CN102941252B - 一种丝杆自动矫直装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种丝杆自动矫直装置及方法，属于丝杆矫直领域。它包括工作台、矫直液压缸，还包括工业计算机、第一移动导轨、第二移动导轨、滚珠丝杆，第一联轴器、第二联轴器、第一伺服电机、第二伺服电机、第一伺服控制器、第二伺服控制器、回转卡盘、步进电机、第一丝杆支撑块、第二丝杆支撑块、第三丝杆支撑块、传动丝杆、第一定位块、第二定位块、尾架和矫直移动台。本发明能实现丝杆的自动化、快速、精确矫直，具有矫直结果准确、自动化程度高、结构简单、设计合理、易于制造的优点。

Description

一种丝杆自动矫直装置及方法

技术领域

本发明属于丝杆矫直装置及方法领域，更具体地说，涉及一种丝杆自动矫直装置及方法。

背景技术

丝杆是一种机械传动零件，用于将回转运动转换为直线运动（或将直线运动转换为回转运动）并传递动力，在机械行业中得到了非常广泛的应用，如在数控机床、轨道车辆门系统中应用的比较多。在传递运动和动力时，衡量丝杆弯曲程度的丝杆直线度是影响传动精度和运动平稳性的重要因素。直线度也是衡量丝杆加工质量的重要指标。因此，丝杆在加工后必须经过严格的直线度测量以评价其直线度误差是否在允许范围之内。若不在允许范围之内，说明其直线度误差过大，必须进行直线度矫直（即弯曲矫直），使得直线度误差回落在允许范围内。丝杆在机械加工过程中，特别是加工螺旋槽工艺，很多工件在加工后会产生弯曲变形，使得丝杆直线度误差变大，严重影响丝杆的质量。因此，需要经常对丝杆进行直线度矫直。

在工程应用中，常用的矫直方法有：压力矫直法、拉伸矫直法、平行辊矫直法等。其中，压力矫直法是根据工件不同的原始弯曲程度施加不同程度的反向弯曲，以实现矫直的目的。矫直时，两支撑点距离可调、矫直杆下压量可调，且矫直力可集中作用在原始曲率最大处，能使各种方向、各种大小的弯曲挠度得到矫直。因此，相比较其它矫直方法，压力矫直法具有矫直力大、加工柔性好、精度可控性高等特点，在工业上得到了更加广泛的应用。

但是在传统压力矫直时，怎样矫直、加多大的矫直力以及下压量多少一般由人工完成。这些需要工人凭经验估计来决定，但人的经验有限，其准确度很难达到要求，一般需要工人反复多次试矫。这种矫直方法受操作者的技术熟练程度的影响，效率低、精度不易保证，且劳动强度高，已经无法满足现代企业高质量化、高效化、快速化的生产要求。因此，如何实现弯曲工件的快速矫直已成为相关企业亟待解决的关键问题之一。

随着计算机技术、自动化技术、数控技术等飞速发展，矫直技术也逐步向着数控化、自动化和柔性化方向发展，出现了各种先进的自动矫直装备。中国专利号200910156670.1，公开日2010年08月25日，公开了一份名称为T型导轨自动矫直流水线的专利文件，中国专利号200910155038.5，公开日2010年05月26日，公开了一份名称为一种基于多矫直头的快速矫直装置与方法的专利文件，中国专利号201010262555.5，公开日2011年01月05日，公开了一种名称为一种多尺度弯曲导轨的矫直方法及矫直装置的专利文件，这些专利都是通过数控设备来实现丝杆的矫直，但是这些自动矫直装备和方法更多是针对于弯曲导轨的矫直，鲜有针对丝杆的矫直。这是由于丝杆是具有螺旋槽的零件，特别是在某些特殊行业，其螺旋槽是变导轨、不规则的，这些复杂特征严重影响了丝杆直线度的矫直。另外，丝杆直线度的矫直是属于空间直线度的矫直，这也增加了矫直的难度。因此，迫切需要有针对具有螺旋槽等复杂特征的丝杆直线度矫直的装置，以实现丝杆的快速、精确矫直。

