1.本发明涉及一种凸轮式滚子转台结构,尤其涉及一种凸轮式滚子转台结构及其制造方法,属于蜗杆传动领域。
背景技术：
2.当前转台普遍用于加工机上，作为加工机的第四轴使用。原先蜗杆蜗轮式结构的转台传动效率低，回转精度不高，后期的维护与调整复杂。主要缺点在于蜗杆蜗轮的传动为铁与铁的直接摩擦为滑动摩擦，传动效率损耗较大；长时间使用后会产生较大的磨损，磨损后的蜗杆蜗轮零件会产生较大的反向间隙，从而会影响产品精度。为了改善这些问题，现有技术将原先的蜗杆蜗轮结构改变为滚子凸轮这种结构。从而由于使用的是滚子与凸轮的结构，由于滚子的外表面与凸轮表面是滚动摩擦，故此结构的传动效率高，磨损量小，寿命长。并且此结构装配时采用预压方式，凸轮表面与滚子表面紧密贴合，所以基本没有反向间隙，产品的精度高。
3.然而，虽然没有反向间隙存在，滚子和蜗杆涡轮接触面如果在传动扭矩很大的场景下，仍然可能存在相对滑动的可能，从而降低传动效率。另一方面，由于滚子中滚针与一般轴承的滚珠相比于与轴芯和外圈之间接触面大，旋转摩擦后势必会引起大面积摩擦热，从而可能引起材料表面的物理膨胀，至少会引起两个方面的后果。第一，滚针与轴芯和外圈之间产生不希望的额外滚动阻力，第二，摩擦热传到给凸轮面引起凸轮表面与滚子表面过紧贴合，使得旋转轮旋转产生不希望的额外阻力矩。因此看来，凸轮表面与滚子表面紧密贴合以及现有技术未详细考虑滚子中滚针结构引起的旋转摩擦生热是产生上述问题的两个因素。
技术实现要素：
4.为了解决上述两个方面的问题，本发明从三个方面考虑，第一从凸轮表面与滚子表面的接触面结构改进出发，第二从滚针及其表面组成结构出发。
5.具体而言，根据本发明第一方面，提供一种凸轮式滚子转台结构，包括旋转轮；固定安装在所述旋转轮圆周壁上且旋转轴与旋转轮径向重合的多个滚子；凸轮，与所述旋转轮圆周壁上的至少部分滚子啮合，所述凸轮的两端设有偏心调整环和偏心螺帽，所述凸轮的一端还设有凸轮侧齿轮，所述凸轮侧齿轮的一侧配合安装有马达侧齿轮；其中，所述滚子包括滚子轴承，所述滚子轴承包括滚针或滚珠，以及轴芯和外圈；所述外圈套设于所述轴芯外侧，所述滚针或滚珠设置于所述轴心和外圈之间；所述滚针或滚珠整体是由减小滚动摩擦系数的材料形成，或者所述滚针或滚珠的表面修饰有减小滚动摩擦系数的材料，和/或，所述轴芯和/或外圈与所述滚针或滚珠接触的表面是由减小滚动摩擦系数的材料形成。
6.根据本发明另一方面，提供一种具有分形接触面的凸轮式转台结构，包括旋转轮、固定安装在所述旋转轮圆周壁上且旋转轴与旋转轮径向重合的多个滚子、凸轮、偏心调整环、偏心螺帽、凸轮侧齿轮、马达侧齿轮，所述滚子包括滚子轴承，所述滚子轴承包括滚针或
滚珠，以及轴芯和外圈；所述滚针或滚珠整体是由减小滚动摩擦系数的材料形成，或者所述滚针或滚珠的表面修饰有减小滚动摩擦系数的材料，和/或，所述轴芯和/或外圈与所述滚针或滚珠接触的表面是由减小滚动摩擦系数的材料形成；所述滚子轴承的外圈与所述凸轮的凸轮面存在相互配合的分形结构。
7.优选地，所述出口管的流出端和所述导入管的流入端连接有两端设置密封轴承的抽吸管，所述出口管的流出端和所述导入管的流入端分别与所述抽吸管的两端的密封轴承的外圈密封固接，所述抽吸管与密封轴承的轴芯密封固接，或者所述出口管的流出端和所述导入管的流入端分别与所述抽吸管的两端的密封轴承的轴芯密封固接，所述抽吸管与密封轴承的外圈密封固接。可以理解的是，此处密封轴承中的滚动摩擦生热能通过所处位置的循环气体或循环液体带走，而大大减少传导给滚子的热量。
