1.本发明涉及数控转盘技术领域，具体涉及一种具有重力平衡功能的数控转盘，以及数控转盘在不平衡状态下的控制方法。
背景技术：
2.对于加工要求高的工件，三轴机床并不能满足其加工需求，所以新的数控机床会设计成四轴或以上。而一般机床的第四轴、第五轴会是旋转轴，具体可以是旋转主轴，又或是旋转工件。如果是旋转工件，那就需要有一个承托工件的数控转盘。
3.若数控转盘处于水平状态(如图1状态)，与数控转盘连接的电机的负荷最小。加工过程中，数控转盘会发生转动，因数控转盘以及工件自身重力原因，数控转盘转动至不同角度时会产生不同的扭矩(当数控转盘转至垂直状态，此时其产生的扭矩最大)，与数控转盘连接的电机要产生相反的扭矩去維持状态，所以电机的负荷大量增加，这不单耗能，还会使电机有效功率降低，同时也会大量产热，降低使用性能。
4.为此，公开号cn105382624a提供一种双液压缸配重的两轴电转台机构及其补偿倾覆力矩的方法，其通过双液压缸配重的机械平衡机构，减小或合理补偿转台(即上述数控转盘)倾覆力矩的影响。具体的，机械平衡机构包括平衡油缸i1和平衡油缸ii2,其中平衡油缸i1和平衡油缸ii2的一端通过端面球轴承3固定在产生倾覆力矩的u型摇篮7的转台的旋转轴a轴的下方，当u型摇篮7绕旋转轴a轴转动时，平衡油缸i1和平衡油缸ii2油缸缸体跟随转台的摆动而绕油缸耳环4旋转，液压控制系统6调整平衡油缸i1和平衡油缸ii2的压力，从而实现对转台倾覆力矩的补偿。
5.如上述现有技术的补偿方式，实际上是一种动态补偿，液压控制系统6要时刻跟着转台所处角度来调整平衡油缸i1和平衡油缸ii2的压力。然而，在高反应场合，油压系統和伺服电机的同步控制基本上无法达成，如用在现在高效机床上，平衡油缸i1和平衡油缸ii2会跟随不上转台旋转的速度，从而导致两者互相干扰。此外，将平衡油缸i1和平衡油缸ii2的一端连接在u型摇篮7的转台的旋转轴a轴的下方，当油缸所需力距输出最大时，油缸伸出最长，需要从液压系統得到最多油，儲能缸因此油量減少，引至油压下降，油缸力量減少，导致增压时压力不稳定。
技术实现要素：
6.本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种具有重力平衡功能的数控转盘。
7.为实现以上目的，本发明公开一种具有重力平衡功能的数控转盘，包括支座以及设于所述支座上的托盘和电机，所述电机用于驱动所述托盘在所述支座上转动；
8.还包括旋转轴芯、左平衡轮、右平衡轮和驱动组件；所述旋转轴芯的一端与所述托盘相对固定，旋转轴芯的另一端与所述驱动组件固接；所述左平衡轮和右平衡轮的数量相等，其均转动连接于所述旋转轴芯上；所述驱动组件用于驱动所述左平衡轮和右平衡轮同
步反向转动，并在所述数控转盘处于工况下与所述左平衡轮和右平衡轮限位配合。
9.优选的，所述左平衡轮和右平衡轮的轮廓均呈圆形，所述左平衡轮的轮廓上设有第一传动齿，所述右平衡轮的轮廓上设有第二传动齿；
10.所述驱动组件包括与所述第一传动齿啮合的左蜗杆、与所述第二传动齿啮合的右蜗杆以及用于驱动所述左蜗杆和右蜗杆转动的驱动装置。
11.进一步优选的，所述驱动装置的输出端与所述左蜗杆连接，所述左蜗杆上设有主动齿轮，所述右蜗杆上设有与所述主动齿轮啮合的从动齿轮。
12.进一步优选的，所述左平衡轮上设有左锤体，所述右平衡轮上设有右锤体。
