CN114607790B - 一种流体旋转分配结构、旋转式加工设备及控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机械加工领域，具体公开了一种流体旋转分配结构、旋转式加工设备及控制系统。其中的流体旋转分配结构包括中间轴和外套件，所述的外套件套设在中间轴上，并限定成与中间轴旋转活动连接；所述的中间轴与外套件之间设有密封圈；所述的中间轴内设置有轴向输送通道，所述的外套件上设有至少一个径向输送通道；所述的外套件与中间轴之间设有至少一个分配槽；所述的径向输送通道和轴向输送通道分别与分配槽对应；至少其中一个分配槽呈开环形式设置。以上所述的流体旋转分配结构不仅可以在保证旋转运动的前提下，实现在旋转连接结构间稳定供应流体；还能通过合理的调整分配槽形态，实现流体通断的控制。

Description

一种流体旋转分配结构、旋转式加工设备及控制系统

技术领域

本发明涉及机械加工领域，尤其涉及一种流体旋转分配结构、旋转式加工设备及控制系统。

背景技术

旋转连接结构是机械领域常见的连接结构，通常包括旋转件和固定件，可以起到相互支撑的作用，例如中间轴和外套件形式设置。旋转连接结构中经常遇到需要在旋转件和固定件之间稳定供应流体的情况，例如向旋转件上供应气体、液压油、冷却液等，但鉴于旋转连接结构中固定件与旋转件之间的相对运动，流体供应通道的设置具有较大难度，特别是由于流体的流动特性，需要慎重考虑流体泄露的问题。

申请公布号为CN 108953679A的中国发明专利申请公开了一种旋转油路分配器，包括壳体、接头体和接头轴，接头体上开设有若干进油口，壳体上设有轴向盲孔，接头轴插入盲孔内并与盲孔转动配合，壳体上设有出油口，盲孔与接头轴之间设有密封腔体，进油口和出油口均与密封腔体连通。

通过上述旋转油路分配器可以实现在旋转连接结构中的固定件和旋转件之间稳定供油，并合理的平衡了油路密封与旋转运动。但上述旋转分配结构仅实现了流体的稳定输送，不具备对流体通断或流量大小进行控制的功能，需要配合阀等外部控制设备才能对流体的通断或流量大小进行控制，工作时系统整体的结构相对复杂，并且外部控制设备与旋转油路分配器之间的配合容易产生延迟和误差，影响使用效果。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种流体旋转分配结构、旋转式加工设备及控制系统，不仅可以在保证旋转运动的前提下，实现在旋转连接结构间稳定供应流体；还能通过合理的调整分配槽形态，实现流体通断的控制。

为了解决上述技术问题，本发明提供的技术方案如下：一种流体旋转分配结构，包括中间轴和外套件，所述的外套件套设在中间轴上，并限定成与中间轴旋转活动连接；所述的中间轴与外套件之间设有密封圈；

所述的中间轴内设置有轴向输送通道，所述的外套件上设有至少一个径向输送通道；

所述的外套件与中间轴之间设有至少一个分配槽，所述的分配槽围绕中间轴的轴线环形设置；所述的径向输送通道和轴向输送通道分别与分配槽对应；

至少其中一个分配槽呈开环形式设置；

所述的密封圈沿径向包括弹性外层和刚性内层，所述的弹性外层和刚性内层一体设置；所述外套件的内侧分布有密封槽，所述密封圈的弹性外层置于密封槽内，所述密封圈的刚性内层与中间轴滑动接触。

所述的分配槽在周向上的覆盖区域为开槽分段，分配槽在周向上的开环区域为断开分段，当外套件相对于中间轴旋转至开槽分段同时连通径向输送通道和轴向输送通道时，流体的输送通道畅通；当外套件相对于中间轴旋转至径向输送通道或轴向输送区域与断开分段对齐时，流体的输送通道断开。

弹性外层置于密封圈内，并挤压变形，保证密封圈与外套件之间可靠密封，并对刚性内层施加一定的预紧力。刚性内层与中间轴刚性接触，并伴随外套件与中间轴的转动与中间轴外侧面相对滑动，同时起到运动支撑和密封的效果。

