CN101337335B - 一种直驱式珩磨设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种直驱式珩磨设备，该珩磨设备包括一外壳，一直驱直线电机和一直驱旋转电机，所述直驱直线电机和所述直驱旋转电机串联安装；所述直驱直线电机安装于所述外壳的后部，并驱动所述珩磨设备的主轴作往复运动；所述直驱旋转电机安装于所述外壳的前端，并驱动所述珩磨设备的主轴作回转运动。所述珩磨设备还包括一直驱电动缸，该直驱电动缸驱动所述珩磨设备的径向进给运动。本发明采用直驱直线电机、直驱旋转电机和电动缸实现珩磨设备珩磨功能的三种运动的驱动全部采用直驱技术，并进行机电一体化整体优化复合设计，克服了现有技术中采用液压驱动系统和普通电机驱动的缺陷。

Description

一种直驱式珩磨设备

技术领域

本发明涉及一种珩磨设备，尤其是一种直驱式珩磨设备，特别涉及该直驱式珩磨设备的驱动装置的一种改进。

背景技术

传统的珩磨设备驱动的实现比较复杂，参见图1，其中珩磨设备需要三种运动的驱动，(1)珩磨设备的往复(图中箭头Y所示方向)运动——通常由液压系统驱动压力油缸来实现；(2)珩磨设备的回转(图中箭头ω所示方向)运动——是通过伺服电机经机械传动装置来实现；(3)珩磨头的珩磨沙条B的径向(图中箭头X所示方向)进给控制——可以用液压或常规的机电方法解决，即，如图1所示，随着珩磨设备的顶杆沿X方向的直线运动，通过标准珩磨头的圆锥体的锥面挤压周围的柱销(说明：部分珩磨头没有所述柱销，而是砂条座也作出相应锥度，圆锥体直接挤压砂条座)，实现珩磨头的珩磨砂条B的径向进给，从而对工件A实现所需的珩磨加工。

如上所述，驱动珩磨设备实现往复运动通常采用的是液压系统驱动压力油缸来实现，液压系统存在反应速度慢、迟滞较大的缺陷，而且需要额外的压力产生设备，体积庞大，结构复杂，对于不同规格型号的珩磨设备需要设计不同的液压系统相匹配，设计制造周期长，适应性差，因而成本也较高。另外，液压系统也难以采用数控方式加以操控。

直驱电机是一种可以替代液压系统提供直线运动以及普通电机提供回转运动的驱动装置。直驱电机可以在伺服系统控制下能够按照设备要求的运动参数(精度、刚度、旋转速度、加速度、扭矩等)输出动力，因此当设备配备该电机后就省去了从电机到最后输出轴的所有传动部件，因而最大程度简化结构，提高性能。

直驱电机按驱动运动方式分为：回转运动直驱电机；直线运动直驱电机。例如，CN2580177Y中公开了一种电动缸，其可以提供直线运动的驱动力；CN101123377A公开了一种直驱回转装置，其可以提供精密控制的回转驱动力。该两种产品结构简单，可以满足各种不同的驱动要求。设备采用直驱电机可以简化结构，降低设计制造周期和生产成本。

发明内容

因此，本发明提出了一种应用直驱电机来改进珩磨设备的驱动的技术，以此克服液压驱动系统和普通电机驱动珩磨设备的缺陷。

本发明要解决的技术问题是提供一种改进的珩磨设备，以减少或避免前面所提到的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种直驱式珩磨设备，该直驱式珩磨设备包括一外壳和一主轴，该直驱式珩磨设备进一步包括一直驱直线电机、一直驱旋转电机和一直驱电动缸。其中：

所述直驱直线电机安装于所述外壳的后部，并驱动所述主轴作直线往复运动；

所述直驱旋转电机安装于所述外壳的前端，所述直驱旋转电机的转子的中心孔中设置有一个传动机构，所述直驱直线电机通过该传动机构驱动所述主轴相对于所述直驱旋转电机作直线往复运动，所述直驱旋转电机通过该传动机构驱动所述主轴作回转运动；

所述直驱电动缸固定安装于所述主轴的中心孔中，用于驱动直驱式珩磨设备的径向进给运动。

由于发明的直驱式珩磨设备的往复运动和回转运动相互独立，克服了现有技术中，珩磨设备的直线运动驱动装置需要带动回转运动驱动装置一起作往复运动，需要消耗较多的能量的缺点。采用本发明的结构可以使所述主轴相对于所述直驱旋转电机作往复运动，同时还能在直线运动基础上传递旋转扭矩，操控更加灵活，且消耗的能量更少。

