CN104175133B - 宏微双驱动重载切削变位机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种宏微双驱动重载切削变位机，其工作台台面翻转机构是由两个液压缸驱动的外翻转体的宏动部分和两个丝杠驱动的内翻转体的微动部分串联组成，外翻转体通过轴承安装在立柱外侧，液压缸两端分别安装在底座和外翻转体上，驱动外翻转体相对于底座进行快速大角度翻转，实现工作台台面翻转角度的宏动粗调；内翻转体通过轴承安装在立柱中间，其翻转轴与外翻转体的翻转轴同心，丝杠固定在外翻转体上，丝杠螺母安装在内翻转体上，丝杠驱动内翻转体相对于外翻转体进行小角度翻转，实现工作台台面翻转角度的微动精调；工作台台面安装在内翻转体上，由力矩电机通过齿轮和齿圈驱动。本发明变位机翻转角度范围为0°～70°，定位精度可达8″。
Description
技术领域
本发明涉及重型加工设备领域的一种变位机，特别涉及一种工作台由液压缸和丝杠串联驱动的重载切削变位机。
背景技术
在重型容器的切削加工方面，重型镗铣加工中心具有加工精度高，质量可靠的特点，但设备造价极其昂贵，且高端产品通常需要进口。而重载切削变位机则可配合重工企业现有的大型龙门式铣镗床和落地镗铣床，对核电和风电设备上大型封头装置进行加工，加工精度较高并且大幅降低生产制造成本。
加工重型零件最困难的是处理不同工序间工件的移动和再定位，传统的方式需要先将工件用天车吊走，然后调整夹具姿态，再将工件吊回安装，这样精度很难保证。机械加工用自动变位机主要用于工件的精密加工，应具有高的定位精度和定位刚度、可靠的位置保持锁紧能力和抗冲击能力，同时为便于与机床配合和保持机床精度，对高度尺寸有严格限制。
目前重载变位机主要有不完全齿轮驱动型、液压驱动型和丝杠驱动型。
经过对现有技术的检索发现，中国专利申请号201010225365.6记载了一种“双驱动双丝杠变位机”，该技术包括：水平输送机构、俯仰机构和旋转机构，其中：俯仰机构设置在水平输送机构上，旋转机构设置在俯仰机构上。所述的水平输送机构包括：机架、滑台、水平丝杠和水平丝杠电机，其中：滑台设置在机架上，水平丝杠的一端固定在机架上，水平丝杠的另一端与滑台相连，水平丝杠电机与水平丝杠相连，俯仰机构设置在滑台上。这种变位机采用双丝杠驱动，丝杠的长度过长，重载下容易导致压杆失稳或变形，且此变位机丝杠自由端向下，需在变位机安装场地挖深坑将丝杠自由端放入，使用较为不便。
中国专利申请号201110099408.5记载了一种“液压丝杠混合驱动大负载二自由度变位机”，该技术包括：俯仰机构和转动机构，其中：俯仰机构的两端分别与机架活动连接，转动机构固定设置于俯仰机构的顶部。该装置通过液压驱动和丝杠驱动共同实现。这种变位机液压驱动***和丝杠驱动***并不是串联合成，而是液压缸的启动或者停止要和定位丝杠伺服电机保持同步，控制极其复杂。这种变位机采用单根丝杠驱动角度精调部分，承载能力受限，丝杠行程包含液压缸驱动行程，行程较长且需在变位机安装场地挖深坑将丝杠自由端放入。这种变位机液压驱动部分在粗调角度后不进行刚性固定，因此工作台台面最终角度受液压缸漏油和油液压缩等现象影响，使得定位精度难以保证。
发明内容
本发明的目的是要提供一种可配合重工企业现有的大型龙门式铣镗床和落地铣镗床的重载切削变位机，能够达到承载能力大、定位精度高、刚度大和抗冲击能力强的要求。
本发明通过下述技术方案实现：一种宏微双驱动重载切削变位机，包括工作台台面、底座、固定在底座上的左右立柱、工作台台面翻转机构，所述工作台台面翻转机构是由两个液压缸驱动的外翻转体的宏动部分和两个丝杠驱动的内翻转体的微动部分串联组成；外翻转体通过轴承安装在立柱外侧，外翻转体设有定位机构，液压缸两端分别安装在底座和外翻转体上，驱动外翻转体相对于底座进行快速大角度翻转，实现工作台台面翻转角度的宏动粗调；内翻转体通过轴承安装在立柱中间，其翻转轴与外翻转体的翻转轴同心，丝杠固定在外翻转体上，丝杠螺母安装在内翻转体上，丝杠驱动内翻转体相对于外翻转体进行小角度翻转，实现工作台台面翻转角度的微动精调；工作台台面安装在内翻转体上，由力矩电机通过齿轮和齿圈驱动。
