CN105598732B - 一种电动直线进给单元及其装配方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电动直线进给单元及其装配方法，属于机电数控装备及应用领域，其结构包括丝杠、电机和驱动螺母，所述电机的转子为呈套筒状的空心转子，空心转子套置在丝杠上，驱动螺母与所述丝杠相互啮合；驱动螺母与空心转子固定连接，空心转子带动驱动螺母旋转从而使驱动螺母带动电机沿所述丝杠直线移动。装配时，先将驱动螺母安装到丝杠上，再将驱动螺母与电机的空心转子相连接。本发明集无框电机和螺母驱动型滚珠丝杠副一体化设计，结构紧凑，克服传统丝杠旋转过程中丝杠旋转惯性力造成的发热、变形和能耗严重等问题，有效降低振动和噪声，改善设备的工作精度，提高了传递效率。

Description

一种电动直线进给单元及其装配方法

技术领域

本发明涉及机电数控装备及应用技术领域，具体地说是一种电动直线进给单元及其装配方法。

背景技术

滚珠丝杠副作为进给传动机构目前被广泛应用在数控装备上，使用时通常是丝杠旋转作为主驱动件带动滚珠螺母，把旋转运动转换成沿丝杠轴线方向的直线运动，从而带动工作台直线进给，即常说的丝杠驱动型滚珠丝杠副。常规丝杠驱动型滚珠丝杠副的丝杠转速限于进给系统共振临界转速，难再提高，尤其是大型、重型高档数控机床用的长丝杠，自身重量较螺母大得多，丝杠旋转惯性力很大，导致发热、变形和能耗严重，变形的丝杠在旋转过程中又会产生振动和噪声，降低了设备工作精度。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种电动直线进给单元及其装配方法，该装置为电机集成型螺母驱动滚珠丝杠的直线进给装置，结构紧凑、应用简单，具有良好的传动性能；该装配方法操作性强，集电机和螺母主驱动型滚珠丝杠副螺旋传动于一体化设计。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案包括：一种电动直线进给单元，包括丝杠、电机和驱动螺母，所述电机包括呈套筒状的空心转子、定子和相序控制器，所述空心转子套置在所述丝杠上，所述驱动螺母与所述丝杠相互啮合；所述驱动螺母与所述空心转子固定连接，所述空心转子带动所述驱动螺母旋转，所述驱动螺母在所述丝杠上旋转的同时沿所述丝杠做直线移动，所述驱动螺母带动所述电机的定子做直线移动。

进一步的技术方案为：所述电机的定子设有内置的温度传感器以实现温度在线监测。实现温度在线监测可以作热变形误差补偿，从而实现更加精确的直线进给运动控制。

进一步的技术方案为：所述电机的定子上固定安装有螺母套，所述螺母套上固定设置有托板，所述驱动螺母的旋转运动经所述丝杠转化为直线运动后带动所述螺母套和托板直线移动。当本发明的直线进给单元放置在机床床身上作为进给装置时，托板通过螺栓连接可以方便的将其和工作台固连。

为了使装置的结构更加紧凑，进一步的技术方案为：所述驱动螺母固定安装在所述空心转子的一端，所述螺母套固定安装在所述定子的一端，所述相序控制器固连安装在定子另一端，所述螺母套套置在所述驱动螺母的外侧；定子与螺母套固连以使温度在线监测信号可同时作为电机控制及滚珠螺母副传动热变形误差补偿控制信号。

为便于装置的组装与拆卸，进一步的技术方案为：所述驱动螺母与所述空心转子、所述螺母套与所述定子，所述托板与所述螺母套之间均通过螺纹连接件进行连接。

进一步的技术方案为：所述驱动螺母和所述螺母套之间设有轴承，所述轴承包括沿所述驱动螺母轴线方向并列设置的左轴承和右轴承。所述左轴承和右轴承为角接触球轴承，采用正装方式装配，可以承受较大的轴向力，同时便于施加预紧力。

