CN104389839A - 一种伺服油缸 - Google Patents

Abstract

本发明是一种伺服油缸，该伺服油缸将光栅尺替换成滚动光栅，采用滚动光栅作为伺服油缸的外置位移传感器，该伺服油缸通过调整装置使滚动光栅的摩擦轮能以一定正压力一直紧密贴合在油缸的活塞杆上，保证在滚动过程中无相对滑动，很好的解决了传统光栅尺的问题，并降低了光栅对安装基准精度及油缸自身运行平稳性等要求，该伺服油缸量程大、空间尺寸小，安装维护方便，精度可靠。

Description

一种伺服油缸

技术领域

本发明是一种伺服油缸，属于机械工程领域。

背景技术

传统的伺服油缸控制阀多采用伺服阀或比例阀形式，位移传感器多采用内置或外置的光栅尺，光栅尺对主机的安装精度要求较高且需要较大的安装空间。光栅尺较高的安装精度决定对油缸运行的平稳性同样很高，整个安装调试过程复杂。光栅尺受到自身结构限制，量程也不宜过大。

滚动光栅由高分辨率编码器、精密轴系、摩擦轮以及调整装置等部分构成。支撑在精密轴承上的摩擦轮，将编码器输出的角位移信号转换为线位移，理论量程可以无限大。滚动光栅结构紧凑，自身尺寸仅为90×90×150mm，大大减小了位移传感器的安装空间。

发明内容

本发明正是针对上述现有技术存在的不足而设计提供了一种伺服油缸，其目的是将伺服油缸中的光栅尺替换成滚动光栅，采用滚动光栅作为伺服油缸的外置位移传感器，该伺服油缸通过调整装置使滚动光栅的摩擦轮能以一定正压力一直紧密贴合在油缸的活塞杆上，保证在滚动过程中无相对滑动，很好的解决了传统光栅尺的问题，并降低了光栅对安装基准精度及油缸自身运行平稳性等要求，该伺服油缸量程大、空间尺寸小，安装维护方便，精度可靠。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

该种伺服油缸，该伺服油缸(14)为双作用活塞式，伺服油缸(14)的结构件包括圆螺母(1)、密封(3)、前端盖(4)、活塞杆(5)、缸筒(6)、法兰盘(7)、活塞(8)、缓冲机构(9)、集成块(11)、后端盖(13)和上腔油管(12)，缸筒(6)的前端通过栓焊方式与前端盖(4)固定，缸筒(6)的后部通过焊接方式与后端盖(13)固连，缸筒(6)内腔的后部设置有用于活塞(8)回程时平稳停止的缓冲机构(9)，在前端盖(4)的内侧面和活塞(8)的外侧面镶有多道密封(3)，后端盖(13)与集成块(11)连接，缸筒(6)内腔的后部为无杆腔与集成块(11)的一个油路相通，缸筒(6)内腔的前部为有杆腔与集成块(11)的另一油路通过上腔油管(12)相通，一个两级力反馈流量控制的电液伺服阀(10)固定在集成块(11)上，通过数据线与控制信号连接，缸筒(6)中间外围的法兰盘(7)通过高强螺栓与主机工作平台连接，活塞杆(5)前端的圆螺母(1)与主机活动平台固连，其特征在于：滚动光栅(2)下部安装在方形底座(22)上，滚动光栅(2)的摩擦轮(15)位于方形底座(22)的侧面，该侧面的相邻侧面下方设置有转接板(18)，转接板(18)与方形底座(22)之间的连接方式如下：

