专利名称：倾斜并旋转的工作台设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种倾斜并旋转的工作台设备，此装置通过转动一旋转工作台装置使旋转工作台的工作台台面倾斜，其中旋转工作台由一支座旋转地支承，相关技术描述众所周知，通过转动一旋转工作台装置使工作台台面倾斜的倾斜并旋转的工作台设备例如是连接于机床(例如加工中心)的工件工作台的斜置的分度工作台(可参考公开号为2001-269829的日本专利申请的第4页和图1)，在这种斜置的分度工作台中，水平地突出于旋转工作台支座的两摆动轴分别支承于主体边上相对的两根支柱，通过这种方式，摆动轴可以摆动。一蜗轮装入每一摆动轴中，蜗杆与蜗轮相啮合，通过控制与蜗杆相连接的伺服电机，每个摆动轴旋转而使旋转工作台倾斜，从而分度该旋转工作台的一倾斜位置。
近来，随着高性能电子装置的发展，其中的各种部件已变得尺寸越来越小，密度越来越大，加工这些不同部件的机床也随之需要具有高精度，因此，用传统的工具已很难满足这种精度的需要。特别是用倾斜并旋转的工作台设备连续处理极端复杂的曲线表面，例如使旋转工作台倾斜的机构中，夹持工件的旋转工作台即使是轻微的偏心或松动也会一定程度上引起加工误差。因此对于需要特别高的加工精度的斜置和旋转工作台设备来说，问题在于除了旋转工作台的分度精度，使旋转工作台倾斜的机构也必须保证高的分度精度。
轴承的结构是令旋转工作台以及使旋转工作台倾斜的机构不能保证足够精度的主要因素。装配后的轴承引起精度降低的一些原因在下文将作详细解释，现以传统的滚柱轴承作为例子。
1、某些情况下，一个间隙(d)存在于输出轴(a)的外表面和与输出轴(a)的外圆周面相接触的、轴承(b)的内圈(c)的内表面之间。如图12所示，虽然输出轴(a)的外表面和轴承(b)的内圈(c)的内表面都被制成完美的圆形，但如果轴承(b)的加工尺寸太大，那么在装配轴承后就会形成间隙(d)。由于这个间隙(d)的存在，在凸轮装置带动下旋转的输出轴(a)的旋转中心线(e)就会同轴承(b)的旋转中心线(f)不重合，因此不但不能获得高的运行精度，而且间隙(d)的位置会随着重量分配的变化而变化，从而引起输出轴(a)和内圈(c)之间的磨损而使设备的寿命缩短。
2、某些情况下，输出轴(a)的外表面不是一个完美的圆形。为避免上述第1条的问题，通常采用干涉配合。如图13所示，如果输出轴(a)的外表面不是圆形而是有轻微的凹陷或突起，即使轴承(b)的内圈(c)具有高精度的外形，当内圈(c)装配到输出轴(a)上时，同输出轴(a)的凹陷或突起相似的凹陷或突起就会在内圈(c)的表面出现，使滚柱(g)旋转时所在的轴承圈表面(h)变形。当滚柱(g)在轴承圈表面(h)上旋转时，由于轴承圈表面(h)的凹陷或突起，过高的压力就会加到轴承圈表面(h)的一些部分，而另一些滚柱却不能同轴承圈表面相接触，因而引起滚柱的旋转精度不稳定，致使旋转中心也不稳定。这样的结果是造成该设备高精度分度的困难。而且，过高的压力施加于滚柱(g)和轴承圈表面(h)之间引起了过多的磨损，从而缩短了设备的寿命。
3、某些情况下，轴承(b)的内圈(c)的内表面有凹陷或突起，装入输出轴(a)之前如图14A所示，装入输出轴(a)之后如图14B所示。与上面第2条所述的形式不同，如果内圈(c)的内表面有凹陷或突起，即使输出轴(a)的外表面有完美的圆形，内圈(c)的内表面的突起部分将被输出轴(a)推出，在轴承圈的另一侧，突起也将会在内圈(c)的轴承圈表面(h)上形成。结果，凹陷或突起将会出现在内圈(c)的圈表面(h)上，因此引起上面第2条所述的同样问题。
4、某些情况下，轴承(b)的端面(i)没有以正确的角度同输出轴(a)相配合。如图15所示，为了装配轴承，通常制造一邻接部(比如一凸缘)(j)，以紧靠于轴承(b)的端面(i)。当轴承(b)紧靠于此邻接部(j)时，如果有加工残留物、灰尘或碎屑被夹在此邻接部(j)，轴承(b)将以相对于输出轴(a)倾斜的状态被装配结果同上面第1条所述的那样也降低了运行精度，导致轴承(b)的旋转中心(f)相对输出轴(a)的旋转中心(e)倾斜，因此不能保证稳定旋转。同类问题也输出轴(a)和轴承(b)的内圈(c)之间的装配中发生。
即使采用商业上的高精度类型的轴承时，由于各种因素也难以保证旋转工作台的高分度精度。因此，迫切需要一种能够对夹持在旋转工作台上的工件进行高精度加工的技术。
发明内容
本发明考虑了上述问题，并旨在提供一种倾斜并旋转的工作台设备，此设备能够保证旋转工作台的工作台表面的倾斜角的高的分度精度。
按照本发明的主要方面，该倾斜并旋转的工作台设备包括一旋转工作台装置，具有一旋转工作台，一旋转地支承旋转工作台的支座，此支座有至少一个轴体，该轴体垂直于旋转工作台的旋转轴线；一基座，它使用该轴体作为旋转轴而旋转地支承所述旋转工作台装置，其中，通过令旋转工作台装置旋转就可以使旋转工作台的工作台台面倾斜；一个第一V形槽沿着所述轴体的转动方向直接形成在所述轴体上；基座还具有对着第一V形槽的一个第二V形槽；以及通过在所述轴体和基座之间设置多个滚动体而构成一个斜置滚柱轴承；滚动体与第一V形槽和第二V形槽相接触，并能够在轴体和基座之间滚动，在这些滚动体中，一个滚动体的滚动轴线与一个相邻滚动体的滚动轴线垂直。
