本发明专利技术公开了一种用于五轴机床加工摆头的零背隙摆线波减速装置，该零背隙摆线波减速装置是五轴机床加工摆头C轴传动组件的核心驱动模块，包括摆线波发生器、支撑壳体、支撑轴承、输出法兰、骨架密封、O型密封圈和直驱电机；摆线波发生器包括内摆线盘、传动钢球、动钢球保持盘、固定钢球保持盘、偏心轴、深沟球轴承、滚针轴承与轴承隔圈。本发明专利技术通过以上零背隙摆线波减速装置在五轴机床加工摆头中的应用，解决了五轴机床加工摆头用力矩电机和电机+齿轮两种驱动方式的重量重、传动背隙大、重复定位精度差和制造成本高等问题，以优化摆头使用过程中的动态响应特性和加减速特性，从而提升五轴机床的加工精度与加工效率。轴机床的加工精度与加工效率。轴机床的加工精度与加工效率。
【技术实现步骤摘要】
一种用于五轴机床加工摆头的零背隙摆线波减速装置
[0001]本专利技术属于航天航空制造的高端精密数控机床传动领域，具体涉及一种用于五轴机床加工摆头的零背隙摆线波减速装置。
技术介绍
[0002]随着在航空航天领域龙门式大型五轴机床的应用增多，作为这类机床的核心部件之一的五轴摆头产品，也是五轴数控机床制造企业市场竞争的焦点之一。五轴摆头产品在用于五轴联动时，要求双回转轴(A/B或A/C)都有联动功能。在驱动方式上有力矩电机和电机+齿轮两种方式，其两个旋转轴的机械驱动机构在经过了双导程蜗杆蜗轮驱动和大减速比减速器(如行星齿轮、谐波齿轮、摆线针轮等)多个阶段的发展后，其固有的传动背隙大、重复定位精度低、动态响应特性和加减速特性差等同有缺点，在高精度、高速加工的时代则被暴露无遗。随着力矩电机技术的渐趋成熟正好弥补了电机+齿轮机械传动结构的上述缺点，成为近几年旋转传动
的新亮点，但是力矩电机发热量大，在同样的扭矩下体积也远远大于电机+齿轮机械传动结构，因此力矩电机摆头发热量与体积大带来的新的问题是冷却系统的能耗高、可靠性差和摆头产品整体质量重，这也直接导致了高昂的制造和维护成本。
技术实现思路
[0003]本专利技术的目的在于针对上述现有技术中的问题，提供了一种用于五轴机床加工摆头的零背隙摆线波减速装置，该专利技术通过摆线波减速机与直驱电机集成到一体的方式，以解决传统五轴摆头重量重、传动背隙大、重复定位精度差和制造成本高等问题，优化摆头使用过程中的动态响应特性和加减速特性，从而提升五轴机床的加工精度与加工效率。
[0004]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0005]一种用于五轴机床加工摆头的零背隙摆线波减速装置，该零背隙摆线波减速装置是五轴机床加工摆头A轴传动组件的核心驱动模块，包括摆线波发生器、支撑壳体、支撑轴承、输出法兰和直驱电机；摆线波发生器设置在支撑壳体内，包括摆线盘、传动钢球、动钢球保持盘、固定钢球保持盘、偏心轴、深沟球轴承、滚针轴承与轴承隔圈；
[0006]零背隙摆线波减速装置布置在A轴传动组件叉形结构侧两侧，同步驱动高速电主轴组件进行运动；
[0007]支撑轴承套装在摆线波发生器上，其顶部设置有输出法兰；摆线盘位于动钢球保持盘和固定钢球保持盘中间，摆线盘与动钢球保持盘和固定钢球保持盘通过传动钢球进行啮合传动；
[0008]动钢球保持盘与输出法兰连接，偏心轴与深沟球轴承和滚针轴承的内圈配合，动钢球保持盘和固定钢球保持盘与深沟球轴承的外圈配合，滚针轴承的外圈同摆线盘配合，且偏心轴、输出法兰、动钢球保持盘和固定钢球保持盘同轴设置，并且深沟球轴承和滚针轴承的轴向位置通过轴承隔圈确定；
[0009]直驱电机安装在摆线波发生器的固定钢球保持盘上，其输出芯轴同摆线波发生器的偏心轴共用。
