本實(shí)用新型屬于機(jī)械加工技術(shù)和裝配領(lǐng)域，具體地，涉及一種具有凸輪機(jī)構(gòu)的差動(dòng)螺旋機(jī)構(gòu)四軸機(jī)床，用于專門加工航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的差動(dòng)螺旋機(jī)構(gòu)。

背景技術(shù)：

目前的機(jī)床大多采用傳統(tǒng)的串聯(lián)系統(tǒng)，串聯(lián)機(jī)床組成環(huán)節(jié)多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且常常存在懸臂部件和和聯(lián)接間隙，因此機(jī)床很難獲得很高的剛度。此外串聯(lián)機(jī)構(gòu)的各運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的質(zhì)量總是疊加在底層的運(yùn)動(dòng)平臺(tái)之上，使得接近機(jī)床底座的運(yùn)動(dòng)部件所需的驅(qū)動(dòng)力較大，串聯(lián)機(jī)床的速度、加速度都得到了一定的限制。串聯(lián)機(jī)構(gòu)能夠有效的提高機(jī)床的加速度，但是也存在一些缺點(diǎn)：坐標(biāo)軸較多，因此編程比較復(fù)雜，操作不直觀；由于桿長(zhǎng)度大，其熱變形對(duì)加工精度影響比較嚴(yán)重，因此目前加工精度不算太高；加工的有效空間與機(jī)床本省體積的比例不相稱，也限制了其加工能力。此外還有采用虛擬軸的串并聯(lián)機(jī)床，但其剛性差，運(yùn)動(dòng)空間小。

現(xiàn)有技術(shù)中，申請(qǐng)?zhí)枮镃N201310737514的中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)公開(kāi)了一種差動(dòng)螺旋機(jī)構(gòu)，它是由螺母旋轉(zhuǎn)單元、花鍵套旋轉(zhuǎn)單元、絲杠花鍵軸和機(jī)架組成；螺母旋轉(zhuǎn)單元和花鍵套旋轉(zhuǎn)單元固連在機(jī)架兩端，絲杠花鍵軸貫穿螺母旋轉(zhuǎn)單元與花鍵套旋轉(zhuǎn)單元之間并在上述第一主軸單元和第二主軸單元之間運(yùn)轉(zhuǎn)。本實(shí)用新型是利用差動(dòng)原理使兩個(gè)相對(duì)位置確定的電機(jī)分別驅(qū)動(dòng)兩個(gè)不同導(dǎo)程的螺母，并通過(guò)這兩個(gè)螺母同時(shí)驅(qū)動(dòng)一個(gè)兩端具有不同導(dǎo)程的螺桿，使螺桿同時(shí)做軸線方向的移動(dòng)和繞軸線的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的差動(dòng)螺旋動(dòng)力頭，并利用一個(gè)或多個(gè)螺旋動(dòng)力頭與其它移動(dòng)或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)單元共同構(gòu)成各種形式的多軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床，用兩個(gè)差動(dòng)螺旋動(dòng)力頭與一個(gè)移動(dòng)運(yùn)動(dòng)單元構(gòu)成一種全新的五軸聯(lián)動(dòng)葉片加工機(jī)床。

然而，該機(jī)床采用的是現(xiàn)有技術(shù)中通常采用的螺旋結(jié)構(gòu)加以驅(qū)動(dòng)，導(dǎo)致機(jī)床的動(dòng)作行程和運(yùn)動(dòng)特性隨時(shí)間和負(fù)荷發(fā)生無(wú)規(guī)律變化，難以確保長(zhǎng)時(shí)間加工條件下的加工精度，螺旋結(jié)構(gòu)出現(xiàn)故障時(shí)難以調(diào)整，而且本領(lǐng)域現(xiàn)有技術(shù)中的四軸機(jī)床采用的螺旋驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的造價(jià)也較高。此外，對(duì)于加工復(fù)雜的曲面，上述申請(qǐng)的機(jī)床不能很好的滿足要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的上述不足之處，本實(shí)用新型基于一種全新的機(jī)床傳動(dòng)方式和結(jié)構(gòu)，提供了一種具有凸輪機(jī)構(gòu)的差動(dòng)螺旋機(jī)構(gòu)四軸機(jī)床，具體方案為：

