專利名稱：立式交換工作臺(tái)翻轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置及制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及機(jī)械制造設(shè)備，機(jī)床中的立式交換工作臺(tái)上翻轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置及制造方法。
技術(shù)背景在現(xiàn)代飛機(jī)設(shè)計(jì)中廣泛采用先進(jìn)的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)，航空整體結(jié)構(gòu)件具有尺寸大、 壁薄、易變形、切削加工難度很大、零件精度高等工藝特點(diǎn)。由于工件撓度和熱應(yīng)力作用 以及排屑等方面的要求，高速、臥式加工成為了目前航空結(jié)構(gòu)件加工的主要加工方式。隨 著中國飛機(jī)工業(yè)的快速發(fā)展，適應(yīng)整體結(jié)構(gòu)件加工的高速、臥式加工中心的需求量越來越 大，成為目前裝備制造業(yè)的一大亮點(diǎn)。高速臥式加工中心配備立式交換工作臺(tái)，可以大大提高工作效率，減少輔助時(shí)間， 同時(shí)能夠增強(qiáng)機(jī)床主機(jī)部分的剛度。這種雙交換工作臺(tái)具有立臥轉(zhuǎn)換功能，在裝夾工件時(shí)， 工作臺(tái)處于臥式狀態(tài)；在交換時(shí)，工作臺(tái)處于立式狀態(tài)，這種方式非常有利于工件的裝夾， 從而進(jìn)一步減少了輔助時(shí)間，提高效率。然而，目前在立式交換工作臺(tái)中，翻轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置 對(duì)工作臺(tái)的翻轉(zhuǎn)定位精度還不夠，直接影響工作臺(tái)的交換。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種立式交換工作臺(tái)翻轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置及制造方法，為高速臥式加 工中心的立、臥雙交換工作臺(tái)提供可實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確定位的翻轉(zhuǎn)動(dòng)力。立式交換工作臺(tái)翻轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置，用于臥式五軸數(shù)控加工中心，其特征在于翻轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu) 為四連桿結(jié)構(gòu)由三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副和一個(gè)移動(dòng)副組成，第一轉(zhuǎn)動(dòng)副為絲杠固定端連同軸承座繞 中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)、第二轉(zhuǎn)動(dòng)副為翻轉(zhuǎn)臺(tái)在絲杠的驅(qū)動(dòng)下繞自身固定的轉(zhuǎn)動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)、第三轉(zhuǎn)動(dòng)副 為安置在翻轉(zhuǎn)臺(tái)另一端的絲母座傳動(dòng)；電機(jī)帶動(dòng)絲杠傳動(dòng)，絲杠受拉壓力，組成二力桿， 絲母帶動(dòng)絲母軸沿絲杠方向平動(dòng)，從而推動(dòng)翻轉(zhuǎn)工作臺(tái)翻轉(zhuǎn)；通過伺服控制，能夠?qū)崿F(xiàn)翻 轉(zhuǎn)工作臺(tái)的精確定位，從而實(shí)現(xiàn)立臥轉(zhuǎn)換和翻轉(zhuǎn)定位。制造方法，設(shè)計(jì)時(shí)要考慮如下設(shè)計(jì)要點(diǎn)1、翻轉(zhuǎn)臺(tái)在工件裝夾位置時(shí)與絲杠擺動(dòng)點(diǎn) 距離OP， 2、翻轉(zhuǎn)臺(tái)的翻轉(zhuǎn)半徑PQ， 3、翻轉(zhuǎn)臺(tái)的重量及絲杠的直徑；首先利用三維建 模軟件將上述要點(diǎn)代入設(shè)計(jì)建模作業(yè)，然后將三維模型導(dǎo)入運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真軟件ADAMS,分析翻轉(zhuǎn)臺(tái)的運(yùn)動(dòng)合理性，將運(yùn)動(dòng)的各個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)，試運(yùn)算選擇關(guān)鍵點(diǎn)的最佳位置，獲取對(duì)運(yùn)動(dòng)的關(guān)鍵位置點(diǎn)O、 P和Q點(diǎn)的優(yōu)化設(shè)計(jì)參數(shù)，并按照此數(shù)據(jù)實(shí)施制造部 件和裝配。本發(fā)明的交換工作臺(tái)翻轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置能夠很好的實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)的立、臥轉(zhuǎn)換功能，保證轉(zhuǎn)換精度，提升工作效率。