除了以上叙述的特征，本发明的其余特征通过阅读下文参照附图的解释将会更加清楚。
为了更深刻地理解本发明及其所具备的优点，现在参照附图作出描述，其中图1是根据本发明一个实施例的倾斜并旋转的工作台设备的立体图；图2是图1中倾斜并旋转的工作台设备的俯视图；图3是图1中倾斜并旋转的工作台设备的前视图；图4是沿图2中X-X线的剖视图；图5是沿图4中Y-Y线的剖视图；图6是沿图4中Z-Z线的剖视图；
图7是图6所示的轴承部分的斜置滚柱轴承的局部剖视图；图8是图6所示轴承部分的斜置滚柱轴承的局部剖视图，示出不同于图7的状态；图9A和图9B是用于解释滚柱及其保持器装配状态时存在的问题的视图；图10A和图10B示出了图6所示轴承部分的滚柱及其保持器装配的状态；图11A和图11B示出了图6所示轴承部分的滚柱及其保持器装配时的两个不同位置的剖视图；图12是示出传统轴承结构的一个问题的视图；图13是示出传统轴承结构的另外一个问题的视图；图14A和图14B是示出传统轴承结构的又一个问题的视图；图15是示出传统轴承结构的另外一个的问题的视图；图16是根据本发明第二个实施例的倾斜并旋转的工作台设备的俯视图；图17是根据第二个实施例的倾斜并旋转的工作台设备的前视图；图18是沿图16中X-X线的剖视图；图19是沿图18中Y-Y线的剖视图；图20是沿图18中Z-Z线的剖视图。
具体实施例方式
根据本说明书结合附图的解释，至少以下的内容可以变得很清楚按照本发明的主要方面，该倾斜并旋转的工作台设备包括一旋转工作台装置，具有一旋转工作台，一旋转地支承旋转工作台的支座，此支座有至少一个轴体，该轴体垂直于旋转工作台的旋转轴线；一基座，它使用该轴体作为旋转轴而旋转地支承所述旋转工作台装置，其中，通过令旋转工作台装置旋转就可以使旋转工作台的工作台台面倾斜；一个第一V形槽沿着所述轴体的转动方向直接形成在所述轴体上；基座还具有对着第一V形槽的一个第二V形槽；以及通过在所述轴体和基座之间设置多个滚动体而构成一个斜置滚柱轴承；滚动体与第一V形槽和第二V形槽相接触，并能够在轴体和基座之间滚动，在这些滚动体中，一个滚动体的滚动轴线与一个相邻滚动体的滚动轴线相互垂直。
通过这种倾斜并旋转的工作台设备，就能够有效地抑制使旋转工作台装置倾斜的机构中的偏心、松动以及其它的类似问题，因此在使旋转工作台装置倾斜的机构中就能保证高的分度精度，因此高精度地加工工件成为可能。
另外，最好是该倾斜并旋转的工作台设备进一步包括一个向轴体提供动力的输入轴，输入轴有一凸轮表面，该凸轮表面的相位随着输入轴的旋转而沿输入轴的轴线方向移动。轴体有多个凸轮随动件，凸轮随动件在轴体的外圆周面上沿圆周方向以规则的间隔布置，并与输入轴的凸轮表面相接触并随之滚动，输入轴的旋转引起多个凸轮随动件相继啮合于凸轮表面，从而使旋转工作台旋转。
通过这种倾斜并旋转的工作台设备，轴体可被高精度地驱动，因此，对工件进行高精度的加工成为可能。
另外，最好是该旋转工作台有一轴部件作为旋转工作台的旋转中心；一个第三V形槽在轴部件上沿其转动方向直接形成；支座有一对着第三V形槽的第四V形槽；通过在轴部件和支座之间设置多个滚动体而构成斜置滚柱轴承，滚动体与第三V形槽和第四V形槽相接触，并能够在轴部件和支座之间滚动，在这些滚动体中，一个滚动体的滚动轴线与一个相邻滚动体的滚动轴线相互垂直。
通过这种倾斜并旋转的工作台设备，就能够有效地抑制使旋转工作台装置旋转的机构中的偏心、游动以及其它的类似问题，因此在使旋转工作台装置旋转的机构中就能保证高精度分度。因此高精度地加工工件成为可能。
另外，最好是至少一个轴体中的一轴体设置在支座上，在旋转工作台的一侧，至少一个轴体中的另一轴体设置在支座上，在旋转工作台的另一侧；第一V形槽在一侧的轴体上直接形成；第五V形槽在另一侧的轴体上直接形成；基座还具有对着第五V形槽的一第六V形槽。
通过这种倾斜并旋转的工作台设备，旋转工作台的两侧被高精度地支承，因此提高了旋转工作台的旋转精度。
另外，最好是旋转工作台有一夹持工件的夹持机构；被夹持结构夹持的工件通过旋转工作台的旋转而旋转，并且旋转工作台的工作台台面通过旋转工作台装置的旋转而倾斜。
通过这种倾斜并旋转的工作台设备，就提高了由夹持机构夹持的工件的加工精度。
另外，输入轴最好是由电机驱动。
另外，最好是将电机设置成从基座外面不会被看到。
通过这种倾斜并旋转的工作台设备，由于将电机设置成从基座外面不会被看到，就可以避免由于灰尘或电机上类似的粘结物所引起的旋转精度的降低。
另外，最好是，通过齿轮将电机的动力传输给输入轴，齿轮可设置成从基座外面不会被看到。
通过这种倾斜并旋转的工作台设备，由于将齿轮设置成从基座外面不会被看到，就可以避免由于灰尘或齿轮上类似的粘结物所引起的旋转精度的降低。另外，电机的驱动力通过齿轮传递给输入轴，通过改变齿轮的传动比，就很容易提高电机的旋转扭矩，或者很容易将旋转速度提高到适当的值。而且通过使用齿轮，降低了对电机设置方面的限制。