中国专利号201120351011.6，公开日2012年05月23日，公开了一份名称为一种直流液压涵闸丝杆自动调直机的专利文件，该实用新型是一种直流液压涵闸丝杆自动调直机，它包括直流串励电机、双开伞型变速箱、液压机、液压顶、液压顶支架、液压油管、电缆线、电瓶、电源插头、倒顺开关、控制抦。它的优点是利用直流电动液压装置，使用电瓶车电源作动力，起动该工具安全快速地调直弯曲的丝杆，它使用液压顶调直，也能在短时间内完成调直，不需更换新丝杆，它自身重量轻，便于安装操作。但是该实用新型校正的精度低，矫正多少还是根据经验判断，自身也无法检测弯曲度，实用性差。

发明内容

要解决的问题

针对现有技术以人工为主的矫直方法存在矫直效率低、精度不易保证，且劳动强度高，已经无法满足现代企业高质量化、高效化、快速化的生产要求的问题，本发明提供一种丝杆自动矫直装置及方法，可以实现丝杆矫直的自动化，并且能快速、精确矫直。

技术方案  

为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种丝杆自动矫直装置，包括工作台和矫直液压缸，还包括工业计算机、第一移动导轨、第二移动导轨、滚珠丝杆，第一联轴器、第二联轴器、第一伺服电机、第二伺服电机、第一伺服控制器、第二伺服控制器、回转卡盘、步进电机、第一丝杆支撑块、第二丝杆支撑块、第三丝杆支撑块、传动丝杆、第一定位块、第二定位块、尾架、矫直移动台和液压泵，所述的第一移动导轨与第二移动导轨平行固定在工作台上，矫直移动台以第一移动导轨和第二移动导轨为运动轨道；所述的矫直移动台的运动由滚珠丝杆控制；所述的滚珠丝杆的一端依次与第一联轴器、第一伺服电机和第一伺服控制器连接；

所述的回转卡盘和尾架分别位于工作台上与滚珠丝杆轴向方向平行处的两端，回转卡盘依次与第二联轴器、第二伺服电机和第二伺服控制器连接；所述的第一伺服控制器和第二伺服控制器由工业计算机控制；即回转卡盘和尾架的中心连接线与滚珠丝杆平行；

所述的第一丝杆支撑块、第二丝杆支撑块和第三丝杆支撑块固定在矫直移动台上；所述的传动丝杆穿过第一丝杆支撑块、第二丝杆支撑块和第三丝杆支撑块，传动丝杆两端分别为不同旋向的螺旋槽，其中一端为左旋，另一端为右旋，传动丝杆的两端分别安装有第一定位块和第二定位块；传动丝杆与步进电机连接，传动丝杆的转动由步进电机控制，所述的步进电机由工业计算机控制；

进一步地，所述的矫直液压缸的运动由三位四通电液伺服阀控制。液压泵的开关为三位四通电液伺服阀。

使用时，被矫直丝杆放在回转卡盘和尾架之间，由回转卡盘的转动带动被矫直丝杆的转动。

更进一步地，还包括第一角度测量传感器、第二角度测量传感器、光栅位移传感器和激光位移传感器，所述的第一角度测量传感器安装在回转卡盘上，第二角度测量传感器安装在传动丝杆上，激光位移传感器固定在矫直移动台上；所述的光栅位移传感器有标尺光栅，标尺光栅安装在工作台上。第一角度测量传感器用来测量被矫直丝杆转动的角度，激光位移传感器对被矫直丝杆进行直线度检测，光栅位移传感器测量出矫直移动台移动的位移。

进一步地，所述的三位四通电液伺服阀由工业计算机控制。

进一步地，所述的第一角度测量传感器、第二角度测量传感器、光栅位移传感器和激光位移传感器均由工业计算机控制，采集的信号全部传输给工业计算机。

进一步地，所述的传动丝杆的中间段为光滑杆，第二丝杆支撑块固定在传动丝杆的中间段。

更进一步地，还包括固定块，固定块固定在传动丝杆的远离步进电机的一端。

丝杆自动矫直装置对应的丝杆自动矫直方法，包括以下步骤：

（1）将被矫直丝杆装在回转卡盘和尾架之间，进行丝杆自动矫直装置复位，参数进行初始化设置，矫直点数i=0，当前矫直点j=1；

（2）利用激光位移传感器对被矫直丝杆进行直线度检测，工业计算机根据检测的数据计算出需要矫直的点数i，以及各矫直点相对应的坐标位移和角度；

（3）工业计算机根据i是否大于0，判断是否需要进行矫直，若i=0，则丝杆符合要求，不需要矫直，将被矫直丝杆下料，结束整个矫直流程，若i>0，说明该丝杆需要进行后续的矫直步骤（4）；