采用上述流体旋转分配结构不仅可以在保证外套件与中间轴之间相对旋转运动的前提下，实现在旋转连接结构间稳定供应流体；还能通过合理调整分配槽中断开分段和开槽分段的分布状态，实现流体通断的控制。同时，由于流体通断的控制由分配槽中开槽分段与断开分段的分布状态控制，通断状态的变化伴随外套件与中间轴的相对旋转同时自动进行，避免了外部控制部件与旋转连接结构之间的配合误差和延迟，保证控制响应的准确性和及时性。

作为优选，所述的分配槽在周向上呈点状、线状、或点状与线状组合的形式分布。

通过合理布置分配槽的设置形态，也即设置开槽分段的周向覆盖区域，及单个开槽分段的覆盖角度，可以适用不同工况的流体供应需求。

作为优选，所述径向输送通道的数量至少为两个。

可以设置成一个工位对应多个径向输送通道，单个工位通过多个径向输送通道的配合，工位上的工作状态可以更为多样性。也可以设置多个工位，每个工位分别对应一个或多个径向输送通道，多个工位交替工作或同时工作可以提高工作效率。

作为优选，至少其中一个分配槽沿周向分成至少两个彼此不连续的开槽分段。

每个开槽分段可以独立连通不同种类或性能参数的流体，也可以多个开槽分段连通同一流体。

作为优选，所述分配槽的数量至少为两个，并沿中间轴的轴线方向依次分布。

可以每个分配槽独立连通不同种类或性能参数的流体，也可以多个分配槽连通同一种流体。

作为优选，每相邻两个分配槽之间设有一个密封圈。

作为优选，所述刚性内层的内壁设有至少一个围绕密封圈轴线环形设置的缓冲槽。

密封圈的设置可以防止流体泄露，同时防止不同分配槽之间的流体混合相互干扰，保证各个分配槽中流体的独立性。缓冲槽的设置可以以迷宫形式增强密封效果。

一种旋转式加工设备，包括如上所述的流体旋转分配结构；还包括流体源和加工模块，流体源和加工模块其中之一与径向输送通道连通，另一个与轴向输送通道连通。

流体源提供高压流体或形成负压，流体经过上述流体旋转分配结构受控流向加工模块、或从加工模块流向流体源，从而起到控制加工模块工作状态、或供应加工模块流体的作用，具有结构简单、工作可靠的优点。

一种基于流体压强的控制系统，采用如上所述的流体旋转分配结构；所述的径向输送通道和轴向输送通道其中之一与流体源连通，另一个与工作单元连通；

根据径向输送通道与分配槽之间连通状态的变换，切换工作单元的工作模式。

与现有的流体分配结构的控制方式相比，本申请的控制系统将控制功能集成在流体分配结构上，简化系统结构，集成度高，并且具有控制准确、响应及时的优点。

附图说明

图1为本发明第一实施例流体旋转分配结构的正面剖视图；

图2为本发明第一实施例流体旋转分配结构的侧面剖视图；

图3为本发明第一实施例流体旋转分配结构中中间轴的结构示意图；

图4为本发明第一实施例流体旋转分配结构中中间轴的断面图；

图5为图1中A处的局部放大图；

图6为本发明第二实施例流体旋转分配结构的正面剖视图；

图7为本发明第三实施例流体旋转分配结构中中间轴的断面图；

图8为本发明第四实施例流体旋转分配结构的爆炸图图；

图9为本发明第四实施例流体旋转分配结构的结构示意图；

图10为本发明第四实施例流体旋转分配结构中中间轴的结构示意图；

图11为本发明第四实施例流体旋转分配结构的正面剖视图；

图12为本实施例旋转式加工设备的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例一

如图1-图5所示，一种流体旋转分配结构，包括中间轴2和外套件1，所述的外套件1套设在中间轴2上，并限定成与中间轴2旋转活动连接。所述的中间轴2内设置有轴向输送通道21，所述的外套件1上设有径向输送通道11。

如图2-图4所示，所述的外套件1与中间轴2之间设有分配槽22，所述的分配槽22围绕中间轴2的轴线环形设置。所述的径向输送通道11和轴向输送通道21分别与分配槽22对应。至少其中一个分配槽22呈开环形式设置，也即设置单个开环的分配槽22，或设置多个分配槽22，其中一个开环设置，其余闭环设置。

