专利名称：可实现旋转及径向进给独立运动和精确联动的装置及方法
可实现旋转及径向进给独立运动和精确联动的装置及方法技术领域
本发明属于机床加工及仪器检测配套设备的传动装置技术领域。
技术背景
在现有的机床加工和仪器仪表测量中，机床上所采用的传动装置由于受结构限制，其工作方式单一，在许多情况下或者只能使刀具的切削刃或测量仪器的测头对台阶园孔和外圆柱进行旋转加工或测量，或者只能通过旋转和径向进给联动加工或测量锥面及曲面。而在实际生产中，常常有一些机械零件即要求对台阶园孔和外圆柱进行旋转加工或测量，同时又需要加工或测量锥面及曲面。由于现有的设备传动装置结构的限制，导致一个机械零件常常要分别在不同的设备上加工或测量，费时费力，还会影响零件的加工和测量精度，在各种机床和大型测量仪器设备上采用该方法和装置能有效扩大和提升配套设备的工作性能、效率和精度，有良好的运用前景。发明内容
本发明的目的正是为了解决现有技术存在的不足，提供一种既能将旋转运动与径向进给运动分开，以确保传动装置旋转运动时不会产生径向运动、传动装置不旋转时能确保精确径向进给运动、传动装置旋转和精确径向进给还可按需求同时精确复合联动的装置以及利用这种装置实现旋转及径向进给独立运动和精确联动的方法。
本发明的目的通过如下技术方案实现。
可实现旋转及径向进给独立运动和精确联动的装置，包括传动主轴、通过上端键连接于主轴上端的旋转盘体、通过下端键连接于传动主轴下端的主轴大端面，在旋转盘体顶端安装有滑块，滑块上安装有用于安装仪表测量杆或刀具的底座，在传动主轴下部有固定套装于传动主轴上或与传动主轴制作为一体的主轴大齿轮；在滑块底端安装有丝杠螺母座，在旋转盘体上安装有与丝杠螺母座配装的横向设置的滚珠丝杠，在滚珠丝杠上紧固套装有大锥齿轮，大锥齿轮与位于其下方的空套在传动主轴上的双联锥齿轮啮合；所述双联锥齿轮包括空套于传动主轴上的齿轮套、位于齿轮套顶端并与大锥齿轮啮合的小锥齿轮、位于齿轮套底端的直齿轮；在传动主轴旁位于旋转盘体和主轴大端面之间设置有竖直长轴，在竖直长轴的上部和下部分别空套有第一双联大齿轮和第二双联大齿轮，在竖直长轴上位于第一双联大齿轮和第二双联大齿轮之间套装有蜗轮，蜗轮上配装有蜗杆；在蜗轮上沿圆周均布安装有一组竖直短轴，在竖直短轴上位于蜗轮的上方和下方分别固定套装有一组上部行星齿轮和一组下部行星齿轮；下部行星齿轮的齿数大于上部行星齿轮的齿数，下部行星齿轮与上部行星齿轮的节圆直径也不相等；第一双联大齿轮的第一下端小齿轮在转动过程中与上部行星齿轮顺序啮合，第二双联大齿轮的第二上端小齿轮在转动过程中与下部行星齿轮顺序啮合；第一双联大齿轮的第一上端大齿轮与双联锥齿轮的直齿轮啮合，第二双联大齿轮的第二下端大齿轮与主轴大齿轮啮合；主轴大齿轮与双联锥齿轮的小锥齿轮的传动比i为1 ；传动比的计算公式为X^1P / X2B,/=1 ,式中，z表示齿轮的齿数，下脚标表示齿轮的标
/ ^20 / j^lU / ljIS / 1^m号。采用本发明装置实现旋转及径向进给独立运动和精确联动的方法，包括以下三种工作状态