（4）工业计算机根据被矫直丝杆的材料、当前矫直点j的直线度误差（弯曲量）和位置计算出矫直时矫直液压缸所需要的下压量、作用压力、作用时间、第一定位块和第二定位块的相对距离h；

（5）工业计算机控制矫直移动台运动到当前矫直点j的位置，同时控制被矫直丝杆转动，使得被矫直丝杆当前矫直点j最大弯曲处正对着矫直液压缸，同时控制第一定位块和第二定位块运动到相对距离h；

（6）工业计算机控制矫直液压缸工作，进行矫直，直到该矫直点矫直结束，矫直液压缸复位；

（7）工业计算机根据j是否等于i来判断矫直是否结束，若j≠i，说明矫直尚未结束，进行下一点矫直，j＝j＋1，并返回到步骤（4）；若j＝i，说明矫直结束，并返回到步骤（2）重新进行被矫直丝杆直线度检测，并判断矫直后的丝杆是否满足要求。

有益效果

相比于现有技术，本发明的有益效果为：

（1）本发明采用的第一移动导轨与第二移动导轨平行固定在工作台上，矫直移动台以第一移动导轨和第二移动导轨为运动轨道；所述的矫直移动台的运动由滚珠丝杆控制，回转卡盘和尾架分别位于工作台上与滚珠丝杆轴向方向平行处的两端，滚珠丝杆的一端依次与第一联轴器、第一伺服电机和第一伺服控制器连接，回转卡盘依次与第二联轴器、第二伺服电机和第二伺服控制器连接，第一伺服控制器和第二伺服控制器由工业计算机控制，整个矫正过程都是由工业计算机控制，保证了矫正的精度。

（2）本发明传动丝杆穿过第一丝杆支撑块、第二丝杆支撑块和第三丝杆支撑块，这三个丝杆支撑块可以保证传动丝杆不弯曲，避免了机器自身对矫正结果的影响，进一步地保证了矫直的准确度，两端分别为不同旋向的螺旋槽，其中一端为左旋，另一端为右旋，传动丝杆的两端分别安装有第一定位块和第二定位块，通过传动丝杆的旋转，调节第一定位块和第二定位块的距离，实现了自动化；传动丝杆与步进电机连接，传动丝杆的转动由步进电机控制，步进电机由工业计算机控制，工业计算机可根据程序精确地完成矫正工作。

（3）本发明还包括第一角度测量传感器、第二角度测量传感器、光栅位移传感器和激光位移传感器，第一角度测量传感器安装在回转卡盘上，用来测量被矫直丝杆转动的角度，第二角度测量传感器安装在传动丝杆上，激光位移传感器固定在矫直移动台上；激光位移传感器对被矫直丝杆进行直线度检测，光栅位移传感器有标尺光栅，标尺光栅安装在工作台上，光栅位移传感器测量出矫直移动台移动的位移，这些检测采集的信号全部传输给工业计算机，工业计算机自动判断矫正所需的各种参数，检测准确，矫正完全实现自动化，矫正效率高，节约了人工成本。

（4）本发明矫直液压缸的运动由三位四通电液伺服阀控制，三位四通电液伺服阀由工业计算机控制，对于矫正的压力、矫直液压缸的推动距离控制准确，也保证了整个矫直工作的精度。

（5）本发明传动丝杆中间段为光滑杆，第二丝杆支撑块固定在传动丝杆的中间段，避免了传动丝杆在转动时对第二丝杆支撑块造成影响，进一步地保证了矫直精度。

（6）本发明还包括固定块，固定块固定在传动丝杆的远离步进电机的一端，避免定位块滑出传动丝杆，保证了本发明在无人操作时的安全性。

（7）本发明所采用的丝杆自动矫直方法，可以实现工业计算机自动判别丝杆弯曲度，自动矫直操作，工人只需更换需要矫直的丝杆即可，操作省时省力，实现了自动化，并且加工精度高。

