压旋机的制作方法

本发明涉及一种压力机械设备，尤其是涉及一种采用行星滚柱丝杆螺母副的压旋机。

背景技术：

目前的压力机械设备中比较常用的动力执行机构为伺服丝杆电动缸。伺服电机通过机械传动装置（如齿轮、同步带或联轴器）驱动滚珠丝杠旋转，丝杠与滑块间排列分布着滚珠，沿着丝杠螺纹槽滚动并带动滑块完成直线运动，从而实现推杆的推拉动作。

上述的伺服丝杆电动缸结构虽然已经比较成熟，但是在面对更苛刻的运控挑战时，依然是捉襟见肘的。比如：伺服的高动态响应和精确位置控制、可与液压执行器相抗衡的超长使用寿命、与液压执行器相抗衡的极高的功率密度、宽泛的推力范围和更长的行程（如：可超过2米）、小体积、低重量、抗冲击能力、超宽的工作温度范围、低噪音和振动。基于动力执行机构的限制，使得这些压力机械设备不能够在恶劣环境条件下使用，也不能作为重载传动。而且伺服丝杆电动缸只能将作直线往复运动，不能作旋转运动、或旋转+直线往复运动，限制了压力机械设备的使用范围。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种压旋机，其采用行星滚柱丝杆螺母副作为执行机构，采用两组电机齿轮组作为动力机构，通过改变两组电机齿轮组的动力输出值，使得压旋机具有直线往复运动、旋转运动和旋转+直线往复运动这三种主要运动形式。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

压旋机，包括控制系统、机壳及安装在机壳中的第一动力传动副、第二动力传动副和行星滚柱丝杆螺母副；所述行星滚柱丝杆螺母副包括丝杆螺母、主丝杆、数根行星滚柱、数根滚针和滚针螺母，所述丝杆螺母上套设了一排滚珠轴承，这一排滚珠轴承的外面套设了一个压力套筒；所述主丝杆的一端固设有一个压力传感器，所述压力传感器与所述压力套筒连接；所述主丝杆的另一端为延伸段，所述延伸段从所述机壳中穿出并与安装法兰固连；

所述第一动力传动副主要由第一伺服电机、第一主动齿轮和第一从动齿轮构成，所述第一从动齿轮与所述丝杆螺母固连，所述主丝杆的延伸段从所述第一从动齿轮中穿过；

所述第二动力传动副主要由第二伺服电机、第二主动齿轮和第二从动齿轮构成；所述第二伺服电机的转轴键连接了一根扭力轴，所述扭力轴插在所述第二主动齿轮中，所述扭力轴上通过联轴器固设了一个扭矩传感器；所述第二从动齿轮中插设了一个固定套筒，所述主丝杆的延伸段从所述第二从动齿轮中穿过，所述固定套筒与所述主丝杆的延伸段之间呈径向固定、轴向自由的状态。

第一伺服电机与第二伺服电机分别具有一个驱动器，因此第一动力传动副和第二动力传动副可以单独驱动行星滚柱丝杆螺母副运动，也可以联合驱动。

第一动力传动副单独驱动行星滚柱丝杆螺母副的工作原理如下：第一伺服电机驱动第一主动齿轮旋转，第一从动齿轮与第一主动齿轮啮合反向旋转，第一从动齿轮带动丝杆螺母与其同向旋转，丝杆螺母带动数根行星滚柱一边自转，一边绕着主丝杆做公转运动，由于行星滚柱与主丝杆直接通过螺纹啮合，所以此时的主丝杆做轴向直线运动。由于主丝杆与述固定套筒之间呈径向固定、轴向自由的状态，所以主丝杆此刻做轴向运动并不会引起固定套筒的运动。主丝杆的伸出或者缩回由第一主动齿轮的旋转方向决定。

第二动力传动副单独驱动行星滚柱丝杆螺母副的工作原理如下：第二伺服电机驱动第二主动齿轮旋转，第二从动齿轮啮合反向旋转，第二从动齿轮带动固定套筒与其同向旋转，固定套筒带动主丝杆与其同向旋转，行星滚柱围绕主丝杆做行星运动，由于行星滚柱与丝杆螺母通过螺纹啮合，且丝杆螺母的位置为固定状态，所述主丝杆开始做直线+旋转运动。主丝杆的伸出或者缩回由第二主动齿轮的旋转方向决定。

第一动力传动副与第二动力传动副联合驱动行星滚柱丝杆螺母副运动的工作原理如下：当第一主动齿轮与第二主动齿轮的运动方向相同，且第二主动齿轮的输出力等于第一主动齿轮的输出力乘以一个行星传动比时，第一动力传动副驱动主丝杆做的直线运动与第二动力传动副驱动主丝杆做的直线运动相抵消，此时的主丝杆做纯粹的旋转运动。

