CN1015070B

CN1015070B - 快速开合的钢球螺旋传动装置

Info

Publication number: CN1015070B
Application number: CN 90106600
Authority: CN
Inventors: 王俊卿; 赵玉兰
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1990-07-24
Filing date: 1990-07-24
Publication date: 1991-12-11
Also published as: CN1050254A

Abstract

一种能快速开合的钢球螺旋传动装置，以钢球作为开合媒介，在丝母套与丝杠之间有一钢球保持套，套上有排列成螺旋状的孔，孔内放有钢球。其丝母套，丝杠，钢球保持套三者之间可任意固定其一件，可用在不同场合的快速开合螺旋传动。应用于车床开合螺母机构，具有自动停进、不乱扣的独特功能。应用于台虎钳、机用平口钳、机床尾座的快速开合螺旋传动，具有快速进退功能，同时又保持了传统螺旋传动慢进退功能。应用于机床进给，可自动停进，易实现自动控制。本发明具有结构简单，工艺性好，使用寿命长等特点。

Description

本发明是一种能够快速开合的钢球螺旋传动装置，属机械螺旋传动领域。

螺旋传动应用多而广，几乎每个机械都少不了。螺旋传动有滑动摩擦和滚动摩擦两种接触方式，后者多用于精密传动。螺旋的快速开合装置应用最典型的是车床的开合螺母。其缺点是制造精度不易控制、不易合到底而影响加工精度，不易实现自动化控制。滚珠丝杠螺旋传动精度高但不能快速开合。近年来，出现了几种快速开合的螺母机构，用于台钳中的螺旋传动，如中国专利88204343.9，88205780·4，其缺点是机构和制造工艺比较复杂，不能大面积普及。中国专利87213118的快速开合机构的缺点是夹紧行程短，不能完成连续慢速进给动作，丧失了传统台钳的功能。

本发明的目的是提供一种结构简单、工艺性好、能够快速开合的快速进退慢速进给都有的钢球螺旋传动装置，可应用于车床的螺旋传动，实现自动停止进给，不乱扣，易于实现自动控制。应用于台钳、机用平口钳、机床尾座、夹具等机构的螺旋传动，可实现快速进退，又可保持传统的慢进慢退的工作方式。

本发明的特征是在丝杠与丝母套之间有一钢球保持套，在套上有排列成螺旋状的孔，在孔内放置钢球，其丝母套、钢球保持套、丝杠三者之间可任意固定其一件，可用在不同场合的快速开合螺旋传动，达到不同的工作需要。丝母套的内圆上开有轴向直槽型、径向螺旋型够容纳钢球的空腔。移动钢球保持套或丝母套即可实现快速的开合。

下面结合说明书附图对本发明作进一步的详细说明。

图1是本发明应用于台钳，机床尾座，夹具等方面的结构示意图。

图2、图3是本发明应用于台钳，机床尾座上的位置示意图。

图4是本发明快速进退时的结构示意图。

图5是丝杠型式的放大示意图。图中例举两种丝杠螺旋槽型式。

图6是本发明应用在机床丝杠螺旋传动机构的一个实施例的示意图。

图7是本发明应用于车床丝杠螺旋传动机构的一个实施例的示意图。

在图中序号1、丝杠2、钢球3、丝母套4、钢球保持套5、定位销6、弹簧片7、摩擦片8、定位螺钉9、活销10、螺钉11、防锁片12、弹簧片13、固定体14、偏心销15、弹簧挡圈16、锁紧螺母17、止动垫圈18、右支架19、弹簧20、左支架21、停进导向销22、停进挡套23、紧定螺钉24、键25、销26、操纵手柄27、定位螺钉28、插销29、钢球30、弹簧31、套32、齿轮33、轴承34、拖板箱体35、定位挡圈36、拨叉37、定位挡圈38、停进导向销39、拖板箱体40、导向螺钉41、锁紧螺母42、停进定位套43、介轮44、光杠齿轮45、导向键46、光杠47、定位装置

