專利名稱：用于擺頭的雙導(dǎo)程蝸輪蝸桿消隙裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及機(jī)械加工設(shè)備，該消隙裝置適用于各種擺頭機(jī)構(gòu)的消隙及驅(qū)動(dòng)。 技術(shù)背景近年來，隨國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)健康高速發(fā)展，我國(guó)數(shù)控機(jī)床技術(shù)得到了快速發(fā)展和長(zhǎng) 足進(jìn)步，但和國(guó)際先進(jìn)水平相比還有相當(dāng)大差距。在國(guó)內(nèi)數(shù)控機(jī)床市場(chǎng)中，國(guó)內(nèi)企業(yè)占有份 額較少，產(chǎn)品主要集中在經(jīng)濟(jì)型、普通型等低檔數(shù)控機(jī)床產(chǎn)品領(lǐng)域，而高檔數(shù)控機(jī)床，特別 是五坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)、大型數(shù)控機(jī)床的市場(chǎng)份額為國(guó)外品牌所占領(lǐng)。機(jī)床工業(yè)的現(xiàn)狀致使我國(guó)航 空結(jié)構(gòu)件數(shù)控加工裝備長(zhǎng)期以來以國(guó)外進(jìn)口設(shè)備為主，尤以帶AB軸擺頭結(jié)構(gòu)的五軸加工 中心等高技術(shù)關(guān)鍵裝備接近100%依賴進(jìn)口。由于這類設(shè)備采購(gòu)時(shí)必須向設(shè)備生產(chǎn)國(guó)申請(qǐng) 許可證，設(shè)備的獲取性受國(guó)際政治因素影響很大，經(jīng)常出現(xiàn)關(guān)鍵重要設(shè)備采購(gòu)延誤或采購(gòu) 不到而影響到飛機(jī)制造企業(yè)的科研和生產(chǎn)任務(wù)的完成。當(dāng)今常用的擺頭的驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)有齒輪齒圈式、伸縮支鏈?zhǔn)胶碗p段蝸輪蝸桿式。而此 三種常用的結(jié)構(gòu)都有些致命的缺點(diǎn)定位精度差；結(jié)構(gòu)復(fù)雜，系統(tǒng)要求高；側(cè)隙調(diào)整難和蝸 桿發(fā)熱大等。
發(fā)明內(nèi)容本新型的目的是提供一套用于擺頭的雙導(dǎo)程蝸輪蝸桿消隙裝置，適用于各種擺頭 機(jī)構(gòu)的消隙及驅(qū)動(dòng)，可滿足擺頭的擺軸快速擺動(dòng)，扭矩大，剛性強(qiáng)的要求，解決了帶擺頭的 高速五軸加工中心擺頭消隙的瓶頸問題。用于擺頭的雙導(dǎo)程蝸輪蝸桿消隙裝置，適用于各種擺頭機(jī)構(gòu)的消隙及驅(qū)動(dòng)，其特 征在于采用雙導(dǎo)程蝸桿結(jié)構(gòu)，伺服電機(jī)固定在框架上，蝸輪蝸桿安裝在框架中，擺動(dòng)件與蝸 輪固定為一體在雙導(dǎo)程蝸桿的驅(qū)動(dòng)下實(shí)現(xiàn)擺動(dòng)，雙導(dǎo)程蝸桿采用固定-浮動(dòng)的支撐方式， 雙導(dǎo)程蝸桿兩端各有一組球軸承定位在支撐套并定位在框架里，雙導(dǎo)程蝸桿浮動(dòng)端的末端 通過脹緊套連接帶輪、齒形帶至伺服電機(jī)；雙導(dǎo)程蝸桿固定端的球軸承兩側(cè)還各自設(shè)置推 力球軸承并鎖緊固定端，實(shí)現(xiàn)軸向止推；在雙導(dǎo)程蝸桿兩端端蓋、支撐套及蝸輪上下面與骨 架密封件的邊緣均安裝密封圈，形成一個(gè)封閉腔，在此腔中充滿蝸輪蝸桿油實(shí)現(xiàn)潤(rùn)滑。