无论主丝杆是做直线往复运动，还是直线+旋转运动，主丝杆的轴向都会承受较大的拉压力，压力传感器对压力进行监测，能够保证压旋机的安全运行。滚柱螺母跟随第一从动齿轮在压力套筒中旋转，滚柱螺母通过滚柱使主丝杆做直线运动，主丝杆同时会给丝杆螺母施加轴向力，丝杆螺母将该轴向力通过背靠背安装的角接触球轴承传递给压力套筒，压力传感器通过压力套筒所承受的压力来计算主丝杆所承受的拉压力。

同样，无论主丝杆是做直线+旋转运动，还是做旋转运动，主丝杆都会承受较大的扭力，扭矩传感器对第二伺服电机输出的扭矩进行监测，控制系统实时采集扭矩传感器的输出数据，用于第二伺服电机的控制

进一步的是，所述第一从动齿轮与所述丝杆螺母之间通过一组凹凸插齿固定连接。凹凸插齿能够有效地防止第一从动齿轮与丝杆螺母之间发生相对转动。

进一步的是，所述第二从动齿轮与所述固定套筒之间通过凹凸插齿固定连接。凹凸插齿能够有效地防止第二从动齿轮与固定套筒之间发生相对转动。

进一步的是，所述第一从动齿轮的相对所述固定套筒的一端设置有连接套筒，所述连接套筒中设置有深沟球轴承；所述固定套筒的一端插在所述连接套筒中的深沟球轴承中。

进一步的是，所述丝杆螺母上套设的滚珠轴承为背靠背安装的角接触球轴承。

进一步的是，所述主丝杆及延伸段上共设有若干条轴向的半圆槽一，所述固定套筒的内壁对应所述半圆槽一处设置有半圆槽二，所述圆槽一和圆槽二组成一个圆形安装槽，所述圆形安装槽中放置了一根滚针。

进一步的是，所述主丝杆及延伸段上共设有若干条轴向的半圆槽一，所述固定套筒的内壁对应所述半圆槽一处设置有半圆槽二，所述圆槽一和圆槽二组成一个圆形安装槽，所述圆形安装槽中放置了滚针保持架。

滚针或者滚针保持架插在圆形安装槽中将主丝杆的径向方向进行限定。

进一步的是，所述行星滚柱丝杆螺母副的数根滚柱均匀分布在所述主丝杆上，所述滚柱与所述主丝杆啮合，所述滚柱两端加工有小模数外齿轮和圆柱光轴，所述主丝杆于所述滚柱的两端各套设了一个保持架和内齿圈，所述滚柱的圆柱光轴插在所述保持架均布加工的孔中，所述小模数外齿轮与所述内齿圈啮合。

进一步的是，所述外壳容所述主丝杆穿出的孔中设置了一个衬套，所述主丝杆的延伸段从所述衬套中穿过。

进一步的是，所述控制系统包括控制元件、信息输入模块、信息接收模块和信息处理模块；所述信息输入模块用于所述第一伺服电机和所述第二伺服电机参数的设置，以及主丝杆所能承受的轴向压力的两端极限值；所述信息接收模块主要用于接收所述压力传感器和扭矩传感器反馈的数据；所述信息处理模块根据所述信息输入模块和所述信息接收模块的数据作出对比和计算，并将处理结果反馈到所述第一伺服电机和第二伺服电机的驱动器。

控制元件可以采用plc控制器或者运动控制卡。

与现有技术相比，本发明提供的压旋机的有益效果是：1.采用行星滚柱丝杆螺母副作为执行机构，行星滚柱丝杆螺母副所具有的优越性，使其成为恶劣环境条件下使用及重载传动的理想选择；2.压旋机具有两组动力，通过这两组动力的相互联动，实现了直线往复运动、旋转运动和旋转+直线往复运动这三种主要的运动形式；压旋机被赋予了上述三种运动形式，使得压旋机的应用并不局限在精密压力装配上，还可以作为汽车弹簧压旋工艺设备、激光焊接工艺中零件定位、保压设备；3.采用压力控制器对主丝杆所承受的轴向压力进行数据监测，采用扭矩传感器对主丝杆径向所承受的扭矩进行数据监测，保证压旋机的使用安全；4.控制系统与压力控制器和扭矩传感器的配合使用，实现了压旋机输出扭力,压力的检测和控制。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1为实施例一所公开的压旋机的剖面示意图；

