CN209394256U - 一种直线运动和旋转运动集成的工装装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种直线运动和旋转运动集成的工装装置，包括支撑平台、传动机构、运动机构、安装平台，传动机构固定在支撑平台上，运动机构通过传动机构驱动并将工件传送到安装平台，支撑平台向上依次固定支撑轴、平台板、安装平台；运动机构固定在平台板上，包括滚珠丝杠结构和导向结构，滚珠丝杠结构中丝杆的一端固定工件，丝杆上设有导向销，滚珠螺母的旋转通过传动机构带动；导向结构包括固定在平台板上的导向筒，其上有导向槽，导向槽含导向螺纹槽及直线槽，导向筒穿过丝杆，导向销可移动的设置于导向槽内。本实用新型能够实现旋转运动和直线运动的组合，利用一种机构达到不同旋转角度和直线运动的工装需要，应用于多制品的精密零部件自动化组装。

Description

一种直线运动和旋转运动集成的工装装置

技术领域

本实用新型涉及一种工装装置，具体是一种直线运动和旋转运动集成的工装装置。

背景技术

在工件的组装过程中，有的需要工件直线运动一段位移，有的需要通过旋转运动转动一个角度，如果分为两个机构实现，需要两个机械结构和控制方式，工装机构相对复杂。使用两个机构组装，安装精度和安装效率都比较低，不能够广泛应用在各种精密工装组装部件，也不适合多种工件同时组装。

因此，如何解决上述问题，成为亟待解决的问题。

实用新型内容

本实用新型针对以上技术问题，提供一种直线运动和旋转运动集成的工装装置，能够实现旋转运动和直线运动的组合，利用一种设备机构实现不同旋转角度和直线运动的工装需要，能够应用于多制品的精密零部件自动化组装。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案是：

一种直线运动和旋转运动集成的工装装置，包括支撑平台、传动机构、运动机构、安装平台，传动机构固定在支撑平台上，运动机构通过传动机构驱动，工件固定在运动机构上，运动机构将工件传送到安装平台，所述的支撑平台上固定支撑轴，支撑轴上固定平台板，平台板上固定安装平台；所述的运动机构固定在平台板上，其包括滚珠丝杠结构和导向结构，滚珠丝杠结构包括丝杆、滚珠螺母，丝杆的一端固定工件，丝杆上设有导向销，滚珠螺母的旋转通过传动机构带动；所述的导向结构包括固定在平台板上的导向筒，其上开有导向槽，导向槽由导向螺纹槽和直线槽组成，导向筒穿过丝杆，导向销可移动的设置于导向槽内。当导向销在导向筒的螺纹槽时，丝杆在螺纹槽的限制下做直线运动的同时也做旋转运动；当导向销在导向筒的直线槽时，丝杆做直线运动；因为滚珠丝杠的原理就是螺母旋转，没有约束时，丝杆同步旋转，有约束时，按照约束状态运动。

进一步所述的导向结构还包括支撑座、第一导向轴承、第二导向轴承，第二导向轴承内圈与滚珠螺母固定，外圈固定在导向筒内，第一导向轴承安装于丝杆与导向筒之间，导向筒固定在支撑座上，支撑座固定在平台板上。

进一步所述的导向结构具有支撑导向座，其位置在相对于导向筒位于滚珠螺母的另一端，支撑导向座穿过丝杆固定在平台板上，其一端通过第三导向轴承与滚珠螺母固定，另一端与丝杆之间具有第四导向轴承。导向结构分布在滚珠螺母的两侧，保证了丝杆运动的精度和水平度。

进一步所述的传动机构为伺服电机带动的齿轮传动机构，伺服电机固定在支撑平台上，齿轮传动机构旋转固定于支撑轴上。传动机构固定在支撑轴上，结构紧凑、稳定性好。

进一步所述的齿轮传动机构包括小圆柱齿轮、大圆柱齿轮、旋转筒、大圆锥齿轮，所述的滚珠螺母外圈为与大圆锥齿轮啮合的小圆锥齿轮结构，旋转筒的两端通过两个旋转筒轴承固定于支撑轴上，其上端固定大圆锥齿轮，下端固定大圆柱齿轮，大圆柱齿轮与小圆柱齿轮啮合，小圆柱齿轮固定在伺服电机的轴端。采用齿轮传动机构确保了丝杆位移的精度，滚珠螺母的外圈为小圆锥齿轮结构，减少了多余零件的设置，保证丝杆运动的可靠性与精度。