另外，电机驱动力也可以不借助齿轮而传递给输入轴。
通过这种倾斜并旋转的工作台设备，设备可以小型化。此外，由于齿轮变得不再需要，就可以减少设备中的元件数量。此外，由于齿轮而存在的问题，例如因齿隙所引起的精度的降低，或因齿轮自身变形而引起的精度的降低，都将不再发生，因此定位精度将提高。
另外，最好是该倾斜并旋转的工作台设备还包括一个向轴部件输入驱动力的驱动轴，该驱动轴有一凸轮表面，该凸轮面的相位随着驱动轴的旋转而沿驱动轴的轴线方向移动；轴部件有多个凸轮随动件，凸轮随动件在轴部件的外圆周面上沿圆周方向以规则的间隔布置，并与驱动轴的凸轮表面相接触而随之滚动，驱动轴的旋转引起多个凸轮随动件相继啮合于凸轮表面，从而使旋转工作台旋转。
通过这种倾斜并旋转的工作台设备，可以高精度地驱动所述的轴部件，因此，对工件进行高精度的加工成为可能。
另外，该驱动轴最好由第二电机驱动。
另外，最好是将第二电机设置成从支座外面不会被看到。
通过这种倾斜并旋转的工作台设备，由于将第二电机设置成从支座外面不会被看到，因此可以避免由于灰尘或第二电机上类似的粘结物所引起的旋转精度的降低。
另外，最好是，通过齿轮将第二电机的动力传输给驱动轴，齿轮可设置成从基座外面不会被看到。
通过这种倾斜并旋转的工作台设备，由于将齿轮设置成从支座外面不会被看到，就可以避免由于灰尘或齿轮上类似的粘结物所引起的旋转精度的降低。而且，第二电机的驱动力通过齿轮传递给驱动轴，通过改变齿轮的传动比，就很容易提高电机的旋转扭矩，或者很容易将旋转速度提高到适当的值。而且通过使用齿轮，降低了对电机设置方面的限制。
另外，第二电机的驱动力也可以不借助齿轮而传递给驱动轴。
通过这种倾斜并旋转的工作台设备，设备可以小型化。另外，由于齿轮变得不再需要，就可以减少设备中的元件数量。此外，由于齿轮而存在的问题，例如因齿隙所引起的精度的降低。或因齿轮自身变形而引起的精度的降低。都将不再发生，因此定位精度将提高。
通过本发明的这种倾斜并旋转的工作台设备，就可以有效地抑制使旋转工作台装置倾斜的机构中的偏心、游动以及其它的类似问题，因此在被旋转工作台装置倾斜的机构中就能保证高精度分度。因此高精度地加工工件变为可能。
另外，斜置滚柱轴承的第一V形槽在轴体上直接形成，该斜置滚柱轴承设置在基座和轴体之间，轴体作为旋转轴使得旋转工作台装置倾斜，而滚柱则与第一V形槽接触并在其内滚动。因此，当加工轴体时，第一V形槽同时形成。也就是当加工第一V形槽时，槽可以在不取下轴体的情况下被加工完成。因此，轴体的旋转轴线和第一V形槽的中心轴线是相重合的，几乎可以完全消除位置的不重合。因此，当装配一个传统的、商业上可用的轴承时，消除由于装配轴承(如设置在两元件中的轴承附件部分的偏心)所引起的精度降低、以及由于滚柱路径的变形(例如内圈中的凹陷或突起)所引起的运动精度降低等类似问题是可能的。
如上所述，在本发明的倾斜并旋转的工作台设备中采用了斜置滚柱轴承，以达到所需的高加工精度。另外，组成斜置滚柱轴承的V形槽在轴体上直接形成。通过这种方式，消除了所有在传统轴承结构中降低精度的因素，因此，就可以提供一种在设定倾斜角时具备很高精度的倾斜并旋转的工作台设备。
此外，倾斜并旋转的工作台设备这样构成带有凸轮面的输入轴的旋转引起多个凸轮随动件相继啮合于凸轮表面并随之而旋转，上述凸轮面的相位面随着输入轴的旋转而沿着输入轴的轴向移动。通过这种方式，高精度地定位旋转工作台的倾斜角度成为可能。
特别是，在本发明的倾斜并旋转的工作台设备中，在旋转工作台装置的旋转机构中也采用斜置滚柱轴承。相应地，提供一种倾斜并旋转的工作台设备，该设备包含有在运动中保持高精度的旋转工作台装置。也就是说，通过借助于摆动装置而使具有高运动精度的旋转工作台装置发生摆动，就能够实现高精度的角度定位，这样就可以很容易地对平滑、连续的曲面进行加工，并可以使该设备获得超高性能。
第一个实施例下面将参考附图对本发明的第一个实施例进行详细解释。图1到图6示出了本发明的倾斜并旋转的工作台设备的一个实施例。图1为根据本发明第一个实施例的、倾斜并旋转的工作台设备的立体图；图2为图1中倾斜并旋转的工作台设备的俯视图；图3为图1中倾斜并旋转的工作台设备的前视图；图4为沿图2中X-X线的剖视图，图5为沿图4中Y-Y线的剖视图，图6为沿图4中Z-Z线的剖视图。
举例来说，本发明的倾斜并旋转的工作台设备包括包含一旋转工作台12的旋转工作台装置10，在夹持着一个例如由三维加工中心进行加工的工件的同时，该旋转工作台12可以旋转；一个旋转地支承着旋转工作台12的支座14；以及一个旋转地支承着支座14的基座18，以使旋转工作台装置10能够摆动。
如上所述，旋转工作台装置10包括夹持工件的旋转工作台12，以及一个旋转地支承着旋转工作台12的支座14。如图2所示，旋转工作台12的上表面，即工作台台面12b设置了一些滑槽12a，滑槽12a用于滑动构成夹持工件的卡盘的卡块。这些滑槽12a从旋转工作台12的中心呈径向分布。斜置滚柱轴承30可以用作旋转工作台12和支座14的轴承。有关斜置滚柱轴承的详细情况将在以后作详细解释。注意，在这个实施例中，滑槽12a(和卡盘)构成了夹持工件的夹持机构。