一種具有凸輪機(jī)構(gòu)的差動(dòng)螺旋機(jī)構(gòu)四軸機(jī)床，包括：第一主軸單元和第一主軸安裝工件，所述機(jī)床還包括第二主軸單元和第二主軸安裝工件，且所述第一主軸安裝工件和第二主軸安裝工件分別安裝于所述第一主軸單元和所述第二主軸單元，所述第一主軸單元包括凸輪機(jī)構(gòu)、花鍵套旋轉(zhuǎn)單元、絲杠花鍵軸和機(jī)架，所述第二主軸單元包括螺母旋轉(zhuǎn)單元、移動(dòng)導(dǎo)軌單元、直線軸承和絲杠軸，所述螺母旋轉(zhuǎn)單元和花鍵套旋轉(zhuǎn)單元固連在機(jī)架兩端，且所述絲杠花鍵軸貫穿螺母旋轉(zhuǎn)單元與花鍵套旋轉(zhuǎn)單元之間，并在所述第一主軸單元和第二主軸單元之間運(yùn)轉(zhuǎn)，且所述凸輪機(jī)構(gòu)由凸輪端蓋、凸輪軸承、凸輪螺母、凸輪電機(jī)轉(zhuǎn)子、滾動(dòng)螺母、凸輪殼體以及凸輪電機(jī)定子組成，且所述滾動(dòng)螺母和凸輪電機(jī)轉(zhuǎn)子通過(guò)螺釘連接為螺母轉(zhuǎn)子組件，通過(guò)凸輪軸承支撐于凸輪端蓋上，凸輪端蓋通過(guò)螺釘連接于凸輪殼體上，凸輪殼體又通過(guò)螺釘連接在機(jī)架上。這種連接結(jié)構(gòu)的作用是利用凸輪電機(jī)轉(zhuǎn)子構(gòu)成的凸輪伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)滾動(dòng)螺母構(gòu)成的滾動(dòng)螺母機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)，該滾動(dòng)螺母機(jī)構(gòu)因具有相對(duì)絲杠的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)而驅(qū)動(dòng)絲杠花鍵軸做軸向運(yùn)動(dòng)。

進(jìn)一步地，所述絲杠軸安裝在移動(dòng)導(dǎo)軌單元上，旋轉(zhuǎn)螺母單元固連于機(jī)架上，絲杠軸上在旋轉(zhuǎn)螺母單元之間運(yùn)轉(zhuǎn)。

進(jìn)一步地，為了提高機(jī)床的剛度，第一主軸單元和第二主軸單元相對(duì)設(shè)置于左右兩側(cè)。

進(jìn)一步地，所述花鍵套旋轉(zhuǎn)單元是由第二端蓋，花鍵套旋轉(zhuǎn)單元第二軸承，滾動(dòng)花鍵套，花鍵套旋轉(zhuǎn)單元?dú)んw，花鍵套旋轉(zhuǎn)單元電機(jī)轉(zhuǎn)子，花鍵套旋轉(zhuǎn)單元電機(jī)定子組成；且所述滾動(dòng)花鍵套和花鍵套旋轉(zhuǎn)單元電機(jī)轉(zhuǎn)子通過(guò)螺釘連接為花鍵套轉(zhuǎn)子組件，所述滾動(dòng)花鍵套和花鍵套旋轉(zhuǎn)單元電機(jī)轉(zhuǎn)子通過(guò)花鍵套旋轉(zhuǎn)單元第二軸承支撐于第二端蓋上，第二端蓋通過(guò)螺釘連接于所述花鍵套旋轉(zhuǎn)單元?dú)んw上，而所述花鍵套旋轉(zhuǎn)單元?dú)んw通過(guò)螺釘連接于機(jī)架上。

進(jìn)一步地，所述花鍵套轉(zhuǎn)子組件通過(guò)自身具有的花鍵帶動(dòng)所述絲杠花鍵軸做同速回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