进一步所述的安装平台的中心轴线与支撑轴的轴线重合。

进一步所述的运动机构有两套，两套运动机构分别固定在平台板上，并且相对于支撑轴的轴线对称设置，两个滚珠螺母的外圈分别与大圆锥齿轮啮合。两套运动机构同时动作，提高了工件组装的效率。

一种直线运动和旋转运动集成的工装装置，包括上述的直线运动和旋转运动集成的工装装置，所述的小圆柱齿轮齿数为Z0、大圆柱齿轮齿数为Z1、滚珠螺母外圈的小圆锥齿轮齿数为Z2、大圆锥齿轮的齿数为Z3、滚珠丝杠结构的导程为r毫米/转、导向螺纹槽的导程为R毫米/转、导向螺纹槽的起始位置水平并与直线槽之间的夹角为￠、伺服电机转速为n转/秒，该工装装置的控制方式如下：

1)伺服电机旋转，带动轴端的小圆柱齿轮旋转，与其啮合的大圆柱齿轮旋转，带动旋转筒旋转，带动大圆锥齿轮绕支撑轴转动，与大圆锥齿轮啮合的具有小圆锥齿轮结构的滚珠螺母旋转，进而带动丝杆向前或者向后位移，最终带动工件向安装平台靠近或者远离；

2)导向销固定在丝杆上，可沿导向筒的导向槽运动，滚珠螺母做旋转运动时，丝杆在导向销和导向筒的限制下沿导向筒的轴向做旋转运动；

3)运动过程中，工件初始位置水平，当导向销在导向筒的导向螺纹槽内，伺服电机运行时间为t秒，那么工件的旋转角度θ＝n*t*360*Z0*Z3*r/(Z1*Z2*(R+r)),此时工件运动的轴向距离l＝n*t*360*Z0*Z3*r*R/(Z1*Z2*(R+r))；

4)运动过程中，工件初始位置水平，当导向销运动越过导向螺纹槽，在导向筒的直线槽内运动时，工件的旋转角度为￠，伺服电机运动时间为t秒，则工件的轴向运动距离为l＝(360*n*t*r*Z0*Z3-(￠*Z1*Z2*r))/(360*Z1*Z2)；

5)当工件以一定角度到达安装平台上后，组装开始。

本实用新型与现有技术相比具有如下技术优点：

1、在一种运动机构的条件下，使得旋转运动和直线运动能够流畅切换，能够在直线运动过程中实现工件的任意角度的翻转动作，并且能够实现多个工件同时组装；

2、该工装装置结构紧凑，采用齿轮传动带动滚珠丝杆结构动作，丝杆运动可靠性高，其位移旋转的精度高，能够应用于精密零部件自动化组装；

3、采用两组运动机构同时动作，提高了工件组装的效率。

附图说明

图1是本实用新型的结构图，工装起始位置图；

图2是导向筒的右视图；

图3是导向筒的主视图，￠为90度结构图；

图4是图3的A-A剖视图；

图5是工装起始位置时导向销在导向槽内位置示意图；

图6是图5的B-B剖视图；

图7是工装终点导向销在导向筒螺纹段工装装配示意图；

图8是导向销在导向筒螺纹段导向销和导向筒放大示意图；

图9是图8的C-C剖视图；

图10是工装终点导向销在导向筒直线槽工装装配示意图；

图11是导向销在导向筒直线槽导向销和导向筒放大示意图

图12是图11的D-D剖视图。

图中：传动机构Q、运动机构Y、齿轮传动机构L、滚珠丝杠结构G、导向结构X、支撑平台1、伺服电机2、小圆柱齿轮3、大圆柱齿轮4、旋转筒5、大圆锥齿轮6、平台板7、丝杆8、第一导向轴承9、导向筒10、滚珠螺母11、安装平台12、工件13、第四导向轴承14、支撑导向座15、第三导向轴承16、第一导向轴承17、支撑座18、导向销19、旋转筒轴承一20、支撑轴21、旋转筒轴承二22、导向槽23。