此雙導(dǎo)程蝸輪蝸桿消隙裝置在擺頭結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用能夠?qū)崿F(xiàn)的效果①雙導(dǎo)程蝸輪 蝸桿的間隙調(diào)整技術(shù)，②蝸輪軸向位置公差士0. 02mm ；③雙導(dǎo)程蝸輪蝸桿的溫度抑制，蝸 桿在齒厚增加的相反方向的消隙調(diào)節(jié)控制在0.02mm以內(nèi)。降速比大，可達(dá)到120 1、結(jié)構(gòu) 緊湊、工作平穩(wěn)、無噪音、抑制發(fā)熱的特點(diǎn)，更有側(cè)隙調(diào)整方便且可以調(diào)至很小的優(yōu)點(diǎn)。適用 于航空復(fù)雜結(jié)構(gòu)件加工中的擺頭結(jié)構(gòu)，從而打破國(guó)外的壟斷和技術(shù)封鎖，對(duì)提高我國(guó)航空 工業(yè)水平具有重要的戰(zhàn)略意義。

附圖1是雙導(dǎo)程蝸輪蝸桿驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)在一種擺頭結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用示意圖；[0008]附圖2是圖1擺頭中的雙導(dǎo)程蝸輪蝸桿驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)剖面示意圖；附圖3是擺頭雙導(dǎo)程蝸輪蝸桿傳動(dòng)俯視具體實(shí)施方式
本設(shè)計(jì)的用于擺頭的用于擺頭的雙導(dǎo)程蝸輪蝸桿消隙裝置在擺頭上的安裝位置 如圖ι所示，伺服電機(jī)1固定在框架2上，消隙裝置中的雙導(dǎo)程蝸桿12定位在框架2里，蝸 輪23通過蝸輪圓周上的螺釘與擺動(dòng)件3連為一體，擺動(dòng)件3包括圖1所示的幾部分，在雙導(dǎo) 程蝸桿12的驅(qū)動(dòng)下實(shí)現(xiàn)擺動(dòng)。圖2所示的是圖1中框架2內(nèi)部的雙導(dǎo)程蝸輪蝸桿驅(qū)動(dòng)結(jié) 構(gòu)的剖面，位于中心的雙導(dǎo)程蝸桿12采用固定-浮動(dòng)的支撐方式，圖2中伺服電機(jī)1連接 擺頭動(dòng)力上的大帶輪，大帶輪通過齒形帶4帶動(dòng)小帶輪7，小帶輪7通過脹緊套5固定在雙 導(dǎo)程蝸桿12浮動(dòng)端B的末端，雙導(dǎo)程蝸桿12的浮動(dòng)端B有一組球軸承11定位在浮動(dòng)端支 撐套10、另一固定端A有球軸承15定位在固定端支撐套14中，兩支撐套固定在框架2內(nèi)， 浮動(dòng)端B端蓋9和固定端A端蓋22分別固定在浮動(dòng)端支撐套10和固定端支撐套14上，并 分別由浮動(dòng)端卡簧6和固定端卡簧16定位在雙導(dǎo)程蝸桿12上；雙導(dǎo)程蝸桿12固定端的球 軸承15兩側(cè)設(shè)置推力球軸承13和推力球軸承19、鎖緊螺母21鎖緊固定端A，實(shí)現(xiàn)軸向止 推；在浮動(dòng)端B的端蓋9、浮動(dòng)端B支撐套10和固定端A端蓋22、固定端A支撐套14及蝸 輪23上、下面與骨架密封件8邊緣均安裝密封圈，形成一個(gè)封閉腔，在此腔中充滿蝸輪蝸桿 油實(shí)現(xiàn)潤(rùn)滑。此雙導(dǎo)程蝸輪蝸桿消隙裝置關(guān)鍵在于①保證蝸輪蝸桿嚙合的中心距為 280士0. 02mm ；②蝸輪軸向位置公差士0. 02mm ；③蝸桿在齒厚增加的相反方向的消隙調(diào)節(jié) 控制在0. 02mm以內(nèi)。圖3中的箭頭方向C為齒厚增加的方向。