專利名稱：多重扭力電機驅(qū)動的齒輪式搖擺主軸頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明關(guān)于一種多重扭力電機驅(qū)動的齒輪式搖擺主軸頭，特別是一種多重扭力電 機彼此間可進行同步動作的協(xié)調(diào)控制，借以達成電子式機械間隙消除機能，且齒輪系統(tǒng)的 所有間隙均可因此一機能完全消除，并減少輸出功率的損耗，此外，其多重扭力電機的其中 至少一組，可在其軸心上再加裝旋轉(zhuǎn)編碼器，以增強同步動作的協(xié)調(diào)控制效果。
背景技術(shù)：
今日工具機CNC(電腦數(shù)值控制)控制器的運算速度大幅提升，加上CAD/CAM(電 腦輔助設(shè)計制造)軟件技術(shù)不斷進步，使得多軸加工技術(shù)蓬勃發(fā)展。有鑒于過去搖擺主軸 頭采用伺服電機時，倍感扭力不足，或因空間限制，須以蝸輪蝸桿，搭配皮帶輪等減速裝置， 放大扭力輸出與節(jié)省空間，而蝸輪大部分為銅質(zhì)材料，易發(fā)生磨耗現(xiàn)象，導(dǎo)致間隙超過容許 值，因此有扭力電機(Torque motor)直接驅(qū)動搖擺主軸頭的技術(shù)，簡稱為直驅(qū)式扭力電機 設(shè)計，然而直驅(qū)式扭力電機設(shè)計雖然具備低轉(zhuǎn)速高扭力特性，但欲提升扭力輸出時，整體的 體積會隨著電機扭力規(guī)格的增加而大幅加大。如何避免體積增加并降低成本，是業(yè)界及相 關(guān)技術(shù)領(lǐng)域目前面臨的重要課題。針對已有專利而言，例如美國專利US5584621《Direct drive multiple axes rotary spindle head for milling machine》，其內(nèi)部的兩側(cè)各設(shè)有一組扭力電機，當搖擺 的扭力輸出欲提高時，必須直接加大扭力電機，導(dǎo)致成本增加。又如美國專利 US 7470095 《Mobile milling head with torque motor drive》， 僅借由一個驅(qū)動齒輪與一個從動齒輪構(gòu)成其搖擺的減速系統(tǒng)，縱使其從動齒輪分為兩片， 借由相對旋轉(zhuǎn)調(diào)整可減少間隙，但并非齒輪的任一齒都可達成此效果，此外，由于從動齒輪 是由兩片結(jié)合而成，因此當從動齒輪承受較大扭力時，較易發(fā)生松脫現(xiàn)象，機械可靠度低。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于傳統(tǒng)技術(shù)的缺失，本發(fā)明提出一種多重扭力電機驅(qū)動的齒輪式搖擺主軸 頭，其多重扭力電機彼此間可進行同步動作的協(xié)調(diào)控制，借以達成電子式機械間隙消除機 能，且齒輪系統(tǒng)的所有間隙均可因此一機能完全消除，并減少輸出功率的損耗，此外，其多 重扭力電機的其中至少一組，可在其軸心上再加裝旋轉(zhuǎn)編碼器，以增強同步動作的協(xié)調(diào)控 制效果。為達到上述目的，本發(fā)明提出一種多重扭力電機驅(qū)動的齒輪式搖擺主軸頭，包括 一主軸、多個扭力電機及一減速齒輪組；該主軸沿其徑向的相對兩側(cè)分別設(shè)有一第一搖擺 心軸以及一第二搖擺心軸，該第一搖擺心軸及該第二搖擺心軸具有一共同的軸線；該多個 扭力電機，設(shè)置在該主軸徑向的一側(cè)；該減速齒輪組設(shè)置在該主軸徑向的另一側(cè)，該減速齒 輪組由多個驅(qū)動齒輪以及一從動齒輪構(gòu)成，且該驅(qū)動齒輪由兩片副齒輪重疊構(gòu)成，該驅(qū)動 齒輪的數(shù)量與該扭力電機的數(shù)量相同，該驅(qū)動齒輪與相對應(yīng)的扭力電機之間設(shè)有轉(zhuǎn)子心軸 相互連接，該從動齒輪與該主軸的第二搖擺心軸相結(jié)合。
為使本發(fā)明的結(jié)構(gòu)目的和功效有更進一步的了解與認同，以下配合附圖詳細說 明。