优选地，所述传动机构包括一滚动花键副，所述滚动花键副由所述主轴、滚动花键套以及所述主轴和所述花键套之间的钢球所构成。

优选地，所述传动机构包括多个滚动导轨副的组合。所述滚动导轨副可以是由所述主轴上设置的多个滚动直线导轨与对应设置在所述转子内侧的多个滑块所构成，或者可以是由所述主轴上设置的多个滑块与对应设置在所述转子内侧的多个滚动直线导轨所构成。

优选地，所述传动机构包括多个滚动导套副的组合。所述滚动导套副可以是由所述主轴上设置的多个导轨轴与对应设置在所述转子内侧的多个滚动导套所构成，或者可以是由所述主轴上设置的多个滚动导套与对应设置在所述转子内侧的多个导轨轴所构成。

优选地，所述主轴通过后端部的一个滚动连轴节与所述传动机构的直线运动输入端联结。

优选地，所述直驱电动缸包括一个控制及驱动电源滑环，该电源滑环固定安装在所述主轴的中心孔中。

优选地，所述电源滑环将所述电动缸的电源和控制信号引导到电源滑环上，并通过电刷传递给所述电动缸。

本发明使珩磨设备的珩磨功能所需的三种运动的驱动全部采用直驱技术，并进行机电一体化整体优化复合设计。

本发明的直驱式珩磨设备结构简单，性能优越，作为标准化系列化装置有不同规格型号供选用，可以满足各种不同的珩磨机的需求。采用该珩磨设备可以大幅度降低设备设计制造周期和生产成本。

本发明的直驱式高速高精度复合珩磨设备的多维复合运动轨迹(包括：方向、速度、加速度、精确度、位置等)、推力、扭矩等参数，可以采用软件方式实现对伺服系统控制，来达到加工工艺的最佳要求，使珩磨后的产品寿命得到提高。这是目前一般珩磨机床不能实现的。

本发明的一种直驱式珩磨高速高精度复合珩磨设备，作为一种标准化系列化的复合运动驱动部件，同样可以在数控机床、机器人、雷达、武器系统、电子、印刷、纺织等各种自动化设备中得到广泛应用。

附图说明

以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中，

图1显示的是珩磨设备的原理示意图；

图2显示的是根据本发明的一个优选实施例的珩磨设备的剖视图；

图3显示的是图1中沿K-K线的局部剖视图；

图4显示的是根据本发明的一个优选实施例的珩磨设备的传动机构剖视图，其中的传动机构采用滚动花键副；

图5显示的是根据本发明的另一个优选实施例的珩磨设备的传动机构剖视图，其中的传动机构采用滚动导轨副；

图6显示的是根据本发明的又一个优选实施例的珩磨设备的传动机构剖视图，其中的传动机构采用滚动导套副。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。其中，相同的部件采用相同的标号。

图2显示的是根据本发明的一个优选实施例的珩磨设备的剖视图，图3显示的是图2中沿K-K线的局部剖视图，其中特别显示出了滚动直线导轨付21(后面将对此进一步说明)。

根据本发明的上述优选实施例的珩磨设备包括：一外壳1和一主轴71，一直驱直线电机2，一直驱旋转电机3，其中，直驱直线电机2和直驱旋转电机3串联安装；直驱直线电机2安装于所述外壳1的后部，并驱动主轴71作往复运动；直驱旋转电机3安装于所述外壳1的前端，并驱动主轴71作回转运动。即，直驱直线电机2用于提供珩磨设备所需的往复运动的驱动力，以替代常规采用的液压驱动系统；而直驱旋转电机3用于提供珩磨设备所需的回转运动的驱动力，以替代常规采用的伺服电机。

根据本发明的上述优选实施例的珩磨设备还包括一直驱电动缸9，其可以为珩磨设备提供所需的径向进给运动，以替代常规采用的液压或机电驱动方式，下面将对此进一步进行说明。

直驱直线电机2由三部分组成：直驱直线电机定子22、直驱直线电机动子23和滚动直线导轨付21(参见图3)。直驱直线电机定子22固定安装在珩磨设备外壳1的后部，在通电情况下驱动直驱直线电机动子23作上下往复直线运动。