回转架9构成了作为旋转轴的轴部分，回转架9设置在旋转工作台12的下表面上，回转架9的外圆周面的较低部分处设置有多个凸轮随动件8，这些凸轮随动件沿回转架9的圆周方向呈一定间隔规则排列。
将驱动力输入给旋转工作台12的驱动轴44通过一对轴承元件46由支座14旋转地支承着。驱动轴44设有一滚齿凸轮48，作为一凸轮。滚齿凸轮48有一凸轮面48a，其相位面随着驱动轴44的旋转而轴向移动，凸轮面48a与回转架9的凸轮随动件8相互啮合。在此，滚齿凸轮结构采用了球面凸轮，这样，不论是在停止时还是在分度时都不会出现游隙空程现象。支座14的孔40中有润滑油，以润滑滚齿凸轮48和凸轮随动件8。
当电机19的驱动力经由齿轮15、17传递至该驱动轴44时，驱动轴44相对于支座14旋转。当驱动轴44旋转时，滚齿凸轮48也旋转，同滚齿凸轮48相啮合的凸轮随动件8相继啮合于凸轮面48a并随之旋转。从而将旋转驱动力传递到旋转工作台12，使旋转工作台12绕回转架9的旋转轴线旋转。注意，电机19和齿轮15、17可以设置成从支座14的外面不被看到。
从俯视图上看，支座14呈矩形。构成了旋转轴轴体的圆柱形摆动回转架20从支座14的两相反表面伸出。这两个摆动回转架20这样设置两回转架的轴线在同一条直线上，并被设置在旋转工作台12的旋转轴线的垂直方向；两个摆动回转架20由基座18支承，旋转工作台装置10摆动时，用摆动回转架20作为摆动轴。
基座18包括位于旋转工作台装置10下方的基座部分18b，旋转装置的两个支承部分18a设在基座部分18b之上。装置的这两个支承部分18a分别在摆动回转架20的一侧以夹住旋转工作台装置10。在装置的两个支承部分18a之间所设置的旋转工作台装置10中，摆动回转架20被旋转地支承在装置的两个支承部分18a中间并实施摆动，以使工作台台面12b倾斜。另外，在装置的两个支承部分18a之间的基座部分18b的上表面上，有一凹陷部分18c，这样，当旋转工作台10摆动时，支座14的较低部分不会接触到基座部分18b。
输入驱动力以使旋转工作台装置10发生摆动的输入轴45由一对轴承元件49旋转地支承在基座18上。输入轴45设有一作为凸轮的滚齿凸轮50，滚齿凸轮50具有凸轮面50a，其相位面随着输入轴45的旋转而轴向移动，凸轮面50a与摆动回转架20的凸轮随动件24相互啮合。在此，滚齿凸轮结构采用了球面凸轮这样，不论是在停止时还是在分度时都不会出现游隙空程现象。
基座18上的每一个装置支承部分18a的孔51中有润滑油，以润滑滚齿凸轮50和凸轮随动件24，并且例如用一密封元件47来阻止润滑油从基座18中向外泄漏。
当电机16的驱动力经由齿轮3、4、5传递给输入轴45时，输入轴45相对于基座18旋转。当输入轴45旋转时，滚齿凸轮50旋转，同滚齿凸轮50相啮合的凸轮随动件24相继啮合于凸轮面50a并随之旋转。旋转驱动力因此传递到旋转工作台装置10，使旋转工作台装置10绕摆动回转架20的旋转轴线旋转。注意，电机19和齿轮3、4、5可以设置成从基座18的外面不被看到。
通常，上述的斜置滚柱轴承主要运用了多个滚动体，或者称之为“滚柱”(下文简称作“滚柱”)。这些滚柱呈圆柱形。这些滚柱各自的轴线(也称“旋转轴线”)沿某一特定方向定向。滚柱在一环形空间内沿圆周方向呈一定间隔均匀排列，该环形空间是在旋转轴和支承该旋转轴的支承部件之间形成的。例如，滚柱在安装于内旋转轴的内环的内圈和安装于外支承部件的外环的外圈之间滚动。如果旋转轴安装在外部，支承部件安装在内部，那么内环将安装在支承部件上，而外环则安装在旋转轴上。特别的是在斜置滚柱轴承中，不但每一滚柱的旋转轴线设置成相对于旋转轴的旋转轴线倾斜一定角度，而且相邻滚柱的旋转轴线设置成使之朝着相反的方向倾斜。为保持、定位滚柱，在旋转轴与支承部分之间设置一保持器。这种斜置滚柱轴承的基本结构是众所周知的。
本实施例的倾斜并旋转的工作台设备1在旋转工作台12的旋转机构和旋转工作台装置10的摆动机构中都运用了斜置滚柱轴承，因轴承的基本结构基本相同，现仅以旋转工作台装置10的摆动机构中的斜置滚柱轴承31为例并参考图5、以及图7到图11A和11B加以说明。
图7是旋转工作台装置的摆动机构的轴承部分的斜置滚柱轴承的局部剖视图，图8是同一轴承部分的斜置滚柱轴承的局部剖视图，表示了不同于图7的另一位置；图9A和图9B是解释滚柱及其保持器装配时存在的问题的视图；图10A和图10B示出轴承部分的滚柱及其保持器装配的状态；图11A和图11B示出装配后的轴承部分中的滚柱及其保持器的两个不同位置的剖视图。
每一摆动回转架20由基座18支承，基座18具有装置的支承部分18a，其有一用于插入摆动回转架20的孔51，以及一固定到装置的支承部分18a上并与摆动回转架20的外圆周面20a有轻微间隙的环细件7。环细件7包括在外侧的外环组件7a和在内部的内环组件7b，他们都位于装置支承部分18a的内部。在摆动回转架20侧面的外环组件7a和内环组件7b各自的边缘，也就是组件7a，7b相互面对的侧面的边缘，沿每一边缘的整个圆周呈45°的锥角。外环组件7a和内环组件7b由螺栓固定，两者之间有一小间隙，两元件的倾斜部分形成朝着摆动回转架20敞开的第二V形槽32。