裝配上述雙導(dǎo)程蝸輪蝸桿的消隙結(jié)構(gòu)，其特征在于設(shè)定蝸輪蝸桿傳動(dòng)比，給出框 架2加工參數(shù)，蝸輪蝸桿嚙合的中心距和蝸輪軸向位置公差通過框架2的精密加工來保證； 計(jì)算并給出蝸輪蝸桿的加工參數(shù)，加工出的蝸輪蝸桿驅(qū)動(dòng)擺軸的擺動(dòng)扭矩為4000N.m，選 定電機(jī)和蝸輪蝸桿傳動(dòng)比120 1 ；軸向消隙的調(diào)整距離為5mm ；根據(jù)這些要求委托蝸輪蝸 桿制造廠家按圖紙要求進(jìn)行加工，并要求機(jī)加蝸輪蝸桿的軸向位置公差應(yīng)保證蝸桿軸向串 動(dòng)1mm，蝸輪蝸桿間的傳動(dòng)間隙徑向變化0. 03mm,以消除蝸輪23和雙導(dǎo)程蝸桿12的側(cè)隙， 側(cè)隙調(diào)整目標(biāo)為0. 02mm以內(nèi)，通過計(jì)算0. 02X1/0. 03 0. 67mm，得出調(diào)整墊的厚度應(yīng)該 比理論值大0. 67mm，用調(diào)整墊17調(diào)整徑向范圍為5mm，墊每調(diào)整徑向1mm，軸向間隙可變化 0. 03mm,以此為原則，調(diào)整到一個(gè)大致位置是，通過蝸輪蝸桿的擺動(dòng)，用百分表可測(cè)出間隙， 與計(jì)算對(duì)比，最終以測(cè)出的結(jié)果為準(zhǔn)，只用調(diào)整墊就能保證側(cè)隙調(diào)至0. 02mm以內(nèi)。為了保證雙導(dǎo)程蝸輪蝸桿傳動(dòng)正確嚙合，還需要靠蝸輪下面的蝸輪調(diào)整墊M進(jìn) 行雙導(dǎo)程蝸桿12的徑向嚙合調(diào)整，通過三坐標(biāo)測(cè)量和用鉛粉研蝸輪蝸桿的分析嚙合情況， 使此間隙調(diào)至士0. 02mm以內(nèi)；在固定端支撐套14外周安置調(diào)整墊17，以調(diào)整消除雙導(dǎo)程 蝸桿軸向側(cè)隙，調(diào)整墊17的調(diào)整范圍為< 5mm，根據(jù)蝸輪蝸桿的加工要求墊每調(diào)整1mm，軸 向間隙可變化0. 03mm，故間隙的調(diào)整范圍在5X0. 03 = 0. 15mm之內(nèi)。為保證蝸桿副的耐磨性及壽命，蝸桿副采用了具有硬度和耐磨性好的合金材料； 潤(rùn)滑油采用N320蝸輪蝸桿油，附著力大，減小了雙導(dǎo)程蝸輪蝸桿磨損比較大的缺點(diǎn)。這套 雙導(dǎo)程蝸輪蝸桿裝置擺動(dòng)扭矩可達(dá)到4000N.m，擺速可達(dá)到IOrpm，適用于大扭距，高速切削加工的五軸聯(lián)動(dòng)加工中心。 作業(yè)狀態(tài)伺服電機(jī)通過大帶輪帶動(dòng)齒形帶4，帶動(dòng)小帶輪7旋轉(zhuǎn)，小帶輪4在脹 緊套5的作用下與雙導(dǎo)程蝸桿12固定，通過脹緊套5帶動(dòng)雙導(dǎo)程蝸桿12轉(zhuǎn)動(dòng)，雙導(dǎo)程蝸桿 12在球軸承11和15的支撐下轉(zhuǎn)動(dòng)，在推力球軸承13和19支撐下克服蝸輪蝸桿傳動(dòng)中的 軸向力，雙導(dǎo)程蝸桿12帶動(dòng)蝸輪23傳動(dòng)，蝸輪轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)了擺軸的擺動(dòng)。整個(gè)傳動(dòng)采用圖3 所示的支撐結(jié)構(gòu)，固定端A通過一組推力軸承實(shí)現(xiàn)軸向止推，一組球軸承實(shí)現(xiàn)支撐，浮動(dòng)端 B也是依靠一組球軸承實(shí)現(xiàn)支撐，這種支撐易于釋放蝸輪蝸桿傳動(dòng)中發(fā)熱產(chǎn)生的熱伸長(zhǎng)。