本发明所述外翻转体定位机构包括安装在外翻转体上的定位盘和安装在底座上的夹紧液压缸，通过对定位盘的抱死实现外翻转体的定位。
本发明所述丝杠的驱动电机内置有刹车器，到达工作台台面的工作角度后，该内置刹车器将丝杠锁紧，完成工作台的翻转运动。
本发明所述丝杠螺母通过摆动块和轴承安装在内翻转体上，可在内翻转体上摆动；所述丝杠通过连接横梁和4组重载线性滑轨安装在外翻转体上，连接横梁可沿线性滑轨移动，以保证丝杠可以将直线运动转换为旋转运动，驱动内翻转体转动。
本发明所述宏动部分为开环控制。
本发明所述微动部分为闭环控制，所述闭环控制由回转编码器完成，回转编码器安装在立柱上，通过检测轴与内翻转体的内轴相连。
本发明的工作台台面翻转运动由液压缸驱动外翻转体的宏动翻转和丝杠驱动内翻转体的微动翻转串联合成，且为分级运动；宏动部分的外翻转体由双液压缸驱动，翻转结束，由两组夹紧液压缸对定位盘进行夹紧，实现外翻转体的位置固定，液压缸不参与最终支撑；外翻转体定位后，微动部分开始翻转，内翻转体由双丝杠驱动进行精确小角度翻转，翻转结束后，驱动丝杠的力矩电机的内置刹车器将丝杠抱死，实现工作台台面的最终翻转角度定位。
本发明可靠性高，加工精度及加工效率易于保证，其翻转角度范围为0°～70°，最终定位精度仅取决于微动部分，定位精度可达8″，能够配合重工企业现有的大型龙门式铣镗床和落地铣镗床完成重型零件的精密加工任务。
本发明的优点如下：
(1)液压缸驱动宏动部分完成目标翻转角度的95％以上，液压缸相比于丝杠具有推力大、速度快、运动平稳、磨损小的特点，因此采用液压缸驱动宏动部分可提高加工效率，减少驱动件磨损。
(2)利用丝杠进行角度微调，工作台台面的最终定位角度仅取决于微动部分，可避免因液压缸漏油、油液压缩等引起的定位精度较低的问题。
(3)宏动部分与微动部分是串联分级运动。液压缸只进行宏动翻转的驱动，外翻转体到达位置后夹紧装置将其抱死，液压缸并不参与最终支撑，因此避免了重载下油液压缩的情况；丝杠只进行角度微调避免了丝杠因行程过长引起的变形的问题，并且减小了丝杠螺母的磨损速度。
(4)丝杠推力方向基本沿翻转运动的切线方向，减小了丝杠的径向受力以及驱动电机的功率。
附图说明
图1为本发明结构主视图。
图2为本发明结构右视图。
图3为本发明的宏动部分结构图。
图4为本发明的外翻转体安装图。
图5为本发明的微动部分结构图。
图6为本发明的丝杠安装图。
图7为本发明的内翻转体安装图。
图8为本发明的宏动部分运动原理图。
图9为本发明的微动部分运动原理图。
图中：1-内翻转体；2-外翻转体；3-丝杠；4-力矩电机；5-驱动液压缸；6-夹紧液压缸；7-立柱；8-底座；9-定位盘；10-力矩电机；11-大齿圈；12-齿轮；13-工作台台面；14-外轴；15-双列圆柱滚子轴承；16-连接横梁；17-重载线性滑轨；18-旋转编码器；19-内轴；20-双列圆柱滚子轴承；21-圆锥滚子轴承；22-检测轴；23-丝杠螺母；24-摆动块；25-圆柱滚子轴承；L1-液压缸起始长度；L2-液压缸终止长度；θ-目标角度；Y-丝杠行程；D-线性滑轨行程；α-差值角度。
具体实施方式
以下，参照附图说明本发明的实施例。
参见图1和图2，本发明宏微双驱动重载切削变位机的立柱7固定在变位机底座8上，外翻转体2与内翻转体1均安装在立柱上且转轴同心，液压缸5驱动外翻转体转动，丝杠3驱动内翻转体转动；工作台台面13安装在内翻转体上，由力矩电机10通过齿轮12与大齿圈11驱动。