在方形底座(22)上安装一根与转接板(18)表面平行且贴近的支撑杆(21)，支撑杆(21)的安装位置在方形底座(22)带摩擦轮(15)的侧面的边缘上，支撑杆(21)的顶端通过连接弹簧(23)与转接板(18)相连，在支撑杆(21)上还设置有用于限位的“L”型限位块(24)和固定块(25)，固定块(25)靠近支撑杆(21)的顶端，固定块(25)固定安装在转接板(18)上，固定块(25)的伸出部分挡在支撑杆(21)的外侧，该伸出部分与支撑杆(21)之间安装有用于调整两者之间水平距离的水平顶丝(17)，“L”型限位块(24)靠近方形底座(22)，其一端固定在转接板(18)上，另一端呈“L”形勾住支撑杆(21)以限制支撑杆(21)在垂直方向与转接板(18)的偏离距离，在固定块(25)和“L”型限位块(24)之间的支撑杆(21)上，设置一个穿过支撑杆(21)的竖直顶丝(16)，竖直顶丝(16)的顶端顶在转接板(18)上，竖直顶丝(16)与水平顶丝(17)之间的间隔10mm，两者的方向位于垂直于支撑杆(21)轴线的平面内，并互相垂直，另外，在方形底座(22)贴近转接板(18)的侧面上，远离支撑杆(21)安装位置的另一端的角位置处，加工一个盲孔(26)，在盲孔(26)内设置有压缩弹簧(19)和弹簧压块(27)，弹簧压块(27)通过压块销轴(28)卡在方形底座(22)上，在与盲孔(26)位置相对应的转接板(18)上设置有支撑螺钉(20)，弹簧压块(27)在拔出压块销轴(28)后，在压缩弹簧(19)作用下顶压在支撑螺钉(20)上，压缩弹簧(19)的反向弹力使相邻方形底座(22)侧面上的摩擦轮(15)压紧在活塞杆(5)上；

连接板(18)上加工有两个长条孔(30)，两个固定螺钉(29)分别穿过两个长条孔(30)将连接板(18)固定在前端盖(4)，并可调节滚动光栅(2)与活塞杆(5)之间的距离。

滚动光栅(2)与电液伺服阀(10)通过数据线与控制系统通信。滚动光栅(2)的摩擦轮(15)紧贴活塞杆(5)外壁，可输出伺服油缸的运动位移。由于滚动光栅(2)的摩擦轮(15)可以无限制滚动，理论上伺服油缸(14)行程可无限大。滚动光栅(2)空间尺寸小，且具有调整装置，可精确地安装在前端盖(4)上，可操作空间很大，既方便安装又方便后期维护维修。由于滚动光栅(2)对伺服油缸(14)的适应性强，可靠性高，且对伺服油缸(14)非正常工作模式有一定的适应性，该伺服油缸也适用于多缸大行程同步控制等多种场合，由于采用滚动光栅(2)外置安装的方式，维护方便，且对安装基准要求较低，适用范围广，具备较好的实用性。

附图说明

图1为伺服油缸结构示意图

图2为伺服油缸应用原理示意图

图3为滚动光栅的外形及结构的轴侧示意图

图4为滚动光栅的外形及结构的另一轴侧示意图

图5为滚动光栅的盲孔位置处的结构示意图

图6为滚动光栅与伺服油缸前端盖的连接及安装位置示意图

具体实施方式：

以下将结合附图和实施例对本发明技术方案作进一步地详述：

参见附图1～6所示，该种伺服油缸，该伺服油缸14为双作用活塞式，伺服油缸14的结构件包括圆螺母1、密封3、前端盖4、活塞杆5、缸筒6、法兰盘7、活塞8、缓冲机构9、集成块11、后端盖13和上腔油管12，缸筒6采用优质厚壁无缝钢管，内部经过滚压处理以保证良好的光洁度，缸筒6的前端通过栓焊方式与前端盖4固定，缸筒6的后部通过焊接方式与后端盖13固连，缸筒6内腔的后部设置有用于活塞8回程时平稳停止的缓冲机构9，活塞杆5采用优质碳钢，经过淬火后精磨加工，在前端盖4的内侧面和活塞8的外侧面镶有多道密封3，后端盖13与集成块11连接，缸筒6内腔的后部为无杆腔与集成块11的一个油路相通，缸筒6内腔的前部为有杆腔与集成块11的另一油路通过上腔油管12相通，一个两级力反馈流量控制的电液伺服阀10固定在集成块11上，通过数据线与控制信号连接，电液伺服阀10属于电液转化元件，能够把控制系统微小的电信号转换成大功率的液压能输出，这种电液伺服控制系统特点是功率大、精度高、响应快，电液伺服阀10控制油液供给油缸，油缸驱动负载，实现其位置控制和速度控制等，集成块11上同时设计有平衡阀、压力传感器等压力控制及压力反馈元件，缸筒6中间外围的法兰盘7通过高强螺栓与主机工作平台连接，活塞杆5前端的圆螺母1与主机活动平台固连，其特征在于：滚动光栅2下部安装在方形底座22上，滚动光栅2的摩擦轮15位于方形底座22的侧面，该侧面的相邻侧面下方设置有转接板18，转接板18与方形底座22之间的连接方式如下：

