一种具有外部精密调校内部定位的高速伺服交换工作台的制作方法

1.本发明涉及一种交换工作台，尤其是涉及一种具有外部精密调校内部定位的高速伺服交换工作台及其工作方法。


背景技术：

2.在机械加工领域中，随着用户对高效加工需求日益提高，传统加工中心采用的单工位工作台，逐步被双工位及多工位工作台取代，以节省了工件装卸时间，提高加工效率，传统单工作台设备，在一个加工周期后，设备停止等待操作工更换工件后设备才能继续加工，由于双工位交换工作台是可以一边加工一边等待装卸工件，所以在两个加工周期内换好工件就不会影响设备连续工作，一个人可以操作多台设备，节省人工，另外在无人化自动生产线，用机器人装卸工件,双工位交换工作台更是最佳选择。
3.现有技术中使用蜗轮蜗杆或齿轮齿条来传动和定位，但时间久了传动部分产生间隙会造成角度定位不准。


技术实现要素：

4.本发明设计了一种具有外部精密调校内部定位的高速伺服交换工作台，其解决的技术问题是：(1)现有技术中用蜗轮蜗杆或者齿轮齿条定位角度，时间久了传动部分产生间隙会造成角度定位不准。(2)现有技术中蜗轮蜗杆副属于滑动接触，在传递动力时，齿面摩擦损失大，需要经常检修。
5.为了解决上述存在的技术问题，本发明采用了以下方案：
6.一种具有外部精密调校内部定位的高速伺服交换工作台，包括伺服电机(11)、蜗杆(12)、蜗轮(2)和，蜗杆(12)一端与伺服电机(11)连接，蜗杆(12)另一端通过齿相互啮合的方式与蜗轮(2)连接，伺服电机(11)通过蜗杆(12)使得蜗轮(2)旋转，蜗轮(2)通过传动结构与所述转台工作台(7)同步旋转，其特征在于：蜗轮(2)直接或间接与角度限位块(31)连接，转台工作台通过plc程序控制伺服驱动器首先以高速的位置环模式驱动伺服电机带动其迅速旋转完成95％以上的预设角度，然后在通过plc程序将伺服驱动器从高速的位置环模式切换为低速大扭矩的力矩环模式减速缓冲驱动伺电机旋转，使角度限位块缓靠至固定的定位调节螺杆完成剩余不到5％的工作台旋转，力矩环模式强大的保持力矩能够让定位调节螺杆与角度限位块紧靠不分，完成转台工作台的旋转与定位。
7.优选地，还包括壳体(1)，蜗杆(12)和蜗轮(2)位于其中，定位调节螺杆一端位于壳体(1)中，定位调节螺杆一端位于壳体(1)之外，定位调节螺杆在壳体(1)中的位置可通过壳体外部分来调节。
8.优选地，定位调节螺杆包括第一定位调节螺杆(32)和第二定位调节螺杆(33)，第一定位调节螺杆(32)和第二定位调节螺杆(33)平行设置并且蜗轮(2)位于两者之间，其中任何一个用于转台工作台(7)0
°
定位，另一个用于转台工作台(7)180
°
定位；或者，任何一个用于转台工作台(7)0
°
定位，另一个用于转台工作台(7)90
°
定位。
9.优选地，定位调节螺杆与角度限位块(31)之间接触部位设有两个压力传感器，所述压力传感器输出的压力数值不仅仅可以表明转台工作台(7)是否移动到位，而且还可以作为交换工件的计数器。当定位调节螺杆与角度限位块(31)接触形成“一”字型时，将同时触发两个压力传感器，表明定位调节螺杆与角度限位块(31)接触良好，反之则说明定位调节螺杆与角度限位块(31)接触未形成“一”字型，需要调整定位调节螺杆。
10.优选地，所述传动结构包括轴承(4)、旋转主轴(5)和轴承内圈压环(3)，所述轴承内圈压环(3)将轴承(4)的内圈固定在旋转主轴(5)上，角度限位块(31)固定在所述轴承内圈压环(3)上，蜗轮(2)套在旋转主轴(5)下端，旋转主轴(5)上端与所述转台工作台(7)固定；由伺服电机(11)驱动蜗杆(12)旋转，蜗杆(12)咬合蜗轮(2)旋转，蜗轮(2)在带动旋转主轴(5)旋转，旋转主轴(5)带动所述轴承内圈压环(3)、角度限位块(31)和所述转台工作台(7)旋转。