另外，在与固定到装置支承部分18a上的环组件7的第二V形槽32的相对位置处，摆动回转架20有一第一V形槽34，它朝着环组件7敞开，沿回转架20的整个圆周形成。
注意，作为轴体的回转架20设置在旋转工作台装置10的两边，第一V形槽34在装置10的一侧的摆动回转架20上直接形成。第五V形槽在装置10的另一侧的摆动回转架20上直接形成，基座18有一第六V形槽与第五V形槽相对。
在摆动回转架20的第一V形槽34和环组件7的第二V形槽32之间有多个圆柱滚柱26。每一滚柱26有一圆柱轴承面21和一对在轴承面21两端的平端面22。滚柱沿着摆动回转架20的圆周方向呈一定间隔排列。滚柱26同内圈25和外圈27接触，以包围摆动回转架20的圆周，该内圈25成形在摆动回转架20的内部并形成第一V形槽34，而外圈27则成形在安装于装置支承部分18a上的环组件7内，并形成第二V形槽32。滚柱26在内圈25和外圈27之间滚动。另外，滚柱26的旋转轴线x1设置成相对于摆动回转架20的旋转轴x2倾斜。此外，如图7和图8所示，某些滚柱26的旋转轴线x1与相邻滚柱26的旋转轴线x1方向垂直地倾斜。而且，装置支承部分18a上的环组件7与摆动回转架20之间设置一环形间隙。用于固定滚柱26的薄圆柱形保持器28沿圆周方向安装在此间隙中。在保持器28的圆周面上有多个小孔29，小孔29为了各自固定一滚柱26，并根据滚柱26的排列而设置。
更详细的是，摆动回转架20(作为一轴体)具有凸轮随动件24，它们在与滚齿凸轮50啮合时构成一个凸轮机构。这些凸轮随动件24沿摆动回转架20的圆周方向(也即旋转方向)呈一定间隔规则排列，并且在轴向上大致设置在摆动回转架20的中部。环组件7有一外环组件7a和一与外环组件有小间隙的内环组件7b。外环组件7a通过凸缘部件6由标准固定螺栓35固定到装置的支承部分18a上，凸缘部件6位于外环组件7a的外圆周面上。内环组件7b由装配螺栓36固定到外环组件7a上。
轴承外圈27在圆周方向成形于外环组件7a和内环组件7b的彼此相对的面的内圆周上，外圈27有一V形槽横截面，该V形槽的槽面或者以滚动状态方式接触每一个滚柱26的轴承面2 1(该滚柱设置成相对于摆动回转架20的旋转轴线x2而倾斜)，或者以一个小间隙面对着每一滚柱26的端面22。外圈27因此可以从外部引导滚柱26的滚动。
另一方面，与环组件7的外圈27相对的环形内圈25在圆周方向成形于摆动回转架20的外圆周面上。内圈25有一V形槽横截面，该V形槽的槽面或者以滚动状态方式接触每一个滚柱26的轴承面21(该滚柱设置成倾斜的)，或者以一个小间隙面对着每一滚柱26的端面22。内圈25因此可以从内部引导滚柱26的滚动。特别的是，通过直接加工摆动回转架20而形成内圈25，并沿摆动回转架20的外圆周面产生第一V形槽34。
此外，在环组件7的外圈27和有第一V形槽34的摆动回转架20的内圈25的底部各自沿外圈27和内圈25的圆周方向设置有窄通道37，这些窄通道37可以保证润滑油对滚柱26的供应和流出。
另外，对于保持器28中的、每一个为了固定其旋转轴线x1沿相反方向倾斜的滚柱26的小孔29，在小孔29的边上有一锥形端38，该锥形端38正对着安装在小孔29中的滚柱26的轴承面21，锥形端38延伸并沿轴承面21逐渐减小小孔29的内径。该锥形端38构成轴承面21的支承面的一部分。因此，当滚柱26插入保持器28中时，其端面22正对小孔29，轴承面21紧邻锥形端38。锥形端38为小孔29的状态确定方向。因此，滚柱26可以从保持器28的一侧插入，但是锥形端38阻止滚柱26从另一侧插入。也就是说，从不同的方向插入保持器28中的、相对于外圈27和内圈25滚动的滚柱26被保持固定，以至于滚柱26的轴承面21面对不同的方向。为此，支承这些轴承面21的锥形端38沿着这些滚柱26的插入方向而设置在保持器28中。
在这种设有上述斜置滚柱轴承31的倾斜并旋转的工作台设备中，通过直接加工具有高刚性的摆动回转架20而形成内圈25。因此，制成接近完美圆形而没有加工变形的内圈25是可能的，于是解决内圈由于凹陷或突起而造成的形状问题是可能的(如商业上装配轴承等的内圈)。特别是，在对摆动回转架20进行加工时，在其外圆周上直接形成构造为第一V形槽34的内圈25，而且是在加工摆动回转架20的同时形成内圈25，于是加工出的内圈25的中心将同摆动回转架20的中心完全重合。因此，使摆动回转架20的旋转中心x2与斜置滚柱轴承31的内圈25的中心相重合是可能的，因此消除了在回转架20和轴承31之间的任何位置偏差。
根据本发明，内圈25在摆动回转架20上直接形成。因此，消除了所有影响传统轴承结构的精度的因素，以及使倾斜并旋转的工作台设备1获得高的运动精度也是可能的，因此这样就能够在处理复杂曲面时获得很高的加工精度。