如图3和图4所示，具体的，所述的分配槽22在周向上的覆盖区域为开槽分段221，分配槽22在周向上的开环区域为断开分段222。通过合理布置分配槽22的设置形态，也即设置分配槽22的周向覆盖区域，及分配槽22单个开槽分段221的弧度，可以使用不同工况的流体供应需求。

需要说明的是，分配槽可以设置在中间轴上，对应的轴向输送通道直接与分配槽连通，径向输送通道在轴向上与对应的分配槽对齐。分配槽也可以设置在外套件上，具体的设置在外套件的内侧面上，对应的径向输送通道直接与分配槽连通，轴向输送通道通过过渡通道在中间轴的侧面上设有开口，开口在轴向上与对应的分配槽对齐。

以下以分配槽设置在中间轴上的形式为例具体说明。

当外套件1相对于中间轴2旋转至径向输送通道11与开槽分段221对齐时，径向输送通道11与分配槽22及轴向输送通道21连通，也即流体的输送通道畅通；当外套件1相对于中间轴2旋转至径向输送通道11与断开分段222对齐时，径向输送通道11与分配槽22及轴向输送通道21错位，也即流体的输送通道断开。

采用上述流体旋转分配结构不仅可以在保证外套件1与中间轴2之间相对旋转运动的前提下，实现在旋转连接结构的外套件1和中间轴2之间稳定供应流体。还能通过合理的调整分配槽22中开槽分段221和断开分段222的分布状态，实现流体通断的控制。同时，由于流体通断的控制由分配槽22中开槽分段221与断开分段222的分布状态控制，通断状态的变化伴随外套件1与中间轴2的相对旋转同时自动进行，避免了外部控制部件与旋转连接结构之间的配合误差和延迟，保证控制响应的准确性和及时性。

需要说明的是，本申请流体旋转分配结构内流通的流体可以为液体，例如：液压油、切削液、润滑油等，也可以为气体，例如：高压空气、氮气、稀有气体等。

需要说明的是，在具体使用工况下，可以将中间轴2固定设置，对应的外套件1相对于中间轴2转动；也可以设置成外套件1固定设置，中间轴2作为旋转件。

所述的外套件1与中间轴2之间为过渡配合或间隙配合，也即外套件1的内侧面与中间轴2的外侧面硬接触，可以有效的控制外套件1与中间轴2之间的间隙，控制流体泄漏量。

如图1和图5所示，为了进一步提高中间轴2与外套件1之间的密封效果，所述的中间轴2与外套件1之间设有密封圈3。具体的，所述的中间轴2与外套件1之间设有至少两个密封圈3，所述的分配槽22位于两个密封圈3之间。当分配槽22的数量至少为两个时，每相邻两个分配槽22之间也设置密封圈3。

如图5所示，具体的，所述的密封圈3沿径向包括弹性外层31和刚性内层32，所述的弹性外层31和刚性内层32一体设置。所述外套件1的内侧分布有密封槽，所述密封圈3的弹性外层31置于密封槽内，所述密封圈3的刚性内层32与中间轴2滑动接触。所述刚性内层32的内壁设有至少一个围绕密封圈3轴线环形设置的缓冲槽33。

密封圈3的设置可以防止流体泄露，同时防止不同分配槽22之间的流体混合相互干扰，保证各个分配槽22中流体的独立性。

弹性外层31置于密封圈3内，并挤压变形，保证密封圈3与外套件1之间可靠密封，并对刚性内层32施加一定的预紧力，刚性内层32在预紧力作用下与中间轴2更紧密接触，提高密封效果。刚性内层32与中间轴2刚性接触，并伴随外套件1与中间轴2的转动与中间轴2外侧面相对滑动，同时起到运动支撑和密封的效果。同时，缓冲槽33的设置可以以迷宫形式进一步增强密封效果。

实施例二

与实施例一相比，本实施例的不同之处在于，所述的轴向输送通道21和径向输送通道11至少其中之一的数量大于或等于两个。通过设置多个径向输送通道11和轴向输送通道21，可以实现多工位或多流体源的旋转分配。

具体的，可以在外套件1上设置多个工位，每个工位连通不同的径向输送通道11。通过外套件1与中间轴2的相对转动，各个工位对应的径向输送通道11相对于分配槽22运动，分配槽22与径向输送通道11之间的连通状态伴随改变，控制各个工位上流体的流通状态，与各个工位上的加工流程所匹配。