11.优选地，还包括轴承外圈压环(6)，轴承外圈压环(6)将轴承(4)的外圈固定在壳体(1)上静止不动。
12.优选地，还包括旋转油路分配器轴心(9)，旋转油路分配器轴心(9)一端位于壳体(1)底部的油路输入端分配块相连，旋转油路分配器轴心(9)被旋转油路分配器罩(8)包裹，旋转油路分配器罩(8)上设有多个油进入口和多个油输出口，旋转油路分配器罩(8)绕着旋转油路分配器轴心(9)旋转并且两者之间存在油路，旋转油路分配器罩顶端有油路输出端接口(8)贯穿转台工作台(7)和旋转主轴相连(5)。
13.旋转油路分配器供静止不动的三进三出油压输入端接口，和可随工作台转动的三进三出油压输出接口，避免了多根油管通过工作台直接装在交换工作台的两边的液压夹具上，随着交换工作台经常来回旋转，容易缠绕、磨损开裂，扯断等故障。
14.优选地，蜗杆(12)、蜗轮(2)、定位调节螺杆与角度限位块(31)都浸泡在密闭的壳体(1)内的齿轮油内，永久免维护。
15.优选地，蜗杆(12)一端通过主端轴承(15)与电机轴承座(13)连接，蜗杆(12)另一端通过尾端轴承(16)与尾端座(18)连接。
16.一种具有外部精密调校内部定位的高速伺服交换工作台的工作方法，包括以下步骤：
17.步骤1、plc根据数控系统发出的转台工作台(7)旋转交换请求，通过程序控制伺服控制器首先以位置环模式以最快的速度完成转台工作台(7)95％以上的角度旋转，
18.步骤2、plc在即将到达旋转角度时将伺服控制器从位置环模式切换为力矩环模式，减速缓冲，使定位调节螺杆与角度限位块(31)轻轻靠紧，避免冲击，靠伺服电机保持力矩定位调节螺杆与角度限位块(31)紧靠保持角度不变，并且完成转台工作台(7)的旋转与定位。
19.一种具有外部精密调校内部定位的高速伺服交换工作台的工作方法，包括以下步骤：
20.步骤1、plc根据数控系统发出的转台工作台(7)旋转交换请求，通过程序控制伺服控制器首先以位置环模式以最快的速度完成转台工作台(7)95％以上的角度旋转，
21.步骤2、plc在即将到达旋转角度时减速缓冲，使定位调节螺杆与角度限位块(31)轻轻靠紧，避免冲击，靠伺服电机保持力矩定位调节螺杆与角度限位块(31)紧靠保持角度
不变；
22.步骤3、当定位调节螺杆与角度限位块(31)之间的两个压力传感器输出值都为预定的压力值时，定位调节螺杆与角度限位块(31)接触形成“一”字型；否则需要调整定位调节螺杆，最终使得两个压力传感器输出值都为预定的压力值时，两个压力传感器的预定压力值可以相同，也可以不相同。
23.该具有外部精密调校内部定位的高速伺服交换工作台与传统交换工作台相比，具有以下有益效果：
24.(1)本发明以位置环模式以最快的速度完成转台95％以上的角度旋转，然后在转换为力矩环模式，以缓慢的速度使可调螺杆轻靠至内部定位块，同时力矩环模式强大的保持力矩能够让螺杆与定位块紧靠不分，完成转台的旋转与定位。
25.(2)本发明通过外部螺杆可精密调整的内部定位装置，避免定位精度受外部环境影响。
26.(3)本发明转台传动部分与定位部分都浸泡在密闭壳体内的齿轮油内，不用定期加油润滑，实现免维护。
27.(4)本发明采用压力传感器判断定位的效果，不仅仅可以表明转台工作台是否移动到位，而且还可以用于关闭伺服电机的控制信号，甚至还可以作为交换工件的计数器。
附图说明
28.图1：本发明具有外部精密调校内部定位的高速伺服交换工作台爆炸图；
29.图2：本发明具有外部精密调校内部定位的高速伺服交换工作台立体图；