另外，旋转中心x1相对于摆动回转架20的旋转中心x2倾斜，相邻滚柱26的旋转中心x1也因保持器28的小孔29限制了滚柱26的插入方向而朝不同方向倾斜，借助于这种结构，使单个的斜置滚柱轴承31能承受施加于摆动回转架20的径向或轴向推力载荷。因此本发明提供了一种几乎不存在装配误差的、结构简单的倾斜并旋转的工作台设备1。
而且，对于小孔29，如图9A所示，如果其尺寸设计得能够使滚柱26从保持器28的任何一侧装入，那么小孔29的直径尺寸就太大了，使滚柱26倾向于松动。另外，从保持器28方面考虑，如果滚柱26不能在各个方向上限制住保持器28，松动也会在保持器28上发生。而且，滚柱26只在一点上接触小孔29，如图9B所示(这是从滚柱26插入的方向看到的小孔29)，其结果，因为沿轴承面21的狭窄接触线，油膜可能很容易破坏。
相反，根据本发明，如图10A所示，由于锥形端38能够消除在滚柱26和保持器28之间的不必要的间隙，松动可被减小。另外，保持器28由从不同方向插入的滚柱26来支持，如图11A和图11B所示，因此阻止保持器28的松动是可能的，从而防止保持器28干涉摆动转动件20和环组件7也是可能的。另外，如图10B所示的从滚柱26插入方向(参考图10A)看到的小孔29，通过在保持器28的厚度方向、沿滚柱26的轴承面21形成小孔29的曲面，就使滚柱26与小孔29形成表面接触，以及在小孔29和滚柱26之间保持一个大致均匀的间隙是可能的。这样的结果是，使得能够保证形成令人满意的油膜。由于形成了令人满意的油膜，就阻止了保持器28以及滚柱26的松动，使得可以进一步改善该倾斜-旋转工作台设备1的运动精度。
在此实施例中，内圈25通过加工摆动回转架20直接形成，外圈27成形在连接于围绕摆动回转架20的装置支承部分18a的环组件7上。然而，当装置的支承部分18a有轴状部分，摆动回转架20围绕此轴状部分被连接时，很明显，内圈25可以在装置的支承部分18a上形成，而外圈27可以在加工摆动回转架20时直接形成。
另外，该实施例的倾斜并旋转的工作台设备1在旋转工作台12和支座14之间也采用了一斜置滚柱轴承30作为支承结构。相应的摆动回转架20、环组件7、滚齿凸轮50、齿轮随动件24、第一V形槽34、第二V形槽32、斜置滚柱轴承31的滚柱26分别对应于回转架9、工作台的环组件11、滚齿凸轮48、凸轮随动件8、第三V形槽54、第四V形槽52、斜置滚柱轴承30的滚柱23。
也就是说，旋转工作台装置10所包含的斜置滚柱轴承30在回转架9上直接加工形成，因此，形成一个接近完美圆形、没有加工变形的内圈是可能的。因此，使得可以使回转架9的旋转中心与斜置滚柱轴承30的内圈中心相重合、消除任何回转架9和轴承30之间的位置偏差。而且，传统轴承结构中存在的引起精度问题的各种因素可以完全避免，使具有高运动精度的旋转工作台装置成为可能。而且也能使用单个的斜置滚柱轴承30来承受施加于回转架9的径向或轴向推力载荷，因此提供了一种几乎没有装配误差的、结构简单的旋转工作台装置。与上述的旋转工作台的摆动机构一起，就实现了一种具有很高的运动精度的倾斜并旋转的工作台设备，从而能够获得很高的加工精度。
如上所述，考虑到它们的结构，在需要高定位精度的倾斜并旋转的工作台设备中采用斜置滚柱轴承30、31是有利的。特别是，如上面实施例所描述的那样，斜置滚柱轴承30、31分别用于旋转工作台装置10的旋转机构部分和使旋转工作台装置10摆动的摆动机构部分。通过这种方式，以高精度加工一个复杂、连续的三维曲面成为可能。而且，在倾斜并旋转的工作台设备中采用球面凸轮后，甚至在连续的加工过程中、或仅仅用齿轮结构的情况下，也不会再发生游隙空程现象。因此，采用上述倾斜并旋转的工作台设备，可以很容易地加工平滑连续的曲面，并可以使该设备获得超高性能。
第二个实施例下面将参考附图对本发明的第二个实施例进行详细解释。图16到图20示出了本发明的倾斜并旋转的工作台设备的第二个实施例。图16是根据本发明第二个实施例的、倾斜并旋转的工作台设备的俯视图；图17是根据第二个实施例的、倾斜并旋转的工作台设备的前视图；图18是沿图16中X-X线的剖视图；图19是沿图18中Y-Y线的剖视图；图20是沿图18中Z-Z线的剖视图。
举例来说，第二个实施例的倾斜并旋转的工作台设备也包括包含一旋转工作台112的旋转工作台装置110，在夹持着一个例如由三维加工中心进行加工的工件的同时，该工作台装置可以旋转；一个旋转地支承着旋转工作台112的支座114；以及一个旋转地支承着支座114的基座118，以使旋转工作台装置110能够摆动。
如上所述，旋转工作台装置110包括夹持工件的旋转工作台112，以及旋转地支承着旋转工作台112的支座114。如图16所示，旋转工作台112的上表面，即工作台台面112b，设置了一些滑槽112a，滑槽112a用于滑动构成夹持工件的卡盘的卡块。这些滑槽112a从旋转工作台112的中心呈径向分布。斜置滚柱轴承130可以用作旋转工作台112和支座114的轴承，斜置滚柱轴承130的结构与第一实施例中的结构相同。注意，在这个实施例中，滑槽112a(和卡盘)也构成了夹持工件的夹持机构。