附图说明

图1为本发明的结构原理图；

图2为本发明的使用状态结构原理图；

图3为本发明的矫直流程图。

图中：1、工业计算机；2、光栅位移传感器；3、第一移动导轨；4、滚珠丝杆；5、第一联轴器；6、第一伺服电机；7、第一伺服控制器；8、第二伺服控制器；9、第二伺服电机；10、第二联轴器；11、第一角度测量传感器；12、回转卡盘；13、被矫直丝杆；14、工作台；15、第二移动导轨；16、步进电机；17、第一丝杆支撑块；18、传动丝杆；19、第一定位块；20、第二丝杆支撑块；21、第二定位块；22、第三丝杆支撑块；23、固定块；24、第二角度测量传感器；25、尾架；26、激光位移传感器；27、矫直液压缸；28、矫直移动台；29、三位四通电液伺服阀；30、液压泵。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细描述。

如图1所示，一种丝杆自动矫直装置，包括工作台14和矫直液压缸27，还包括工业计算机1、第一移动导轨3、第二移动导轨15、滚珠丝杆4，第一联轴器5、第二联轴器10、第一伺服电机6、第二伺服电机9、第一伺服控制器7、第二伺服控制器8、回转卡盘12、步进电机16、第一丝杆支撑块17、第二丝杆支撑块20、第三丝杆支撑块22、传动丝杆18、第一定位块19、第二定位块21、尾架25、矫直移动台28和液压泵30，第一移动导轨3与第二移动导轨15平行固定在工作台14上，矫直移动台28以第一移动导轨3和第二移动导轨15为运动轨道；所述的矫直移动台28的运动由滚珠丝杆4控制；所述的滚珠丝杆4的一端依次与第一联轴器5、第一伺服电机6和第一伺服控制器7连接；

回转卡盘12和尾架25分别位于工作台14上与滚珠丝杆4轴向方向平行处的两端，即回转卡盘12和尾架25的中心连接线与滚珠丝杆4平行，回转卡盘12依次与第二联轴器10、第二伺服电机9和第二伺服控制器8连接；第一伺服控制器7和第二伺服控制器8由工业计算机1控制；

第一丝杆支撑块17、第二丝杆支撑块20和第三丝杆支撑块22固定在矫直移动台28上；传动丝杆18穿过第一丝杆支撑块17、第二丝杆支撑块20和第三丝杆支撑块22，传动丝杆18的中间段为光滑杆，第二丝杆支撑块20固定在传动丝杆18的中间段；传动丝杆18两端分别为不同旋向的螺旋槽，其中一端为左旋，另一端为右旋，传动丝杆18的两端分别安装有第一定位块19和第二定位块21；传动丝杆18与步进电机16连接，传动丝杆18的转动由步进电机16控制，步进电机16由工业计算机1控制；还包括固定块23，固定块23固定在传动丝杆18的远离步进电机16的一端。

矫直液压缸27由三位四通电液伺服阀29控制，三位四通电液伺服阀29由工业计算机1控制。液压泵30的开关为三位四通电液伺服阀29。

使用时，如图2所示，被矫直丝杆13装在回转卡盘12和尾架25之间，由回转卡盘12的转动带动被矫直丝杆13的转动。

还包括第一角度测量传感器11、第二角度测量传感器24、光栅位移传感器2和激光位移传感器26，所述的第一角度测量传感器11安装在回转卡盘12上，用来测量被矫直丝杆13转动的角度，第二角度测量传感器24安装在传动丝杆18上，激光位移传感器26固定在矫直移动台28上；激光位移传感器26对被矫直丝杆13进行直线度检测，光栅位移传感器2有标尺光栅，标尺光栅安装在工作台14上，光栅位移传感器2测量出矫直移动台28移动的位移。所述的第一角度测量传感器11、第二角度测量传感器24、光栅位移传感器2和激光位移传感器26均由工业计算机1控制，采集的信号全部传输给工业计算机1。