具体实施方式

下面将结合附图中的实施例对本实用新型作进一步地详细说明。

如图1所示，本实用新型的直线运动和旋转运动集成的工装装置，包括支撑平台1、传动机构Q、运动机构Y、安装平台12，传动机构Q固定在支撑平台1上，运动机构Y通过传动机构Q驱动，工件13固定在运动机构Y上，运动机构Y将工件13传送到安装平台12，支撑平台1上固定支撑轴21，支撑轴21上固定平台板7，平台板7上固定安装平台12；运动机构Y固定在平台板7上，其包括滚珠丝杠结构G和导向结构X，滚珠丝杠结构G包括丝杆8、滚珠螺母11，丝杆8的一端固定工件13，丝杆8上设有导向销19，滚珠螺母11的旋转通过传动机构Q带动；导向结构X包括固定在平台板7上的导向筒10，其上开有导向槽23。如图2至4所示，导向槽23由导向螺纹槽和直线槽组成，导向筒10穿过丝杆8，导向销19可移动的设置于导向槽23内。当导向销19在导向筒10的螺纹槽时，丝杆8在导向螺纹槽的限制下做直线运动的同时也做旋转运动；当导向销19在导向筒10的直线槽时，丝杆8做直线运动。滚珠丝杆的原理就是螺母旋转，没有约束时，丝杆同步旋转，有约束时，按照约束状态运动。

如图1所示，导向结构X还包括支撑座18、第一导向轴承9、第二导向轴承17，第二导向轴承17内圈与滚珠螺母11固定，外圈固定在导向筒10内，第一导向轴承9安装于丝杆8与导向筒10之间，导向筒10固定在支撑座18上，支撑座18固定在平台板7上。导向结构X具有支撑导向座15，其位置在相对于导向筒10位于滚珠螺母11的另一端，支撑导向座15穿过丝杆8固定在平台板7上，其一端通过第三导向轴承16与滚珠螺母11固定，另一端与丝杆8之间具有第四导向轴承14。

如图1所示，传动机构Q为伺服电机2带动的齿轮传动机构L，伺服电机2固定在支撑平台1上，齿轮传动机构L旋转固定于支撑轴21上。齿轮传动机构L包括小圆柱齿轮3、大圆柱齿轮4、旋转筒5、大圆锥齿轮6，滚珠螺母11外圈为与大圆锥齿轮6啮合的小圆锥齿轮结构，旋转筒5的两端通过两个旋转筒轴承20、22固定于支撑轴21上，其上端固定大圆锥齿轮6，下端固定大圆柱齿轮4，大圆柱齿轮4与小圆柱齿轮3啮合，小圆柱齿轮3固定在伺服电机2的轴端。

如图1所示，安装平台12的中心轴线与支撑轴21的轴线重合。运动机构Y有两套，两套运动机构Y分别固定在平台板7上，并且相对于支撑轴21的轴线对称设置，两个滚珠螺母11的外圈分别与大圆锥齿轮6啮合。

如图1至12所示，上述的直线运动和旋转运动集成的工装装置的控制方式，该工装装置的小圆柱齿轮3齿数为Z0、大圆柱齿轮4齿数为Z1、滚珠螺母11外圈的小圆锥齿轮齿数为Z2、大圆锥齿轮6的齿数为Z3、滚珠丝杠结构G的导程为r毫米/转、导向螺纹槽的导程为R毫米/转、导向螺纹槽的起始位置水平并与直线槽之间的夹角为￠、伺服电机2转速为n转/秒，其控制方式如下：

1)如图1所示，伺服电机2旋转，带动轴端的小圆柱齿轮3旋转，与其啮合的大圆柱齿轮4旋转，带动旋转筒5旋转，带动大圆锥齿轮6绕支撑轴21转动，与大圆锥齿轮6啮合的具有小圆锥齿轮结构的滚珠螺母11旋转，进而带动丝杆8向前或者向后位移，最终带动工件13向安装平台12靠近或者远离；

2)如图3所示，导向销19固定在丝杆8上，可沿导向筒10的导向槽23运动，滚珠螺母11做旋转运动时，丝杆8在导向销19和导向筒10的限制下沿导向筒10的轴向做旋转运动；

3)如图5至9所示，运动过程中，工件13初始位置水平，当导向销19在导向筒10的导向螺纹槽内，伺服电机2运行时间为t秒，那么工件13的旋转角度θ＝n*t*360*Z0*Z3*r/(Z1*Z2*(R+r)),此时工件13运动的轴向距离l＝n*t*360*Z0*Z3*r*R/(Z1*Z2*(R+r))；

4)如图10、11、12所示，运动过程中，工件13初始位置水平，当导向销19运动越过导向螺纹槽，在导向筒10的直线槽内运动时，工件13的旋转角度为￠，伺服电机2运动时间为t秒，则工件13的轴向运动距离为l＝(360*n*t*r*Z0*Z3-(￠*Z1*Z2*r))/360*Z1*Z2；