本发明应用于台钳，机床尾座的螺旋传动时，其运动是这样实现的（参看图1，图2，图3），工作时，如顺时针旋转丝杠1，在弹簧片6作用下，紧贴在丝杠外表面上的摩擦片7在摩擦力的作用下也跟着转动（摩擦片7、弹簧片6、定位销5三件铆接在一起，插在钢球保持套4上），钢球保持套4的转动带动钢球2从丝母套3的空腔向丝杠螺旋槽中运动，当钢球保持套旋转一定的角度后，被定位螺钉8挡住，这时钢球2已滑到丝母套3的内圆面与丝杠1的圆弧螺旋槽之间（参看图5），起到螺母的螺纹作用（参看图1中的位置），继续旋转丝杠，台钳或尾座作慢速进给运动。反向旋转丝杠1，摩擦片7同样带动钢球保持套4转动，推动钢球2至丝母套3的空腔中心处，被定位螺钉8挡住，这时推拉丝杠1，钢球便从丝杠螺旋槽内跳出进入到丝母套的空腔，台钳的活动钳体或尾座套筒便可快速进退（图4中的位置）。再工作时，只需把活动钳体或套筒推至工作位置，再顺时针旋转丝杠1，如前所述此机构便可自动进入到慢速进给的工作状态，慢速进给距离可达极限位置。如需慢进慢退的工况，只需在慢进的过程中，把偏心销14旋转180度，将活销9***钢球保持套4的槽中，钢球保持套便被固定住，不能移动，钢球2在钢球保持套的孔中被丝母套的内圆面挡住也被定位，这时本机构失去快速进退功能，正反向转动丝杠只能慢速进退，保持传统台钳或尾座的全部功能。

为了提高丝杠的机械强度，丝杠的螺旋槽型式可采用单圆弧或双圆弧（参看图5），钢球的直径应小于丝杠的螺距，螺旋槽的深度取钢球半径的3/4-2/3为宜，以使丝杠能把钢球从保持套中推出。这样加工出的丝杠螺旋槽之间留有较窄的外圆面，与丝母套空腔斜面形成一α角，如钢球正好处在α角内，将会产生自锁（如图4中的位置）。为了避免自锁现象，把丝母套的轴向直槽空腔中的一个制成键槽，在健槽中置放了板状的防锁片11、弹簧片12和导向定位销（三件铆接在一起），其作用是在钢球未进入丝杠螺旋槽时，被键槽挡住，而使钢球保持套不能旋转，只有当钢球进入到螺旋槽时，防锁片和弹簧片把钢球顶出键槽，钢球保持套才能旋转，同时把别的钢球推入丝杠螺旋槽，从而避免了自锁现象。

本发明应用于台钳、机用平口钳、机床尾座、工装卡具时有以下优点：

1.保持了传统的工作方式，即慢进慢退。

2.增加了快速进退，提高工效，减轻了劳动强度。

3.开合速度快，合“螺母”时丝杠旋转小于一转，开“螺母”时只需反转1/4转左右。

4.结构和制造工艺简单，圆弧丝杠精度易保加工容易，可挤压成型，比梯形丝杠加工费用低;丝母套是整体加工而成，强度高，几道直槽空腔插、拉均可成型;钢球保持套上的钢球定位孔可用钻模直接钻出;钢球价格便宜处处可购，所以本机构与传统机构成本相差不多。

5.使用寿命长，因参与工作的是钢球，精度和硬度都较高，与丝杠摩擦系数小，钢球有旋转的因素，所以使用寿命可比传统丝杠螺旋副大大延长。

本发明应用于机床或专机螺旋传动与应用于台钳时的工作原理基本相似，不同的是钢球保持套被固定不动，丝母套作轴向和径向位移，控制钢球运动，达到快速开合的目的。

在机床需进给时（参看图6），按下手柄26，丝母套3上轴向直槽空腔的斜面压迫钢球2，使钢球进入丝杠的螺旋槽，被定位销钉27挡住，钢球在丝母套的内圆面与钢球保持套孔内被固定，起到丝母内螺纹的作用，这时机床作进给动作。当机床工作到位时，停进导向销21被停进挡套22挡住（注：停进挡套22提前调好位置固定在丝杠或固定体上），向右移推动丝母套3，压缩弹簧19，丝母套的内圆面让出钢球2，在丝杠的作用下，钢球进入丝母套的螺旋槽空腔（与台钳结构不同，丝母套除有轴向直槽空腔外又开有螺旋向空腔，两胶交错相通），与丝杠脱离，机床停止进给。这时抬起手柄26，使钢球从丝母套螺旋空腔进入到直槽空腔，把机床退回起始位置，开始第二次进给。

为了防止如图4所示的自锁现象，本机构也如台钳机构一样，把丝母套上的直槽空腔中的一个改成键槽，防锁片11，弹簧片12，定位销5三件铆接后插在键槽中心的孔中，防锁原理与应用在台钳时一样。