直驱旋转电机3安装在外壳1前端部。直驱旋转电机3同样由三部分组成：直驱旋转电机定子34，直驱旋转电机转子35和旋转电机轴承36。直驱旋转电机定子34固定安装在外壳1前端部，直驱旋转电机转子35安置在直驱旋转电机定子34相对的位置，在通电情况下驱动直驱旋转电机转子35作回转运动。

在直驱旋转电机转子35的中心孔中设置有一个传动机构7，直驱直线电机2通过该传动机构7驱动主轴71相对于所述直驱旋转电机3作往复运动。通过这种传动机构的设置，可以使得所述珩磨设备的往复运动和回转运动相互独立，即，现有技术中，珩磨设备的直线运动驱动装置需要带动回转运动驱动装置一起作往复运动，需要消耗较多的能量，而本发明的这种设置方式可以使所述主轴相对于所述直驱旋转电机作往复运动，同时还能在直线运动基础上传递旋转扭矩，操控更加灵活，且消耗的能量更少。

在本发明的一个优选实施例中，所述传动机构可以包括一滚动花键副(参见图4)，该滚动花键副是一种直线运动系统，当花键套利用其中的钢球在经过精密磨削的花键轴上直线运动时，可以传递扭矩。

本领域技术人员应当明了，本发明的传动机构并不仅限于上述滚动花键副的结构形式，该传动机构还可以是多个(两条以上)滚动导轨副的组合(参见图5)，或者是滚动导套副的组合(参见图6)，传动机构的目的在于实现输出直线加回转的复合运动。

下面分别参照附图4-6对传动机构的具体实现方式进行详细说明，亦即对滚动花键副、滚动导套副和直线导轨副的结构进行详细描述。

如图4所示，在本发明的一个实施例中，主轴71的前端作为直线加回转的复合运动的输出端与珩磨头(图中未示出)连接，而对应的后端部通过一个滚动连轴节11与传动机构7的直线运动输入端24联结，因而可以实现由直线运动输入端24通过滚动连轴节11将直线运动传递给主轴71。另一方面，设置在直驱旋转电机3的转子35的中心孔中的滚动花键副可以由主轴71(此时其作用等同于花键轴)、滚动花键套72以及二者(主轴71和花键套72)之间的钢球73所构成，通过这种结构，直驱旋转电机3的旋转运动就可以通过该滚动花键副传递给主轴71。具体来说，直驱旋转电机转子35与滚动花键套72固定联结。在直驱旋转电机定子34通电的情况下，支承在旋转电机轴承36上的直驱旋转电机转子35带动滚动花键套72转动。滚动花键套72直接带动主轴71做旋转运动。

如图5所示，在本发明的另一个实施例中，主轴71的前端作为直线加回转的复合运动的输出端与珩磨头(图中未示出)连接，而对应的后端部通过一个滚动连轴节11与传动机构7的直线运动输入端24联结，因而可以实现由直线运动输入端24通过滚动连轴节11将直线运动传递给主轴71。另一方面，设置在直驱旋转电机3的转子35的中心孔中的滚动导轨副可以由主轴71上设置的多个(两个以上，优选为三个)滚动直线导轨73’与对应设置在转子35内侧的多个滑块72’所构成；或者滑块72’与滚动直线导轨73’可以颠倒过来配置，即滚动导轨副可以由主轴71上设置的多个(两个以上，优选为三个)滑块72’与对应设置在转子35内侧的多个(两个以上，优选为三个)滚动直线导轨73’所构成。通过这种结构，直驱旋转电机3的旋转运动就可以通过该滚动导轨副传递给主轴71。

如图6所示，在本发明的另一个实施例中，主轴71的前端作为直线加回转的复合运动的输出端与珩磨头(图中未示出)连接，而对应的后端部通过一个滚动连轴节11与传动机构7的直线运动输入端24联结，因而可以实现由直线运动输入端24通过滚动连轴节11将直线运动传递给主轴71。另一方面，设置在直驱旋转电机3的转子35的中心孔中的滚动导套副可以由主轴71上设置的多个导轨轴73”(两个以上，优选为三个)与对应设置在转子35内侧的多个滚动导套72”(两个以上，优选为三个)所构成；或者导轨轴72”与滚动导套73”可以颠倒过来配置，即滚动导套副可以由主轴71上设置的多个(两个以上，优选为三个)导轨轴72”与对应设置在转子35内侧的多个(两个以上，优选为三个)滚动导套73”所构成。通过这种结构，直驱旋转电机3的旋转运动就可以通过该滚动导套副传递给主轴71。

