CN114367683A - 一种数控车床用旋转电伺服推拉缸 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种数控车床用旋转电伺服推拉缸，包括电机座部件、缸体部件、离合器部件和减速器部件。所述伺服电机安装在电机座上，通过同步带轮组及离合器带动减速器工作，经过减速增大扭矩后带动滚珠丝母和滚珠丝杆轴做轴向运动，从而驱动机床夹具。滚珠丝母受力后轴向位移时压迫两侧的弹簧组件产生张紧力。离合器通电时将伺服电机的转动传递给减速器，失电后将缸体部件旋转运动和伺服电机分离，当伺服电机和缸体分离后，由弹簧张紧力始终保持对滚珠丝杆轴的推拉力。滚珠丝杆轴推拉力的大小由伺服电机转动时的电流值对应设定，从而实现对机床夹具的张紧力控制。与现有技术相比，本发明节能环保，精准力控，安全可靠。

Description

一种数控车床用旋转电伺服推拉缸

技术领域

本发明涉及数控机床领域，尤其是涉及一种数控车床用旋转电伺服推拉缸。

背景技术

旋转推拉缸是数控机床夹具配套使用的运动部件，结合动力源产生运动，实现夹具的打开或闭合，尤其适用于数控车床，旋转推拉缸帮助实现数控车床主轴卡盘或其它夹具对工件的夹紧和松开作业。目前该机构主要由液压站提供动力源，再通过旋转油缸运动来实现夹具工作，其问题在于当机床切削作业时，旋转油缸并不需要运动，但液压站也要保持工作，才能满足对夹具张紧力的维持，能耗浪费，且液压站和油压系统的油品会造成环境污染。本发明采用伺服电机提供动力源，通过减速器和滚珠丝杆传动实现低能耗大扭矩的效果，并通过弹簧组件的预压提供稳定的张紧力，使得机床作业时电机可以停止工作，大幅度节约能源。目前的油压旋转拉缸难以实现对于微小拉紧力的控制，而通过伺服电机的电流设置结合弹簧组件的预压可以实现很小且稳定的推拉力控制。目前的油压系统动力源是较大体积的部件，本发明用一个较小的伺服电机取代其提供动力源，将有效节省机床设计空间，使机床结构得以简化。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种结构紧凑、节能环保的数控车床夹具推拉缸，由伺服电机驱动，实现即时精准的夹紧力控制。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

一种数控车床用旋转电伺服推拉缸，包括缸体部分、电机座部份、离合器部分、减速器部份。

电机座部分相对于机床是静止的，不随机床主轴和夹具旋转，由机床上的支架限制电机座的转动，伺服电机直接安装在电机座上。

伺服电机轴上安装有电机端同步带轮，并通过齿形同步带连接另一个离合同步带轮，离合同步带轮通过轴承套接在轴承座上，离合同步带轮的一侧设有数个凸出的拨销。

轴承座被锁定在电机座的一侧。电机座的另一侧安装一个深沟球轴承和减速器壳体连接。深沟球轴承的外圈被压盖锁紧，压盖上设有骨架旋转油封，起到密封防尘作用。

电机座内设有电磁吸盘，电磁吸盘通电后产生磁吸力，拉动离合器动圈运功，使得离合同步带轮上的拨销插入离合器动圈端面的沉孔里，从而实现离合同步带轮转动时离合器动圈同步旋转，传递伺服电机的扭矩。

离合器动圈的另一侧也设有沉孔，当电磁吸盘断电后，离合器动圈在内孔的离合器弹簧推力作用下向减速器一侧移动，减速器壳体上的销轴插入离合器动圈的沉孔中，使减速器壳体和离合器动圈相对不产生旋转。

离合器动圈内孔和定圈外圆上分别设有一组弹簧槽和一组离合器钢球滚道，离合定圈被锁定在减速器输入轴上，离合器钢球套接在离合器定圈和离合器动圈的滚道中，使得离合器动圈可以在离合器定圈上做轴向移动。