为了消除左、右角接触球轴承的间隙并调节适当预紧力，进一步的技术方案为：所述左轴承配有左轴承端盖，所述右轴承配有右轴承端盖；所述左轴承端盖的内回转面设有内螺纹并与所述驱动螺母的外回转面形成螺纹连接，所述左轴承端盖的端面与所述左轴承的内圈端面配合；所述右轴承端盖上设有外螺纹并与所述螺母套的内孔形成螺纹连接，所述右轴承端盖的端面与所述右轴承的外圈端面配合。

进一步的技术方案为：所述左轴承和所述右轴承之间设有套筒，所述套筒的两端分别顶住所述左轴承和所述右轴承，所述套筒的的外径小于所述左轴承和所述右轴承内圈的外径；所述驱动螺母、所述螺母套与所述套筒的配合位置设有环形槽及径向油孔。环形槽可以改善驱动螺母的加工工艺性，降低加工成本；设置径向油孔便于各部件之间的润滑，降低噪声和发热，延长装置的使用寿命。

本发明解决其技术问题的技术方案还包括：电动直线进给单元的装配方法，包括以下步骤：

步骤(1)：将丝杠与驱动螺母进行配合；

步骤(2)：将驱动螺母安装在电机的空心转子上；

步骤(3)：将左轴承和右轴承放入螺母套的内孔中；

步骤(4)：将带有左轴承和右轴承的螺母套组件套置在驱动螺母上；

步骤(5)：将螺母套组件安装在电机的定子上；

步骤(6)：将托板安装在螺母套上。

进一步的技术方案为：所述左轴承和所述右轴承采用正装方式装配。所述的正装方式是指两角接触球轴承的压力中心距离小于两个轴承中点跨距。

本发明的有益效果是：

1.本发明采用集带有空心转子的无框电机和螺母驱动型滚珠丝杠副一体化设计，结构紧凑，可较为方便的用于直线进给运动需求。既可以有效提高驱动螺母转速，从而提高直线进给速度，同时借助螺旋传动还可保证足够的驱动力。

2.本发明使用过程中采用驱动螺母旋转的方式可以克服传统丝杠旋转过程中丝杠旋转惯性力造成的发热、变形和能耗严重等问题，有效降低振动和噪声，改善设备的工作精度。

3.本发明采用电机和螺母主驱动型滚珠丝杠副集成型一体化设计，电机与驱动螺母之间不存在传动结构，提高了传递效率。

附图说明

图1为本发明实施例的整体结构示意图；

图2为图1的局部剖视图；

图3为图2的主视图；

图4为本发明实施例螺母套的结构示意图；

图5为本发明实施例驱动螺母的结构示意图。

图中：1 丝杠，2 无框电机，3 托板，4 螺母套，5 第一紧固螺钉，6 左轴承端盖，7左毡圈，8 左轴承，9 套筒，10 右轴承，11 右轴承端盖，12 第二紧固螺钉，13 驱动螺母，14右毡圈，15 第三紧固螺钉，16 电机动力线接口，17 相序控制器及温度传感器引线接口。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步的描述：

如图1、图2及图3所示，一种电动直线进给单元，其结构包括：丝杠1、无框电机2、托板3、螺母套4、第一紧固螺钉5、左轴承端盖6、左毡圈7、左轴承8、套筒9、右轴承10、右轴承端盖11、第二紧固螺钉12、驱动螺母13、右毡圈14、第三紧固螺钉15等。

所述无框电机2为空心轴无刷电机，由空心转子、定子及相序控制器组成。空心转子呈套筒状，空心转子外表面均布有磁钢条，空心转子内表面和滚珠丝杠间有适当间隙。

如图5所示，驱动螺母13为圆柱形套筒结构，其一端设有法兰，在空心转子内、外圆面间的端面上，均布有和空心转子轴心线平行的孔系，分布的孔系和滚珠驱动螺母13端面法兰螺孔相配合，丝杠1穿过无框电机2转子内孔，无框电机2转子一端端面均设计有均匀分布螺纹孔。