①第一种工作状态将仪表测量杆或刀具在测量或加工时的旋转运动与仪表测量杆或刀具对尺或对刀的径向进给运动分开，确保测量杆测量时或刀具加工时不产生径向运动； 第一种工作状态下的传动方法及路径如下蜗杆和蜗轮不旋转，主轴大端面转动，通过下端键带动传动主轴转动；同时，第二双联大齿轮的第二下端大齿轮始终保持与主轴大齿轮啮合，由此带动二条传动路径同时工作，第一条传动路径是主轴大端面转动，通过下端键带动传动主轴，再通过上端键带动旋转盘体转动，旋转盘体再带动大锥齿轮与传动主轴以相同的角位移速度旋转；第二条传动路径是主轴大齿轮转动，带动第二下端大齿轮转动，通过第二上端小齿轮带动下部行星齿轮转动，再通过竖直短轴带动上部行星齿轮转动，从而带动第一下端小齿轮转动，之后通过第一上端大齿轮带动直齿轮转动，随后带动双联锥齿轮转动；固定主轴大齿轮与双联锥齿轮的小锥齿轮的传动比为1:1，双联锥齿轮与大锥齿轮围绕传动主轴进行同步公转，相互之间无相对角位移，确保旋转盘体带动安装仪表测量杆或刀具的底座转动时，滚珠丝杠不旋转，滑块无径向运动，仪表测量杆或刀具也无径向运动；
②第二种工作状态在仪表测量杆不测量或刀具不旋转时，调节滑块进行径向可控的精确直线移动，实现仪表测量杆的精确对尺或刀具的精确对刀；第二种工作状态下的传动方法及路径如下传动主轴不转动，蜗杆旋转，带动蜗轮旋转，蜗轮驱动与竖直短轴紧固为一体的上部行星齿轮围绕蜗轮的轴心线作公转而不自转的运动；下部行星齿轮和上部行星齿轮的齿数不同，节圆直径不等，在蜗轮的作用下，在同时公转相同的相位时，第二上端小齿轮与下部行星齿轮啮合以及第一下端小齿轮与上部行星齿轮啮合形成的二组配对齿轮之间产生差速旋转运动，差速转动导致第一下端小齿轮产生绕自身轴心线的自旋转运动， 成为太阳轮；通过第一双联大齿轮、齿轮套和大锥齿轮施加旋转力矩驱动滚珠丝杠旋转，丝杠螺母座在滚珠丝杠的旋转推力作用下，带动滑块进行径向可控的精确直线移动；
③第三种工作状态仪表测量杆或刀具在测量或加工时的旋转运动与仪表测量杆或刀具对尺或对刀的径向进给运动同时进行，实现在测量杆测量或刀具旋转的同时，调节滑块进行径向可控的精确直线移动，实现仪表测量杆或刀具在测量或加工的同时还能逐渐精确进给；第三种工作状态下的传动方法及路径如下蜗杆和传动主轴同时转动，传递到大锥齿轮上的传动运动由前面所述第一种工作状态和第二种工作状态的叠加实现传动主轴通过第一种工作状态的第一条传动路径作用于大锥齿轮上的传动转速被第一种工作状态同时作用的第二条传动路径作用于小锥齿轮上的传动转速，以1:1的传动比抵消，实现小锥齿轮与大锥齿轮的同步旋转运动；滑块3的径向精确运动由第二种工作状态下蜗杆旋转驱动下的差动传动运动实现。本发明采用双联锥齿轮空套在传动主轴上，通过其上的小锥齿轮与大锥齿轮的啮合以及直齿轮与第一双联大齿轮的啮合，实现了可通过二条传动线路分别作用于大锥齿轮和与之相啮合的双联锥齿轮，并可实现主轴大齿轮与双联锥齿轮的小锥齿轮之间1:1的传动比，保证了大锥齿轮和双联锥齿轮的绝对同步旋转运动，有效防止传动装置的旋转盘体作旋转运动时滑块产生径向运动。通过控制双联锥齿轮不与旋转盘体同步旋转，可使滑块不随旋转盘体的转动而转动，以此实现滑块的径向进给独立运动。本发明采用蜗轮作为差动传动的主动件，运用所设置的上部行星齿轮和下部行星齿轮，通过行星齿轮围绕传动主轴的公转，实现差速传动，以此控制滑块的径向精确运动，并且第一双联大齿轮第一下端小齿轮和第二双联大齿轮的第二上端小齿轮在工作状态下，圆周上获得均勻的受力分布。本发明既能将旋转运动与径向进给运动分开，以确保传动装置旋转运动时不会产生径向运动、传动装置不旋转时能确保精确径向进给运动、传动装置旋转和精确径向进给还可按需求同时精确复合联动，从而满足实际生产的需求，简化加工和测量工序，提高机械产品的加工和测量精度。本发明用数学表达式对同步旋转传动和差动旋转传动进行了定量精确的描述，为该方法的运用和相应机构参数的优化设计提供了科学的方法和手段。下面结合说明书附图进一步阐述本发明的内容。