回转架109构成了作为旋转轴的轴部分，回转架109设置在旋转工作台112的下表面上，回转架109的外圆周面的较低部分处设置有多个凸轮随动件108，这些凸轮随动件沿回转架109的圆周方向呈一定间隔规则排列。
将驱动力输入给旋转工作台112的驱动轴144通过一对轴承元件146由支座114旋转地支承着。驱动轴144设有一滚齿凸轮148，作为一凸轮。滚齿凸轮148有一凸轮面148a，其相位面随着驱动轴144的旋转而轴向移动，凸轮面148a与回转架109的凸轮随动件108相互啮合。在此，滚齿凸轮的结构采用了球面凸轮这样，不论是在停止时还是在分度时都不会出现游隙空程现象。支座114的孔140中有润滑油，以润滑滚齿凸轮148和凸轮随动件108。
第二个实施例中，电机119设置得使其输出轴的轴线同驱动轴144的轴线相重合。电机119通过一耦合件180与驱动轴144连接。因此，电机119的驱动力不经过齿轮而传递至该驱动轴144。注意，电机119可以设置成从支座114的外面不被看到。
通过采用这种结构，使减小该旋转工作台装置110的尺寸成为可能。另外，因为不再需要齿轮，元件的数量就会减少，而且设备的重量也会减少，因此驱动该旋转工作台装置110的动力源输出功率也就减小。而且，涉及齿轮的问题，例如由于齿隙或齿轮本身变形所引起的精度降低等问题都将不会再发生，因此将提高定位精度。
当电机119的驱动力输送至该驱动轴144时，驱动轴144就会相对于支座144旋转。当驱动轴144旋转时，滚齿凸轮148也旋转，与滚齿凸轮148相啮合的凸轮随动件108相继啮合于凸轮表面148a并随之旋转，旋转驱动力因此被传递给旋转工作台112，旋转工作台112就围绕着回转架109的旋转轴线转动。
从俯视图上看，支座114呈矩形。构成了旋转轴轴体的圆柱形摆动回转架120从支座114的两相反表面伸出。这两个摆动回转架120这样设置两回转架的轴线在同一条直线上，并被设置在旋转工作台112的旋转轴线的垂直方向；这两个摆动回转架120由基座118支承，旋转工作台装置110摆动时，用摆动回转架120作为摆动轴。
基座118包括位于旋转工作台装置110下方的基座部分118b，旋转装置的两个支承部分118a设在基座部分118b上。装置的这两个支承部分118a各在摆动回转架120的一边以夹住旋转工作台装置110。在装置的两个支承部分118a之间所设置的旋转工作台装置110中，摆动回转架120被旋转地支承在装置的两个支承部分118a之间并实施摆动，以使工作台台面112b倾斜。另外，在装置的两个支承部分118a之间的基座部分118b的上表面上，有一凹陷部分118c，这样，当旋转工作台110摆动时，支座114的较低部分不会接触到基座部分118b。
输入驱动力以使旋转工作台装置110发生摆动的输入轴145由一对轴承元件149旋转地支承在基座118上。输入轴145设有一作为凸轮的滚齿凸轮150，滚齿凸轮150具有凸轮面150a，其相位面随着输入轴145的旋转而轴向移动，凸轮面150a与摆动回转架120的凸轮随动件124相互啮合。在此，滚齿凸轮的结构采用了球面凸轮，这样，不论是在停止时还是在分度时都不会出现游隙空程现象。
基座118上的每一个装置支承部分118a的孔151中有润滑油，以润滑滚齿凸轮150和凸轮随动件124，并且例如用一密封元件147来阻止润滑油从基座118中向外泄漏。
在第二个实施例中，电机116设置得使其输出轴的轴线与输入轴145的轴线相重合。电机116通过一耦合件181与驱动轴145连接。因此，电机116的驱动力不经过齿轮而传递至该驱动轴145。注意，电机116设置成从基座118的外面不被看到。
通过采用这种结构，使倾斜并旋转的工作台装置101的尺寸减小成为可能。另外，由于不再需要齿轮，元件的数量就会减少。而且，涉及齿轮的问题，例如由于齿隙或齿轮本身的变形所引起的精度降低等问题都将不会再发生，因此将提高定位精度。
当电机116的驱动力传递给输入轴145时，输入轴145相对基座118旋转。当输入轴145旋转时，滚齿凸轮150也旋转，与滚齿凸轮150相啮合的凸轮随动件124相继啮合于凸轮面150a并随之旋转。旋转驱动力因此传递到旋转工作台装置110，使旋转工作台装置110绕摆动回转架120的旋转轴线而旋转。
通常，上述的斜置滚柱轴承主要运用了多个滚动体或称“滚柱”。这些滚柱呈圆柱形。这些滚柱各自的转动轴线沿某一特定方向定向。滚柱在一环形空间内沿圆周方向呈一定间隔均匀排列，该环形空间是在旋转轴和支承该旋转轴的支承部件之间形成的。例如，滚柱在安装于内旋转轴的内环的内圈和安装于外支承部件的外环的外圈之间滚动。如果旋转轴安装在外部，支承部件安装在内部，那么内环将安装在支承部件上，而外环则安装在旋转轴上。特别是在斜置滚柱轴承中，不但每一滚柱的旋转轴线设置成相对于旋转轴的旋转轴线倾斜一定角度，而且相邻滚柱的旋转轴线方向设置成使之朝着相反方向倾斜。为了保持和定位滚柱，在旋转轴与支承部分之间设置一保持器。这种斜置滚柱轴承的基本结构是众所周知的。
