齿轮齿条无齿隙传动机构及其应用的双伺服数控机床的制作方法

本发明涉及一种传动机构，尤其涉及一种主要应用于数控机床的齿轮齿条无齿隙传动机构，及其应用的双伺服数控机床，属于制造装备领域。

背景技术：

在制造装备领域，现有技术大部分采用丝杠传动机构或齿轮齿条传动机构。传统的丝杠传动机构一般由丝杠和外套组成，两者具有相互匹配的螺纹，外套习惯上采用螺母的形式，并进一步与带动的物体固定连接。操作时，外套一般保持不转动而丝杠在电机带动下转动，外套便沿着丝杠轴向运动，从而带动物体运动。但是，当遇到长距离重负载直线运动中，丝杠有可能强度不够,就会导致机床出现震动、抖动等情况，严重时会导致丝杆弯曲、变形、甚至断裂等状况，从而限制了丝杠传动机构应用范围。

齿轮齿条传动机构具有结构简单、传动效率高等优点，广泛应用于矿山机械、工程机械和汽车制造等行业。齿轮齿条传动机构是将齿轮的回转运动转变为齿条的往复直线运动，或将齿条的往复直线运动转变为齿轮的回转运动。齿轮传动依靠主动齿轮与从动齿轮的啮合，传动运动和动力。除了上述优点，还具有传递动力大、效率高、寿命长、可靠性高、能保证恒定的传动比等特点。

但齿轮齿条传动机构不宜做长时间传动，尤其是作为数控机床的传动装置。数控机床机台长时间运作，齿轮齿条会出现磨损的状况，导致齿轮齿条啮合处产生齿隙，即齿轮与齿条啮合时易存在背隙，进而产生振动和噪音，从而导致齿轮齿条传动机构长时间使用的磨损较严重、无法保证传动精度等状况。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的之一是为了解决上述齿轮齿条传动过程中因背隙 产生振动和噪音、造成磨损严重、传动精度下降等问题，提供一种齿轮齿条无齿隙传动机构。本发明的目的之二是提供一中包含上述齿轮齿条无齿隙传动机构的双伺服数控机床。本发明的技术方案如下：

本发明一种齿轮齿条无齿隙传动机构，包括齿条单元和齿轮单元，所述齿条单元包括齿条，所述齿条相对应设置有至少一个齿轮单元，每个所述齿轮单元由顺向齿轮和逆向齿轮组成，顺向齿轮和逆向齿轮均啮合在同一齿条上。

本发明一种双伺服数控机床，包括所述齿轮齿条无齿隙传动机构、机床台、减速机、安装在减速机上的伺服马达、齿条固定装置，所述齿轮单元与减速机安装为一体，伺服马达连接齿轮单元，通过伺服马达驱动齿轮单元转动，每个齿轮单元的顺向齿轮和逆向齿轮分别由独立的伺服马达驱动其啮合配合，使齿条在齿轮单元顺向转动或逆向转动过程中受到偏置力矩。

本发明双伺服数控机床进一步地，所述机床台上设置有马达板，减速机安装在马达板上，通过调节马达板的位置使齿轮单元与齿条相啮合。

本发明双伺服数控机床进一步地，机床上设置一滑动的滑座，马达板安装在滑座上。

本发明双伺服数控机床进一步地，马达板通过固定座安装在滑座上。

本发明双伺服数控机床进一步地，所述齿条固定装置是设置在机床上的侧柱，侧柱上开设有槽体，槽体表面为安装面，使齿条置于安装面上并定位在侧柱上。

本发明双伺服数控机床进一步地，伺服马达通过联轴器连接所述齿轮单元。

本发明的应用施行，其显著的技术效果体现在：①齿轮齿条无齿隙传动机构的齿轮单元由一对啮合在同一齿条上的顺向齿轮和逆向齿轮构成，逆向是在启动瞬间，通过对伺服电机的控制来实现转向相反，使逆向齿轮与齿条接触到齿隙，进而使齿条受到偏置力矩，该机构在往返向运动时，顺向齿轮和逆向齿轮不会出现齿隙，从而达到无齿隙传动；②由于齿轮与齿条啮合时不易存在背隙，可以有效降低振动和噪音，有效减轻长时间使用的磨损，进而保证了机构 的传动精度状况；③本发明双伺服数控机床通过齿轮齿条无齿隙传动机构，使双伺服电机施加偏置力矩，减少或避免背隙出现，实现无齿隙传动工作；④本发明双伺服数控机床通过联轴器直接连接减速机驱动齿轮，达到减少安装零件，有效缩短了安装及精度调整时间的作用；⑤双伺服数控机床利用直接传动的方式驱动减速机，带动齿轮转动，有效提高传动效能。

以下便结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详述，以使本发明技术方案更易于理解、掌握。

附图说明

图1是本发明齿轮齿条无齿隙传动机构的结构示意图；

图2是本发明双伺服数控机床实施例的结构示意图；

图3是本发明双伺服数控机床实施例的另一角度的结构示意图。

具体实施方式

本发明实施例公开了齿轮齿条无齿隙传动机构和应用其的双伺服数控机床。本领域技术人员可以借鉴本文内容，适当改进结构或步骤实现。特别需要指出的是，所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都被视为包括在本发明。本发明的应用已经通过较佳实施例进行了描述，相关人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的应用进行改动或适当变更与组合，来实现和应用本发明技术。