参见图3和图4，本发明的宏动部分结构，其外翻转体2呈U型，通过一对双列圆柱滚子轴承15安装在立柱7的外轴14上，安装处位于立柱外侧；液压缸5两端分别安装在底座8和外翻转体上，驱动外翻转体绕外轴翻转；定位盘9安装在外翻转体上，夹紧液压缸6安装在底座上，通过对定位盘的抱死实现外翻转体的定位。
参见图5～图7，本发明的微动部分结构，其内翻转体1通过一对圆锥滚子轴承21和一对双列圆柱滚子轴承20安装在立柱内侧，内轴19与外轴14同心，丝杠螺母23安装在摆动块24上，摆动块通过圆柱滚子轴承25安装在内翻转体上，可在内翻转体上摆动；丝杠3安装在连接横梁16上；连接横梁通过4组重载线性滑轨17安装在外翻转体2上，连接横梁可沿线性滑轨移动，以保证丝杠可以将直线运动转换为旋转运动，驱动内翻转体转动；旋转编码器18安装在立柱上，检测轴22一端与内翻转体的内轴19固接，另一端安装在旋转编码器内，编码器只检测内翻转体的翻转角度。
图8和图9示出本发明的快速宏动部分和精确微动部分的运动原理图。液压缸以目标角度θ驱动外翻转体进行快速大角度翻转，液压缸行程为L2-L1；丝杠以差值角度α驱动内翻转体进行精确小角度定位，丝杠行程为Y，线性滑轨行程为D。
本发明的实际工作过程如下：
如图1～图9所示，实际工作时，液压缸5通过开环控制，先驱动外翻转体2以目标角度θ进行快速大行程翻转，翻转停止时夹紧液压缸6将定位盘9抱死，外翻转***置固定；由于液压缸有漏油现象且重载下油液有压缩，此时旋转编码器18检测内翻转体1的翻转角度，可得到相对于目标角度的微小差值角度；然后，丝杠3驱动内翻转体以差值角度α进行翻转，丝杠驱动过程为闭环控制，内翻转体小角度精确翻转到达目标角度后，驱动丝杠的力矩电机4内置的刹车器将丝杠抱死，翻转运动结束；回转运动由两个力矩电机10通过齿轮12与大齿圈11驱动；工作台的最终定位精度仅取决于微动部分，定位精度可达8″。
Claims (7)
1.一种宏微双驱动重载切削变位机，包括工作台台面、底座、固定在底座上的左右立柱、工作台台面翻转机构，其特征在于，所述工作台台面翻转机构是由两个液压缸驱动的外翻转体的宏动部分和两个丝杠驱动的内翻转体的微动部分串联组成；所述外翻转体通过轴承安装在立柱外侧，外翻转体设有定位机构，液压缸两端分别安装在底座和外翻转体上，驱动外翻转体相对于底座进行快速大角度翻转，实现工作台台面翻转角度的宏动粗调；所述内翻转体通过轴承安装在立柱中间，其翻转轴与外翻转体的翻转轴同心，丝杠固定在外翻转体上，丝杠螺母安装在内翻转体上，丝杠驱动内翻转体相对于外翻转体进行小角度翻转，实现工作台台面翻转角度的微动精调；所述工作台台面安装在内翻转体上，由力矩电机通过齿轮和齿圈驱动。
2.根据权利要求1所述的宏微双驱动重载切削变位机，其特征在于，所述外翻转体定位机构包括安装在外翻转体上的定位盘和安装在底座上的夹紧液压缸，通过对定位盘的抱死实现外翻转体的定位。
3.根据权利要求1所述的宏微双驱动重载切削变位机，其特征在于，所述丝杠的驱动电机内置有刹车器。
4.根据权利要求1所述的宏微双驱动重载切削变位机，其特征在于，所述丝杠螺母通过摆动块和轴承安装在内翻转体上，可在内翻转体上摆动；所述丝杠通过连接横梁和4组重载线性滑轨安装在外翻转体上，连接横梁可沿线性滑轨移动。
5.根据权利要求1所述的宏微双驱动重载切削变位机，其特征在于，所述宏动部分为开环控制。
6.根据权利要求1所述的宏微双驱动重载切削变位机，其特征在于，所述微动部分为闭环控制。
7.根据权利要求6所述的宏微双驱动重载切削变位机，其特征在于，所述闭环控制由旋转编码器完成，旋转编码器安装在立柱上，通过检测轴与内翻转体的内轴相连。
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