在第二个实施例的倾斜并旋转的工作台设备101中，旋转工作台112的旋转机构以及旋转工作台装置110的摆动机构都采用了斜置滚柱轴承，轴承结构都与第一个实施例中的结构相同。
虽然本发明仅选择了实施例作为详细解释，但可以理解，不脱离本发明宗旨的任何改变都在本发明权利要求所限定的范围内。
权利要求
1.一种倾斜并旋转的工作台设备，它包括一旋转工作台装置，具有一旋转工作台和一旋转地支承所述旋转工作台的支座，该支座包括至少一个轴体，该轴体垂直于所述旋转工作台的旋转轴线；以及一基座，它使用所述轴体作为旋转轴而旋转地支承所述旋转工作台装置；其中所述旋转工作台的一工作台台面可以通过使所述旋转工作台装置旋转而倾斜；一个第一V形槽沿着所述轴体的转动方向直接形成在所述轴体上；所述基座还具有对着第一V形槽的一个第二V形槽；一个斜置滚柱轴承，它通过在所述轴体和所述基座之间设置多个滚动体而构成，所述滚动体与第一V形槽和第二V形槽相接触，并能够在所述轴体和所述基座之间滚动，在这些滚动体中，一个滚动体的滚动轴线与一个相邻滚动体的滚动轴线相互垂直。
2.如权利要求1所述的倾斜并旋转的工作台设备，其特征在于，它还包括为所述轴体输入动力的输入轴，所述输入轴有一凸轮面，当所述输入轴转动时，该凸轮面的相位沿所述输入轴的轴向移动；所述轴体有多个凸轮随动件，这些凸轮随动件以规则的间隔沿圆周方向设置在所述轴体的外圆周上，并且与输入轴的所述凸轮面相接触并随之滚动；所述输入轴的转动引起多个凸轮随动件相继啮合于所述凸轮面，以使所述旋转工作台装置旋转。
3.如权利要求1所述的倾斜并旋转的工作台设备，其特征在于，所述旋转工作台有一轴部分作为所述旋转工作台的旋转中心；一个第三V形槽沿旋转方向直接形成在所述轴部分上；所述支座具有与所述第三V形槽相对的一个第四V形槽；一个斜置滚柱轴承，它通过在所述轴部分和所述支座之间设置多个滚动体而构成，所述滚动体与第三V形槽和第四V形槽相接触，并能够在所述轴部分和所述支座之间滚动；在这些滚动体中，一个滚动体的滚动轴线与一个相邻滚动体的滚动轴线相互垂直。
4.如权利要求1所述的倾斜并旋转的工作台设备，其特征在于所述至少一个轴体中的一轴体设置在支座上，在所述旋转工作台装置的一侧，所述至少一个轴体中的另外一轴体设置在支座上，在所述旋转工作台装置的另一侧；所述第一V形槽在一侧的轴体上直接形成；一个第五V形槽在另一侧的轴体上直接形成；所述基座具有与所述第五V形槽相对的一个第六V形槽。
5.如权利要求1所述的倾斜并旋转的工作台设备，其特征在于所述旋转工作台有一夹持工件的夹持机构；被夹持机构夹持的工件通过下述方式倾斜和旋转使所述旋转工作台旋转，及通过使所述旋转工作台装置旋转而使所述旋转工作台的所述工作台台面倾斜。
6.如权利要求2所述的倾斜并旋转的工作台设备，其特征在于所述输入轴由电机驱动。
7.如权利要求6所述的倾斜并旋转的工作台设备，其特征在于所述电机设置成从所述基座的外面不能被看到。
8.如权利要求7所述的倾斜并旋转的工作台设备，其特征在于所述电机的驱动力通过齿轮传递给所述输入轴；所述齿轮设置成从所述基座的外面不能被看到。
9.如权利要求7所述的倾斜并旋转的工作台设备，其特征在于所述电机的驱动力不借助齿轮而传递给所述输入轴。
10.如权利要求3所述的倾斜并旋转的工作台设备，其特征在于，它还包括为所述轴部分输入动力的驱动轴，所述驱动轴有一凸轮面，当所述驱动轴转动时，该凸轮面的相位沿所述驱动轴的轴向移动；所述轴部分有多个凸轮随动件，这些凸轮随动件以规则的间隔沿圆周方向设置在所述轴部分的外圆周上，并且与驱动轴的所述凸轮面相接触并随之滚动；所述驱动轴的转动引起多个凸轮随动件相继啮合于所述凸轮面，以使所述旋转工作台旋转。
11.如权利要求10所述的倾斜并旋转的工作台设备，其特征在于所述驱动轴由一第二电机驱动。
12.如权利要求11所述的倾斜并旋转的工作台设备，其特征在于所述第二电机设置成从所述支座的外面不能被看到。
13.如权利要求12所述的倾斜并旋转的工作台设备，其特征在于所述第二电机的驱动力通过齿轮传递给所述驱动轴；所述齿轮设置成从所述支座的外面不能被看到。
14.如权利要求12所述的倾斜并旋转的工作台设备，其特征在于所述第二电机的驱动力不借助齿轮而传递给所述驱动轴。
全文摘要
一种倾斜并旋转的工作台设备包括一旋转工作台装置，具有一旋转工作台，一旋转地支承旋转工作台的支座，支座有一轴体，该轴体垂直于旋转工作台的旋转轴线；一基座，使用该轴体旋转地支承旋转工作台装置。通过令旋转工作台装置旋转就可以使旋转工作台的工作台台面倾斜。第一V形槽沿着轴体的转动方向直接形成在轴体上；基座具有面对第一V形槽的第二V形槽。通过在轴体和基座之间设置多个滚动体而构成斜置滚柱轴承，滚动体与第一V形槽和第二V形槽相接触，并能够在其间滚动，一个滚动体的滚动轴线与一个相邻滚动体的滚动轴线相互垂直。
文档编号F16C19/38GK1500589SQ200310120358
公开日2004年6月2日 申请日期2003年10月22日 优先权日2002年10月22日
发明者加藤平三郎 申请人:株式会社三共制作所