進(jìn)一步地，所述絲杠花鍵軸的一部分是滾動(dòng)絲杠，另一部分是滾動(dòng)花鍵，分別與滾動(dòng)螺母的滾動(dòng)花鍵嚙合。

進(jìn)一步地，所述機(jī)架是由焊接或鑄造工藝制作的箱式金屬結(jié)構(gòu)件。

進(jìn)一步地，所述第二主軸單元中的螺母旋轉(zhuǎn)單元與所述第一主軸單元中的凸輪機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)相同。

進(jìn)一步地，所述移動(dòng)導(dǎo)軌單元位于機(jī)架上，以使所述第二主軸單元產(chǎn)生Y方向的移動(dòng)。

進(jìn)一步地，所述絲杠軸的一端是滾動(dòng)絲杠，該滾動(dòng)絲杠與滾動(dòng)螺母嚙合；另一端支撐于直線軸承之上。

本實(shí)用新型具有如下有益效果：

（1）選用凸輪機(jī)構(gòu)來(lái)驅(qū)動(dòng)，能夠?qū)崿F(xiàn)高速運(yùn)轉(zhuǎn)，定位準(zhǔn)確，整機(jī)性能穩(wěn)定可靠，其緊湊的結(jié)構(gòu)為優(yōu)化布局提供了廣闊的空間。與螺旋驅(qū)動(dòng)相比，凸輪的位移和時(shí)間之間的關(guān)系是確定的，無(wú)論負(fù)荷發(fā)生多少變動(dòng)，凸輪機(jī)構(gòu)的動(dòng)作行程、同步及運(yùn)動(dòng)特性均保持不變，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)穩(wěn)定可靠。

（2）電機(jī)采用無(wú)框電機(jī)驅(qū)動(dòng)，沒(méi)有外殼框架，可以根據(jù)結(jié)構(gòu)適配自己的空間，使得結(jié)構(gòu)更加緊湊，優(yōu)化了結(jié)構(gòu)空間。

（3）顯著提高機(jī)床加速度，提高復(fù)雜曲面的加工效率和加工精度。利用差動(dòng)螺旋機(jī)構(gòu)可以將傳統(tǒng)的由一個(gè)直線運(yùn)動(dòng)單元和一個(gè)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)單元組成的機(jī)構(gòu)中的移動(dòng)質(zhì)量從一個(gè)工作臺(tái)和一個(gè)電機(jī)的質(zhì)量減輕為一個(gè)絲杠的質(zhì)量，這種質(zhì)量上的改變通常可以達(dá)到10倍到100倍，由于絲桿和花鍵可以集成在同一段圓柱面上，這樣可以進(jìn)一步減輕移動(dòng)部分的質(zhì)量和慣量，因此，與傳統(tǒng)的輕量化設(shè)計(jì)等方案比較，該實(shí)用新型可以很輕松地提高機(jī)床的加速度1-2個(gè)數(shù)量級(jí)。

（4）可大幅度降低多軸機(jī)床的結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度。采用差動(dòng)螺旋機(jī)構(gòu)可以省去直線運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌，使機(jī)床成為無(wú)導(dǎo)軌或少導(dǎo)軌機(jī)床，這樣可以大幅度降低機(jī)床成本。

（5）可以構(gòu)造出全新的低成本高性能多軸數(shù)控機(jī)床系列。

附圖說(shuō)明

圖1是根據(jù)本實(shí)用新型的具有凸輪機(jī)構(gòu)的差動(dòng)螺旋機(jī)構(gòu)四軸機(jī)床的結(jié)構(gòu)圖。

圖2是根據(jù)本實(shí)用新型的具有凸輪機(jī)構(gòu)的差動(dòng)螺旋機(jī)構(gòu)四軸機(jī)床的傳動(dòng)原理圖。

圖中符號(hào)的意義如下：

A1螺母左軸承，A2電機(jī)轉(zhuǎn)子，A3電機(jī)定子，A4滾動(dòng)螺母，A5（B4）機(jī)架，A6螺母右軸承，A7滾動(dòng)絲杠；

B1花鍵套左軸承，B2電機(jī)轉(zhuǎn)子，B3電機(jī)定子，B4機(jī)架，B5花鍵套右軸承，B6滾動(dòng)花鍵套，B7滾動(dòng)花鍵軸；