[0010]本专利技术进一步的改进在于，零背隙摆线波减速装置通过在装配过程中修配动钢球保持盘与固定钢球保持盘在支撑壳体的安装位置的厚度从而调整传动钢球和摆线盘的封闭摆线槽啮合齿廓配合中的预压量来实现零背隙传动，且预压量小于0.05mm。
[0011]本专利技术进一步的改进在于，在摆线波发生器和输出法兰配合部位采用骨架密封进行密封，在支撑轴承和支撑壳体配合部位采用O型密封圈进行密封，形成了封闭式结构，在密封结构内部填充有润滑脂。
[0012]本专利技术进一步的改进在于，摆线波发生器采用三片式结构，且摆线波发生器采用的三片式钢球传动啮合运动方法，满足如下啮合轨迹方程：
[0013][0014]其中，X1、Y1为动钢球保持架或固定钢球保持架的连体坐标系O1
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X1Y1Z1的坐标，X2、Y2为钢球坐标系O2
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X2Y2Z2的坐标，R为动钢球保持架或固定钢球保持架钢球廓线内接圆的半径，r为钢球半径，e为偏心距，α、ρ与分别为圆上任意一点H1的极径和极角，钢球中心点H2位于钢球坐标的O2X2轴上，θ为钢球中心点H2在摆线盘连体坐标系O
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XYZ中的转动角，由传动原理可知速比i＝α/θ。
[0015]本专利技术进一步的改进在于，摆线波发生器的动钢球保持盘与输出法兰预留有0.05mm的避空间隙。
[0016]本专利技术进一步的改进在于，偏心轴、输出法兰、动钢球保持盘和固定钢球保持盘同轴度在0.03mm。
[0017]本专利技术进一步的改进在于，摆线盘是圆环盘，采用轴承钢加工，加工后热处理硬度HRC48
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52，在圆环盘A面封闭摆线槽啮合齿廓加工有N
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1个齿槽，在圆环盘B面封闭摆线槽啮合齿廓加工有n+1个齿槽，在传动过程中摆线盘的A面封闭摆线槽啮合齿廓、B面封闭摆线槽啮合齿廓与传动钢球纯滚动啮合运动方向相反，从而形成两级速度的差动。
[0018]本专利技术进一步的改进在于，动钢球保持盘一侧开有均布的传动钢球的容纳孔，传动钢球能够自由滚动，其容纳孔的边缘有60度的倒角，并且能覆盖0.4倍传动钢球直径的深度，容纳孔的数量为12，另一侧加工有同支撑轴承内圈配合的台阶。
[0019]本专利技术进一步的改进在于，所述偏心轴采用中空3段式结构，输入端深沟球轴承安装段与输出端深沟球轴承安装段同轴，同轴度在0.03mm，偏心轴输入段同输入端深沟球轴承安装段之间加工有避空槽，滚针轴承安装在偏心滚针轴承安装段上，其偏心量为1mm。
[0020]本专利技术进一步的改进在于，零背隙摆线波减速装置具有大中空的腔体。
[0021]与现有技术相比，本专利技术至少具有如下有益的技术效果：
[0022]本专利技术在实现的原理基础上充分的考虑了制造过程的难度，有着良好的工程应用前景，并且通过与现有技术相比较，有如下效益：
[0023]首先本专利技术构建了摆线钢球传动的啮合的曲线，方便建立摆线盘的啮合曲线的设计，变传统的齿轮滑动摩擦啮合为钢球滚动摩察啮合，减小了传动过程的噪音，并且在传动过程中摆线盘两面同传动钢球啮合运动方向相反，从而形成两级速度的差动，从而解决一
级钢球摆线结构与传动速比的限制，在体积重量相当的前提下，很方便的组合出多种减速比的零背隙摆线波减速装置；