实际使用时，被矫直丝杆13一端安装在回转卡盘12上，被矫直丝杆13另一端安装在尾架25。由工业计算机1经第二伺服控制器8控制着第二伺服电机9转动，经第二联轴器10带动回转卡盘12转动，从而控制着被矫直丝杆13的转动，并由第一角度测量传感器11测量出被矫直丝杆13转动的角度。矫直液压缸27安装在矫直移动台28上，工业计算机1控制三位四通电液伺服阀29的通电电压大小和方向，从而控制矫直液压缸27的上升、下降以及运动位移量。由工业计算机1控制步进电机16转动，带动传动丝杆18转动，从而带动第一定位块19和第二定位块21相互靠近或相互远离运动，第二角度测量传感器24测量出传动丝杆18转动的角度，从而计算出第一定位块19和第二定位块21相互运动位移量。第一角度测量传感器11、第二角度测量传感器24、光栅位移传感器2和激光位移传感器26测量完毕，信号反馈给工业计算机1，工业计算机1经计算分析后，调节好第一定位块19和第二定位块21的位置，启动矫直液压缸27，通过矫直液压缸27对被矫直丝杆13最大弯曲处进行抵压，被矫直丝杆13另一侧由于第一定位块19和第二定位块21的阻挡作用，被矫直丝杆13逐渐被矫正。

如图3所示，丝杆自动矫直装置对应的丝杆自动矫直方法，包括以下步骤：

（1）将被矫直丝杆13装在回转卡盘12和尾架25之间，进行丝杆自动矫直装置复位，参数进行初始化设置，矫直点数i=0，当前矫直点j=1；

（2）利用激光位移传感器26对被矫直丝杆13进行直线度检测，工业计算机1根据检测的数据计算出需要矫直的点数i，以及各矫直点相对应的坐标位移和角度；

（3）工业计算机1根据i是否大于0，判断是否需要进行矫直。若i=0，则丝杆符合要求，不需要矫直，将被矫直丝杆13下料，结束整个矫直流程。若i>0，说明该丝杆需要进行后续的矫直步骤（4）；

（4）工业计算机1根据被矫直丝杆13的材料、当前矫直点j的直线度误差（弯曲量）和位置计算出矫直时矫直液压缸27所需要的下压量、作用压力、作用时间、第一定位块19和第二定位块21的相对距离h；

（5）工业计算机1控制矫直移动台28运动到当前矫直点j的位置，同时控制被矫直丝杆13转动，使得被矫直丝杆13当前矫直点j最大弯曲处正对着矫直液压缸27，同时控制第一定位块19和第二定位块21运动到相对距离h；

（6）工业计算机1控制矫直液压缸27工作，进行矫直，直到该矫直点矫直结束，矫直液压缸27复位；

（7）工业计算机1根据j是否等于i来判断矫直是否结束，若j≠i，说明矫直尚未结束，进行下一点矫直，j＝j＋1，并返回到步骤（4）；若j=i，说明矫直结束，并返回到步骤（2）重新进行被矫直丝杆13直线度检测，并判断矫直后的丝杆是否满足要求。

以上示意性地对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种丝杆自动矫直装置，包括工作台(14)和矫直液压缸(27)，其特征在于，还包括工业计算机(1)、第一移动导轨(3)、第二移动导轨(15)、滚珠丝杆(4)、第一联轴器(5)、第二联轴器(10)、第一伺服电机(6)、第二伺服电机(9)、第一伺服控制器(7)、第二伺服控制器(8)、回转卡盘(12)、步进电机(16)、第一丝杆支撑块(17)、第二丝杆支撑块(20)、第三丝杆支撑块(22)、传动丝杆(18)、第一定位块(19)、第二定位块(21)、尾架(25)、矫直移动台(28)和液压泵(30)，所述的第一移动导轨(3)与第二移动导轨(15)平行固定在工作台(14)上，矫直移动台(28)以第一移动导轨(3)和第二移动导轨(15)为运动轨道；所述的矫直移动台(28)的运动由滚珠丝杆(4)控制；所述的滚珠丝杆(4)的一端依次与第一联轴器(5)、第一伺服电机(6)和第一伺服控制器(7)连接；