圖1為本發(fā)明的外觀結(jié)構(gòu)立體圖。圖2為本發(fā)明取下蓋體后顯示其內(nèi)部扭力電機的結(jié)構(gòu)立體圖。圖3為本發(fā)明取下蓋體后顯示其內(nèi)部減速齒輪組的結(jié)構(gòu)立體圖。圖4為圖2的正視結(jié)構(gòu)圖。圖5為圖3的正視結(jié)構(gòu)圖。圖6為圖1的A-A剖視結(jié)構(gòu)圖。附圖中標號說明100-多重扭力電機驅(qū)動的齒輪式搖擺主軸頭10-主軸Ila-第一搖擺心軸lib-第二搖擺心軸12-軸承20-軸座本體21-第一空間22-第二空間23、24-蓋體邪-接口26-螺栓30-角度編碼器40-制動裝置50-扭力電機51-定子52-轉(zhuǎn)子53-轉(zhuǎn)子心軸54-支撐軸承55-旋轉(zhuǎn)編碼器60-減速齒輪組61-驅(qū)動齒輪61a,61b-副齒輪62-從動齒輪70-刀具C-軸線
具體實施例方式
以下將參照附圖來描述本發(fā)明為達成目的所使用的技術(shù)手段與功效，而以下附圖所列舉的實施例僅為輔助說明，以利了解，但本案的技術(shù)手段并不限于附圖所列舉的。請參閱圖1所示，本發(fā)明所提供的多重扭力電機驅(qū)動的齒輪式搖擺主軸頭100，其 包括一主軸10，該主軸10可用以夾持一刀具70，該刀具70作為切削加工之用。請參閱圖1至圖3及圖6所示，在該主軸10的頂部設(shè)有一軸座本體20，該軸座本 體20跨設(shè)在該主軸10頂部(如圖6所示)，并在該主軸10徑向的相對兩側(cè)各形成一第一 空間21以及一第二空間22，在該第一空間21內(nèi)設(shè)有多個扭力電機50，在該第二空間22內(nèi) 設(shè)有一減速齒輪組60。在該第一空間21及該第二空間22之外部分別設(shè)有一蓋體23、24， 借由螺栓沈分別將該蓋體23J4鎖固在該軸座本體20的第一空間21及該第二空間22的 外部，可覆蓋該扭力電機50及該減速齒輪組60，兼具有保護及美觀功能。該軸座本體20的 制造方法可為一體成型，或由數(shù)個部件組合構(gòu)成，在該軸座本體20頂部設(shè)有一接口 25，經(jīng) 由該接口 25固定或與旋轉(zhuǎn)元件(圖中未示出)結(jié)合到立式或臥式工具機，以達成單軸搖擺 加工或萬向加工的功能。請參閱圖1至圖3及圖6所示，在該主軸10徑向相對的兩側(cè)分別設(shè)有一第一搖擺 心軸11a、一第二搖擺心軸11b，該第一搖擺心軸11a、第二搖擺心軸lib具有一共同軸線C， 該第一搖擺心軸11a、第二搖擺心軸lib分別穿設(shè)在該軸座本體20的該第一空間21及該 第二空間22內(nèi)，在該第一搖擺心軸11a、第二搖擺心軸lib上各設(shè)有至少一軸承12，借由該 軸承12可使該第一搖擺心軸11a、第二搖擺心軸lib相對于該軸座本體20進行搖擺運動。 此外，在該第一搖擺心軸11a、第二搖擺心軸lib的軸線C上設(shè)有一角度編碼器30以及多個 制動裝置40 (如圖6所示)，在本實施例中，該角度編碼器30設(shè)置在該第一空間21內(nèi)，該制 動裝置40設(shè)置在該第二空間22內(nèi)，亦即，該角度編碼器30及制動裝置40分別設(shè)置在該主 軸10徑向的相對兩側(cè)，然除此之外，該制動裝置40亦可設(shè)置在該第一空間21內(nèi)，該角度編 碼器30亦可設(shè)置在該第二空間22內(nèi)，該制動裝置40的位置亦可為該角度編碼器30的相 同側(cè)，至于該制動裝置40的數(shù)目，可以實際所需而設(shè)定至少一個。請參閱圖2、圖4、圖6所示，該多個扭力電機50包括定子51及轉(zhuǎn)子52，該定子51 呈中空圓形狀，其由電磁線圈所構(gòu)成，該定子51固鎖在該軸座本體20上，該轉(zhuǎn)子52亦呈中 空圓形狀，其設(shè)置在該定子51內(nèi)部，該轉(zhuǎn)子52為磁性物質(zhì)所構(gòu)成，在電磁作用下可產(chǎn)生扭 矩；在該轉(zhuǎn)子52內(nèi)部設(shè)有轉(zhuǎn)子心軸53，在該轉(zhuǎn)子心軸53上設(shè)有至少一組支撐軸承54(如 圖6所示)，以提高該轉(zhuǎn)子心軸53的剛性與精度，此外，為增強同步動作的協(xié)調(diào)控制效果，可 在該多個扭力電機50的其中至少一組的轉(zhuǎn)子心軸53設(shè)置旋轉(zhuǎn)編碼器55。