8.优选地，所述出口管，导入管，以及所述抽吸管中至少一者的内壁具有螺旋凸起纹。
9.所述滚子轴承中的滚针或滚珠的表面，以及轴芯和外圈的表面中至少一者的减小滚动摩擦系数的材料包括石墨、石墨烯、二硫化钼，掺杂二硫化钼的特氟龙材料中的任一种或其组合。
10.可选地，所述滚针或滚珠整体由掺杂二硫化钼的特氟龙材料形成，和/或所述滚子轴承的轴芯和/或外圈与所述滚针或滚珠接触的表面上固定套设有掺杂二硫化钼的特氟龙材料形成的套筒，从而进一步减少滚动摩擦热。
11.可选地，所述滚子转台结构还包括：第一箱体和第二箱体，所述第二箱体位于所述第一箱体后侧；所述凸轮安装于所述第一箱体内；
12.所述第二箱体内设置有驱动电机，所述驱动电机的电机轴与所述凸轮的凸轮轴平行，所述驱动电机的电机轴穿设于所述第一箱体，且所述电机轴穿出所述第二箱体与所述马达侧齿轮传动连接；所述凸轮的凸轮轴的一端与所述凸轮侧齿轮传动连接；所述驱动电机依次驱动所述马达侧齿轮、凸轮侧齿轮转动以带动所述凸轮转动。
13.可选地，所述滚子转台结构还包括与所述旋转轮同轴线设置的刹车部，所述刹车部设置于所述旋转轮的旋转轴的一端；所述刹车部设置有外壳体，所述旋转轮的旋转轴与所述外壳体可旋转连接；
14.所述凸轮的凸轮轴与所述外壳体可旋转连接，所述凸轮轴的一端设置有凸轮轴端盖法兰，所述凸轮轴端盖方案与所述外壳体固定连接；
15.所述刹车部包括底座以及至少一制动盘，所述制动盘设有避位孔；所述底座与所述制动盘之间形成有活塞室，所述活塞室中具有可上下滑动的活塞，所述底座设有液压通道，外部液压系统经由所述液压通道连接所述活塞室，所述制动盘可套设在旋转轮的旋转轴外，以在外部液压系统的控制下对旋转轴进行制动。
16.在一个实施例中，所述滚子轴承的外圈与所述凸轮的凸轮面存在相互配合的分形结构，所述分析结构为多级分形结构；所述分形结构按照如下步骤形成：
17.s1，加工凸轮模型，凸轮模型两端穿入偏心调整环p4中，凸轮模型两端套上轴承，并在一侧轴承靠近凸轮的一端固定安装凸轮侧齿轮p6，在凸轮侧齿轮p6一侧与凸轮侧齿轮p6配合安装上马达侧齿轮p7，
18.s2，偏心调整环p4环内嵌入偏心螺帽p5后整体安装入转台基座上，使得旋转轮p1
上的滚子p2与凸轮模型的凸轮面紧密接触，并选择其中一个已经接触凸轮面的滚子，并在滚子轴承外圈表面上平行于外圈轴的方向上等间距点上示踪材料，形成材料点；优选地，所述材料点的直径在1-10mm，厚度为0.1-0.2mm，所述示踪材料为颜料或料浆；
19.s3，让所有已经接触凸轮面的滚子随旋转轮p1旋转至少一周，并生成示踪材料在外圈表面和凸轮面上因滚动而产生的轨迹，制作加工图纸；
20.s4，基于所述加工图纸中的外圈表面的所述轨迹加工每一个滚子轴承外圈形成外圈表面的分形结构以及加工凸轮p3，所述凸轮p3具有与外圈表面的分形结构配合的分形结构的凸轮面。优选地，加工的分形结构深入外圈表面和凸轮面的深度均匀，且深度为1-5mm。
21.可选地，在步骤s1加工凸轮模型后，凸轮模型两端穿入偏心调整环p4中之前，在凸轮模型凸轮面上在垂直于凸轮轴的方向上等间距点上示踪材料；优选地，所述材料点的直径在1-10mm，厚度为0.1-0.2mm，所述示踪材料为颜料或料浆，此时步骤s2为偏心调整环p4与轴承之间嵌入偏心螺帽p5后整体安装入转台基座上，使得旋转轮p1上的滚子p2与凸轮模型的凸轮面紧密接触。也即不再在滚子轴承外圈表面上平行于外圈轴的方向上等间距点上示踪材料。