在方形底座22上安装一根与转接板18表面平行且贴近的支撑杆21，支撑杆21的安装位置在方形底座22带摩擦轮15的侧面的边缘上，支撑杆21的顶端通过连接弹簧23与转接板18相连，在支撑杆21上还设置有用于限位的“L”型限位块24和固定块25，固定块25靠近支撑杆21的顶端，固定块25固定安装在转接板18上，固定块25的伸出部分挡在支撑杆21的外侧，该伸出部分与支撑杆21之间安装有用于调整两者之间水平距离的水平顶丝17，“L”型限位块24靠近方形底座22，其一端固定在转接板18上，另一端呈“L”形勾住支撑杆21以限制支撑杆21在垂直方向与转接板18的偏离距离，在固定块25和“L”型限位块24之间的支撑杆21上，设置一个穿过支撑杆21的竖直顶丝16，竖直顶丝16的顶端顶在转接板18上，竖直顶丝16与水平顶丝17之间的间隔10mm，两者的方向位于垂直于支撑杆21轴线的平面内，并互相垂直，竖直顶丝16用于调节滚动光栅2与安装基准面的垂直度，水平顶丝17用于调节摩擦轮15对活塞杆5的对称性，保证摩擦轮15与活塞杆5两个圆弧面的相切，另外，在方形底座22贴近转接板18的侧面上，远离支撑杆21安装位置的另一端的角位置处，加工一个盲孔26，在盲孔26内设置有压缩弹簧19和弹簧压块27，弹簧压块27通过压块销轴28卡在方形底座22上，在与盲孔26位置相对应的转接板18上设置有支撑螺钉20，弹簧压块27在拔出压块销轴28后，在压缩弹簧19作用下顶压在支撑螺钉20上，压缩弹簧19的反向弹力使相邻方形底座22侧面上的摩擦轮15压紧在活塞杆5上；

连接板18上加工有两个长条孔30，两个固定螺钉29分别穿过两个长条孔30将连接板18固定在前端盖4，并可调节滚动光栅2与活塞杆5之间的距离。

将滚动光栅2安装在伺服油缸14的前端盖4上的调节过程如下：

先将滚动光栅2与连接板18通过连接弹簧23联接在一起，并将带有竖直顶丝16和水平顶丝17的支撑杆21嵌入“L”形限位块24内，完成滚动光栅2与连接板18之间的联接，再由固定螺钉29将连接板18与前端盖4进行固定，在固定锁紧之前，通过连接板18上的长条孔30粗调节滚动光栅2，使摩擦轮15与活塞杆5基本垂直，并使摩擦轮15靠上活塞杆5时方形底座22安装有摩擦轮15的端面与活塞杆5轴线基本平行，锁紧固定螺钉29，使连接板18与前端盖4固定。拔出压块销轴28，使弹簧压块27在压缩弹簧19的压力下顶紧支撑螺钉20，在弹簧力作用下，方形底座22以支撑杆21为轴转动顶向活塞杆5，将摩擦轮紧紧压在活塞杆5上，再通过反复调节竖直顶丝16和水平顶丝17使摩擦轮15轴线垂直于活塞杆5轴线，且摩擦轮15圆弧面相对于活塞杆5轴线对称，即完成了滚动光栅的调整工作。通过弹簧压紧机构，可以保证摩擦轮15与活塞杆5一直处于紧密贴合状态，即使在伺服油缸14震动、倾斜时允许范围内，依然可以将活塞杆5伸出的位移准确地反馈到控制系统。摩擦轮15可以无限制滚动，理论上伺服油缸14行程可无限大。滚动光栅2空间尺寸小，且具有调整装置，可精确地安装在前端盖4上，可操作空间很大，既方便安装又方便后期维护维修。

由于滚动光栅2对伺服油缸14的适应性强，可靠性高，且对伺服油缸14非正常工作模式有一定的适应性，该新型伺服油缸也适用于多缸大行程同步控制等多种场合，具备较好的实用性。

本发明的技术方案与现有技术相比，其特点表面在以下方面：

1、传统伺服油缸通常采用直线式光栅尺，通过活塞杆与光栅尺读数头连接，而光栅尺固定在机床上，从而实现较高精度位置反馈，但其量程受到光栅尺量程限制。而采用滚动光栅方式，摩擦轮通过精密轴系与编码器连接，理论量程可以无限大。

2、传统伺服油缸的直线光栅尺要求机床必须有较大的空间，光栅尺通常大于油缸行程，而滚动光栅结构紧凑，自身尺寸仅为90×90×150mm，大大减小了位移传感器的安装空间。