請參閱圖3、圖5、圖6所示，該減速齒輪組60包括多個驅(qū)動齒輪61以及一從動齒 輪62，該驅(qū)動齒輪61由重疊互鎖的兩片副齒輪61a、61b構(gòu)成，該多個驅(qū)動齒輪61均與該 從動齒輪62相嚙合，該驅(qū)動齒輪61的數(shù)目與該扭力電機50的數(shù)目相同，前述該扭力電機 50的轉(zhuǎn)子心軸53除了連接該轉(zhuǎn)子52之外，同時連接對應(yīng)位置的該驅(qū)動齒輪61，而該從動 齒輪62設(shè)置在該第一搖擺心軸11a、第二搖擺心軸lib的軸線C上，與該第二搖擺心軸lib 相結(jié)合。請參閱圖4至圖6所示，該多個扭力電機50轉(zhuǎn)動時，可同時驅(qū)動該驅(qū)動齒輪61， 并由該驅(qū)動齒輪61驅(qū)動該從動齒輪62，由于該驅(qū)動齒輪61由重疊互鎖的兩片副齒輪61a、 61b構(gòu)成，借由該兩片副齒輪61a、61b相對的旋轉(zhuǎn)調(diào)整，可有效消除該驅(qū)動齒輪61與該從動 齒輪62間的間隙，而該從動齒輪62可驅(qū)動該第二搖擺心軸11b，使該第一搖擺心軸11a、第5二搖擺心軸lib的輸出扭力放大數(shù)倍，進而驅(qū)動該主軸10，以使該主軸10達到搖擺加工的 目的，同時借由該角度編碼器30可達到精確角度的定位，借由該制動裝置40可提供該緊密 挾持定位的功能。綜上所述，本發(fā)明提供的多重扭力電機驅(qū)動的齒輪式搖擺主軸頭，其驅(qū)動齒輪由 兩片副齒輪重疊構(gòu)成，不僅可有效消除驅(qū)動齒輪與該從動齒輪間的間隙，同時可獲得較高 的機械可靠度，此外，本發(fā)明利用數(shù)量相同的多個扭力電機搭配多個驅(qū)動齒輪，相較于傳統(tǒng) 技術(shù)，在相同扭力輸出要求下，本發(fā)明可大幅降低扭力電機及齒輪組的成本，再者，本發(fā)明 的扭力電機的任一組，可在其轉(zhuǎn)子心軸上再加裝旋轉(zhuǎn)編碼器，以增強同步動作的協(xié)調(diào)控制 效果，換句話說，本發(fā)明采用數(shù)個同步動作的扭力電機，搭配齒輪組以減速比放大扭力輸 出，可達直驅(qū)式扭力電機設(shè)計的數(shù)倍，若欲提升扭力輸出時，只要設(shè)變齒輪組的減速比即 可，不需加大扭力電機規(guī)格，整體的外觀體積與制造成本均不會大幅增加。以上所述者，僅為本發(fā)明的實施例而已，當不能以此限定本發(fā)明所實施的范圍。即 大凡依本發(fā)明權(quán)利要求所作的均等變化與修飾，均應(yīng)仍屬于本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種多重扭力電機驅(qū)動的齒輪式搖擺主軸頭，包括一主軸，沿其徑向的相對兩側(cè)分別設(shè)有一第一搖擺心軸以及一第二搖擺心軸，該第一 搖擺心軸及該第二搖擺心軸具有一共同的軸線；多個扭力電機，設(shè)置在該主軸徑向的一側(cè)；以及一減速齒輪組，設(shè)置在相對于該扭力電機的該主軸徑向的另一側(cè)，該減速齒輪組由多 個驅(qū)動齒輪以及一從動齒輪構(gòu)成，且該驅(qū)動齒輪由兩片副齒輪重疊構(gòu)成，該驅(qū)動齒輪的數(shù) 量與該扭力電機的數(shù)量相同，該驅(qū)動齒輪與相對應(yīng)的扭力電機之間設(shè)有轉(zhuǎn)子心軸相互連 接，該從動齒輪與該主軸的第二搖擺心軸相結(jié)合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多重扭力電機驅(qū)動的齒輪式搖擺主軸頭，其中該第一搖擺心 