CN112775365B - 一种差动式行星滚柱丝杠副环形槽螺母滚轧装置及工艺 - Google Patents

一种差动式行星滚柱丝杠副环形槽螺母滚轧装置及工艺 Download PDF

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Abstract

一种差动式行星滚柱丝杠副环形槽螺母滚轧装置及工艺，包括轴类零件的滚轧模具，其中间部位加工有用于滚轧的螺母坯料的环形槽，滚轧模具从第三轴承座与其上的第三夹具安装的螺母坯料内部穿过，第三轴承座和径向进给机构连接；滚轧模具一端与第一夹具配合，第一夹具安装在第一轴承座上，第一轴承座固定在第一支撑座上，第一夹具另一端通过驱动轴和驱动电机连接，驱动电机经第一支撑座安装固定在底板上；滚轧模具另一端由第二夹具夹紧，第二夹具安装在第二轴承座上，第二轴承座和轴向夹具推进机构连接；本发明采用无切削的滚轧成形技术对差动式行星滚柱丝杠副的螺母进行加工，具有成形效率高、节能、省材的优点，有效增加螺母内部环形槽的表面强度。

Description

一种差动式行星滚柱丝杠副环形槽螺母滚轧装置及工艺
技术领域
本发明属于塑性加工技术领域，具体涉及一种差动式行星滚柱丝杠副环形槽螺母滚轧装置及工艺。
背景技术
行星滚柱丝杠是一种将旋转运动转化为直线运动，同时将电机输入扭矩转化为输出机构轴向驱动力的新型传动装置，具有刚度大、高功率密度和寿命长等诸多优点，广泛应用于航空、航天、武器装备、机器人等领域。差动式行星滚柱丝杠(PWG)是行星滚柱丝杠中的一种类型，其结构简单紧凑，承载能大，适合于高速重载场合。差动式行星滚柱丝杠与标准型行星滚柱丝杠相比主要区别有：在结构方面，不需要安装内齿圈，滚柱两端不需要加工齿轮，结构更加紧凑；在性能方面，导程更小、功率密度高、振动和噪声小，传动更加平稳。所以，PWG型差动式行星滚柱丝杠更加符合航天服役环境下机电伺服系统对重载直线传动部件的需求，具有更加广阔的应用前景。
行星滚柱丝杠是一种精密的传动机构，尤其对于差动式行星滚柱丝杠中的螺母，其内部为众多环形凹槽结构，目前多采用切削加工的工艺方法进行生产，加工制造面临着许多技术难题，不仅效率低，材料浪费严重，加工精度难以保证，而且由于金属纤维被切断从而降低了零件机械性能，目前主要依赖于进口，限制了我国传动装备的发展。
滚轧成形是一种塑性成形工艺，具有生产效率高、节约材料、工件流线好、力学性能高等诸多优点，可用于成形内齿型零件。中国专利CN201911054918.3提出了一种大直径内齿形零件的滚轧成形工艺以及相位调整方法，内部多个滚轧模具同步径向进给进行滚轧成形，主要适用于大直径内齿圈以及内螺纹滚轧成形，对于小直径的内齿型零件，多个滚轧模具的尺寸以及相位调整存在困难。美国专利US20060272375中提出了一种内齿型件的塑性成形方法，采用一个成形模具，在成形过程中模具同时存在轴向与径向进给，可适用于加工直径较小的内齿圈零件；文献(Zhang S et al.The planetary rolling process offorming the internal thread.International Journal of Advanced ManufacturingTechnology,2020,107:3543-3551.)论述了一种小直径内螺纹自旋轴向推进的滚轧方法，内螺纹坯料内部布置三个滚轧模具，依靠螺纹自啮合进行轴向进给滚轧成形，主要适用于小直径内螺纹的滚轧成形。
由于差动式行星滚柱丝杠螺母为环形槽结构，上述现有的滚轧成形工艺方法并不适用于差动式行星滚柱丝杠螺母的滚轧成形加工。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种差动式行星滚柱丝杠副环形槽螺母滚轧装置及工艺，采用无切削的滚轧成形技术对差动式行星滚柱丝杠副的螺母进行加工，具有成形效率高、节能、省材的优点，并且塑性变形可有效增加螺母内部环形槽的表面强度。