13.进一步优选的，所述左锤体设于左平衡轮的远离右平衡轮的侧面上，所述右锤体设于右平衡轮的远离左平衡轮的侧面上。
14.进一步优选的，所述左平衡轮的直径与其厚度之间的比例在20:1～2:1之间；和/或
15.所述右平衡轮的直径与其厚度之间的比例在20:1～2:1之间。
16.进一步优选的，所述左平衡轮上设有左镂空部，所述右平衡轮上设有右镂空部。
17.进一步优选的，所述左镂空部与所述左锤体中心对称设置，所述右镂空部与所述右锤体中心对称设置。
18.优选的，所述旋转轴芯远离所述托盘的端部固接有连杆，所述连杆远离所述旋转轴芯的端部设有支架，所述驱动组件固接于所述支架上。
19.本发明还提供一种具有重力平衡功能的数控转盘的控制方法。
20.一种具有重力平衡功能的数控转盘的控制方法，该控制方法应用如上述任一项所述的数控转盘，包括以下步骤：
21.步骤一：电机驱动托盘由水平状态转动至竖直状态；
22.步骤二：检测电机在竖直状态下的负载；
23.步骤三：若电机的负载超出额定值，驱动组件驱动左平衡轮和右平衡轮转动，重新调整左平衡轮和右平衡轮的位置，随后重新返回步骤三；若电机的负载在额定值内，则完成调整。
24.与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明的数控转盘通过设置与托盘固接的旋转轴芯，并在旋转轴芯上设置左平衡轮、右平衡轮，这既能平衡托盘以及设于托盘上的工件在加工过程中所产生的扭矩，保证了托盘在加工过程中的稳定性，此外，不管托盘在加工过程中的转动速度有多快，两个平衡锤也不会影响其加工，解决了现有技术中通过平衡油缸来平衡托盘(即背景技术中的转台)而导致的平衡油缸与托盘发生干涉的问题。采用两个平衡锤在平衡扭矩的过程中，根据不同工件的质量或者加工过程中工件质量的改变，可转动两个平衡锤，使其处于不同的角度、位置，从而平衡不同质量的工件所产生的扭矩。此外，设置两个具有相反运动方向的平衡锤，这不仅能够平衡托盘以及设于托盘上的工件所产生的扭矩，还能平衡平衡锤自身在特殊位置产生的扭矩。
附图说明
25.图1为现有技术cn105382624a中双液压缸配重的两轴电转台机构整体结构示意图；
26.图2为图1的侧视图；
27.图3为本发明的具有重力平衡功能的数控转盘处于水平状态下的立体示意图；
28.图4为图3中数控转盘的左视图；
29.图5为本发明的具有重力平衡功能的数控转盘转动45度后的立体示意图；
30.图6为图5中数控转盘的左视图；
31.图7为本发明的具有重力平衡功能的数控转盘处于垂直状态下的立体示意图；
32.图8为图7中数控转盘的左视图；
33.图9为只设置一个平衡轮的数控转盘处于特殊位置时的左视图；
34.图10为设置两个平衡轮的数控转盘处于特殊位置时的左视图；
35.支座1；
36.托盘2；
37.旋转轴芯3；连杆31；支架32；
38.左平衡轮4；第一传动齿41；左锤体42；左镂空部43；
39.右平衡轮5；第二传动齿51；右锤体52；右镂空部53；
40.驱动组件6；左蜗杆61；主动齿轮611；右蜗杆62；从动齿轮621；驱动装置63。
具体实施方式
41.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
42.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