图1是本发明装置的结构原理图； 图2是本发明的传动系统结构示意图3是图2中差速传动部分的结构示意图； 图4是差速传动的结构原理图。图中标号如下1、仪表测量杆或刀具；2、底座；3、滑块；4、旋转盘体；5、丝杠螺母座；6、滚珠丝杠；7、上端键；8、传动主轴；9、大锥齿轮；10、双联锥齿轮；10a、齿轮套；10b、 小锥齿轮；10c、直齿轮；11、下端键；12、竖直长轴；13、第一双联大齿轮；13a、第一下端小齿轮；13b、第一上端大齿轮；14、主轴大端面；15、上部行星齿轮；16、竖直短轴；17、蜗杆；18、 蜗轮；19、下部行星齿轮；20、主轴大齿轮；21、第二双联大齿轮；21a、第二上端小齿轮；21b、 第二下端大齿轮。
具体实施例方式如图1、图2、图3所示，可实现旋转及径向进给独立运动和精确联动的装置，该装置具有以下结构特征
①包括传动主轴8、通过上端键7连接于主轴上端的旋转盘体4、通过下端键11连接于传动主轴下端的主轴大端面14，在旋转盘体顶端安装有滑块3，滑块上安装有用于安装仪表测量杆或刀具1的底座2，在传动主轴下部有固定套装于传动主轴上或与传动主轴制作为一体的主轴大齿轮20 ；
在滑块3底端安装有丝杠螺母座5，在旋转盘体4上安装有与丝杠螺母座5配装的横向设置的滚珠丝杠6，在滚珠丝杠上紧固套装有大锥齿轮9，大锥齿轮与位于其下方的空套在传动主轴8上的双联锥齿轮10啮合；所述双联锥齿轮10包括空套于传动主轴上的齿轮套10a、位于齿轮套顶端并与大锥齿轮9啮合的小锥齿轮10b、位于齿轮套底端的直齿轮 IOc ；③在传动主轴8旁位于旋转盘体4和主轴大端面14之间设置有竖直长轴12，在竖直长轴的上部和下部分别空套有第一双联大齿轮13和第二双联大齿轮21，在竖直长轴12上位于第一双联大齿轮13和第二双联大齿轮21之间套装有蜗轮18，蜗轮18上配装有蜗杆17 ； 在蜗轮18上沿圆周均布安装有一组竖直短轴16，在竖直短轴16上位于蜗轮的上方和下方分别固定套装有一组上部行星齿轮15和一组下部行星齿轮19 ；下部行星齿轮19的齿数大于上部行星齿轮15的齿数，下部行星齿轮19与上部行星齿轮15的节圆直径也不相等；第一双联大齿轮13的第一下端小齿轮13a在转动过程中与上部行星齿轮15顺序啮合，第二双联大齿轮21的第二上端小齿轮21a在转动过程中与下部行星齿轮19顺序啮合；第一双联大齿轮13的第一上端大齿轮13b与双联锥齿轮10的直齿轮IOc啮合，第二双联大齿轮 21的第二下端大齿轮21b与主轴大齿轮20啮合；
④主轴大齿轮20与双联锥齿轮10的小锥齿轮IOb的传动比i为1；传动比的计算公
式为
权利要求