为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种差动式行星滚柱丝杠副环形槽螺母滚轧装置，包括一个滚轧模具30，滚轧模具30为轴类零件，其中间部位加工有用于滚轧的螺母坯料31的环形槽，两端加工有相位相同的外花键；滚轧模具30从第三轴承座8与第三夹具9上安装的螺母坯料31内部穿过，第三夹具9连接在第三轴承座8上，第三轴承座8和径向进给机构连接；
滚轧模具30的一端第一花键槽33与第一夹具7上的内花键配合进行传动，第一夹具7通过滚动轴承安装在第一轴承座6上，第一轴承座6固定在第一支撑座20上；第一夹具7的另一端与驱动轴5输出端连接，驱动轴5输入端和驱动电机1连接，驱动电机1通过第一支架3安装在第一支撑座20上，第一支撑座20安装固定在底板19上；
滚轧模具30的另一端第二花键槽32由第二夹具10夹紧固定，第二夹具10通过滚动轴承安装在第二轴承座11上，第二轴承座11和轴向夹具推进机构连接。
所述的径向进给机构包括第三轴承座8的下方分别安装的两个滑块27，滑块27与底板19上的导轨26相互配合，第三轴承座8的前端安装进给螺母29，进给螺母29与第一丝杠28配合，第一丝杠28和径向进给电机21连接，径向进给电机21通过第三支架25安装在底板19上，使得螺母坯料31沿着导轨26进行径向进给。
所述的轴向夹具推进机构包括第二轴承座11下方连接的第二支撑座12，第二支撑座12的下方和丝杠螺母13连接，丝杠螺母13与第二丝杠14配合，第二丝杠14的一端通过滚动轴承安装在底板19上，另一端和轴向推进电机18连接，轴向推进电机18通过第二支架16安装在底板19的凹槽内，使得第二支撑座12沿着底板19上的滑槽实现轴向移动。
所述的第一轴承座6、第一夹具7、第二轴承座11、第二夹具10、第三轴承座8、第三夹具9的内孔中心轴向线与滚轧模具30、驱动轴5的轴线对齐，且第三轴承座8、第三夹具9的内孔直径均大于滚轧模具30的最大外径，便于滚轧模具30的安装以及螺母坯料31的径向移动。
所述的导轨26与第一轴承座6、第一夹具7、第二轴承座11、第二夹具10、第三轴承座8、第三夹具9的内孔轴线垂直，导轨26上有刻度，用于初始定位以及径向位移的读取。
利用一种差动式行星滚柱丝杠副环形槽螺母滚轧装置的工艺，包括以下步骤：
1)根据差动式行星滚柱丝杠螺母的规格设计加工用的滚轧模具30以及螺母坯料31；
2)控制轴向推进电机18运动，使得第二轴承座11向远离第三夹具9的方向运动，安装滚轧模具30，使得滚轧模具30上的第二花键32由第二夹具10夹紧固定；
3)调整第三夹具9，将螺母坯料31安装固定在第三夹具9中，使得螺母坯料31与第三夹具9的中心轴线重合；
4)控制轴向推进电机18运动，使得第二轴承座11向靠近第三夹具9的方向运动，运动到指定位置时，将滚轧模具30的第一花键33与第一夹具7配合；
5)启动驱动电机1，设定输出转速n1，带动驱动轴5匀速旋转，从而带动滚轧模具30作匀速旋转；
6)启动径向进给电机21，设定输出转速n2，驱动第一丝杠28转动，通过进给螺母29以实现第三轴承座8径向进给，从而实现螺母坯料31以速度v1沿着导轨26进行径向进给，螺母坯料31通过与滚轧模具30的摩擦自转，完成螺母坯料31上环形槽的塑性成形；
7)径向进给电机21运动t秒后，径向进给电机21停止运动，其中t＝h/v1，h为进给距离，与待加工螺母的环形槽高度有关；驱动电机1继续带动滚轧模具30旋转，实现螺母坯料31的环形槽精整；随后驱动电机1停止运动，滚轧结束；
8)启动径向进给电机21，使第三轴承座8沿着导轨26回到初始位置，控制轴向推进电机18运动，使得第二轴承座11向远离第三夹具9的方向运动，调整第三夹具9，带动滚轧模具30远离螺母坯料31，卸料。
本发明的有益效果为：
本发明装置具有加工效率高、操作简单的优点，能实现多种规格和厚度的差动式行星滚柱丝杠副环形槽螺母的滚轧加工；工艺具有材料利用率高、滚轧成形的环形槽的强度高、精度高、表面光洁度好的优点，其抗拉强度、疲劳性能、表面硬度等物理性能都优于传统的切削加工。
附图说明
图1为本发明装置工作示意图。
图2为本发明装置卸料示意图。
图3是本发明装置的剖面图。
图4是滚轧模具30与螺母坯料31放大图。