当电磁吸盘失电时离合器弹簧力将离合器动圈推向减速器一侧，使得离合器动圈和离合器同步带轮分离，这样当减速器、离合器随着机床主轴旋转时，不会带动同步带轮及伺服电机运动。

减速器采用直筒型柔轮的少齿差谐波减速机构，输入轴的两端安装由深沟球轴承分别连接减速器的壳体和输出端，减速器壳体和输出端之间设有深槽型重载满球轴承，钢球从壳体的外径装入，并用堵头封上。输入轴中间的椭圆形凸轮轴颈处套接滚针轴承，滚针轴承推动直筒型柔性齿轮，减速器壳体和输出端的内孔设有内齿，柔性齿轮的齿数比壳体的内齿数少2个齿，当输入轴转动后带动柔性齿轮相对于壳体做少2齿差行星运动，形成减速。输出端内齿数和柔性齿轮齿数量相等，使得动柔性齿轮相对于输出端做等速传递运动。采用大速比的减速器使得伺服电机的扭矩得以放大驱动滚珠丝母。

缸体一侧和减速器壳体锁定，通过深沟球轴承和电机座连接。缸体另一侧套接法兰盘，法兰盘通过螺钉和数控车床主轴固定，随机床主轴旋转。

缸体和法兰盘内设有2套轴向对称的弹簧组件及平面推拉轴承，平面推拉轴承的中间夹着滚珠丝母。

减速器输出端的内孔设有多个钢球滚道，滚珠丝母一端的外径设有同样的钢球滚道，滚道中设有减速器输出钢球，将减速器的输出端与滚珠丝母连接，同时可以满足滚珠丝母在推拉丝杠时产生的轴向位移。

滚珠丝母通过钢球滚珠套接滚珠丝杆轴，由于推拉缸的实际工作行程较短，钢球滚珠在滚珠丝母内的运动采用免循环运动形式，在滚珠丝母的一端和滚珠丝杆轴的另一端分别设有一个销孔，并安装有钢球挡销，以限制钢球的运动位置。

滚珠丝杆轴的一端设有内螺纹和机床主轴夹具的拉杆连接，滚珠丝杆轴外径上设有2个对称的键槽，法兰盘上设有2个对称的平键，平键的一端在键槽里滑动，对滚珠丝杆轴的轴向运动起到导向作用，使得滚珠丝杆轴和缸体始终同步旋转，滚珠丝杆轴在缸体中做轴向位移，通过主轴拉杆推拉机床夹具。

法兰盘的一侧设有防尘压盖，防尘压盖内安装有内孔带凸耳的防尘密封圈，凸耳在滚珠丝杆轴的键槽内起到密封作用。

附图说明

为了易于说明，本发明由下述的具体实施及附图作以详细描叙。

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的剖视结构图；

图3为缸体部分的剖视结构图；

图4为缸体部分的爆炸示意图；

图5为电机座部分的剖视结构图；

图6为电机座部分的爆炸示意图；

图7为减速器离合器部分的剖视结构图；

图8为离合器的爆炸示意图；

图9为减速器的爆炸示意图。

图中符号说明：1-缸体部件；2-电机座部件；3-离合器部件；4-减速器部件；101-缸体；102-滚珠丝母；103-钢球滚珠；104-滚珠丝杆轴；105-钢球挡销；106-法兰盘；107-平键；108-防尘压盖；109-弹簧销轴；110-弹簧；111-弹簧座圈；112-平面推拉轴承；113-防尘密封圈；201-电机座；202-伺服电机；203-电机同步带轮；204-同步带；205-离合同步带轮；206-同步带轮支撑轴承；207-轴承座；208-拨销；209-电磁吸盘；210-压紧环； 211-电机座支撑轴承；212-轴承压盖；213-缸体旋转密封圈；214-丝杆轴旋转密封圈；301-离合器动圈；302-离合器定圈；303-离合器钢球；304-离合器弹簧，305动圈挡片，306-定圈挡片；401-减速器壳体；402-输入轴；403-滚针轴承；404-直筒型柔性齿轮；405-减速器输出端；406-销轴；407-减速器输出钢球。