如图4所示，所述螺母套4为圆柱形空心结构，螺母套4一端设有法兰，螺母套4通过第三紧固螺钉15实现端部法兰与无框电机2定子一端外侧环形均匀分布螺纹孔的连接。螺母套4内孔远离法兰一端设有环形台阶，环形台阶内圆柱面中部设有容纳左毡圈7的环形槽，环形台阶内侧与左轴承8外圈端面配合，右轴承10位于螺母套4内孔近法兰端，螺母套4内孔近法兰端设有内螺纹，右轴承端盖11为环状结构，其外回转面设有螺纹，右轴承端盖11通过螺纹配合安装在螺母套4内孔近法兰端，其端面与右轴承10外圈端面配合。螺母套4内孔近法兰端设有阶梯孔，所述阶梯孔中部设有容纳右毡圈14的环形槽，左轴承8和右轴承10内圈与驱动螺母13外回转面配合，驱动螺母13通过第二紧固螺钉12实现端部法兰与无框电机2转子一端外侧环形均匀分布螺纹孔的连接。

驱动螺母13近法兰端设有轴肩，所述轴肩与右轴承10内圈端面配合，左轴承8和右轴承10内圈相对端面之间设有套筒9，所述套筒9内孔与驱动螺母13外回转面配合，驱动螺母13远离法兰端外回转面设有螺纹，左轴承端盖6为环状结构，其内回转面设有螺纹，左轴承端盖6通过螺纹配合安装在驱动螺母13远离法兰端，其端面与左轴承8内圈端面配合。

无框电机2的下方设有电机动力线接口16和相序控制器及温度传感器引线接口17，无框电机2设有内置的温度传感器以实现温度在线监测。由于电机与螺母的一体化设计,螺母套与定子固连，所以温度在线监测结果既可作为电机控制信号,也可以作滚珠螺旋传动热变形误差补偿用信号，从而实现更加精确的直线进给运动控制。

螺母套4内孔近法兰端的阶梯孔容纳驱动螺母13端部法兰，所述阶梯孔的内孔径大于驱动螺母13端部法兰外径2mm，螺母套4内孔远离法兰一端的环形台阶内孔径大于左轴承端盖6外径2mm。

螺母套4外表面设有方形平台结构，所述方形平台结构平面平行于螺母套4内孔轴线，方形平台结构四角位置设有螺纹孔，托板3中部设有沉孔，托板3通过第一紧固螺钉5安装在螺母套4端部的方形平台面上。

所述左轴承8和右轴承10为角接触球轴承，既能承受轴向力又能承受径向力，采用正装方式装配。所述套筒9外径小于左轴承8和右轴承10内圈的外径，以实现左轴承8和右轴承10之间的轴向定位。驱动螺母13外回转面、螺母套与套筒9配合位置中部设有环形槽及径向油孔。环形槽可以改善驱动螺母13的加工工艺性，降低加工成本；设置径向油孔便于各部件之间的润滑，降低噪声和发热，延长装置的使用寿命；驱动螺母13的端部法兰孔为沉孔结构。