以一种具体的使用工况为例说明，如图6所示，外套件1上设置三个工位，即第一加工工位、第二加工工位和第三加工工位，每一工位分别对应有径向输送通道11。但第一加工工位对应的径向输送通道11与断开分段222对齐时，第二加工工位和第三加工工位对应的径向输送通道11均与开槽分段221对齐，此时，第一加工工位处于上下料状态，第二加工工位和第三加工工位处于工作状态。

同理，也可以将多个工位设置中间轴2上，对应的，轴向输送通道21与工位一一对应。

本实施例适用于多工位场景，通过设置多个径向输送通道11或轴向输送通道21与工位对应，并通过分配槽22控制各个工位的工作状态，可以同时准确控制多个工位独立工作，提高工作效率。并且通过外套件1相对于中间轴2的旋转在不同工位之间切换，各个工位的位置和工作状态同步切换，控制响应及时，控制效果可靠，自动化程度高。

实施例三

与实施例一相比，本实施例的不同之处在于，其中开环设置的分配槽22沿周向设置成至少两个彼此不连续的开槽分段221，也即在周向上设有至少两个断开分段222。具体开槽分段221的设置数量、设置位置、及每一个开槽分段221覆盖的角度，可以根据实际使用时的控制需求合理调整。所述的开槽分段221呈点状、线状、或点状与线状组合的形式分布。

为了进一步提高控制模式的多样性，同一分配槽22至少对应两个轴向输送通道21，其中每一个轴向输送通道21与其中一个开槽分段221连通、或同时与多个开槽分段221连通。作为一种具体的实施方式，所述的开槽分段221与轴向输送通道21一一对应，也即每一个开槽分段221可以独立设置流体源。不同的流体源可以通过改变流体种类和流体参数，调整对应工位上的工作状态，进一步增加控制状态的多样性。

以一种具体的使用工况为例说明，如图7所示，分配槽22沿周向设置三个开槽分段221，并设有三个轴向输送通道21与开槽分段221一一对应，其中两个个轴向输送通道21连通高压流体源，另一个轴向输送通道21连通负压源。对应的，工位上的加工机构设置成连通高压流体源进入工作状态，连通负压源解除工作状态，径向输送通道11与断开分段222对齐时，加工机构保持现有工作状态。

实施例四

与实施例二相比，本实施例的不同之处在于，至少两个所述的分配槽22呈开环设置。作为一种具体的实施方式，外套件1上每一个工位对应的径向输送通道11数量与分配槽22的数量相同。

通过不同分配槽22之间的配合，可以进一步提高控制系统的多样性。另外，不同的分配槽22可以用于输送不同类型的流体，提高本申请流体旋转分配结构的适用范围。

以一种具体的使用工况为例说明，如图8-图11所示，分配槽22的数量为三个，其中一个分配槽22呈闭环形式设置，另两个分配槽22呈开环形式设置。对应的，设置有三个轴向输送通道21与分配槽22一一对应。闭环形式的分配槽22连通高压流体，用于对加工工位进行冷却。开环设置的分配槽22其中一个连通高压流体源，另一个连通负压源，且两个分配槽22之间的开槽分段221部分或全部错开。

工位上的加工机构设置成单独连通高压流体源时进入第一工作状态，单独连通负压源时进入第二工作状态，同时连通高压流体源和负压源时解除工作状态。

实施例五

如图12所示，一种旋转式加工设备，包括如实施例一至实施例三中所述的流体旋转分配结构01；还包括流体源（图中未示出）和加工模块02，流体源和加工模块02其中之一与径向输送通道11连通，另一个与轴向输送通道21连通。

流体源提供高压流体或形成负压，流体经过上述流体旋转分配结构受控流向加工模块、或从加工模块流向流体源，从而起到控制加工模块工作状态、或供应加工模块使用的作用，具有结构简单、工作可靠的优点。

实施例六

一种基于流体压强的控制系统，采用如实施例一至实施例三中所述的流体旋转分配结构；所述的径向输送通道11和轴向输送通道其中之一与流体源连通，另一个与工作单元连通；

根据径向输送通道11与分配槽22之间连通状态的变换，切换工作单元的工作模式。

与现有的流体分配结构的控制方式相比，本申请的控制系统将控制功能集成在流体分配结构上，简化系统结构，集成度高，并且具有控制准确、响应及时的优点。

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

Claims (12)