軸及該第二搖擺心軸的軸線設(shè)有一角度編碼器及至少一制動裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多重扭力電機驅(qū)動的齒輪式搖擺主軸頭，其中該角度編碼器 設(shè)置在該第一搖擺心軸的一側(cè)，該制動裝置設(shè)置在該第二搖擺心軸的一側(cè)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多重扭力電機驅(qū)動的齒輪式搖擺主軸頭，其中該角度編碼器 設(shè)置在該第一搖擺心軸或該第二搖擺心軸的同一側(cè)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多重扭力電機驅(qū)動的齒輪式搖擺主軸頭，其中該制動裝置設(shè) 置在該第一搖擺心軸或該第二搖擺心軸的同一側(cè)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多重扭力電機驅(qū)動的齒輪式搖擺主軸頭，其還包括一軸座本 體，該軸座本體跨設(shè)在該主軸頂部，該軸座本體具有一第一空間以及一第二空間，該第一搖 擺心軸穿設(shè)在該第一空間內(nèi)，且該多個扭力電機設(shè)置在該第一空間內(nèi)，該第二搖擺心軸穿 設(shè)在該第二空間內(nèi)，且該減速齒輪組設(shè)置在該第二空間內(nèi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的多重扭力電機驅(qū)動的齒輪式搖擺主軸頭，其中該軸座本體的 第一空間及該第二空間的外部分別設(shè)有一蓋體。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的多重扭力電機驅(qū)動的齒輪式搖擺主軸頭，其中該軸座本體的 頂部設(shè)有一接口，用以提供將該主軸頭固定或與旋轉(zhuǎn)元件結(jié)合到立式或臥式工具機。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的多重扭力電機驅(qū)動的齒輪式搖擺主軸頭，其中該軸座本體的 制造方法為一體成型，或由數(shù)個部件組合構(gòu)成。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多重扭力電機驅(qū)動的齒輪式搖擺主軸頭，其中該第一搖擺 心軸以及一第二搖擺心軸的側(cè)邊設(shè)有至少一軸承。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多重扭力電機驅(qū)動的齒輪式搖擺主軸頭，其中該轉(zhuǎn)子心軸 上設(shè)有至少一組支撐軸承。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多重扭力電機驅(qū)動的齒輪式搖擺主軸頭，其中至少一轉(zhuǎn)子 心軸設(shè)有一旋轉(zhuǎn)編碼器。
全文摘要
一種多重扭力電機驅(qū)動的齒輪式搖擺主軸頭，包括一主軸、多個扭力電機及一減速齒輪組；該主軸沿其徑向的相對兩側(cè)分別設(shè)有一第一搖擺心軸以及一第二搖擺心軸，該第一搖擺心軸及該第二搖擺心軸具有一共同的軸線；該多個扭力電機，設(shè)置在該主軸徑向的一側(cè)；該減速齒輪組設(shè)置在該主軸徑向的另一側(cè)，該減速齒輪組由多個驅(qū)動齒輪以及一從動齒輪構(gòu)成，該驅(qū)動齒輪的數(shù)量與該扭力電機的數(shù)量相同，該驅(qū)動齒輪與相對應(yīng)的扭力電機之間設(shè)有轉(zhuǎn)子心軸相互連接，該從動齒輪與該主軸的第二搖擺心軸相結(jié)合。
文檔編號B23B19/02GK102049533SQ200910208170
公開日2011年5月11日 申請日期2009年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月28日
發(fā)明者張恩生, 林清源, 許晉謀, 鐘時彥 申請人:財團法人工業(yè)技術(shù)研究院