權(quán)利要求1.一種用于擺頭的雙導(dǎo)程蝸輪蝸桿消隙裝置，適用于各種擺頭機(jī)構(gòu)的消隙及驅(qū)動(dòng)，其 特征在于采用雙導(dǎo)程蝸桿結(jié)構(gòu)，伺服電機(jī)固定在框架上，蝸輪與擺動(dòng)件連為一體，在雙導(dǎo)程 蝸桿驅(qū)動(dòng)下實(shí)現(xiàn)擺動(dòng)；雙導(dǎo)程蝸桿采用固定-浮動(dòng)的支撐方式，雙導(dǎo)程蝸桿兩端各有一組 球軸承定位在支撐套上，支撐套定位在框架里，雙導(dǎo)程蝸桿浮動(dòng)端的末端通過脹緊套連接 帶輪、齒形帶至伺服電機(jī)；雙導(dǎo)程蝸桿固定端的球軸承兩側(cè)還各自設(shè)置推力球軸承并鎖緊 固定端，實(shí)現(xiàn)軸向止推；在雙導(dǎo)程蝸桿兩端端蓋、支撐套及蝸輪上下面與骨架密封件的邊緣 均安裝密封圈，形成一個(gè)封閉腔，在此腔中充滿蝸輪蝸桿油實(shí)現(xiàn)潤(rùn)滑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于擺頭的雙導(dǎo)程蝸輪蝸桿消隙裝置，其特征在于伺服電機(jī) (1)連接大帶輪，大帶輪通過齒形帶(4)帶動(dòng)小帶輪(7)，小帶輪(7)通過脹緊套(5)固定 在雙導(dǎo)程蝸桿(1 浮動(dòng)端B的末端，雙導(dǎo)程蝸桿(1 的浮動(dòng)端有一組球軸承(11)定位在 浮動(dòng)端B支撐套(10)、另一固定端有球軸承(1 定位在固定端A支撐套(14)中，兩支撐套 固定在框架O)內(nèi)，浮動(dòng)端B端蓋(9)和固定端A端蓋0 分別固定在浮動(dòng)端支撐套(10) 和固定端支撐套(14)上，并分別由浮動(dòng)端B卡簧(6)和固定端A卡簧(16)定位在雙導(dǎo)程 蝸桿(1 上；雙導(dǎo)程蝸桿(1 固定端A的球軸承(1 兩側(cè)設(shè)置推力球軸承(1 和推力 球軸承(19)、鎖緊螺母鎖緊固定端，實(shí)現(xiàn)軸向止推。
專利摘要用于擺頭的雙導(dǎo)程蝸輪蝸桿消隙裝置，伺服電機(jī)、蝸輪蝸桿安裝在框架中，其特征在于擺動(dòng)件與蝸輪固定為一體在雙導(dǎo)程蝸桿的驅(qū)動(dòng)下實(shí)現(xiàn)擺動(dòng)，而雙導(dǎo)程蝸桿的固定端及浮動(dòng)端在各自的球軸承支撐下轉(zhuǎn)動(dòng)，固定端的球軸承兩端還有推力球軸承，實(shí)現(xiàn)固定端的軸向止推，通過調(diào)整墊實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的軸向和徑向消隙；在雙導(dǎo)程蝸桿兩端蓋、支撐套及蝸輪上下面與骨架密封件的邊緣均安裝密封圈，形成一個(gè)封閉腔。加工出的擺軸的擺動(dòng)扭矩為4000N.m，選定電機(jī)和蝸輪蝸桿傳動(dòng)比120∶1；軸向消隙的調(diào)整距離為5mm；裝配上述結(jié)構(gòu)后調(diào)整軸向消隙的調(diào)整距離達(dá)設(shè)計(jì)參數(shù)0.15mm之內(nèi)。優(yōu)點(diǎn)①雙導(dǎo)程蝸輪蝸桿在擺頭結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用；②雙導(dǎo)程蝸輪蝸桿的間隙調(diào)整技術(shù)；③雙導(dǎo)程蝸輪蝸桿的溫度抑制技術(shù)。
文檔編號(hào)B23Q5/56GK201841430SQ20102055505
公開日2011年5月25日 申請(qǐng)日期2010年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月29日
發(fā)明者嚴(yán)昊明, 劉宗際, 劉峰, 吳淑琴, 孫中權(quán), 孟憲君, 尹曉霞, 楊麗敏, 賀鑫元, 趙國(guó)濤, 金曉紅, 馬德鵬, 高長(zhǎng)才 申請(qǐng)人:中捷機(jī)床有限公司