1.一种流体旋转分配结构，包括中间轴和外套件，所述的外套件套设在中间轴上，并限定成与中间轴旋转活动连接；所述的中间轴与外套件之间设有密封圈；

所述的中间轴内设置有轴向输送通道，所述的外套件上设有至少一个径向输送通道；

所述的外套件与中间轴之间设有至少一个分配槽，所述分配槽围绕中间轴的轴线环形设置；所述的径向输送通道和轴向输送通道分别与分配槽对应；

其特征在于：

至少其中一个分配槽呈开环形式设置；

开环设置的分配槽沿周向设置三个开槽分段，并设有三个轴向输送通道与开槽分段一一对应，相邻两个开槽分段之间为断开分段；其中两个轴向输送通道连通高压流体源，另一个轴向输送通道连通负压源；对应的，工位上的加工机构设置成连通高压流体源进入工作状态，连通负压源解除工作状态，径向输送通道与断开分段对齐时，加工机构保持现有工作状态；

所述的密封圈沿径向包括弹性外层和刚性内层，所述的弹性外层和刚性内层一体设置；所述外套件的内侧分布有密封槽，所述密封圈的弹性外层置于密封槽内，所述密封圈的刚性内层与中间轴滑动接触。

2.根据权利要求1所述的流体旋转分配结构，其特征在于：所述的分配槽在周向上呈点状、线状、或点状与线状组合的形式分布。

3.根据权利要求1所述的流体旋转分配结构，其特征在于：所述径向输送通道的数量至少为两个。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的流体旋转分配结构，其特征在于：所述分配槽的数量至少为两个。

5.根据权利要求4所述的流体旋转分配结构，其特征在于：每相邻两个分配槽之间设有一个密封圈。

6.根据权利要求1或5所述的流体旋转分配结构，其特征在于：所述刚性内层的内壁设有至少一个围绕密封圈轴线环形设置的缓冲槽。

7.一种流体旋转分配结构，包括中间轴和外套件，所述的外套件套设在中间轴上，并限定成与中间轴旋转活动连接；所述的中间轴与外套件之间设有密封圈；

所述的中间轴内设置有轴向输送通道，所述的外套件上设有至少一个径向输送通道；

所述的外套件与中间轴之间设有至少三个分配槽，所述分配槽围绕中间轴的轴线环形设置；所述的径向输送通道和轴向输送通道分别与分配槽对应；

其特征在于：

其中一个分配槽呈闭环形式设置，两个分配槽呈开环形式设置；对应的，设置有三个轴向输送通道与分配槽一一对应；闭环形式的分配槽连通高压流体，用于对加工工位进行冷却；开环设置的分配槽其中一个连通高压流体源，另一个连通负压源，且两个分配槽之间的开槽分段部分或全部错开；

所述的密封圈沿径向包括弹性外层和刚性内层，所述的弹性外层和刚性内层一体设置；所述外套件的内侧分布有密封槽，所述密封圈的弹性外层置于密封槽内，所述密封圈的刚性内层与中间轴滑动接触；

每相邻两个分配槽之间设有一个密封圈。

8.根据权利要求7所述的流体旋转分配结构，其特征在于：所述的分配槽在周向上呈点状、线状、或点状与线状组合的形式分布。

9.根据权利要求7所述的流体旋转分配结构，其特征在于：所述径向输送通道的数量至少为两个。

10.根据权利要求7-9中任一项所述的流体旋转分配结构，其特征在于：所述刚性内层的内壁设有至少一个围绕密封圈轴线环形设置的缓冲槽。

11.一种旋转式加工设备，其特征在于：包括如权利要求1-6中任一项所述的流体旋转分配结构；还包括流体源和加工模块，所述流体源和加工模块其中之一与径向输送通道连通，另一个与轴向输送通道连通。

12.一种基于流体压强的控制系统，其特征在于：采用如权利要求1-6中任一项所述的流体旋转分配结构；所述的径向输送通道和轴向输送通道其中之一与流体源连通，另一个与工作单元连通；

根据径向输送通道与分配槽之间连通状态的变换，切换工作单元的工作模式。

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