意图。

其中，附图标记具体说明如下：床身（1）、第三移动台（2）、摇柄（3）、第一移动台（4）、Y轴伺服电机（5）、第二移动台（6）、工件回转分度轴（7）、顶尖尾座（8）、底座（9）、蜗轮蜗杆分度机构（10）、扇形滑轨（11）、第四移动台（12）、z轴滑块（13）、主轴安装座（14）、刀具电主轴（15）、定位中心轴（16）、蜗杆（17）、Z轴伺服电机（18）、蜗杆伺服电机（19）、蜗杆座（20）、X轴伺服电机（21）、X轴丝杆（22）、Y轴升降丝杆（23）、三爪卡盘（24）、z轴丝杆（25）、Y轴滑轨（26）。

具体实施方式

如图1、图2所示，本实用新型公开了一种加工弧面凸轮专用的分度机构，包括固定在机床底座9的蜗轮，蜗轮中心轴线方向设置有定位中心轴16，蜗轮顶面外沿设置有用于放置主轴箱的扇形导轨11，蜗轮侧面设置有蜗杆座20，蜗杆17设置在蜗杆座20内并与蜗轮外缘相互啮合，通过设置在蜗杆座20外侧的蜗杆伺服电机19驱动蜗杆17转动，设置在蜗杆座20内侧的伺服电机18与第四移动台12连接。

该分度机构创新的分度机构10颠覆了传统的蜗轮蜗杆传动形式，蜗轮盘固定在底座9静止不动，通过蜗杆伺服电机19驱动蜗杆17转动，蜗杆17转动产生的扭矩通过蜗杆座20直接推动第四移动台12上主轴安装座14实现回转摆动从而实现主轴B方向的摆动。

此分度机构中蜗轮轴不承受扭矩，可以保证机构在实现较大输出扭矩的前提下，大幅缩小蜗轮轴的直径，解决传动装置中两垂直交错轴的空间干涉问题，使得设备结构紧凑，体积缩小，重量减轻，具有输出平稳，无爬行扭震的特点。

蜗杆伺服电机19采用5120 线的编码器，则伺服电机旋转一圈细分最小精度为360° / 5 120=0.07°，采用减速比为1/50的蜗轮蜗杆分度机构，则本分度装置的精度可以达到0.07°/50=0.0014°。可以达到很高的分度和定位精度并且可以通过调整蜗杆17的轴向位置来实现啮合间隙的补偿和调整，使得加工精度不受磨损影响，全面确保了回转工作台的高精度定位的特点。

参见图3、图4，公开了一种采用上述分度机构的机床，所述机床包括床身1、底座9、三轴滑台和回转工作台，所述三轴滑台设置于床身1上方，所述底座9设置于床身1一侧，所述回转工作台设置于底座9上方；

所述三轴滑台由第一移动台4、第二移动台6、第三移动台2、工件回转分度轴7、顶尖尾座8组成，其中第三移动台2设置在床身1上方，第一移动台4设置于第三移动台2上方，两者构成十字滑台，第二移动台6设置于第一移动台4之上，第二移动台6侧壁还设置有工件回转分度轴7和顶尖尾座8，工件回转分度轴7上设置有三爪卡盘24，配合顶尖尾座8来夹持待加工工件同时工件回转分度轴7带动工件实现A轴摆动。所述第一移动台4用于调整待加工工件的x方向进给；第二移动台6用于调整待加工工件的Y方向进给并实现待加工工件的夹持和回转进给；第三移动台2控制待加工工件进行辅助W方向进给，所述第一移动台4下侧设置有X轴伺服电机20，所述第二移动台6一侧设置有Y轴伺服电机5，所述第三移动台2一侧设置有摇柄3。

所述回转工作台包括刀具电主轴15、上述的加工弧面凸轮专用的分度机构10，即蜗轮蜗杆分度机构10、第四移动台12以及伺服电机，第四移动台12设置在分度机构10上方，一端连接定位中心轴16，另一端下方固定连接蜗杆座20，第四移动台12上设置有刀具电主轴15，刀具设置在刀具电主轴15上，绕主轴轴线旋转，所述第四移动台12在伺服电机18的带动下控制刀具实现加工过程中的循环进给和进退刀的功能，并与第三移动台2共同用于调整加工刀具与待加工工件之间的前后位置。

所述第四移动台12上设有两条Z轴导轨，主轴安装座14固定安装于Z轴导轨的四个滑块13上，Z 轴丝杠25固定在主轴安装座14上；当启动伺服电机18时，z轴丝杠25带动主轴安装座14实现加工过程中的循环进给和进退刀的功能并与第三移动台2一起用于调整加工刀具与待加工工件之间的前后位置。所述第四移动台12上设置有电主轴15，刀具安装在电主轴15输出端可绕主轴轴线旋转。

所述蜗轮蜗杆分度机构10中蜗轮通过固定螺钉固定在底座9上静止不动，在蜗轮中心轴线方向设置有定位中心轴16，并在蜗轮上增设辅助扇形导轨11增加机床刚性，所述蜗杆座20固定在第四移动台12的下侧，蜗杆17设置在蜗杆座20内并蜗轮外缘相互啮合，通过控制伺服电机驱动19蜗杆17的转动，蜗杆转动使产生的扭矩通过蜗杆座20直接推动第四移动台12以定位中心轴16为定点在扇形轨道11实现的高精度摆动。同过调整蜗杆17的轴向位置来消除啮合间隙。

本实施例中，三爪卡盘21与顶尖尾座8处于同一水平中轴线上。

通过以上技术方案，三爪卡盘21夹持好工件后，通过尾部的定位座8的抵压作用，保持工件在水平中轴线上的稳定。

本实施例中，加工刀具为铣刀和磨刀二者中的其中一个，可以根据待加工工件需要的加工工艺选择合适的刀具。

本实施例中，第一移动台4、第二移动台6、第三移动台2和第四移动台12均分别安装在对应的适配滑轨上。

X方向进给：伺服电机20带动X轴丝杆21转动，使工件沿着X轴导轨运行；

Y方向进给：伺服电机5带动升降丝杆23转动，使工件沿Y轴导轨运行；

辅助W方向进给：通过旋转摇柄3可控制整体工件沿着W轴导轨方运行；

Z方向进给：伺服电机18带动z轴丝杆25转动，Z轴丝杆与主轴箱安装座14连接，使主轴沿着Z轴导轨运行；

A轴运行时：工件回转分度轴7带动工件回转；

B轴运行时：伺服电机19带动蜗杆17转动，蜗杆带动主轴箱在扇形轨道11绕着定位中心轴16摆动实现机床高精分度。

首先利用三爪卡盘21和顶尖尾座8将工件安装在工件回转分度轴上，其次调节三轴滑台使工件移动到合适位置。并由工件回转分度轴7的带动工件进行A轴的旋转。同时调节第四移动台12使刀具沿Z方向进给使待加工产品的凸轮副中心点与主轴电机的加工刀具的加工点重叠。伺服电机19带动蜗轮蜗杆分度机构进行分度作用，使刀具沿B轴摆动，可实现机床实现X/Z/A/B的四轴联动。加工开始后，只需要循环刀具第四移动台12的进给即可。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。