本实施例的装配方法包括以下步骤：

步骤(1)：将丝杠1与驱动螺母13进行配合；

步骤(2)：将驱动螺母13的端部法兰通过第二紧固螺钉12安装在无框电机2的空心转子上；

步骤(3)：将左轴承8、套筒9和右轴承10依次放入螺母套4的内孔中，并旋紧右轴承端盖11，将右毡圈14放入螺母套4近法兰端的环形槽内；

步骤(4)：将螺母套4组件套在驱动螺母13上；

步骤(5)：通过第三紧固螺钉15实现螺母套4组件与无框电机2定子的连接，然后将左毡圈7放入螺母套4远法兰端的环形槽内，旋紧左轴承端盖6；

步骤(6)：利用第一紧固螺钉5将托板安装在螺母套4上。

安装完毕后，将电动直线进给单元的整体结构放置机床床身上作为进给装置。

为便于对本发明的理解，下面结合其工作方法对本发明作进一步的描述：

启动无框电机2，空心转子带动驱动螺母13旋转，驱动螺母13在丝杠1上旋转的同时沿丝杠1做直线移动，驱动螺母13带动螺母套4及托板3做直线移动，实现直线进给。

本发明的滚珠丝杠副设计成螺母主驱动型结构，具有多种尺寸及导程规格要求。所述无框电机2也具有多种尺寸和转矩规格，包括无框空心伺服电机等多种类型。依据尺寸、转矩和运动速度变换需求，多种不同导程规格的滚珠丝杠副和无框电机2进行有效集成一体化设计，形成各种不同规格要求的系列化电动直线进给单元。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不是本发明的全部实施例，不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

除说明书所述技术特征外，其余技术特征均为本领域技术人员已知技术，为突出本发明的创新特点，其余技术特征在此不再赘述。

Claims (7)

1.一种电动直线进给单元，其特征是，包括丝杠、电机和驱动螺母，所述电机包括呈套筒状的空心转子、定子和相序控制器，所述空心转子套置在所述丝杠上，所述驱动螺母与所述丝杠相互啮合；所述驱动螺母与所述空心转子固定连接，所述空心转子带动所述驱动螺母旋转，所述驱动螺母在所述丝杠上旋转的同时沿所述丝杠做直线移动，所述驱动螺母带动所述电机的定子做直线移动；

所述电机的定子设有内置的温度传感器以实现温度的在线监测；

所述电机的定子上固定安装有螺母套，所述螺母套上固定设置有托板，所述驱动螺母的旋转运动经所述丝杠转化为直线运动后带动所述螺母套和托板直线移动；

所述驱动螺母固定安装在所述空心转子的一端，所述螺母套固定安装在所述定子的一端，所述相序控制器固连安装在定子的另一端，所述螺母套套置在所述驱动螺母的外侧；定子与螺母套固连以使温度在线监测信号可同时作为电机控制及滚珠螺母副传动热变形误差补偿控制信号。

2.根据权利要求1所述的一种电动直线进给单元，其特征是，所述驱动螺母与所述空心转子、所述螺母套与所述定子，所述托板与所述螺母套之间均通过螺纹连接件进行连接。

3.根据权利要求1所述的一种电动直线进给单元，其特征是，所述驱动螺母和所述螺母套之间设有轴承，所述轴承包括沿所述驱动螺母轴线方向并列设置的左轴承和右轴承。

4.根据权利要求3所述的一种电动直线进给单元，其特征是，所述左轴承配有左轴承端盖，所述右轴承配有右轴承端盖；所述左轴承端盖的内回转面设有内螺纹并与所述驱动螺母的外回转面形成螺纹连接，所述左轴承端盖的端面与所述左轴承的内圈端面配合；所述右轴承端盖上设有外螺纹并与所述螺母套的内孔形成螺纹连接，所述右轴承端盖的端面与所述右轴承的外圈端面配合。

5.根据权利要求3所述的一种电动直线进给单元，其特征是，所述左轴承和所述右轴承之间设有套筒，所述套筒的两端分别顶住所述左轴承和所述右轴承，所述套筒的的外径小于所述左轴承和所述右轴承内圈的外径；所述驱动螺母、所述螺母套与所述套筒的配合位置设有环形槽及径向油孔。

6.装配如权利要求3所述的电动直线进给单元的方法，其特征是，包括以下步骤：

步骤(1)：将丝杠与驱动螺母进行配合；

步骤(2)：将驱动螺母安装在电机的空心转子上；

步骤(3)：将左轴承和右轴承放入螺母套的内孔中；

步骤(4)：将带有左轴承和右轴承的螺母套组件套置在驱动螺母上；

步骤(5)：将螺母套组件安装在电机的定子上；

步骤(6)：将托板安装在螺母套上。

7.根据权利要求6所述的装配电动直线进给单元的方法，其特征是，所述步骤(3)中，所述左轴承和所述右轴承采用正装方式装配。