22.可以理解的是，外圈表面轨迹所在区域为凸起，则在相应的凸轮面上的轨迹区域为凹槽，或反之，优选地，所述分析结构为多级分形结构。
23.本发明还提供了一种凸轮式滚子转台结构的制造方法，包括如下步骤：
24.s1，加工凸轮模型，凸轮模型两端穿入偏心调整环p4中，凸轮模型两端套上轴承，并在一侧轴承靠近凸轮的一端固定安装凸轮侧齿轮p6，在凸轮侧齿轮p6一侧与凸轮侧齿轮p6配合安装上马达侧齿轮p7，
25.s2，偏心调整环p4环内嵌入偏心螺帽p5后整体安装入转台基座上，使得旋转轮p1上的滚子p2与凸轮模型的凸轮面紧密接触，并选择其中一个已经接触凸轮面的滚子，并在滚子轴承外圈表面上平行于外圈轴的方向上等间距点上示踪材料，形成材料点；优选地，所述材料点的直径在1-10mm，厚度为0.1-0.2mm，所述示踪材料为颜料或料浆；
26.s3，让所有已经接触凸轮面的滚子随旋转轮p1旋转至少一周，并生成示踪材料在外圈表面和凸轮面上因滚动而产生的轨迹，制作加工图纸；
27.s4，基于所述加工图纸中的外圈表面的所述轨迹加工每一个滚子轴承外圈形成外圈表面的分形结构以及加工凸轮p3，所述凸轮p3具有与外圈表面的分形结构配合的分形结构的凸轮面。优选地，加工的分形结构深入外圈表面和凸轮面的深度均匀，且深度为1-5mm；
28.s5，拆下凸轮模型按照步骤s1-s2换上加工好的凸轮p3，完成所述制造。
29.可选地，在步骤s1加工凸轮模型后，凸轮模型两端穿入偏心调整环p4中之前，在凸轮模型凸轮面上在垂直于凸轮轴的方向上等间距点上示踪材料；优选地，所述材料点的直径在1-10mm，厚度为0.1-0.2mm，所述示踪材料为颜料或料浆，此时步骤s2为偏心调整环p4与轴承之间嵌入偏心螺帽p5后整体安装入转台基座上，使得旋转轮p1上的滚子p2与凸轮模型的凸轮面紧密接触。也即不再在滚子轴承外圈表面上平行于外圈轴的方向上等间距点上示踪材料。
30.有益效果，第一，凸轮表面与滚子表面的接触面分形结构使得两者之间接触面积加大，防止大扭矩打滑；第二，滚针或滚珠的表面，和/或，轴芯和/或外圈表面都存在减小滚动摩擦系数的材料，从而减少了滚动摩擦生热的问题。
附图说明
31.图1示出了本发明实施例的凸轮式滚子转台结构正视剖面图；
32.图2示出了本发明实施例的固定套设有掺杂二硫化钼的特氟龙材料套筒的滚子轴承内部结构示意图；
33.图3a示出了本发明实施例的分形结构形成过程中滚子轴承外圈表面点上示踪材料形成材料点的示意图；
34.图3b示出了本发明实施例的分形结构形成过程中滚子轴承外圈与凸轮面接触随旋转轮旋转三周后滚子轴承外圈表面上形成轨迹的示意图；
35.图4示出了本发明实施例的轮式滚子转台部分结构示意图；
36.图5示出了本发明实施例的轮式滚子转台结构的正视模型图局部示意图。
37.附图标记，1-凸轮式滚子转台结构。
具体实施方式
38.如图1、4所示，本发明实施例提供了一种凸轮式滚子转台结构1，包括旋转轮p1、固定安装在所述旋转轮p1圆周壁上且旋转轴与旋转轮p1径向重合的多个滚子、凸轮p3，与旋转轮p1圆周壁上的至少部分滚子啮合，凸轮p3的两端设有偏心调整环p4和嵌入偏心调整环p4的偏心螺帽p5，凸轮p3的一端还设有凸轮侧齿轮p6，凸轮侧齿轮p6的一侧配合安装有马达侧齿轮p7。