图5是滚轧模具30的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
参照图1、图2、图3、图4和图5，一种差动式行星滚柱丝杠副环形槽螺母滚轧装置，包括一个滚轧模具30，滚轧模具30为轴类零件，其中间部位加工有用于滚轧的螺母坯料31的环形槽，两端加工有相位相同的外花键；滚轧模具30从第三轴承座8与第三夹具9上安装的螺母坯料31内部穿过，螺母坯料31被第三夹具9夹紧后只存在转动自由度，第三夹具9连接在第三轴承座8上，第三轴承座8和径向进给机构连接，径向进给机构包括第三轴承座8的下方分别安装的两个滑块27，滑块27与底板19上的导轨26相互配合，第三轴承座8的前端加工有螺母孔用于安装进给螺母29，进给螺母29与第一丝杠28配合，第一丝杠28通过第三联轴器24、第三减速器22和径向进给电机21连接，径向进给电机21与第三减速器22通过第三支架25安装在底板19上，使得螺母坯料31沿着导轨26进行径向进给；
滚轧模具30的一端第一花键槽33与第一夹具7上的内花键配合进行传动，第一夹具7通过滚动轴承安装在第一轴承座6上，第一轴承座6固定在第一支撑座20上；第一夹具7的另一端通过键连接与驱动轴5输出端连接，驱动轴5输入端通过第一联轴器4、第一减速器2和驱动电机1连接，驱动电机1和第一减速器2通过第一支架3安装在第一支撑座20上，第一支撑座20安装固定在底板19上；
滚轧模具30的另一端第二花键槽32由第二夹具10夹紧固定，第二夹具10通过滚动轴承安装在第二轴承座11上，第二夹具10相对于第二轴承座11具有转动自由度，第二轴承座11和轴向夹具推进机构连接，轴向夹具推进机构包括第二轴承座11下方连接的第二支撑座12，第二支撑座12的下方和丝杠螺母13连接，丝杠螺母13与第二丝杠14配合，第二丝杠14的一端通过滚动轴承安装在底板19上，另一端通过第二联轴器15、第二减速器17和轴向推进电机18连接，轴向推进电机18与第二减速器17通过第二支架16安装在底板19的凹槽内，使得第二支撑座12沿着底板19上的滑槽实现轴向移动。
所述的第一轴承座6、第一夹具7、第二轴承座11、第二夹具10、第三轴承座8、第三夹具9的内孔中心轴向线与滚轧模具30、驱动轴5的轴线对齐，且第三轴承座8、第三夹具9的内孔直径均大于滚轧模具30的最大外径，便于滚轧模具30的安装以及螺母坯料31的径向移动。
所述的导轨26与第一轴承座6、第一夹具7、第二轴承座11、第二夹具10、第三轴承座8、第三夹具9的内孔轴线垂直，导轨26上有刻度，用于初始定位以及径向位移的读取。
利用一种差动式行星滚柱丝杠副环形槽螺母滚轧装置的工艺，包括以下步骤：
1)参照图4、图5，根据差动式行星滚柱丝杠螺母的规格设计加工用的滚轧模具30以及螺母坯料31；
2)参照图1、图2，控制轴向推进电机18运动，使得第二轴承座11向远离第三夹具9的方向运动，安装滚轧模具30，使得滚轧模具30上的第二花键32由第二夹具10夹紧固定；
3)调整第三夹具9，将螺母坯料31安装固定在第三夹具9中，使得螺母坯料31与第三夹具9的中心轴线重合；
4)控制轴向推进电机18运动，使得第二轴承座11向靠近第三夹具9的方向运动，运动到指定位置时，将滚轧模具30的第一花键33与第一夹具7配合；
5)启动驱动电机1，设定输出转速n1，带动驱动轴5匀速旋转，从而带动滚轧模具30作匀速旋转；
6)启动径向进给电机21，设定输出转速n2，驱动第一丝杠28转动，通过进给螺母29以实现第三轴承座8径向进给，从而实现螺母坯料31以速度v1沿着导轨26进行径向进给，螺母坯料31通过与滚轧模具30的摩擦自转，完成螺母坯料31上环形槽的塑性成形；
7)径向进给电机21运动t秒后，径向进给电机21停止运动，其中t＝h/v1，h为进给距离，与待加工螺母的环形槽高度有关；驱动电机1继续带动滚轧模具30旋转，实现螺母坯料31的环形槽精整；随后驱动电机1停止运动，滚轧结束；
8)启动径向进给电机21，使第三轴承座8沿着导轨26回到初始位置，控制轴向推进电机18运动，使得第二轴承座11向远离第三夹具9的方向运动，调整第三夹具9，带动滚轧模具30远离螺母坯料31，卸料。