[0024]第二本专利技术摆线波发生装置，采用三片式结构，用钢球替代固定轮齿啮合，可以通过修配支撑壳体的动钢球保持盘与固定钢球保持盘安装位置厚度与调整安装预紧力的方式，来调整传动滚珠同摆线槽啮合预压力，从而实现零背隙高精度的传动，整体调节方便；并且摆线盘、动钢球保持盘、固定钢球保持盘与偏心轴采用分体式组合式结构方案，加工较复杂的摆线只在一个零件的正反面加工，使得大部分零部件均可在市场主流机床加工，避免了采用定制高精度加工设备的依赖，适合大批量的生产制造；
[0025]第三本专利技术摆线波发生装置一端输入动力，一端输出动力，去除等速输出机构。啮合副间是靠运动副来传递载荷，它们之间的运动副大部分都发生相对滚动，正是由于通过钢球替代固齿传动的优异结构特点和啮合副特点，使整个传动过程存在的传递链条较少，降低了零部件间的磨损和传动的机械效率损失本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种用于五轴机床加工摆头的零背隙摆线波减速装置，其特征在于，该零背隙摆线波减速装置(4)是五轴机床加工摆头A轴传动组件(2)的核心驱动模块，包括摆线波发生器(10)、支撑壳体(11)、支撑轴承(7)、输出法兰(8)和直驱电机(5)；摆线波发生器(10)设置在支撑壳体(11)内，包括摆线盘(19)、传动钢球(14)、动钢球保持盘(15)、固定钢球保持盘(12)、偏心轴(16)、深沟球轴承(17)、滚针轴承(13)与轴承隔圈(18)；零背隙摆线波减速装置(4)布置在A轴传动组件(2)叉形结构侧两侧，同步驱动高速电主轴组件(3)进行运动；支撑轴承(7)套装在摆线波发生器(10)上，其顶部设置有输出法兰(8)；摆线盘(19)位于动钢球保持盘(15)和固定钢球保持盘(12)中间，摆线盘(19)与动钢球保持盘(15)和固定钢球保持盘(12)通过传动钢球(14)进行啮合传动；动钢球保持盘(15)与输出法兰(8)连接，偏心轴(16)与深沟球轴承(17)和滚针轴承(13)的内圈配合，动钢球保持盘(15)和固定钢球保持盘(12)与深沟球轴承(17)的外圈配合，滚针轴承(13)的外圈同摆线盘(19)配合，且偏心轴(16)、输出法兰(8)、动钢球保持盘(15)和固定钢球保持盘(12)同轴设置，并且深沟球轴承(17)和滚针轴承(13)的轴向位置通过轴承隔圈(18)确定；直驱电机(5)安装在摆线波发生器(10)的固定钢球保持盘(12)上，其输出芯轴同摆线波发生器(10)的偏心轴(16)共用。2.根据权利要求1所述的一种用于五轴机床加工摆头的零背隙摆线波减速装置，其特征在于，零背隙摆线波减速装置(4)通过在装配过程中修配动钢球保持盘(15)与固定钢球保持盘(12)在支撑壳体(11)的安装位置的厚度从而调整传动钢球(14)和摆线盘(19)的封闭摆线槽啮合齿廓配合中的预压量来实现零背隙传动，且预压量小于0.05mm。3.根据权利要求1所述的一种用于五轴机床加工摆头的零背隙摆线波减速装置，其特征在于，在摆线波发生器(10)和输出法兰(8)配合部位采用骨架密封(9)进行密封，在支撑轴承(7)和支撑壳体(11)配合部位采用O型密封圈(6)进行密封，形成了封闭式结构，在密封结构内部填充有润滑脂。4.根据权利要求1所述的一种用于五轴机床加工摆头的零背隙摆线波减速装置，其特征在于，摆线波发生器(10)采用三片式结构，且摆线波发生器(10)采用的三片式钢球传动啮合运动方法，满足如下啮合轨迹方程：其中，X1、Y1为动钢球保持架或...
【专利技术属性】
技术研发人员：袁治远，杨利花，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：
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