43.此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
44.实施例1
45.下面结合附图3-10对本发明的技术方案作进一步说明。
46.一种具有重力平衡功能的数控转盘，参见图3-图8，包括支座1、托盘2、电机(图中未示出)、旋转轴芯3、左平衡轮4、右平衡轮5和驱动组件6。托盘2转动连接在支座1上，工况下或者在调整重锤位置时，电机驱动托盘2在支座1上转动。旋转轴芯3的一端与托盘2固定连接，旋转轴芯3的另一端与驱动组件6固接，从而支撑起驱动组件6。左平衡轮4和右平衡轮5的数量相等，在本实施例中，左平衡轮4和右平衡轮5各一个，两个平衡锤的结构形状一致，其均转动连接于旋转轴芯3上。当需要调整重锤的位置，主轴停止加工数控转盘上的工件，驱动组件6驱动左平衡轮4和右平衡轮5同步反向转动，使两个重锤与数控转盘处于平衡状态；当数控转盘处于工况下，驱动组件6与左平衡轮4和右平衡轮5限位配合，从而使左平衡轮4和右平衡轮5与托盘2同步转动，以保证托盘2转动至任何状态下均能处于平衡状态。
47.以上的数控转盘通过设置与托盘2固接的旋转轴芯3，并在旋转轴芯3上设置左平衡轮4、右平衡轮5，这既能平衡托盘2以及设于托盘2上的工件在加工过程中所产生的扭矩，保证了托盘2在加工过程中的稳定性，此外，不管托盘2在加工过程中的转动速度有多快，两个平衡锤也不会影响其加工，解决了现有技术中通过平衡油缸来平衡托盘2(即背景技术中的转台)而导致的平衡油缸与托盘2发生干涉的问题。采用两个平衡锤在平衡扭矩的过程中，根据不同工件的质量或者加工过程中工件质量的改变，可转动两个平衡锤，使其处于不同的角度、位置，从而平衡不同质量的工件所产生的扭矩。此外，设置两个具有相反运动方向的平衡锤，这不仅能够平衡托盘2以及设于托盘2上的工件所产生的扭矩，还能平衡平衡锤自身在特殊位置产生的扭矩。举一个例子，在图9中，托盘2位于左侧并处于垂直状态，平衡锤只设置一个，此时平衡锤的质心、水平线以及旋转轴芯3之间存在45
°
的圆心角，在该状态下，托盘2与质心达到平衡状态；若托盘2转动至水平状态，平衡锤的质心、竖直线以及旋转轴芯3之间存在45
°
的圆心角，平衡锤会产生一个扭矩，从而不能达到平衡状态。参见图10，其中设有两个平衡锤，当托盘2转动至水平状态，两个平衡锤能关于竖直线对称，从而达到平衡状态，也即，无论托盘2转动至哪个位置，两个平衡锤均能与托盘2达到平衡状态。
48.在本实施例中，参见图3-图8，旋转轴芯3远离托盘2的端部固接有连杆31，连杆31远离旋转轴芯3的端部设有支架32。左平衡轮4和右平衡轮5的轮廓均呈圆形，左平衡轮4的轮廓上设有第一传动齿41，右平衡轮5的轮廓上设有第二传动齿51。驱动组件6包括连接在支架32上的左蜗杆61、右蜗杆62和驱动装置63，左蜗杆61与第一传动齿41啮合，右蜗杆62与第二传动齿51啮合，驱动装置63用于驱动左蜗杆61和右蜗杆62转动。当需要调整左平衡轮4和右平衡轮5的角度、位置时，驱动装置63驱动左蜗杆61和右蜗杆62转动，进而，左蜗杆61驱动左平衡轮4转动，右蜗杆62驱动右平衡轮5转动，当转动至合适的位置时停止转动。以上设置左蜗杆61和右蜗杆62，不仅能驱动左平衡轮4和右平衡轮5转动；此外，当左平衡轮4和右平衡轮5转动至合适的位置时，利用涡轮蜗杆的自锁功能锁止左平衡轮4和右平衡轮5，使平衡锤不能转动；当数控转盘处于工况下，蜗杆能带动平衡锤随着托盘2同步运动，从而保证托盘2与平衡锤在任何位置均能处于平衡状态。