附圖1立式交換工作臺(tái)翻轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置設(shè)計(jì)原理圖； 附圖2立式交換工作臺(tái)翻轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置在裝夾位置結(jié)構(gòu)簡圖； 附圖3立式交換工作臺(tái)翻轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置在交換位置結(jié)構(gòu)簡圖； 附圖4立式交換工作臺(tái)翻轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置剖視圖；具體實(shí)施方式
結(jié)合附圖2， 3， 4說明本設(shè)計(jì)的聯(lián)接關(guān)系立式交換工作臺(tái)翻轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置，用于臥式 五軸數(shù)控加工中心，其特征在于本裝置為四連桿結(jié)構(gòu)，由三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副和一個(gè)移動(dòng)副組成。 三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副是1、第一轉(zhuǎn)動(dòng)副是在絲杠4一端用軸承組和軸承座7連接，軸承座7安置 在支架8上，支架8通過軸承10與中心軸9、電機(jī)和減速機(jī)11按圖4安裝；2、第二轉(zhuǎn) 動(dòng)副是在翻轉(zhuǎn)臺(tái)2 —端與固定在底座1上的轉(zhuǎn)動(dòng)軸3結(jié)合，翻轉(zhuǎn)臺(tái)2另一端通過深溝球軸 承連接絲母座12，絲母座12與絲母軸6同軸，且垂直于絲杠4; 一個(gè)移動(dòng)副是絲杠4固 定端的轉(zhuǎn)動(dòng)中心軸9與設(shè)備底座1固定在一起，絲杠4另一端安置絲母軸6。作業(yè)狀態(tài)立式交換工作臺(tái)翻轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置，用于臥式五軸數(shù)控加工中心，其特征在于翻轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)為四連桿結(jié)構(gòu)由三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副和一個(gè)移動(dòng)副組成，第一轉(zhuǎn)動(dòng)副為絲杠4固定端連同軸承座7繞中心軸9轉(zhuǎn)動(dòng)、第二轉(zhuǎn)動(dòng)副為翻轉(zhuǎn)臺(tái)2在絲杠4的驅(qū)動(dòng)下繞轉(zhuǎn)動(dòng)軸3轉(zhuǎn)動(dòng)、 第三轉(zhuǎn)動(dòng)副為絲母座傳動(dòng)；絲杠4為一端固定一端自由安裝，固定端通過減速機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)軸與伺服電機(jī)座相連，并構(gòu)成轉(zhuǎn)動(dòng)副電機(jī)帶動(dòng)絲杠傳動(dòng)，從而推動(dòng)翻轉(zhuǎn)臺(tái)翻轉(zhuǎn)；通過伺服控 制，能夠?qū)崿F(xiàn)翻轉(zhuǎn)工作臺(tái)的精確定位，從而實(shí)現(xiàn)立臥轉(zhuǎn)換和翻轉(zhuǎn)定位。第一轉(zhuǎn)動(dòng)副支架8繞中心軸9轉(zhuǎn)動(dòng)，第二轉(zhuǎn)動(dòng)副翻轉(zhuǎn)臺(tái)2在絲杠4的驅(qū)動(dòng)下繞轉(zhuǎn)動(dòng) 軸3轉(zhuǎn)動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)卯度臥、立狀態(tài)轉(zhuǎn)換，第三轉(zhuǎn)動(dòng)副翻轉(zhuǎn)臺(tái)2前端絲母座12與絲杠4 端安置的絲母座6通過軸承5繞著絲母座轉(zhuǎn)動(dòng)。電機(jī)和減速機(jī)11驅(qū)動(dòng)絲杠4，從而推動(dòng) 絲母12沿著絲杠4向上使運(yùn)動(dòng)軸3轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)絲杠4連同軸承7等機(jī)構(gòu)繞轉(zhuǎn)動(dòng)中心軸9 旋轉(zhuǎn)，翻轉(zhuǎn)臺(tái)2在絲杠4的驅(qū)動(dòng)下繞轉(zhuǎn)動(dòng)軸3作翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)立臥轉(zhuǎn)換，圖2和圖 3是臥式和立式的兩個(gè)狀態(tài)。在整個(gè)工作過程中，絲母給絲杠的力是沿著絲杠自身的軸向 方向，只受軸向力，絲杠為二力桿，從而保證了剛度。