如图1所示，本发明实施例所提供的齿轮齿条无齿隙传动机构，包括齿条单元和齿轮单元，齿条单元包括齿条5，每根齿条5相对应设置有一个齿轮单元，每个齿轮单元由顺向齿轮21和逆向齿轮22组成，顺向齿轮21和逆向齿轮22均啮合在同一齿条5上。图1只是本发明实施方式之一，可根据需要设置包含多根齿条5，每根齿条5相对应设置有至少一个齿轮单元，即每根齿条5可同时与两个或两个以上齿轮单元配合，齿条5与所有的齿轮单元所包含的顺向齿轮21和逆向齿轮22啮合，进而达到无齿隙传动。

实施例1，如图2、图3所示，本发明实施例所提供的双伺服数控机床，包括本发明所提供的齿轮齿条无齿隙传动机构、机床台、减速机6、安装在减速机6上的伺服马达7、齿条固定装置。其中，齿轮单元与减速机6安装为一体，伺服马达7连接齿轮单元，通过伺服马达7驱动齿轮单元转动，每个齿轮单元的顺向齿轮21和逆向齿轮22分别由独立的伺服马达7驱动其啮合配合，使齿条5在齿轮单元顺向转动或逆向转动过程中受到偏置力矩。因此，齿轮齿条无齿隙传动机构中的齿条5受到伺服马达7驱动的转动力，通过顺向齿轮21和逆向齿轮22向其施加的偏置力矩，顺向齿轮21和逆向齿轮22不会同时出现齿隙，进一步调整齿条5与齿轮单元运动过程中的相对位置，实现无齿隙传动。

实施例2，本发明实施例所提供的双伺服数控机床，基于实施例1的基础上，不但包括本发明所提供的齿轮齿条无齿隙传动机构、机床台、减速机6、安装在减速机6上的伺服马达7、齿条固定装置，而且在机床台上还设置有马达板3。减速机6安装在马达板3上，通过调节马达板3的位置使齿轮单元与齿条5相啮合。调节马达板3的位置作用是在齿轮齿条无齿隙传动机构往返运动前的齿轮单元与齿条5相啮合的初步调整。操作过程中，还进一步需要本发明提供的齿轮齿条无齿隙传动机构自身结构的受到偏置力矩的作用，调节运动过程中顺向齿轮21和逆向齿轮22不会同时出现齿隙，进一步调整齿条5与齿轮单元运动过程中的相对位置，实现无齿隙传动。

实施例3，本发明实施例所提供的双伺服数控机床，基于实施例2的基础上，不但包括本发明所提供的齿轮齿条无齿隙传动机构、机床台、减速机6、安装在减速机6上的伺服马达7、齿条固定装置、在机床台上设置的马达板3，机床上还设置一滑动的滑座4，使马达板3安装在滑座4上。优选地，还可将马达板3通过固定座2安装在滑座4上。

实施例4，本发明实施例所提供的双伺服数控机床，包括上述齿轮齿条无齿隙传动机构、机床台、减速机6、安装在减速机6上的伺服马达7、齿条固定装置。该齿条固定装置优选但不限制于设置在机床上的侧柱1，侧柱1上开 设有槽体，槽体表面为安装面，使齿条5置于安装面上并定位在侧柱1上。

本发明具体地，伺服马达7通过联轴器(图2和图3未示出)连接所述齿轮单元。由于采用联轴器直接连接减速机6驱动齿轮单元，达到减少安装零件、有效缩短安装及精度调整时间的目的。同时，利用直接传动的方式驱动减速机6，带动顺向齿轮21和逆向齿轮22转动，有效提高传动效能。

当伺服马达7驱动顺向齿轮21和逆向齿轮22顺时针转动时,启动瞬间，顺向齿轮21跟齿条5啮合，逆向齿轮22与齿条5的啮合通过伺服电机的控制来实现转向相反，逆向齿轮22与齿条5接触从而消除齿轮单元与齿条5之间的间隙，之后外部程序命令逆向齿轮22改变转动方向，即顺向齿轮21和逆向齿轮22同向转动，进行无间隙直线运动。当再进行返向运动时，原理同前所述，齿轮单元与齿条5之间也不会出现齿隙，从而达到无齿隙往返传动；当长时间运转时，会出现磨损，后续也只需要调整顺向齿轮21和逆向齿轮22的旋转角度，既又可以进行无齿隙传动，调整方便且效率高。

双伺服数控机床具体工作时，首先将齿条5安装在侧柱1上，侧柱1已铣出齿条5的安装面、或承靠面，由此直接保证精度的要求，有效地减少了后续组装的累积误差。其次先将固定座2安装到滑座4上，然后将预先安装好的马达板3跟减速机6安装到固定座2，通过调节马达板3使顺向齿轮21和逆向齿轮22与齿条5啮合，再将伺服马达7安装在减速机6上。

综上，本发明齿轮齿条无齿隙传动机构的齿轮单元由一对啮合在同一齿轮上的顺向齿轮和逆向齿轮构成，该机构在做往返运动时，顺向齿轮和逆向齿轮不会同时出现齿隙，从而达到无齿隙传动；由于齿轮与齿条啮合时不易存在背隙，可以有效降低振动和噪音，有效减轻长时间使用的磨损，进而保证了机构的传动精度状况；本发明双伺服数控机床通过齿轮齿条无齿隙传动机构，使双伺服电机施加偏置力矩，减少或避免背隙出现，从而达到无齿隙传动；由于本发明双伺服数控机床通过联轴器直接连接减速机驱动齿轮，达到减少安装零件，有效缩短了安装及精度调整时间的作用；同时，本发明双伺服数控机床利用直接传动的方式驱动减速机，带动齿轮转动，有效提高传动效能。