本发明应用于机床或专机的优点是：

1.有自动停进装置，停进定位套装在丝杠上，这在某些场合不能置放电器停进时有着积极的意义。

2.机床进退时丝杠可照常运转，这在某些短行程频繁进退时可对电机和机械有明显的保护作用。

图7是本发明应用于车床丝杠螺旋传动快合螺母的实施例示意图。

本机构的特征是在丝杠的后端有一可调的定位装置47，或在拖板后面加一挡铁，每次进给前都需将拖板靠住定位装置;丝母套与钢球保持套用花键联接，能轴向移动;丝母套开有螺旋状空腔;丝杠可与钢球保持套同时同向或反向旋转，产生差速运动;所加工螺纹不乱扣时钢球保持套被固定，不转动;也可将丝杠固定，只利用钢球保持套和丝母套转动，推动钢球沿丝杠螺旋槽运动;使主轴得到整转数，达到不乱扣的目的。所以本机构不需使用乱扣盘，只需配上合适的挂轮。

本机构的结构是这样的：钢球保持套的孔中放有钢球，套装在丝杠上，有凸肩的一端有齿轮32，另一端用锁紧螺母固定在拖板箱体34、49的轴承33上。丝母套3套装在钢球保持套一端的花键轴上（图7A-A剖面图），使其能轴向位移，左右有定位装置37、35。丝母套上开有螺旋状空腔，其螺旋导程和钢球保持套上孔的排列导程与丝杠1的导程和旋向相同。停进导向销38用导向螺钉40定位在拖板箱体39上，能轴向移动。停进挡套42套装在丝杠上或装在车床床身上。齿轮44在筋板的套中旋转，并与光杠46用导向键保持轴向移动，光杠旋转时，齿轮44通过介轮43把动力传给齿轮32，带动钢球保持套转动。介轮43能够方便的拆下，拆下后有一定位装置将齿轮32固定住，使其不能转动（图中未画出）。齿轮32与钢球保持套用花键联接。丝杠端有一定位装置，可将丝杠固定（图中未画出）。拖板后面有一定位装置47，能将拖板挡住，调好位置后固定，使拖板不能再后退。

本机构的工作原理是这样的：当用车床加工螺纹时，如遇乱扣螺纹，可选与加工螺纹相近似的不乱扣螺距数，如丝杠1的螺距是12mm零件的螺距要求1.25mm，如用常规方法加工，乱扣数是5，需使用乱扣盘，现只需选择不乱扣的螺距1.5mm或1mm的挂轮，这与零件要求相差0.25mm，我们采用旋转钢球保持套与丝杠产生差速的方法来解决，其差速值为主轴每旋转一圈±0.25mm，使加工出的螺纹螺距保持1.25mm。

又如，所加工螺纹螺距为8mm，乱扣数是2，现选择6mm的螺距挂轮，与零件相差2mm，我们采用旋转钢球保持套的方法来解决，旋转方向与丝杠相反，即使丝杠推动拖板进给6mm，同时钢球保持套推动拖板进给2mm，使零件的螺距为8mm，符合图纸要求。

我们还可以将丝杠1固定，进给动作由光杠通过齿轮带动钢球保持套旋转来完成。如加工零件螺距5.5mm，乱扣数是11，需使用乱扣盘，现将丝杠固定，合理选择钢球保持套的转速，使主轴每转一圈，钢球保持套旋转5.5/12圈，即进给5.5mm，使零件符合要求。

如上所述，只能达到零件螺距符合要求，但要不乱扣，还需调整固定定位装置47，具体操作如下，在进给第一刀前，将拖板摇至工作位置，既零件前端合适的距离，将定位装置47顶住拖板后端固定住（图七中位置是顶住钢球保持套端面），其作用是使本机具有记忆功能，既每次进给都由此位置开始，使其忘掉丝杠螺距，只记住由此位置开始的差速螺距，又因差速效果使主轴得到整转数，所以，可达到不乱扣的目的。但在加工零件螺距超过丝杠1的螺距时，因丝杠和钢球保持套的旋转有一次以上的交叉，而使主轴旋转不能得到整转数，所以仍有乱扣，如零件螺距24mm，主轴转一圈，丝杠或钢球保持套转二圈（或各转一圈），有二次交叉，乱扣数是2，因本机构只有丝杠螺距之内的小螺距记忆功能，所以加工大螺距时要注意加工方法，可打反车退刀。在整个加工过程中，所挂齿轮不能脱开，也不得中途合闸进给，必须将拖板靠住定位装置47后，再合闸进给，否则本机构没有记忆功能，必须重新对刀。