圓光柵尺13實(shí)現(xiàn)了閉環(huán)控制，使 立臥精確轉(zhuǎn)換。為了保證翻轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)的合理和科學(xué)性，制造設(shè)計(jì)時(shí)主要需要考慮的因素有結(jié)合圖 1,1、翻轉(zhuǎn)臺(tái)在工件裝夾位置時(shí)與絲杠擺動(dòng)點(diǎn)距離OP:翻轉(zhuǎn)臺(tái)在工件裝夾位置即水平時(shí)在 位置P點(diǎn)，而絲杠固定的第一轉(zhuǎn)動(dòng)副支架8鉸接在0點(diǎn)。2、翻轉(zhuǎn)臺(tái)的翻轉(zhuǎn)半徑PQ:當(dāng)垂 直絲杠擺動(dòng)至翻轉(zhuǎn)處于豎立狀態(tài)時(shí)，翻轉(zhuǎn)臺(tái)以PQ為翻轉(zhuǎn)半徑繞著Q點(diǎn)進(jìn)行翻轉(zhuǎn)。這個(gè)變化過程即是翻轉(zhuǎn)臺(tái)工作的過程。3、翻轉(zhuǎn)臺(tái)的重量及絲杠的直徑，考慮配置相應(yīng)的減速機(jī)和電機(jī)。首先要進(jìn)行三維建模，然后將三維模型導(dǎo)入運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真軟件ADAMS，將運(yùn)動(dòng)的各個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)，分析翻轉(zhuǎn)臺(tái)的運(yùn)動(dòng)合理性，試運(yùn)算選擇關(guān)鍵點(diǎn)的最佳位置，從而達(dá)到對(duì)運(yùn)動(dòng)的關(guān)鍵位置點(diǎn)O、 P和Q點(diǎn)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，并按照此數(shù)據(jù)實(shí)施制造部件和裝配。
由于翻轉(zhuǎn)工作臺(tái)還要實(shí)現(xiàn)立式交換功能，所以要求翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)必須實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確定位，本發(fā)明采用加圓光柵的方法實(shí)現(xiàn)絲杠軸的準(zhǔn)確定位。絲杠的固定端采用角接觸球軸承固定，另一端放開，由于絲杠在翻轉(zhuǎn)過程中始終處于壓縮狀態(tài)，此絲杠固定方式完全能夠滿足需求。
為了得到較大的扭矩和節(jié)約空間，本發(fā)明采用電機(jī)通過減速機(jī)驅(qū)動(dòng)的方式實(shí)現(xiàn)絲杠的驅(qū)動(dòng)。固定端的軸承座上可以固定絲杠防護(hù)裝置，從而實(shí)現(xiàn)絲杠的防護(hù)。絲母座與翻轉(zhuǎn)工作臺(tái)通過深溝球軸承相連，從而實(shí)現(xiàn)了快速移動(dòng)。
權(quán)利要求
1、立式交換工作臺(tái)翻轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置，用于臥式五軸數(shù)控加工中心，其特征在于采用四連桿結(jié)構(gòu)，由三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副和一個(gè)移動(dòng)副組成第一轉(zhuǎn)動(dòng)副的絲杠固定端通過減速機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)軸與伺服電機(jī)座相連，另一端自由安裝絲母軸，絲杠固定端連同軸承座繞中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)、第二轉(zhuǎn)動(dòng)副為一端與轉(zhuǎn)動(dòng)軸固定的翻轉(zhuǎn)臺(tái)，在其另一端絲母軸的驅(qū)動(dòng)下，繞轉(zhuǎn)動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)并帶動(dòng)絲杠在O-P夾角形成擺動(dòng)軌跡、第三轉(zhuǎn)動(dòng)副以翻轉(zhuǎn)臺(tái)另一端的絲母座隨絲杠端絲母軸傳動(dòng)；電機(jī)帶動(dòng)絲杠傳動(dòng)組成二力桿，絲母帶動(dòng)絲母軸沿絲杠方向平動(dòng)，從而推動(dòng)翻轉(zhuǎn)工作臺(tái)翻轉(zhuǎn)；通過伺服控制，能夠?qū)崿F(xiàn)翻轉(zhuǎn)工作臺(tái)的精確定位，從而實(shí)現(xiàn)立臥轉(zhuǎn)換和翻轉(zhuǎn)定位。