39.所述滚子包括滚子轴承p2，所述滚子轴承p2包括滚珠(如图2所示，其中箭头为滚子轴承外圈表面和凸轮面的相对旋转运动方向)，以及具有空心部的轴芯，以及固定内套有掺杂二硫化钼的特氟龙材料外圈套筒的滚子轴承外圈；所述外圈套设于所述轴芯外侧，所述滚针或滚珠设置于所述轴心和外圈之间；所述滚珠表面修饰有二硫化钼粉体。所述滚针或滚珠整体是由减小滚动摩擦系数的材料形成，或者所述滚针或滚珠的表面修饰有减小滚动摩擦系数的材料，和/或，所述轴芯和/或外圈与所述滚针或滚珠接触的表面是由减小滚动摩擦系数的材料形成。滚子轴承p2主要依靠元件之间的滚动接触来支撑转动零件。其中，滚针或滚珠作为滚子轴承p2均匀地设置于轴芯和外圈之间，可选地，还可以在滚子轴承p2中设置保持架将滚动体均匀隔开，引导滚动体在正确的轨道上运动，改善轴承内部载荷分配和润滑性能。本实施例提供的凸轮式滚子转台结构能够抗大扭矩打滑，并且，通过使用减小滚子内部滚动摩擦系数的材料，可以有效减少滚动摩擦生热的问题。
40.可选地，所述多个滚子轴承的外圈套筒与所述凸轮p3的精密凸轮面存在相互配合的分形结构，该实施例中的分形结构可以按照如下步骤形成：
41.s1，加工凸轮模型，凸轮模型两端穿入偏心调整环p4中，凸轮模型两端套上轴承，并在一侧轴承靠近凸轮的一端固定安装凸轮侧齿轮p6，在凸轮侧齿轮p6一侧与凸轮侧齿轮p6配合安装上马达侧齿轮p7；
42.s2，偏心调整环p4环内嵌入偏心螺帽p5后整体安装入转台基座(如图1)上，使得旋转轮p1上的滚子p2与凸轮模型的凸轮面紧密接触，并选择其中一个已经接触凸轮面的滚子，并在滚子轴承外圈表面上平行于外圈轴的方向上等间距点上颜料，形成材料点(如图3a所示)；所述材料点的直径在5mm，厚度为0.1mm；
43.s3，让所有已经接触凸轮面的滚子随旋转轮p1旋转三周，并生成颜料在外圈表面
(如图3b所示)和凸轮面上因滚动而产生的轨迹，制作加工图纸；
44.s4，基于所述加工图纸中的外圈表面的所述轨迹加工每一个滚子轴承外圈形成外圈表面的分形结构以及加工凸轮p3，所述凸轮p3具有与外圈表面的分形结构配合的分形结构的凸轮面。加工的分形结构深入外圈表面和凸轮面的深度均匀，且深度为3mm。图5示出了本发明实施例的轮式滚子转台结构的正视模型图局部示意图，示意了一个凸轮面和滚子轴承外圈表面的条形分形结构。
45.可选地，在步骤s1加工凸轮模型后，凸轮模型两端穿入偏心调整环p4中之前，在凸轮模型凸轮面上在垂直于凸轮轴的方向上等间距点上示踪材料；优选地，所述材料点的直径在1-10mm，厚度为0.1-0.2mm，所述示踪材料为颜料或料浆，此时步骤s2为偏心调整环p4与轴承之间嵌入偏心螺帽p5后整体安装入转台基座上，使得旋转轮p1上的滚子p2与凸轮模型的凸轮面紧密接触。也即不再在滚子轴承外圈表面上平行于外圈轴的方向上等间距点上示踪材料。
46.可以理解的是，外圈表面轨迹所在区域为凸起，则在相应的凸轮面上的轨迹区域为凹槽，或反之，优选地，所述分析结构为多级分形结构。能够理解的是，由于分形结构的存在，加大了凸轮表面与滚子外圈接触的面积，使得两者之间摩擦增大，同时滚针与轴芯和外圈之间由于减小滚动摩擦系数的材料的作用，使得滚动更加灵活之外减小了摩擦热，从而避免了分形结构的受热膨胀产生过密配合。由于分形结构接触面大，即便分形结构中存在左右间隙也不会过分地减少接触面积，从而左右的偏心螺帽的调整以保持接触面不会过紧或过松的意义也变得不太重要(如果能避免左右间隙存在进一步加大接触面积的可能，则一定程度上仍然存在该意义)，从而甚至可以省略掉偏心螺帽。选择滚珠能够进一步减小与滚子轴承的轴芯和外圈的接触面积，从而进一步减少摩擦生热面积。此外，即便采用滚珠代替滚针，滚子轴承外圈的柱面高度可能降低，但由于分形结构的保证，使得实际接触凸轮面的面积不会减低太多乃至增加。