1.可实现旋转及径向进给独立运动和精确联动的装置，其特征在于，①包括传动主轴(8)、通过上端键(7)连接于主轴上端的旋转盘体(4)、通过下端键 (Ii)连接于传动主轴下端的主轴大端面(14)，在旋转盘体顶端安装有滑块(3)，滑块上安装有用于安装仪表测量杆或刀具(1)的底座(2)，在传动主轴下部有固定套装于传动主轴上或与传动主轴制作为一体的主轴大齿轮(20)；②在滑块(3)底端安装有丝杠螺母座(5)，在旋转盘体(4)上安装有与丝杠螺母座(5) 配装的横向设置的滚珠丝杠(6)，在滚珠丝杠上紧固套装有大锥齿轮(9)，大锥齿轮与位于其下方的空套在传动主轴(8)上的双联锥齿轮(10)啮合；所述双联锥齿轮(10)包括空套于传动主轴上的齿轮套(10a)、位于齿轮套顶端并与大锥齿轮(9)啮合的小锥齿轮(10b)、位于齿轮套底端的直齿轮(10c);O在传动主轴(8)旁位于旋转盘体(4)和主轴大端面(14)之间设置有竖直长轴(12)， 在竖直长轴的上部和下部分别空套有第一双联大齿轮(13)和第二双联大齿轮(21)，在竖直长轴(12)上位于第一双联大齿轮(13)和第二双联大齿轮(21)之间套装有蜗轮(18)，蜗轮(18)上配装有蜗杆(17)；在蜗轮(18)上沿圆周均布安装有一组竖直短轴(16)，在竖直短轴(16)上位于蜗轮的上方和下方分别固定套装有一组上部行星齿轮(15)和一组下部行星齿轮(19)；下部行星齿轮(19)的齿数大于上部行星齿轮(15)的齿数，下部行星齿轮 (19)与上部行星齿轮(15)的节圆直径也不相等；第一双联大齿轮(13)的第一下端小齿轮 (13a)在转动过程中与上部行星齿轮(15)顺序啮合，第二双联大齿轮(21)的第二上端小齿轮(21a)在转动过程中与下部行星齿轮(19)顺序啮合；第一双联大齿轮(13)的第一上端大齿轮(1 )与双联锥齿轮(10)的直齿轮(IOc)啮合，第二双联大齿轮(21)的第二下端大齿轮(21b)与主轴大齿轮(20)啮合；④主轴大齿轮(20)与双联锥齿轮(10)的小锥齿轮(IOb)的传动比i为1 ；传动比的计算公式为χ W Xz^ =1，式中，Z表示齿轮的齿数，下脚标表示齿轮的标号。
2.采用权利要求1所述装置实现旋转及径向进给独立运动和精确联动的方法，其特征在于，包括以下三种工作状态①第一种工作状态将仪表测量杆或刀具(1)在测量或加工时的旋转运动与仪表测量杆或刀具对尺或对刀的径向进给运动分开，确保测量杆测量时或刀具加工时不产生径向运动；第一种工作状态下的传动方法及路径如下蜗杆(17)和蜗轮(18)不旋转，主轴大端面 (14)转动，通过下端键(11)带动传动主轴(8)转动；同时，第二双联大齿轮(21)的第二下端大齿轮(21b)始终保持与主轴大齿轮(20)啮合，由此带动二条传动路径同时工作，第一条传动路径是主轴大端面(14)转动，通过下端键(11)带动传动主轴(8)，再通过上端键(7) 带动旋转盘体(4)转动，旋转盘体(4)再带动大锥齿轮(9)与传动主轴(8)以相同的角位移速度旋转；第二条传动路径是主轴大齿轮(20)转动，带动第二下端大齿轮(21b)转动，通过第二上端小齿轮(2la)带动下部行星齿轮(19)转动，再通过竖直短轴(16)带动上部行星齿轮(15)转动，从而带动第一下端小齿轮(13a)转动，之后通过第一上端大齿轮(13b)带动直齿轮(10c)转动，随后带动双联锥齿轮(10)转动；固定主轴大齿轮(20)与双联锥齿轮(10)的小锥齿轮(IOb)的传动比为1 :1，双联锥齿轮(10)与大锥齿轮(9)围绕传动主轴(8) 进行同步公转，相互之间无相对角位移，确保旋转盘体(4)带动安装仪表测量杆或刀具(1) 