具体实施方式

如图1和图2所示，本发明由缸体部件1、电机座部件2、离合器部件3、减速器部件4几部份构成。其中伺服电机202提供动力源，电机座部件2套接在缸体部件1上，缸体部件1内由离合器部件3和减速器部件4对滚珠丝杆轴104实施驱动产生轴向运动，滚珠丝杆轴104和机床主轴夹具的拉杆连接，法兰盘106和机床主轴连接，同步旋转。离合器部件3和减速器部件4固定连接，离合动圈303在电磁吸盘209的牵引下会向离合器同步带轮205移动，将伺服电机202的转动传递给减速器部件3，再由减速器的输出端405上滚道中的减速器输出钢球407传递给滚珠丝母102，由滚珠丝母102驱动滚珠丝杆轴104做轴向运动。

如图3和图4所示，伺服电机202固定在电机座201上，伺服电机202轴头装有电机同步带轮203，由同步带204将电机的旋转传递给离合器同步带轮205，离合器同步带轮205通过同步带轮支撑轴承206套接在轴承座207上。离合器同步带轮205的一侧安装了数个拨销208。电机座201的内部设有电磁吸盘209，电磁吸盘209被压紧环210和轴承座207压紧固定。电机座201的一端设有电机座支撑轴承211和轴承压盖212，轴承压盖212内设有缸体旋转密封圈213，轴承座207上设有丝杆轴旋转密封圈214。

如图5和图6所示，缸体101的一侧套接法兰盘106和机床主轴连接，缸体101的另一侧和减速器部件4连接，减速器部件4的外圆套接电机座支撑轴承211和电机座部件2连接。

缸体101内腔的一端和法兰盘106一端之间设有对称的若干个弹簧销轴109，每个弹簧销轴109上设有弹簧110，弹簧110被安置在弹簧座圈111的沉孔中，弹簧销轴109和弹簧座圈111共同对弹簧弹簧110的运动起到导向和防止周向位移的作用。2个对称的弹簧座圈111之间设有2个平面推力轴承112，2个平面推力轴承112之间夹着滚珠丝母102，滚珠丝母102的一端外圆上设有减速器输出钢球滚道和减速器部件4连接传递旋转扭矩。

滚珠丝母102通过钢球滚珠103和滚珠丝杆轴104套接，滚珠丝母102和滚丝杆轴104上分别设有钢球挡销105控制钢球滚珠103的运动行程。滚珠丝杆轴104上设有对称的2个键槽，法兰盘106上安装有2个对称的平键107，平键107在滚珠丝杆轴104的键槽内滑动，对滚珠丝杆轴104起到导向和止转作用。防尘压盖108和防尘密封圈113安装在法兰盘106上，对滚珠丝杆轴104起到密封防尘作用。

如图7、图8、图9所示，减速器部件3和离合器部件4相连接，减速器的壳体401固定在缸体101上，输入轴402和离合器定圈302固定连接，离合器定圈302的外径设有钢球滚道和弹簧槽，离合器动圈301的内径也设有对应的钢球滚道和弹簧槽，离合器钢球303和离合器弹簧304被间隔设置在滚道和槽中，离合器动圈301的一侧设有动圈挡片305，离合器定圈302的一侧设有定圈挡片306，用以限制离合器钢球303和离合器弹簧304的运动行程。

当电磁吸盘209通电时，离合器动圈301在电磁吸引力的作用下克服离合器弹簧304的作用力向离合器同步带轮205移动，离合器同步带轮205上的拨销208插入到离合器动圈301一侧的沉孔中传递伺服电机202的旋转扭矩，此时离合器动圈301和电磁吸盘209之间保持有0.3-0.7mm的距离，使得离合动圈301在旋转时不会摩擦到电磁吸盘209，离合器动圈301转动后带动离合器定圈302及减速器输入轴402，输入轴402的外径凸轮轴颈处套接滚针轴承403和直筒型柔性齿轮404，直筒型柔性齿轮404在减速器壳体401内做少齿差行星减速器运动，同时套接在减速器输出端405内做相同齿数的等速输出传递运动。减速器输出端405内径一端设有减速器输出钢球滚道，滚道中设有减速器输出钢球407，减速器输出钢球407套接在滚珠丝母102一端外径上的钢球滚道中，将旋转力矩传递给滚珠丝母102。

