[发明专利]一种可独立自动消隙的动力传动机构

说明书

技术领域

本发明涉及一种龙门移动式数控机床加工中心工作台相对底座运动的动力传动机构，特别是一种可独立自动消隙的动力传动机构。

背景技术

龙门移动式加工中心用于对大型零件进行粗精加工，具有承重力强、行程大、精度高等特点，可以进行铣、镗、钻、攻等各种工序，只需一次装夹就可以按顺序完成多道工序，也可以对大型模具进行三维加工，效率高，加工精度好。机床基本型式为装工件的工作台固定、龙门移动，龙门架由两个X轴工作台带动进行同步移动，由于每个X轴行程很长，难以采用滚珠丝杠传动，故每个X轴工作台均采用伺服电机经齿轮齿条机构进行动力传动，以推动工作台体在底座导轨上进行运动。

在每个齿轮齿条动力传动机构中，齿条联接在X轴工作台底座上固定，齿轮传动箱联接在X轴工作台体上并随其运动，传动箱接受来自伺服电机的驱动力，通过输出齿轮传至齿条，推动传动箱及工作台体进行运动，运动的位置由光栅尺发信号至数控系统进行控制。传动箱中的齿轮、传动轴、轴承、箱体轴承孔以及齿条、齿条安装面等都存在误差，使传动箱输出齿轮与齿条之间、以及传动箱内部传动齿轮之间始终存在一定的间隙，虽然这种间隙在运动过程中是必须，但这种大小不等、时刻变化的传动间隙会给工作台的定位精度、刚性、运动平稳性等带来极大的影响，特别是对机床加工能力的破坏是致命性的，而且对于双X轴工作台驱动的型式来说，由此导致的双工作台不同步将会导致工作台无法运行。因此，必须既对齿轮齿条之间以及传动箱内部齿轮之间的传动间隙予以动态实时消除，同时又必须保证齿轮齿条以及传动箱内部齿轮运行顺畅灵活，以保证工作台的定位精度、刚性、运动平稳性、机床加工能力以及双工作台运动的同步性。

目前常用的带消隙装置的传动机构，电机由减速箱、再通过一对组合齿轮将动力传递给中间轴，再由中间轴上的两个斜齿轮同时将动力传递给两个输出轴，其消隙装置设于中间轴上。其正反向运动，由伺服电机正反向运转实现。

消隙装置中的碟型弹簧对中间轴施以弹性轴向力，推动中间轴进行轴向移动，轴上的两个不同旋向的斜齿轮分别与两个输出轴上的斜齿轮啮合，使得两个输出轴齿轮与同一个齿条啮合时的贴合边不同，从而消除了输出齿轮和齿条之间存在的间隙，并且在互相接触的几对齿面之间都施加了预负荷以提高传动刚性及平稳性。

当工作台进行一个方向的进给时，其中一个输出轴齿轮紧压齿条的一个侧面传递进给力，即为动力传动输出轴；另一个输出轴齿轮则紧贴齿条的另一个侧面以消除间隙，也即为消隙输出轴。反之亦然，两个输出轴随着司服电机的正反转而反复交替地变换着动力输出传动和消隙的功能作用。在工作台进给运动过程中，由于各零部件及安装面的误差，再之进给时运动阻力及负荷的变化，导致输出轴齿轮和齿条之间产生瞬间的间隙或过盈趋势时，在碟簧弹性力的作用下，自动调节，实现了各传动部件的传动间隙予以动态实时消除，同时又保证了各传动部件的运行顺畅灵活。在这个动态实时消除间隙的过程中，碟簧始终对中间轴施加轴向力，一方面提供消除齿轮齿条间隙所需的消隙力，另一方面提供克服工作台进给时由电机传过来的扭矩所致轴向反作用力的进给抗力，保持进给的刚性和平稳性。

但上述现有的传动机构，由于用中间轴来进行消隙，故而存在有如下不足：

1、由于两个输出轴由同一个且为整体的中间轴来进行补偿，当中间轴进行轴向移动来补偿其中一个输出轴的间隙或过盈趋势时，碟簧会推动中间轴上的两个斜齿轮并带动中间轴一边作轴向运动一边沿着斜齿面作额外转动，并通过减速箱将这个额外转动传到伺服电机上。这样，因补偿该间隙或过盈趋势而产生的伺服电机额外转动将对伺服电机驱动输出轴运行的过程产生额外的无规律扰动，经组合齿轮及减速箱齿轮会对这个扰动进行放大，进而导致数控系统对运动的控制受到很大干扰，加大了控制难度，严重影响传动输出轴的传动平稳性和工作台的定位精度。

2、由于两个输出轴上抵消电机扭矩所致轴向反作用力所需的进给抗力以及消除消隙输出轴齿轮与齿条间隙的消隙力也由同一个中间轴来提供，两者之和即为碟簧的总作用力，在一定条件下碟簧总作用力大体上保持不变。这样，当工作台进给负荷加大时，进给抗力势必会随之增大，同时消隙力则会随之减小，消隙齿面间的预负荷也减小，当进给抗力增大到与碟簧总作用力相等时，消隙力甚至会减少到零，消隙齿面间也没有预负荷，此时消隙作用就会消失，齿轮齿条间就会产生间隙，严重影响工作台运动的刚性和平稳性。