47.可选地，所述滚针或滚珠整体由掺杂二硫化钼的特氟龙材料形成，和/或所述滚子轴承的轴芯和/或外圈与所述滚针或滚珠接触的表面上固定套设有掺杂二硫化钼的特氟龙材料形成的套筒，从而进一步减少滚动摩擦热。
48.可选地，本实施例提供的滚子转台结构还可以包括：第一箱体和第二箱体，所述第二箱体位于所述第一箱体后侧；所述凸轮安装于所述第一箱体内；所述第二箱体内设置有驱动电机，所述驱动电机的电机轴与所述凸轮的凸轮轴平行，所述驱动电机的电机轴穿设于所述第一箱体，且所述电机轴穿出所述第二箱体与所述马达侧齿轮传动连接；所述凸轮的凸轮轴的一端与所述凸轮侧齿轮传动连接；所述驱动电机依次驱动所述马达侧齿轮、凸轮侧齿轮转动以带动所述凸轮转动。
49.可选地，所述滚子转台结构还包括与所述旋转轮同轴线设置的刹车部，所述刹车部设置于所述旋转轮的旋转轴的一端；所述刹车部设置有外壳体，所述旋转轮的旋转轴与所述外壳体可旋转连接；所述凸轮的凸轮轴与所述外壳体可旋转连接，所述凸轮轴的一端设置有凸轮轴端盖法兰，所述凸轮轴端盖方案与所述外壳体固定连接。其中，刹车部可以包括底座以及至少一制动盘，所述制动盘设有避位孔；所述底座与所述制动盘之间形成有活塞室，所述活塞室中具有可上下滑动的活塞，所述底座设有液压通道，外部液压系统经由所述液压通道连接所述活塞室。所述制动盘可套设在旋转轮的旋转轴外，以在外部液压系统
的控制下对旋转轴进行制动。刹车部可以设置于第一箱体上，通过设置刹车部可以锁定旋转轮以在固定角度对零部件进行加工。
50.本发明实施例还提供了一种凸轮式滚子转台结构的制造方法，包括如下步骤：
51.s1，加工凸轮模型，在凸轮模型凸轮面上在垂直于凸轮轴的方向上等间距点上料浆，凸轮模型两端穿入偏心调整环p4中，凸轮模型两端套上轴承，并在一侧轴承靠近凸轮的一端固定安装凸轮侧齿轮p6，在凸轮侧齿轮p6一侧与凸轮侧齿轮p6配合安装上马达侧齿轮p7，
52.s2，偏心调整环p4环内嵌入偏心螺帽p5后整体安装入转台基座(如图1)上，使得旋转轮p1上的滚子p2与凸轮模型的凸轮面紧密接触；
53.s3，让所有已经接触凸轮面的滚子随旋转轮p1旋转三周，并生成料浆在外圈表面(如图3b所示)和凸轮面上因滚动而产生的轨迹，制作加工图纸；
54.s4，基于所述加工图纸中的外圈表面的所述轨迹加工每一个滚子轴承外圈形成外圈表面的分形结构以及加工凸轮p3，所述凸轮p3具有与外圈表面的分形结构配合的分形结构的凸轮面。优选地，加工的分形结构深入外圈表面和凸轮面的深度均匀，且深度为5mm；
55.s5，拆下凸轮模型按照步骤s1-s2换上加工好的凸轮p3，完成所述制造。
56.可选地，在步骤s1加工凸轮模型后，凸轮模型两端穿入偏心调整环p4中之前，在凸轮模型凸轮面上在垂直于凸轮轴的方向上等间距点上示踪材料；优选地，所述材料点的直径在1-10mm，厚度为0.1-0.2mm，所述示踪材料为颜料或料浆，此时步骤s2为偏心调整环p4与轴承之间嵌入偏心螺帽p5后整体安装入转台基座上，使得旋转轮p1上的滚子p2与凸轮模型的凸轮面紧密接触。也即不再在滚子轴承外圈表面上平行于外圈轴的方向上等间距点上示踪材料。
57.有益效果，第一，凸轮表面与滚子表面的接触面分形结构使得两者之间接触面积加大，防止大扭矩打滑；第二，滚针或滚珠的表面，和/或，轴芯和/或外圈表面都存在减小滚动摩擦系数的材料，从而减少了滚动摩擦生热的问题。