当电磁吸盘209失电时，离合器动圈301在离合器弹簧304的作用力下向减速器壳体401一侧移动，减速器壳体401上设有的销轴406插入离合器动圈301另一侧的沉孔中，将输入轴402和减速器壳体401固定。同时将离合器动圈301和离合器同步带轮205分离。

需要强调的是：以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.本发明公开一种数控车床用旋转电伺服推拉缸，包括缸体通过法兰盘和机床主轴连接，缸体通过轴承和伺服电机座连接，伺服电机安装在电机座上，通过同步带轮组及离合器驱动减速器输入轴旋转，经过减速增大扭矩后带动滚珠丝母转动，同时驱动滚珠丝杆轴做轴向推拉运动，从而控制机床夹具的运功。

2.根据权利要求1所述的一种数控车床用旋转电伺服推拉缸，其特征在于：由伺服电机提供动力，并通过对伺服电机电流值的设定来控制滚珠丝杆轴的推拉力，伺服电机电流值和实际推拉力之间的对应关系经过预先测试标定，同步带轮将电机的旋转运动经过离合器传递给减速器增大扭矩，驱动滚珠丝杆轴做轴向运动。

3.根据权利要求1所述的一种数控车床用旋转电伺服推拉缸，其特征在于：缸体内部设有滚珠丝杆轴和滚珠丝母，由于推拉缸的行程较小，滚珠丝杆轴设计为减速器输出钢球免循环运动，在滚珠丝杆轴的钢球滚道上设有钢球挡销，以控制钢球的行程，滚珠丝母的两侧设有平面推拉轴承及多个弹簧组件，由弹簧预压产生对滚珠丝母及滚珠丝杆轴的恒定推拉力。

4.根据权利要求1所述的一种数控车床用旋转电伺服推拉缸，其特征在于：由直筒型柔轮的谐波减速器将伺服电机的扭矩放大后驱动滚珠丝母，减速器的输出端通过滚珠花键结构形式将扭矩传递给滚珠丝母，减速器的输入轴连接轴向离合器。

5.根据权利要求1所述的一种数控车床用旋转电伺服推拉缸，其特征在于：离合器定圈固定在减速器输入轴上，离合器定圈外圆上和离合器动圈的内孔设有滚珠花键结构，使得离合器动圈轴向移动时可以保持旋转扭矩的传递，离合器定圈和离合器动圈之间设有多个弹簧槽，槽内安装有弹簧，弹簧力将离合器动圈推向减速器的壳体一侧，离合器动圈的两侧都设有若干沉孔，当电磁吸盘的通电时对离合器动圈产生磁吸力，离合器动圈被移动向离合器同步带轮一侧，这时离合器同步带轮上的销轴插入离合器动圈一侧的沉孔中，将伺服电机的转动传递给减速器输入轴，此时离合动圈和电磁吸盘之间有0.3-0.7mm之间的间隙，使得离合器随电机转动时不会摩擦到电磁吸盘，当电磁吸盘失电时，离合器动圈在弹簧的作用下被推向减速器一侧，将减速器壳体上的销轴插入离合器动圈另一侧的沉孔中，使得减速器输入轴和壳体相对静止。

6.根据权利要求1所述的一种数控车床用旋转电伺服推拉缸，其特征在于：滚珠丝杆轴上设有对称的键槽，缸体一端的法兰盘上设有对称的平键，以限制滚珠丝杆轴相对缸体的转动，法兰盘的外侧设有特殊的防尘密封圈。

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