C絲杠花鍵軸，P絲杠導(dǎo)程，W1螺母旋轉(zhuǎn)角速度，W2花鍵套旋轉(zhuǎn)角速度，Wc絲杠花鍵軸（輸出軸）旋轉(zhuǎn)角速度，Vc絲杠花鍵軸（輸出軸）移動(dòng)速度；

凸輪端蓋101，凸輪軸承102，凸輪螺母103，凸輪電機(jī)轉(zhuǎn)子104，凸輪殼體105，凸輪電機(jī)定子106；

第二端蓋201，第二軸承202，滾動(dòng)花鍵套203，第二殼體204，第二電機(jī)轉(zhuǎn)子205，花鍵套旋轉(zhuǎn)單元電機(jī)定子206，絲杠花鍵軸3；

端蓋501，軸承502，螺母503，電機(jī)轉(zhuǎn)子504，殼體505，電機(jī)定子506，機(jī)架4，移動(dòng)導(dǎo)軌單元6，絲杠軸7，直線軸承8。

具體實(shí)施方式

根據(jù)本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例，如圖1所示的具有凸輪機(jī)構(gòu)的差動(dòng)螺旋機(jī)構(gòu)四軸機(jī)床包括：第一主軸單元和第一主軸安裝工件，所述機(jī)床還包括第二主軸單元和第二主軸安裝工件，且所述第一主軸安裝工件和第二主軸安裝工件分別安裝于所述第一主軸單元和所述第二主軸單元，所述第一主軸單元包括凸輪機(jī)構(gòu)、花鍵套旋轉(zhuǎn)單元、絲杠花鍵軸3和機(jī)架4，所述第二主軸單元包括螺母旋轉(zhuǎn)單元、移動(dòng)導(dǎo)軌單元6、直線軸承8和絲杠軸7，所述螺母旋轉(zhuǎn)單元和花鍵套旋轉(zhuǎn)單元固連在機(jī)架4兩端，且所述絲杠花鍵軸3貫穿螺母旋轉(zhuǎn)單元與花鍵套旋轉(zhuǎn)單元之間，并在所述第一主軸單元和第二主軸單元之間運(yùn)轉(zhuǎn)。

所述絲杠軸7安裝在移動(dòng)導(dǎo)軌單元6上，旋轉(zhuǎn)螺母單元固連與機(jī)架4上，絲杠軸7上在旋轉(zhuǎn)螺母單元之間運(yùn)轉(zhuǎn)。

所述凸輪機(jī)構(gòu)由凸輪端蓋101、凸輪軸承102、凸輪螺母103、凸輪電機(jī)轉(zhuǎn)子104、滾動(dòng)螺母、凸輪殼體105以及凸輪電機(jī)定子106組成，且所述滾動(dòng)螺母和凸輪電機(jī)轉(zhuǎn)子104通過(guò)螺釘連接為螺母轉(zhuǎn)子組件，通過(guò)凸輪軸承102支撐于凸輪端蓋101上，凸輪端蓋101通過(guò)螺釘連接于凸輪殼體105上，凸輪殼體105又通過(guò)螺釘連接在機(jī)架4上。這種連接結(jié)構(gòu)的作用是利用凸輪電機(jī)轉(zhuǎn)子104構(gòu)成的凸輪伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)滾動(dòng)螺母構(gòu)成的滾動(dòng)螺母機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)，該滾動(dòng)螺母機(jī)構(gòu)因具有相對(duì)絲杠的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)而驅(qū)動(dòng)絲杠花鍵軸3做軸向運(yùn)動(dòng)。

