[发明专利]蜗轮副和齿轮副复合驱动的数控回转工作台及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及机床关键功能部件，属于先进制造技术领域，具体是一种蜗轮副和齿轮副复合驱动的数控回转工作台及其控制方法。

背景技术

2013年度“高档数控机床与基础制造装备”科技重大专项将“齿轮车削滚齿复合加工机床”和“大型、高精度数控成形磨齿机” 列为重点研究内容，数控回转工作台作为重要的分度功能部件。齿轮外圆、内孔和端面的车削、磨削需要转台高速回转，转速10~50r/min，齿轮的展成滚削和成形磨削需要转台进行低速高精度连续分度。

力矩电机驱动转台能够兼顾高低速分度，满足小规格的复合机床要求；但力矩电机受到了驱动力矩和成本的限制，在大重型数控回转工作台上应用难度大。大重型数控回转工作台的高精度分度，一般采用蜗轮副进行驱动，2010年度“高档数控机床与基础制造装备”科技重大专项提出转台分度精度6”，重复定位精度3”，但转速受到蜗轮副线速度的影响，范围0~1r/min。钢制蜗轮副能够在滑动速度较大的情况下不发生胶合，且承载能力和使用寿命得以提升；但蜗轮副的磨削加工难度较大，且高速回转时蜗轮副的精度保持性较差。普通的立车转台采用的是斜齿轮副驱动，对分度精度没有要求，转速较高。此外，数控回转工作台在低速高精度分度和高速回转过程中需要比较高的支承刚性，一般采用静压导轨，浮起量0.02~0.04mm。

发明内容

本发明主要针对数控回转工作台的高速回转和低速高精度分度功能，提出一种蜗轮副和齿轮副复合驱动的数控回转工作台及其控制方法。本发明的一种蜗轮副和齿轮副复合驱动的数控回转工作台及其控制方法，旨在满足大重型数控机床提出的低速高精度分度和高速回转要求。低速分度时，转台由蜗轮副驱动、由齿轮副消隙，零间隙分度保证了高分度精度和重复定位精度。高速回转时，齿轮副驱动，蜗轮副不接触，转速不受蜗轮副啮合线速度的限制。

本发明的技术方案如下：

一种蜗轮副和齿轮副复合驱动的数控回转工作台，包括蜗杆轴系，所述蜗杆轴系包括交流伺服电机1、行星减速器2、蜗杆自由端支承3、圆柱蜗杆4、蜗杆固定端支承5、直角式行星减速器6、直齿轮副7、斜齿轮8和消隙油缸9，圆柱蜗杆4由交流伺服电机1和行星减速器2驱动，轴向依靠固定端支承5定位、径向依靠固定端支承5和自由端支承3共同支承；直角式行星减速器6与圆柱蜗杆4连接，减速器6的输出端连接直齿轮副7；斜齿轮8和直齿轮副7连接，并由消隙油缸9控制轴向位移。

所述回转工作台还包括和蜗轮轴系，所述蜗轮轴系包括工作台面10、蜗轮11、斜齿圈12和恒流静压导轨13，蜗轮11和斜齿圈12固定于工作台面10上，组成转台的回转分度系统，依靠恒流静压导轨13进行轴向支承，蜗轮11与圆柱蜗杆4相啮合，斜齿轮8与斜齿圈12相啮合。

本发明还提供一种蜗轮副和齿轮副复合驱动的数控回转控制方法，包括转台高低速和正反方向切换的控制的步骤，该步骤如下：

设定n0为转台高精度分度的最高转速，取1~5r/min；

转台低速分度时，其转速nL＜n0，蜗轮副驱动、齿轮副轴向预载消隙，零间隙分度保证转台的重复定位精度；

转台顺时针分度（-C向）对应的消隙油缸预载向下，逆时针分度（+C向）对应的消隙油缸预载向上；

转台高速回转时，其转速nH≥n0，齿轮副驱动，蜗轮副的齿面不接触，转台的转速不受蜗轮副啮合线速度的制约；

转台顺时针回转（-C向）对应的消隙油缸预载向上，逆时针回转（+C向）对应的消隙油缸预载向下。

所述方法还包括转台啮合间隙及消隙控制的步骤，该步骤如下：

设定蜗轮副啮合间隙0.10mm~0.15mm，通过双导程蜗杆的轴向位移进行调整，记为2a；

齿轮副啮合间隙通过中心距进行调整，记为2(b+2c)，其中2b为蜗杆固定端5、直角式行星减速器6、直齿轮副传动7的间隙以及系统的弹性变形；

蜗轮副的单侧间隙a对应于消隙油缸轴向行程c；

转台低速高精度分度时，蜗轮副驱动，齿轮副轴向预载消隙，轴向行程为b+c，消隙方向与转台分度方向相关；

转台高速回转时，齿轮副驱动，消隙油缸的行程为b+2c，达到上极限位置14或下极限位置15，消隙方向与转台回转方向相关；

消隙油缸由液压系统16驱动，消隙油缸的压力由减压阀17控制，消隙方向由三位四通阀18控制。

本发明的有益效果是：