具体运动是这样的：1.选择加工零件相适的机床主轴转速n₁。2.选择丝杠、光杠的挂轮方式， a、钢球保持套固定，用于不乱扣螺纹加工，计算方法与常规一样，但需拆下介轮43。b、丝杠固定，由光杠带动齿轮驱动钢球保持套旋转，光杠转速。

n=- (t₂)/(t) × (a)/(a₁) ×n₁(1)

c、丝杠与钢球保持套同时旋转的差速运动，先选择不乱扣的与零件螺距相近似的螺距，再计算光杠的转速

n= (n₁(t₁-t₂))/(t) × (a)/(a₁) (2)

式（1）（2）中：n-光杠46的转速，转/分;

n₁-机床主轴的转速，转/分;

t-丝杠1的螺距;

t₁-所选不乱扣的螺距;

t₂-加工零件所要求的螺距;

a-光杠齿轮44的齿数;

a₁-钢球保持套上齿轮32的齿数。

其值为正值时，光杠46与丝杠同方向旋转，负值时与丝杠反方向旋转，（2）式应尽量采用正值，使两者同方向旋转。3.开动机床，将拖板靠住定位装置47，按动手柄使拨叉36左移，推动丝母套3左移，把钢球2压进丝杠1的螺旋槽内，拖板开始进给。当车刀车至零件空刀槽时，停进导向销38被停进挡套42挡住右移（定位挡套42提前调好位置，固定在丝杠上），推动丝母套3右移，手柄自动抬起，使钢球2从丝杠1的螺旋槽中滑出，拖板即停止进给。4.退刀，摇回大拖板靠在定位装置47上，准备第二刀的加工，因本机构具有记忆功能，所以，按动手柄，使拔叉推动丝母套左移，待钢球进入到丝杠的螺旋槽内，即开始第二次进给。

本机构也可作机床、专机的传动和进给机构使用。

本发明应用于车床丝杠进给机构有以下优点：

1.加工小螺距螺纹不乱扣，不需使用乱扣盘，增加了机床功能。

2.能自动停止进给，这在车削芒孔内螺纹时有明显的保护作用。

3.合牙精度好，不会产生传统开合螺母合牙不到底的现象。

4.合牙速度快，在丝杠转一转之内即能合上，不受乱扣数限制。

5.强度高，丝母套是一个整圆，比传统两个半螺母受力好。

6.精度高，本螺旋运动副可使加工精度提高。

7.易实现自动控制，可用在自动车床或加工中心。

8.使用寿命长（优点同台钳）。

9.保持了传统丝杠传动的全部功能，如打反车退刀等。

注：在说明书附图中：

图1A是图1的C向视图，

图1B是图1的B-B剖视图，

图6A是图6的C-C局部剖视图，

图6B是图6的B-B剖视图，

图7A是图7的A-A剖视图。

Claims

1、一种快速开合的钢球螺旋传动机构，由丝杠1、钢球2等组成，其特征是钢球保持套4套装在丝杠1与丝母套3之间；钢球保持套4的圆周面上按螺旋排列的孔中放置有钢球2，一端有一凹槽，凹槽内装定位装置；丝母套3的内圆面上直槽空腔与钢球保持套4上放置钢球的孔径向分布对称，空腔的一边是斜面；钢球保持套4与丝杠1之间有摩擦片7、弹簧片6；丝杠1、丝母套3、钢球保持套4三者之一可分别作为固定件。

2、如权利要求1所述的螺旋传动机构，其特征是钢球保持套4放置钢球2的孔的螺旋排列的导程和旋向与丝杠1的螺纹导程和旋向相同。

3、如权利要求1所述的螺旋传动机构，其特征是丝母套3上有一孔与内圆面相通，孔中有活销9。

4、如权利要求1所述的螺旋传动机构，其特征是丝母套3上内圆面的空腔是轴向直槽。

5、一种快速开合的钢球螺旋传动机构，由丝杠1、钢球2等组成，其特征是钢球保持套4套装在丝杠1与丝母套3之间;钢球保持套4圆周面上有按螺旋排列的孔，孔中放置钢球2;钢球保持套4一端固定有齿轮32，通过介轮43与套在光杠上的齿轮44相啮合;丝母套3与钢球保持套4花键或滑键联接，能轴向位移，一端面与停进导向销38相触;丝母套3的内圆面上开有螺旋状空腔，空腔的一边是斜面;丝母套3的两端有定位装置35，37;丝杠1上套有可调的定位装置42、47。

6、如权利要求5所述的螺旋传动机构，其特征是钢球保持套4上放置钢球2的孔的螺旋排列的旋向和导程，丝母套3内圆面上螺旋状空腔的旋向和导程，两者与丝杠1螺纹的旋向和导程相同。

7、如权利要求5所述的螺旋传动机构，其特征是丝母套3内圆面上的空腔是螺旋状槽，或是螺旋状槽与轴向直槽的组合。