30.图3：本发明中壳体内部示意图；
31.图4：本发明中角度限位块位置示意图；
32.图5：本发明具有外部精密调校内部定位的高速伺服交换工作台剖视图；
33.图6：本发明中蜗杆与蜗轮连接示意图；
34.图7：图6的爆炸图；
35.图8：本发明角度限位块与第一定位调节螺杆接触示意图；
36.图9：本发明定位调节螺杆安装驱动电机示意图。
37.附图标记说明：
38.1—壳体；11—伺服电机；12—蜗杆；13—电机轴承座；14—主端密封圈；15—主端轴承；16—尾端轴承；17—尾端密封圈；18—尾端座；
39.2—蜗轮；3—轴承内圈压环；31—角度限位块；311—第一压力传感器；312—第二压力传感器；32—第一定位调节螺杆；321—驱动电机；33—第二定位调节螺杆；331—第二驱动电机；4—轴承；5—旋转主轴；6—轴承外圈压环；7—转台工作台；8—旋转油路分配器罩；9—旋转油路分配器轴心。
具体实施方式
40.下面结合图1至图7，对本发明做进一步说明：
41.一种具有外部精密调校内部定位的高速伺服交换工作台，包括伺服电机11、蜗杆12、蜗轮2和，蜗杆12一端与伺服电机11连接，蜗杆12另一端通过齿相互啮合的方式与蜗轮2
连接，伺服电机11通过蜗杆12使得蜗轮2旋转，蜗轮2通过传动结构与转台工作台7同步旋转，蜗轮2直接或间接与角度限位块31连接，转台工作台通过plc程序控制伺服驱动器首先以高速的位置环模式驱动伺服电机带动其迅速旋转完成95％以上的预设角度，然后在通过plc程序将伺服驱动器从高速的位置环模式切换为低速大扭矩的力矩环模式减速缓冲驱动伺电机旋转，使角度限位块缓靠至固定的定位调节螺杆完成剩余不到5％的工作台旋转，力矩环模式强大的保持力矩能够让定位调节螺杆与角度限位块紧靠不分，完成转台工作台的旋转与定位。
42.还包括壳体1，蜗杆12和蜗轮2位于其中，定位调节螺杆一端位于壳体1中，定位调节螺杆一端位于壳体1之外，定位调节螺杆在壳体1中的位置为可调节的。
43.定位调节螺杆包括第一定位调节螺杆32和第二定位调节螺杆33，第一定位调节螺杆32和第二定位调节螺杆33平行设置并且蜗轮2位于两者之间，其中任何一个用于转台工作台0
°
定位，另一个用于转台工作台180
°
定位。或者，任何一个用于转台工作台0
°
定位，另一个用于转台工作台90
°
定位
44.定位调节螺杆与角度限位块31之间接触部位设有压力传感器，压力传感器输出的压力数值不仅仅可以表明转台工作台7是否移动到位，而且还可以用于交换工件的计数器。当定位调节螺杆与角度限位块31接触形成“一”字型时，将同时触发两个压力传感器，表明定位调节螺杆与角度限位块31接触良好，反之则说明定位调节螺杆与角度限位块31接触未形成“一”字型，需要调整定位调节螺杆。
45.传动结构包括轴承4、旋转主轴5和轴承内圈压环3，轴承内圈压环3将轴承4的内圈固定在旋转主轴5上，角度限位块31固定在轴承内圈压环3上，蜗轮2套在旋转主轴5下端，旋转主轴5上端与转台工作台7固定；由伺服电机11驱动蜗杆12旋转，蜗杆12咬合蜗轮2旋转，蜗轮2在带动旋转主轴5旋转，旋转主轴5带动轴承内圈压环3、角度限位块31和转台工作台7旋转。
46.还包括轴承外圈压环6，轴承外圈压环6将轴承4的外圈固定在壳体1上静止不动。
47.还包括旋转油路分配器轴心9，旋转油路分配器轴心9一端位于壳体1底部的油路输入端分配块相连，旋转油路分配器轴心9被旋转油路分配器罩8包裹，旋转油路分配器罩8上设有多个油进入口和多个油输出口，旋转油路分配器罩8绕着旋转油路分配器轴心9旋转并且两者之间存在油路，旋转油路分配器罩顶端有油路输出端接口8贯穿转台工作台7和旋转主轴相连5。旋转油路分配器供静止不动的三进三出油压输入端接口，和可随工作台转动的三进三出油压输出接口，避免了多根油管通过工作台直接装在交换工作台的两边的液压夹具上，随着交换工作台经常来回旋转，容易缠绕、磨损开裂，扯断等故障。