3、传统伺服油缸部分采用缸筒内置光栅尺方式，对这种油缸维保复杂、难度大。外置式光栅尺维保相对方便，但是对机床安装面要求较高且调试调整工作复杂。滚动光栅只需要安装在伺服油缸前端盖上，既对安装基准要求不高，维护又很方便，具有精度较高、量程大、结构紧凑和外形简洁美观等优点。

4、传统直线光栅尺位移反馈位置精度高，但价格昂贵，并对伺服油缸震动、超速和倾斜等非正常工况特别敏感，出现这些工况时易损坏、可靠性差。而采用带弹性机构的滚动光栅可实现中等位置精度。性价比较高，适合多缸大行程同步控制系统。

Claims (1)

1.一种伺服油缸，该伺服油缸(14)为双作用活塞式，伺服油缸(14)的结构件包括圆螺母(1)、密封(3)、前端盖(4)、活塞杆(5)、缸筒(6)、法兰盘(7)、活塞(8)、缓冲机构(9)、集成块(11)、后端盖(13)和上腔油管(12)，缸筒(6)的前端通过栓焊方式与前端盖(4)固定，缸筒(6)的后部通过焊接方式与后端盖(13)固连，缸筒(6)内腔的后部设置有用于活塞(8)回程时平稳停止的缓冲机构(9)，在前端盖(4)的内侧面和活塞(8)的外侧面镶有多道密封(3)，后端盖(13)与集成块(11)连接，缸筒(6)内腔的后部为无杆腔与集成块(11)的一个油路相通，缸筒(6)内腔的前部为有杆腔与集成块(11)的另一油路通过上腔油管(12)相通，一个两级力反馈流量控制的电液伺服阀(10)固定在集成块(11)上，通过数据线与控制信号连接，缸筒(6)中间外围的法兰盘(7)通过高强螺栓与主机工作平台连接，活塞杆(5)前端的圆螺母(1)与主机活动平台固连，其特征在于：滚动光栅(2)下部安装在方形底座(22)上，滚动光栅(2)的摩擦轮(15)位于方形底座(22)的侧面，该侧面的相邻侧面下方设置有转接板(18)，转接板(18)与方形底座(22)之间的连接方式如下：

在方形底座(22)上安装一根与转接板(18)表面平行且贴近的支撑杆(21)，支撑杆(21)的安装位置在方形底座(22)带摩擦轮(15)的侧面的边缘上，支撑杆(21)的顶端通过连接弹簧(23)与转接板(18)相连，在支撑杆(21)上还设置有用于限位的“L”型限位块(24)和固定块(25)，固定块(25)靠近支撑杆(21)的顶端，固定块(25)固定安装在转接板(18)上，固定块(25)的伸出部分挡在支撑杆(21)的外侧，该伸出部分与支撑杆(21)之间安装有用于调整两者之间水平距离的水平顶丝(17)，“L”型限位块(24)靠近方形底座(22)，其一端固定在转接板(18)上，另一端呈“L”形勾住支撑杆(21)以限制支撑杆(21)在垂直方向与转接板(18)的偏离距离，在固定块(25)和“L”型限位块(24)之间的支撑杆(21)上，设置一个穿过支撑杆(21)的竖直顶丝(16)，竖直顶丝(16)的顶端顶在转接板(18)上，竖直顶丝(16)与水平顶丝(17)之间的间隔10mm，两者的方向位于垂直于支撑杆(21)轴线的平面内，并互相垂直，另外，在方形底座(22)贴近转接板(18)的侧面上，远离支撑杆(21)安装位置的另一端的角位置处，加工一个盲孔(26)，在盲孔(26)内设置有压缩弹簧(19)和弹簧压块(27)，弹簧压块(27)通过压块销轴(28)卡在方形底座(22)上，在与盲孔(26)位置相对应的转接板(18)上设置有支撑螺钉(20)，弹簧压块(27)在拔出压块销轴(28)后，在压缩弹簧(19)作用下顶压在支撑螺钉(20)上，压缩弹簧(19)的反向弹力使相邻方形底座(22)侧面上的摩擦轮(15)压紧在活塞杆(5)上；

连接板(18)上加工有两个长条孔(30)，两个固定螺钉(29)分别穿过两个长条孔(30)将连接板(18)固定在前端盖(4)，并可调节滚动光栅(2)与活塞杆(5)之间的距离。