所述的回转卡盘(12)和尾架(25)分别位于工作台(14)上与滚珠丝杆(4)轴向方向平行处的两端，回转卡盘(12)依次与第二联轴器(10)、第二伺服电机(9)和第二伺服控制器(8)连接；所述的第一伺服控制器(7)和第二伺服控制器(8)由工业计算机(1)控制；所述的第一丝杆支撑块(17)、第二丝杆支撑块(20)和第三丝杆支撑块(22)固定在矫直移动台(28)上；所述的传动丝杆(18)穿过第一丝杆支撑块(17)、第二丝杆支撑块(20)和第三丝杆支撑块(22)，传动丝杆(18)两端分别为不同旋向的螺旋槽，其中一端为左旋，另一端为右旋，传动丝杆(18)的两端分别安装有第一定位块(19)和第二定位块(21)；传动丝杆(18)与步进电机(16)连接，传动丝杆(18)的转动由步进电机(16)控制，所述的步进电机(16)由工业计算机(1)控制；

所述的矫直液压缸(27)的运动由三位四通电液伺服阀(29)控制；

还包括第一角度测量传感器(11)、第二角度测量传感器(24)、光栅位移传感器(2)和激光位移传感器(26)，所述的第一角度测量传感器(11)安装在回转卡盘(12)上，第二角度测量传感器(24)安装在传动丝杆(18)上，激光位移传感器(26)固定在矫直移动台(28)上；所述的光栅位移传感器(2)有标尺光栅，标尺光栅安装在工作台(14)上；所述的第一角度测量传感器(11)、第二角度测量传感器(24)、光栅位移传感器(2)和激光位移传感器(26)均由工业计算机(1)控制，采集的信号全部传输给工业计算机(1)。

2.根据权利要求1所述的一种丝杆自动矫直装置，其特征在于，所述的三位四通电液伺服阀(29)由工业计算机(1)控制。

3.根据权利要求2所述的一种丝杆自动矫直装置，其特征在于，所述的传动丝杆(18)的中间段为光滑杆，第二丝杆支撑块(20)固定在传动丝杆(18)的中间段。

4.根据权利要求2所述的一种丝杆自动矫直装置，其特征在于，还包括固定块(23)，固定块(23)固定在传动丝杆(18)的远离步进电机(16)的一端。

5.一种丝杆自动矫直装置的丝杆自动矫直方法，包括以下步骤：

(1)将被矫直丝杆(13)装在回转卡盘(12)和尾架(25)之间，进行丝杆自动矫直装置复位，参数进行初始化设置，矫直点数i＝0，当前矫直点j＝1；

(2)利用激光位移传感器(26)对被矫直丝杆(13)进行直线度检测，工业计算机(1)根据检测的数据计算出需要矫直的点数i以及各矫直点相对应的坐标位移和角度；

(3)工业计算机(1)根据i是否大于0，判断是否需要进行矫直，若i＝0，则丝杆符合要求，不需要矫直，将被矫直丝杆(13)下料，结束整个矫直流程；若i>0，说明该丝杆需要进行后续的矫直步骤(4)；

(4)工业计算机(1)根据被矫直丝杆(13)的材料、当前矫直点j的直线度误差和位置计算出矫直时矫直液压缸(27)所需要的下压量、作用压力、作用时间、第一定位块(19)和第二定位块(21)的相对距离h；

(5)工业计算机(1)控制矫直移动台(28)运动到当前矫直点j的位置，同时控制被矫直丝杆(13)转动，使得被矫直丝杆(13)当前矫直点j最大弯曲处正对着矫直液压缸(27)，同时控制第一定位块(19)和第二定位块(21)运动到相对距离h；

(6)工业计算机(1)控制矫直液压缸(27)工作，进行矫直，直到该矫直点矫直结束，矫直液压缸(27)复位；

(7)工业计算机(1)根据j是否等于i来判断矫直是否结束，若j≠i，说明矫直尚未结束，进行下一点矫直，j＝j+1，并返回到步骤(4)；若j＝i，说明矫直结束，并返回到步骤(2)重新进行被矫直丝杆(13)直线度检测，并判断矫直后的丝杆是否满足要求。