滚动连轴节11是主轴71之间的中间联结件。它可由一对滚动轴承付组成，轴承内圈安装在直驱直线电机动子23末端，并只能随直驱直线电机动子23作上下往复运动。滚动轴承付的外圈固定安装在主轴71尾端，并随主轴71的转动而转动。因此滚动连轴节11实现了仅作平移运动的直驱直线电机动子23对转动的主轴71的平移运动传递。

下面参照图2对直驱电动缸9进行进一步的说明，如图所示，直驱电动缸9固定安装于主轴71的中心孔中，直驱电动缸9是直驱直线运动驱动标准器件(例如，CN2580177Y中所公开的电动缸)，具有重量轻、体积小、效率高、动作灵敏、控制精确的优越特性。直驱电动缸9在主轴71中产生轴向的直线运动，通过标准珩磨头的圆锥体(图2中未示出)的锥面转化为珩磨机珩磨砂条的径向进给(参见图1)。

直驱电动缸9包括一个控制及驱动电源滑环10，该电源滑环10固定安装在主轴71的中心孔中，位于直驱电动缸9的后侧。电源滑环10将电动缸9的电源和控制信号引导到电源滑环10上，工作时电源滑环10随主轴71一起转动。与电源滑环10接触传导的电刷固定安装在直驱旋转电机转子35的一端，传输电缆通过电刷与旋转滑环10滑动接触，将电源和控制信号送到电动缸9，实现对电动缸9的驱动。

本发明采用直驱直线电机2、直驱旋转电机3和电动缸9实现珩磨设备珩磨功能的三种运动的驱动全部采用直驱技术，并进行机电一体化整体优化复合设计，克服了现有技术中采用液压驱动系统和普通电机驱动的缺陷。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作的等同变化、修改与结合，均应属于本发明保护的范围。

Claims (7)

1.一种直驱式珩磨设备，该直驱式珩磨设备包括一外壳(1)和一主轴(71)，其特征在于，该直驱式珩磨设备进一步包括：

一直驱直线电机(2)，所述直驱直线电机(2)安装于所述外壳(1)的后部，并驱动所述主轴(71)作直线往复运动；

一直驱旋转电机(3)，所述直驱旋转电机(3)安装于所述外壳(1)的前端，所述直驱旋转电机(3)的转子(35)的中心孔中设置有一传动机构(7)，所述直驱直线电机(2)通过该传动机构(7)驱动所述主轴(71)相对于所述直驱旋转电机(3)作直线往复运动，所述直驱旋转电机(3)通过该传动机构(7)驱动所述主轴(71)作回转运动；和

一直驱电动缸(9)，所述直驱电动缸(9)固定安装于所述主轴(71)的中心孔中，用于驱动所述直驱式珩磨设备的径向进给运动。

2.根据权利要求1所述的直驱式珩磨设备，其中，所述传动机构(7)包括一滚动花键副，所述滚动花键副由所述主轴(71)、滚动花键套(72)以及所述主轴(71)和所述滚动花键套(72)之间的钢球(73)所构成。

3.根据权利要求1所述的直驱式珩磨设备，其中，所述传动机构(7)包括多个滚动导轨副的组合。

4.根据权利要求1所述的直驱式珩磨设备，其中，所述传动机构(7)包括多个滚动导套副的组合。

5.根据权利要求1所述的直驱式珩磨设备，其中，所述主轴(71)通过其后端部的一个滚动连轴节(11)与所述传动机构(7)的直线运动输入端(24)联结。

6.根据权利要求1所述的直驱式珩磨设备，其中，所述直驱电动缸(9)包括一个控制及驱动电源滑环(10)，该电源滑环(10)固定安装在所述主轴(71)的中心孔中。

7.根据权利要求6所述的珩磨设备，其中，所述电源滑环(10)将所述直驱电动缸(9)的电源和控制信号引导到电源滑环(10)上，并通过电刷传递给所述直驱电动缸(9)。

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