為了提高機(jī)床的剛度，第一主軸單元和第二主軸單元相對(duì)設(shè)置于左右兩側(cè)。

所述花鍵套旋轉(zhuǎn)單元是由第二端蓋201，花鍵套旋轉(zhuǎn)單元第二軸承202，滾動(dòng)花鍵套，花鍵套旋轉(zhuǎn)單元?dú)んw，花鍵套旋轉(zhuǎn)單元電機(jī)轉(zhuǎn)子，花鍵套旋轉(zhuǎn)單元電機(jī)定子206組成；且所述滾動(dòng)花鍵套和花鍵套旋轉(zhuǎn)單元電機(jī)轉(zhuǎn)子通過(guò)螺釘連接為花鍵套轉(zhuǎn)子組件，所述滾動(dòng)花鍵套和花鍵套旋轉(zhuǎn)單元電機(jī)轉(zhuǎn)子通過(guò)花鍵套旋轉(zhuǎn)單元第二軸承202支撐于第二端蓋201上，第二端蓋通過(guò)螺釘連接于所述花鍵套旋轉(zhuǎn)單元?dú)んw上，而所述花鍵套旋轉(zhuǎn)單元?dú)んw通過(guò)螺釘連接于機(jī)架4上。

所述花鍵套轉(zhuǎn)子組件通過(guò)自身具有的花鍵帶動(dòng)所述絲杠花鍵軸3做同速回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

所述絲杠花鍵軸3的一部分是滾動(dòng)絲杠，另一部分是滾動(dòng)花鍵，分別與滾動(dòng)螺母的滾動(dòng)花鍵嚙合。

所述機(jī)架4是由焊接或鑄造工藝制作的箱式金屬結(jié)構(gòu)件。

所述第二主軸單元中的螺母旋轉(zhuǎn)單元與所述第一主軸單元中的凸輪機(jī)構(gòu)1的結(jié)構(gòu)相同。

所述移動(dòng)導(dǎo)軌單元6位于機(jī)架4上，以使所述第二主軸單元產(chǎn)生Y方向（即與本實(shí)用新型的機(jī)床所放置的水平面相垂直的方向）的移動(dòng)。

所述絲杠軸7的一端是滾動(dòng)絲杠，該滾動(dòng)絲杠與滾動(dòng)螺母嚙合；另一端支撐于第二直線軸承之上。

第二殼體204第二電機(jī)轉(zhuǎn)子205第二殼體204第二殼體204直線軸承8。

實(shí)用新型圖2為上述機(jī)床的傳動(dòng)原理圖。圖中，驅(qū)動(dòng)螺母的電機(jī)轉(zhuǎn)子A2通過(guò)螺母左軸承A1和螺母右軸承A6支撐于機(jī)架A5上，螺母驅(qū)動(dòng)電機(jī)的電機(jī)定子A3固定于機(jī)架A5上，滾動(dòng)螺母A4固連于電機(jī)轉(zhuǎn)子A2上，滾動(dòng)絲杠A7與滾動(dòng)螺母A4通過(guò)導(dǎo)程為P的螺旋副連接。電機(jī)轉(zhuǎn)子A2以角速度W1旋轉(zhuǎn)時(shí)，絲杠滾動(dòng)絲杠A7可做軸線方向的移動(dòng)運(yùn)動(dòng)。驅(qū)動(dòng)花鍵套B5旋轉(zhuǎn)的電機(jī)轉(zhuǎn)子B2通過(guò)花鍵套左軸承B1和花鍵套右軸承B5支撐于機(jī)架B4上，驅(qū)動(dòng)花鍵套B5旋轉(zhuǎn)的B3為電機(jī)定子固定于機(jī)架B4，滾動(dòng)花鍵套B6固連于電機(jī)轉(zhuǎn)子B2上，滾動(dòng)花鍵軸B7與花鍵套B5以滾動(dòng)花鍵副連接。電機(jī)轉(zhuǎn)子不2以角速度W2旋轉(zhuǎn)時(shí)，絲杠花鍵軸（輸出軸）C將做速度為Wc的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，且Wc=W1，而其移動(dòng)速度Vc=(W1-W2)P/2/Π。即在螺母A4和花鍵套B5的同時(shí)驅(qū)動(dòng)下，絲杠花鍵軸將同時(shí)輸出旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和直線運(yùn)動(dòng)，即輸出一個(gè)螺旋運(yùn)動(dòng)。將螺母旋轉(zhuǎn)單元換成凸輪圓盤(pán)就是花鍵凸輪絲杠的傳動(dòng)原理圖。