的底座(2)转动时，滚珠丝杠(6)不旋转，滑块(3)无径向运动，仪表测量杆或刀具(1)也无径向运动；②第二种工作状态在仪表测量杆不测量或刀具不旋转时，调节滑块(3)进行径向可控的精确直线移动，实现仪表测量杆的精确对尺或刀具的精确对刀；第二种工作状态下的传动方法及路径如下传动主轴(8)不转动，蜗杆(17)旋转，带动蜗轮(18)旋转，蜗轮(18) 驱动与竖直短轴(16)紧固为一体的上部行星齿轮(15)围绕蜗轮(18)的轴心线作公转而不自转的运动；下部行星齿轮(19)和上部行星齿轮(15)的齿数不同，节圆直径不等，在蜗轮 (18)的作用下，在同时公转相同的相位时，第二上端小齿轮(21a)与下部行星齿轮(19)啮合以及第一下端小齿轮(13a)与上部行星齿轮(15)啮合形成的二组配对齿轮之间产生差速旋转运动，差速转动导致第一下端小齿轮(13a)产生绕自身轴心线的自旋转运动，成为太阳轮；通过第一双联大齿轮(13)、齿轮套(IOa)和大锥齿轮(9)施加旋转力矩驱动滚珠丝杠 (6)旋转，丝杠螺母座(5)在滚珠丝杠(6)的旋转推力作用下，带动滑块(3)进行径向可控的精确直线移动；③第三种工作状态仪表测量杆或刀具在测量或加工时的旋转运动与仪表测量杆或刀具对尺或对刀的径向进给运动同时进行，实现在测量杆测量或刀具旋转的同时，调节滑块 (3)进行径向可控的精确直线移动，实现仪表测量杆或刀具在测量或加工的同时还能逐渐精确进给；第三种工作状态下的传动方法及路径如下蜗杆(17)和传动主轴(8)同时转动， 传递到大锥齿轮(9)上的传动运动由前面所述第一种工作状态和第二种工作状态的叠加实现传动主轴(8)通过第一种工作状态的第一条传动路径作用于大锥齿轮(9)上的传动转速被第一种工作状态同时作用的第二条传动路径作用于小锥齿轮(IOb)上的传动转速，以 1:1的传动比抵消，实现小锥齿轮(IOb)与大锥齿轮(9)的同步旋转运动；滑块(3)的径向精确运动由第二种工作状态下蜗杆(17)旋转驱动下的差动传动运动实现。
全文摘要
可实现旋转及径向进给独立运动和精确联动的装置及方法，包括相互连接的传动主轴(8)、旋转盘体(4)、主轴大端面(14)，旋转盘体顶端装有滑块(3)，滑块上装有仪表测量杆或刀具(1)的底座(2)，传动主轴下部装有主轴大齿轮(20)；滑块底端装有丝杠螺母座(5)，旋转盘体上装有滚珠丝杠(6)，滚珠丝杠上装有大锥齿轮(9)，大锥齿轮与双联锥齿轮(10)啮合；在传动主轴旁设有竖直长轴(12)，竖直长轴上部和下部分别套有第一双联大齿轮(13)和第二双联大齿轮(21)，在竖直长轴上套有蜗轮(18)及蜗杆(17)，在蜗轮上沿圆周均布装有一组竖直短轴(16)，在竖直短轴上下端分别套装有上部行星齿轮(15)和下部行星齿轮(19)；第一上端大齿轮(13b)与双联锥齿轮的直齿轮(10c)啮合，第二下端大齿轮(21b)与主轴大齿轮啮合；主轴大齿轮与双联锥齿轮的小锥齿轮(10b)的传动比为1。本发明可实现旋转及径向进给分别独立运动以及精确联动。
文档编号G01B21/00GK102490059SQ201110395300
公开日2012年6月13日 申请日期2011年12月2日 优先权日2011年12月2日
发明者吴学云, 周利贤, 师如华, 徐敏, 李再参, 王少雄, 罗宏, 罗庆丰, 董跃, 蒋杰 申请人:云南省机械研究设计院