5)当工件13旋转一定角度并且移动到安装平台12上后，组装开始。该直线运动和旋转运动集成的工装装置和控制方法，在一种运动机构的条件下，使得旋转运动和直线运动能够流畅切换，能够在直线运动过程中实现工件的任意角度的翻转动作，并且能够实现多个工件同时组装。

综上所述，本实用新型如说明书及图示内容，制成实际样品且经多次使用测试，从测试效果看，证明该实用新型能达到预期目的，实用性毋庸置疑。以上所举实施例仅用来方便说明该实用新型的内容，并非对其作形式上的限制；任何所属技术领域中具有公知常识者，在不脱离本实用新型所提技术特征及相似特征的范畴，利用该实用新型所揭示技术内容所作出局部更改或修饰的等效实施例，均属于本实用新型的保护范围。

Claims (7)

1.一种直线运动和旋转运动集成的工装装置，包括支撑平台(1)、传动机构(Q)、运动机构(Y)、安装平台(12)，传动机构(Q)固定在支撑平台(1)上，运动机构(Y)通过传动机构(Q)驱动，工件(13)固定在运动机构(Y)上，运动机构(Y)将工件(13)传送到安装平台(12)，其特征在于：所述的支撑平台(1)上固定支撑轴(21)，支撑轴(21)上固定平台板(7)，平台板(7)上固定安装平台(12)；所述的运动机构(Y)固定在平台板(7)上，其包括滚珠丝杠结构(G)和导向结构(X)，滚珠丝杠结构(G)包括丝杆(8)、滚珠螺母(11)，丝杆(8)的一端固定工件(13)，丝杆(8)上设有导向销(19)，滚珠螺母(11)的旋转通过传动机构(Q)带动；所述的导向结构(X)包括固定在平台板(7)上的导向筒(10)，其上开有导向槽(23)，导向槽(23)由导向螺纹槽和直线槽组成，导向筒(10)穿过丝杆(8)，导向销(19)可移动的设置于导向槽(23)内。

2.根据权利要求1所述的直线运动和旋转运动集成的工装装置，其特征在于：所述的导向结构(X)还包括支撑座(18)、第一导向轴承(9)、第二导向轴承(17)，第二导向轴承(17)内圈与滚珠螺母(11)固定，外圈固定在导向筒(10)内，第一导向轴承(9)安装于丝杆(8)与导向筒(10)之间，导向筒(10)固定在支撑座(18)上，支撑座(18)固定在平台板(7)上。

3.根据权利要求2所述的直线运动和旋转运动集成的工装装置，其特征在于：所述的导向结构(X)具有支撑导向座(15)，其位置在相对于导向筒(10)位于滚珠螺母(11)的另一端，支撑导向座(15)穿过丝杆(8)固定在平台板(7)上，其一端通过第三导向轴承(16)与滚珠螺母(11)固定，另一端与丝杆(8)之间具有第四导向轴承(14)。

4.根据权利要求1至3任一所述的直线运动和旋转运动集成的工装装置，其特征在于：所述的传动机构(Q)为伺服电机(2)带动的齿轮传动机构(L)，伺服电机(2)固定在支撑平台(1)上，齿轮传动机构(L)旋转固定于支撑轴(21)上。

5.根据权利要求4所述的直线运动和旋转运动集成的工装装置，其特征在于：所述的齿轮传动机构(L)包括小圆柱齿轮(3)、大圆柱齿轮(4)、旋转筒(5)、大圆锥齿轮(6)，所述的滚珠螺母(11)外圈为与大圆锥齿轮(6)啮合的小圆锥齿轮结构，旋转筒(5)的两端通过两个旋转筒轴承(20、22)固定于支撑轴(21)上，其上端固定大圆锥齿轮(6)，下端固定大圆柱齿轮(4)，大圆柱齿轮(4)与小圆柱齿轮(3)啮合，小圆柱齿轮(3)固定在伺服电机(2)的轴端。

6.根据权利要求5所述的直线运动和旋转运动集成的工装装置，其特征在于：所述的安装平台(12)的中心轴线与支撑轴(21)的轴线重合。

7.根据权利要求6所述的直线运动和旋转运动集成的工装装置，其特征在于：所述的运动机构(Y)有两套，两套运动机构(Y)分别固定在平台板(7)上，并且相对于支撑轴(21)的轴线对称设置，两个滚珠螺母(11)的外圈分别与大圆锥齿轮(6)啮合。