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的立式交換工作臺(tái)翻轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于構(gòu)成四連桿結(jié) 構(gòu)的三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副和一個(gè)移動(dòng)副是 一、第一轉(zhuǎn)動(dòng)副是在絲杠(4)一端用軸承組和軸承座(7) 連接，軸承座(7)安置在支架(8)上，支架(8)通過軸承(10)與中心軸(9)、電機(jī)和減速機(jī)(ll) 同軸心安裝，圓光柵尺(13)與絲杠(4)同軸地安裝在軸承座(7)上方；二、第二轉(zhuǎn)動(dòng)副是在 翻轉(zhuǎn)臺(tái)(2)—端與固定在底座(1)上的轉(zhuǎn)動(dòng)軸(3)結(jié)合，翻轉(zhuǎn)臺(tái)(2)另一端通過深溝球軸承聯(lián)接 絲母座(12);三、第三轉(zhuǎn)動(dòng)副是絲杠(4)上的絲母軸(6)通過軸承(5)與絲母座(12)同軸，且垂 直于絲杠(4); 一個(gè)移動(dòng)副是由絲杠(4)固定端的轉(zhuǎn)動(dòng)中心軸(9)與設(shè)備底座(1)固定在一起， 絲杠(4)另一端安置絲母軸(6)。
3、 一種立式交換工作臺(tái)翻轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置的制造方法，其特征在于設(shè)計(jì)要點(diǎn)1、翻轉(zhuǎn)臺(tái)在工件裝夾位置時(shí)與絲杠擺動(dòng)點(diǎn)距離OP:翻轉(zhuǎn)臺(tái)在工件裝夾位置即水平時(shí)在位置P點(diǎn),而絲杠固定的第一轉(zhuǎn)動(dòng)副支架8鉸接在0點(diǎn)。2、翻轉(zhuǎn)臺(tái)的翻轉(zhuǎn)半徑PQ:當(dāng)垂直絲杠擺動(dòng) 至翻轉(zhuǎn)處于豎立狀態(tài)時(shí)，翻轉(zhuǎn)臺(tái)以PQ為翻轉(zhuǎn)半徑繞著Q點(diǎn)進(jìn)行翻轉(zhuǎn)。這個(gè)變化過程即是 翻轉(zhuǎn)臺(tái)工作的過程。3、翻轉(zhuǎn)臺(tái)的重量及絲杠的直徑，考慮配置相應(yīng)的減速機(jī)和電機(jī)；首先利用三維建模軟件將上述要點(diǎn)代入設(shè)計(jì)建模作業(yè)，然后將三維模型導(dǎo)入運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真軟件ADAMS，分析翻轉(zhuǎn)臺(tái)的運(yùn)動(dòng)合理性，將運(yùn)動(dòng)的各個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)，試運(yùn)算選擇 關(guān)鍵點(diǎn)的最佳位置，獲取對(duì)運(yùn)動(dòng)的關(guān)鍵位置點(diǎn)O、 P和Q點(diǎn)的優(yōu)化設(shè)計(jì)參數(shù)，并按照此數(shù) 據(jù)實(shí)施制造部件和裝配。
全文摘要
立式交換工作臺(tái)翻轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置及制造方法，用于臥式五軸數(shù)控加工中心，其特征在于翻轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)為四連桿結(jié)構(gòu)由三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副和一個(gè)移動(dòng)副組成，第一轉(zhuǎn)動(dòng)副為絲杠固定端連同軸承座繞中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)、第二轉(zhuǎn)動(dòng)副為翻轉(zhuǎn)臺(tái)在絲杠的驅(qū)動(dòng)下繞自身固定的轉(zhuǎn)動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)、第三轉(zhuǎn)動(dòng)副為安置在翻轉(zhuǎn)臺(tái)另一端的絲母座傳動(dòng)；電機(jī)帶動(dòng)絲杠傳動(dòng)，絲杠受拉壓力，組成二力桿，絲母帶動(dòng)滑塊沿絲杠方向平動(dòng)，同時(shí)滑塊與第二傳動(dòng)副連接，通過伺服控制，能夠?qū)崿F(xiàn)翻轉(zhuǎn)工作臺(tái)的定位，從而實(shí)現(xiàn)立臥轉(zhuǎn)換和翻轉(zhuǎn)精確定位。制造方法要點(diǎn)1.翻轉(zhuǎn)臺(tái)在工件裝夾位置時(shí)與絲杠擺動(dòng)點(diǎn)距離OP，2.翻轉(zhuǎn)臺(tái)的翻轉(zhuǎn)半徑PQ，3.翻轉(zhuǎn)臺(tái)的重量及絲杠的直徑；將運(yùn)動(dòng)的各個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)，并按照此數(shù)據(jù)實(shí)施制造部件和裝配。本發(fā)明為高速臥式加工中心的立、臥雙交換工作臺(tái)提供可實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確定位的翻轉(zhuǎn)動(dòng)力。
文檔編號(hào)B23Q5/54GK101670528SQ20091018770
公開日2010年3月17日 申請(qǐng)日期2009年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月29日
發(fā)明者峰 劉, 劉宗際, 雄 張, 徐永明, 賀鑫元, 金曉紅 申請(qǐng)人:中捷機(jī)床有限公司