49.可以理解的是，为了保证左平衡轮4和右平衡轮5之间也能处于平衡状态，左平衡轮4和右平衡轮5的结构和尺寸相同，并且时刻是对称分布的，从而使其能产生大小相等，方向相反的力矩。
50.在本实施例中，驱动装置63为电机，参见图3-图8，驱动装置63的输出端与左蜗杆61连接，左蜗杆61上设有主动齿轮611，右蜗杆62上设有与主动齿轮611啮合的从动齿轮621。以上通过在主动齿轮611和从动齿轮621，当驱动装置63驱动左蜗杆61转时，左蜗杆61能同步带动右蜗杆62反向转动，从而驱动左平衡轮4和右平衡轮5同步反向运动，结构简单。
51.在本实施例中，参见图3-图8，左平衡轮4上设有左锤体42和左镂空部43，左锤体42和左镂空部43均呈180度的扇形，并且中心对称设置；右平衡轮5上设有右锤体52和右镂空部53，右锤体52和右镂空部53均呈180度的扇形，也中心对称设置；左锤体42和右锤体52的质量相等。以上在左平衡轮4上设置左锤体42，同时在左平衡轮4上中心对称的另一个位置设置左镂空部43，右平衡轮5上设置相同的结构，这样，不仅降低了左平衡轮4和右平衡轮5的质量，有利于降低其对旋转轴芯3的影响，保证旋转轴芯3的刚度，从而提高两个平衡轮与托盘2之间的平衡效果。此外，还使两个平衡轮的质量分布更加均匀，从而进一步提高平衡
效果。
52.在本实施例中，左平衡轮4的直径与其厚度之间的比例在20:1～2:1之间，右平衡轮5的直径与其厚度之间的比例在20:1～2:1之间，实际中，左平衡轮4的直径与其厚度的比值与右平衡轮5的直径与其厚度的比值相等，这样，既能保证左平衡轮4和右平衡轮5的质量，保证其平衡效果，同时也充分减薄了左平衡论和右平衡轮5的厚度，这有利于缩短旋转轴芯3的长度，保证旋转轴心的刚度，从而进一步提高两个平衡轮与托盘2之间的平衡效果。
53.在本实施例中，参见图3-图8，左锤体42设于左平衡轮4的远离右平衡轮5的侧面上，右锤体52设于右平衡轮5的远离左平衡轮4的侧面上，这样，可以缩小左平衡轮4和右平衡轮5之间的间隙，左平衡轮4和右平衡轮5的装配更加紧凑，此外，主动齿轮611和从动齿轮621能够采用尺寸较小的齿轮，降低了材料成本。
54.实施例2
55.如实施例1的具有重力平衡功能的数控转盘，当更换不同质量的工件时，或者加工工件后导致工件的之间发生较大的变化时，需要调整数控转盘上的两个平衡轮的角度、位置。基于此，本实施例提供一种应用如实施例1的数控转盘的控制方法，包括以下步骤：
56.步骤一：主轴停止加工工件，避免在加工过程中调整两个平衡轮的角度、位置而导致干涉问题；
57.步骤二：电机驱动托盘2由水平状态转动至竖直状态；
58.步骤三：检测电机在竖直状态下的负载；
59.步骤四：若电机的负载超出额定值，驱动组件6驱动左平衡轮4和右平衡轮5转动，重新调整左平衡轮4和右平衡轮5的位置。具体的，驱动装置63驱动左蜗杆61转动，左蜗杆61带动右蜗杆62转动，左蜗杆61和右蜗杆62转动，进而带动左平衡轮4和右平衡轮5转动，从而调整左平衡轮4和右平衡轮5的位置。当左平衡轮4和右平衡轮5调整位置后，重新执行步骤三；
60.若电机的负载在额定值内，则左平衡轮4和右平衡轮5能与托盘2处于平衡状态，完成调整。
61.显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。