Claims (6)

1.一种差动式行星滚柱丝杠副环形槽螺母滚轧装置，其特征在于：包括一个滚轧模具(30)，滚轧模具(30)为轴类零件，其中间部位加工有用于滚轧螺母坯料(31)的环形槽，两端加工有相位相同的花键槽；滚轧模具(30)从第三轴承座(8)与第三夹具(9)上安装的螺母坯料(31)内部穿过，第三夹具(9)连接在第三轴承座(8)上，第三轴承座(8)和径向进给机构连接；
滚轧模具(30)一端的第一花键槽(33)与第一夹具(7)一端上的内花键配合进行传动，第一夹具(7)通过滚动轴承安装在第一轴承座(6)上，第一轴承座(6)固定在第一支撑座(20)上；第一夹具(7)的另一端与驱动轴(5)输出端连接，驱动轴(5)输入端和驱动电机(1)连接，驱动电机(1)通过第一支架(3)安装在第一支撑座(20)上，第一支撑座(20)安装固定在底板(19)上；
滚轧模具(30)另一端的第二花键槽(32)由第二夹具(10)夹紧固定，第二夹具(10)通过滚动轴承安装在第二轴承座(11)上，第二轴承座(11)和轴向夹具推进机构连接。
2.根据权利要求1所述的一种差动式行星滚柱丝杠副环形槽螺母滚轧装置，其特征在于：所述的径向进给机构包括第三轴承座(8)的下方安装的两个滑块(27)，滑块(27)与底板(19)上的导轨(26)相互配合；第三轴承座(8)的前端安装进给螺母(29)，进给螺母(29)与第一丝杠(28)配合，第一丝杠(28)和径向进给电机(21)连接，径向进给电机(21)通过第三支架(25)安装在底板(19)上，使得螺母坯料(31)沿着导轨(26)进行径向进给。
3.根据权利要求2所述的一种差动式行星滚柱丝杠副环形槽螺母滚轧装置，其特征在于：所述的轴向夹具推进机构包括第二轴承座(11)下方连接的第二支撑座(12)，第二支撑座(12)的下方和丝杠螺母(13)连接，丝杠螺母(13)与第二丝杠(14)配合，第二丝杠(14)的一端通过滚动轴承安装在底板(19)上，另一端和轴向推进电机(18)连接，轴向推进电机(18)通过第二支架(16)安装在底板(19)的凹槽内，使得第二支撑座(12)沿着底板(19)上的滑槽实现轴向移动。
4.根据权利要求3所述的一种差动式行星滚柱丝杠副环形槽螺母滚轧装置，其特征在于：所述的第一轴承座(6)、第一夹具(7)、第二轴承座(11)、第二夹具(10)、第三轴承座(8)、第三夹具(9)的内孔中心轴向线与滚轧模具(30)、驱动轴(5)的轴线对齐，且第三轴承座(8)、第三夹具(9)的内孔直径均大于滚轧模具(30)的最大外径，便于滚轧模具(30)的安装以及螺母坯料(31)的径向移动。
5.根据权利要求3所述的一种差动式行星滚柱丝杠副环形槽螺母滚轧装置，其特征在于：所述的导轨(26)与第一轴承座(6)、第一夹具(7)、第二轴承座(11)、第二夹具(10)、第三轴承座(8)、第三夹具(9)的内孔中心轴向线垂直，导轨(26)上有刻度，用于初始定位以及径向位移的读取。
6.利用权利要求3所述的一种差动式行星滚柱丝杠副环形槽螺母滚轧装置的工艺，其特征在于，包括以下步骤：
1)根据差动式行星滚柱丝杠螺母的规格设计加工用的滚轧模具(30)以及螺母坯料(31)；
2)控制轴向推进电机(18)运动，使得第二轴承座(11)向远离第三夹具(9)的方向运动，安装滚轧模具(30)，使得滚轧模具(30)上的第二花键槽(32)由第二夹具(10)夹紧固定；
3)调整第三夹具(9)，将螺母坯料(31)安装固定在第三夹具(9)中，使得螺母坯料(31)与第三夹具(9)的中心轴线重合；
4)控制轴向推进电机(18)运动，使得第二轴承座(11)向靠近第三夹具(9)的方向运动，运动到指定位置时，将滚轧模具(30)的第一花键槽(33)与第一夹具(7)配合；
5)启动驱动电机(1)，设定输出转速n1，带动驱动轴(5)匀速旋转，从而带动滚轧模具(30)作匀速旋转；
6)启动径向进给电机(21)，设定输出转速n2，驱动第一丝杠(28)转动，通过进给螺母(29)以实现第三轴承座(8)径向进给，从而实现螺母坯料(31)以速度v1沿着导轨(26)进行径向进给，螺母坯料(31)通过与滚轧模具(30)的摩擦自转，完成螺母坯料(31)上环形槽的塑性成形；
7)径向进给电机(21)运动t秒后，径向进给电机(21)停止运动，其中t＝h/v1，h为进给距离，与螺母坯料的环形槽高度有关；驱动电机(1)继续带动滚轧模具(30)旋转，实现螺母坯料(31)的环形槽精整；随后驱动电机(1)停止运动，滚轧结束；
8)启动径向进给电机(21)，使第三轴承座(8)沿着导轨(26)回到初始位置，控制轴向推进电机(18)运动，使得第二轴承座(11)向远离第三夹具(9)的方向运动，调整第三夹具(9)，带动滚轧模具(30)远离螺母坯料(31)，卸料。
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