48.蜗杆12、蜗轮2、定位调节螺杆与角度限位块31都浸泡在密闭的壳体1内的齿轮油内，永久免维护。
49.蜗杆12一端通过主端轴承15与电机轴承座13连接，蜗杆12另一端通过尾端轴承16与尾端座18连接。
50.本发明具有外部精密调校内部定位的高速伺服交换工作台的第一种工作方法，包括以下步骤：
51.步骤1、plc根据数控系统发出的转台工作台7旋转交换请求，通过程序控制伺服控制器首先以位置环模式以最快的速度完成转台工作台795％以上的角度旋转，
52.步骤2、plc在即将到达旋转角度时将伺服控制器从位置环模式切换为力矩环模式，减速缓冲，使定位调节螺杆与角度限位块31轻轻靠紧，避免冲击，靠伺服电机保持力矩定位调节螺杆与角度限位块31紧靠保持角度不变，并且完成转台工作台7的旋转与定位。本发明具有外部精密调校内部定位的高速伺服交换工作台的第二种工作方法，包括以下步骤：
53.步骤1、plc根据数控系统发出的转台工作台7旋转交换请求，通过程序控制伺服控制器首先以位置环模式以最快的速度完成转台工作台795％以上的角度旋转，
54.步骤2、plc在即将到达旋转角度时减速缓冲，使定位调节螺杆与角度限位块31轻轻靠紧，避免冲击，靠伺服电机保持力矩定位调节螺杆与角度限位块31紧靠保持角度不变；
55.步骤3、当定位调节螺杆与角度限位块31之间的两个压力传感器输出值都为预定的压力值时，定位调节螺杆与角度限位块31接触形成“一”字型；否则需要调整定位调节螺杆，最终使得两个压力传感器输出值都为预定的压力值时，两个压力传感器的预定压力值可以相同，也可以不相同。
56.如图8所示，此时第一定位调节螺杆32与角度限位块31接触形成“一”字型时，第一压力传感器311和第二压力传感器312都被触发，表明第一定位调节螺杆32与角度限位块31接触位置最佳。相反，如果只有一个压力传感器被激活时或两个压力传感器输出的压力值不相同时，则表明第一定位调节螺杆32与角度限位块31接触位置不佳，需要调整第一定位调节螺杆32的位置。
57.由于，高速伺服交换工作台工作模式会改变，旋转角度可能从0
°
变换到180
°
，也可能0
°
变换到90
°
，甚至其他度数。因此，设置的定位调节螺杆数量可以更多，每个定位调节螺杆位于壳体外部的部分别连接一驱动电机，驱动电机使得定位调节螺杆旋转从而调整其位置。当工作台需要旋转到180
°
或其他度数时，对应的定位调整螺杆旋转对应的位置，而其他定位调整螺杆则在自己的驱动电机作用下向壳体外部移动，避免阻挡角度限位块31。因而，plc通过驱动电机控制定位调节螺杆的方式可以使得调整速度更快，提高了工作台的工作效率以及方便工作模式任意切换。如图9所示，第一定位调节螺杆32设有第一驱动电机321，第二定位调节螺杆33设有第二驱动电机331，两个驱动电机可以单独工作，plc可以通过编程方式进行控制两个驱动电机。
58.驱动电机与定位调节螺杆之间传动结构有很多种，不再此处一一例举。最简单的如：驱动电机的转轴与定位调节螺杆直接连接，驱动电机底部设有滑轨，定位调节螺杆旋转时通过螺纹孔的作用向外移动时使得驱动电机可以做小距离移动。
59.上面结合附图对本发明进行了示例性的描述，显然本发明的实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围内。