TWI529324B - A ball screw for instantaneous monitoring of thrust - Google Patents

Description

可供即時監控推力之滾珠螺桿

本發明與滾珠螺桿有關，尤指一種可供即時監控推力之滾珠螺桿。

滾珠螺桿是精密定位中常用的零組件，滾珠以滾動方式作為螺桿與螺帽之間的動力傳輸介面，以大幅降低螺帽在作動時的摩擦阻力。然而在對工件加工的過程中，往往會因為工件大小的不同而對螺帽產生不同大小的推力，假如工件的重量太重，螺帽在移動時就會產生相當大的推力，此時若沒有即時供給潤滑油便會造成螺帽與螺桿之間的磨耗，進一步將導致滾珠螺桿的預壓效果逐漸消失而降低定位精度。

中華民國專利公開編號TW 201204960揭露出一種「滾珠導螺桿預壓力失效診斷方法及其裝置」，此專利案對滾珠螺桿轉動時所發出的聲紋訊號進行經驗模態分解濾波，再使用希爾伯特黃轉換(HHT)以產生希爾伯特黃圖譜(HHS)，接著再使用多尺度熵萃取，以產生聲紋訊號的多尺度熵複雜度模式，最後經過比較原始的多尺度熵複雜度模式與現況的多尺度熵複雜度模式，即可有效的診斷出滾珠螺桿的預壓力是否消失，用以提供給使用者對滾珠螺桿進行監控。然而，前述專利案在量測過程中可能會受到加工過程中所產生的震動、噪音、頻率或其他環境因素的影響而降低其 量測結果的準確度，換言之，前述專利案並不能對滾珠螺桿的預壓力提供準確的量測結果。

另外中華民國專利公告編號TW 587542揭露出一種「射出成型機之射膠螺桿力量感測裝置」，此專利是將荷重元鎖固於射出後固定板上，滾珠導螺桿螺帽則鎖固於荷重元上，滾珠導螺桿螺帽與射出後固定板間並未實際接觸，因此在射出或計量時，所有的軸向受力皆能完整施於荷重元上，改善以往壓力訊號失真的情況。此外荷重元置於滾珠導螺桿螺帽上，射出伺服馬達一出力旋轉滾珠導螺桿時，荷重元即能收到訊號，立即做出反應，提高應答速率。然而，此案的荷重元與射出前固定板、射出後固定板以及螺帽之間的連接關係較為複雜，且由於荷重元設置的位置並非在螺帽的受力中心或未在均勻受力的位置，因此其量測到的推力或壓力可能並不準確，進而導致量測結果的誤差。

本發明之主要目的在於提供一種可供即時監控推力之滾珠螺桿，透過監控力量感測器所輸出的電壓值便能即時監控滾珠螺桿在運作時的推力值。

為了達成前述目的，本發明之可供即時監控推力之滾珠螺桿包含有：一螺桿、一螺帽，以及多數個滾珠；該螺桿具有一外螺紋；該螺帽套設於該螺桿且具有一內循環通道及一內螺紋，該螺帽之內螺紋與該螺桿之外螺紋之間形成一螺旋通道，該螺旋通道銜接該內循環通道而與該內循環通道之間構成一負荷路徑；該多數個滾珠可滾動地設於該負荷 路徑內；該力量感測器具有彼此相對之一第一固定端面及一第二固定端面，該第一、第二固定端面分別固定於一工作平台與該螺帽，使該力量感測器能直接感測該螺帽在帶動該工作平台運動時的推力大小，以供使用者作即時監控。

10‧‧‧滾珠螺桿

11‧‧‧螺桿

12‧‧‧外螺紋

21‧‧‧螺帽

22‧‧‧內循環通道

24‧‧‧內螺紋

26‧‧‧螺旋通道

28‧‧‧負荷路徑

31‧‧‧滾珠

41‧‧‧力量感測器

42‧‧‧穿孔

44‧‧‧第一固定端面

46‧‧‧第二固定端面

48‧‧‧螺絲

51‧‧‧自動供油器

91‧‧‧工作平台

第1圖為本發明之組合立體圖。

第2圖為本發明之爆炸圖。

第3圖為本發明之局部剖視示意圖。

第4圖為本發明之局部側視圖。

第5圖為本發明之局部元件方塊圖。

請參閱第1圖，本發明之滾珠螺桿10主要是用來帶動一工作平台91移動。再如第3及4圖所示，本發明之滾珠螺桿10包含有一螺桿11、一螺帽21、多數個滾珠31，以及一力量感測器41。

該螺桿11係以不螺接的關係穿過該工作平台91且具有一外螺紋12。

該螺帽21螺接於該螺桿11且具有一內循環通道22及一內螺紋24。如第3圖所示，該螺帽21之內螺紋24與該螺桿11之外螺紋12之間形成一螺旋通道26，該螺旋通道26銜接該內循環通道22而與該內循環通道22之間構成一負荷路徑28。

該些滾珠31設置於該負荷路徑28內，用以降低 該螺帽21相對該螺桿11作動時的摩擦阻力。

該力量感測器41具有供該螺桿11穿設之一穿孔42，該穿孔42的孔徑大於該螺桿11的外徑(如第2及4圖所示)，使該螺桿11在穿設之後並未與該該力量感測器41之間有實體上的接觸。該力量感測器41具有彼此相對且相互平行之一第一固定端面44及一第二固定端面46，該第一與該第二固定端面44、46分別藉由多數根螺絲48鎖固於該工作平台91及該螺帽21，如第1圖所示，使該力量感測器41在組裝完成之後位於該工作平台91及該螺帽21之間。

在實際操作時，如第3圖所示，該螺帽21即會因該螺桿11之旋轉而沿著該螺桿11之軸向位移，在位移的過程中會透過該力量感測器41帶動該工作平台91一起移動，在此情況下，該螺帽21所受到的推力會因為該工作平台91所承載的工件大小而有所變化，此時該力量感測器41會因為推力的改變而輸出相對應的電壓值，藉由所輸出的電壓值即可換算出該螺帽21在運作時的推力是否正常。另一方面，如第5圖所示，為了能夠即時對該螺帽21進行供油，該力量感測器41可以電性連接一自動供油器51，該自動供油器51主要是根據該力量感測器41所感測之推力值來判斷是否需要對該螺帽21進行供油，一旦推力值過大時會即時對該螺帽21進行供油，用以延長該滾珠螺桿10的使用壽命。

綜上所陳，本發明之該滾珠螺桿10透過監控該力量感測器41所輸出的電壓值，除了可以對該螺桿11在運作時所受到的推力進行即時監控之外，同時也可以確保該滾 珠螺桿10維持正常的預壓力，使整體結構具有良好的剛性、定位精度及定位穩定性，以達到本發明之目的。

10‧‧‧滾珠螺桿

11‧‧‧螺桿

12‧‧‧外螺紋

21‧‧‧螺帽

41‧‧‧力量感測器

46‧‧‧第二固定端面

48‧‧‧螺絲

91‧‧‧工作平台

Claims (3)

1. 一種可供即時監控推力之滾珠螺桿，用以監控滾珠螺桿的推力，該滾珠螺桿包含有：一螺桿，具有一外螺紋；一螺帽，套設於該螺桿且具有一內循環通道及一內螺紋，該螺帽之內螺紋與該螺桿之外螺紋之間形成一螺旋通道，該螺旋通道銜接該內循環通道而與該內循環通道之間構成一負荷路徑；多數個滾珠，可滾動地設於該負荷路徑內；以及一力量感測器，具有彼此相對之一第一固定端面及一第二固定端面，該第一、第二固定端面分別固定於一工作平台與該螺帽，該螺帽係藉此連接關係來帶動該工作平台，該力量感測器具有供該螺桿穿設之一穿孔，該穿孔之孔徑大於該螺桿之外徑，使該螺桿在穿設之後並未該該力量感測器之間有實體上的接觸。
2. 如請求項1所述之可供即時監控推力之滾珠螺桿，其中該力量感測器之第一、第二固定端面之間相互平行。
3. 如請求項1所述之可供即時監控推力之滾珠螺桿，其中該力量感測器電性連接一自動供油器，該自動供油器可根據該力量感測器所感測之推力值而對該螺帽進行供油。