图2为实施例一所公开的压旋机内部的剖面示意图；

图3为图2中a处放大示意图；

图4为实施例一所公开的行星滚柱丝杆螺母副的结构示意图；

图5为实施例一所公开的第一从动齿轮的结构示意图；

图6为实施例一所公开的丝杆螺母的结构示意图；

图7为实施例一所公开的主丝杆的部分结构示意图；

图8为实施例一所公开的固定套筒的局部剖面示意图；

图9为实施例一所公开的固定套筒与主丝杆的剖面示意图；

图10为实施例二所公开的压旋机的控制系统的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

实施例一

参见图1所示的压旋机，包括控制系统、机壳1及安装在机壳1中的第一动力传动副2、第二动力传动副3和行星滚柱丝杆螺母副4。参见图2和3，行星滚柱丝杆螺母副4包括丝杆螺母4a、主丝杆4b、数根滚柱4c、数根滚针和滚针螺母，数根滚柱均匀分布在主丝杆4b上，滚柱与主丝杆4b啮合，滚柱两端加工有小模数外齿轮4d和圆柱光轴4e，主丝杆4b于滚柱的两端各套设了一个保持架4f和内齿圈4h，滚柱的圆柱光轴4e插在保持架4f均布加工的孔中，小模数外齿轮4d与内齿圈4h啮合。丝杆螺母上套设了一排背靠背安装的角接触球轴承4k，这一排背靠背安装的角接触球轴承的外面套设了一个压力套筒4x；主丝杆4b的一端固设有一个压力传感器5，压力传感器与压力套筒连接；主丝杆4b的另一端为延伸段，延伸段从机壳1中穿出并与安装法兰1b固连。外壳容主丝杆4b穿出的孔中设置了一个衬套1a，主丝杆的延伸段从衬套中穿过。

第一动力传动副2主要由第一伺服电机2a、第一主动齿轮2b和第一从动齿轮2c构成，第一从动齿轮2c与滚柱螺母之间通过一组凹凸插齿2d固定连接固连（参见图5和6），主丝杆的延伸段从第一从动齿轮2c中穿过。凹凸插齿能够有效地防止第一从动齿轮2c与滚柱螺母之间发生相对转动。

第二动力传动副3主要由第二伺服电机3a、第二主动齿轮3b和第二从动齿轮3c构成；第二伺服电机的转轴键连接了一根扭力轴3d，扭力轴3d插在第二主动齿轮3b中，扭力轴3d上通过联轴器3e固设了一个扭矩传感器3f；第二从动齿轮3c中插设了一个固定套筒3s，两者之间通过凹凸插齿3h固定连接，凹凸插齿能够有效地防止第二从动齿轮3c与固定套筒之间发生相对转动。第一从动齿轮2c的相对固定套筒的一端设置有连接套筒3k，连接套筒3k中设置有深沟球轴承3w；固定套筒的一端插在连接套筒3k中的深沟球轴承中。主丝杆的延伸段从第二从动齿轮3c中穿过。

参见图7、8和9，主丝杆及延伸段上共设有若干条轴向的半圆槽一6a，固定套筒的内壁对应半圆槽一6a处设置有半圆槽二6b，圆槽一和圆槽二组成一个圆形安装槽，圆形安装槽中放置了一根滚针6c或者滚针保持架，滚针6c或者滚针保持架插在圆形安装槽中将使固定套筒与主丝杆4b的延伸段之间呈径向固定、轴向自由的状态。

第一伺服电机与第二伺服电机分别具有一个驱动器，因此第一动力传动副和第二动力传动副可以单独驱动行星滚柱丝杆螺母副运动，也可以联合驱动。

第一动力传动副单独驱动行星滚柱丝杆螺母副的工作原理如下：第一伺服电机驱动第一主动齿轮旋转，第一从动齿轮与第一主动齿轮啮合反向旋转，第一从动齿轮带动丝杆螺母与其同向旋转，丝杆螺母带动数根滚柱一边自转，一边绕着主丝杆做公转运动，由于行星滚柱与主丝杆直接通过螺纹啮合，所以此时的主丝杆做轴向直线运动。由于主丝杆与述固定套筒之间呈径向固定、轴向自由的状态，所以主丝杆此刻做轴向运动并不会引起固定套筒的运动。主丝杆的伸出或者缩回由第一主动齿轮的旋转方向决定。

第二动力传动副单独驱动行星滚柱丝杆螺母副的工作原理如下：第二伺服电机驱动第二主动齿轮旋转，第二从动齿轮啮合反向旋转，第二从动齿轮带动固定套筒与其同向旋转，固定套筒带动主丝杆与其同向旋转，滚柱围绕主丝杆做公转运动，由于滚柱与丝杆螺母通过螺纹啮合，且丝杆螺母的位置为固定状态，主丝杆开始做直线+旋转运动。主丝杆的伸出或者缩回由第二主动齿轮的旋转方向决定。

第一动力传动副与第二动力传动副联合驱动行星滚柱丝杆螺母副运动的工作原理如下：当第一主动齿轮与第二主动齿轮的运动方向相同，且第二主动齿轮的输出力等于第一主动齿轮的输出力乘以一个行星传动比时，第一动力传动副驱动主丝杆做的直线运动与第二动力传动副驱动主丝杆做的直线运动相抵消，此时的主丝杆做纯粹的旋转运动。

以上三种驱动方式的结果见下表：

其中，s1代表第一伺服电机，s2代表第二伺服电机，n1代表第一伺服电机的输出动力，n2代表第二伺服电机的输出动力，+/-表示输出方向，f表示行星传动比。

通过改变第一伺服电机和第二伺服电机的动力输出值和动力输出方向，使压旋机的工作头具有直线往复运动、旋转运动和旋转+直线往复运动这三种主要的运动形式。压旋机被赋予了上述三种运动形式，使得压旋机的应用并不局限在精密压力装配上，通过在安装法兰上加装不同的夹具或治具，还可以使压旋机作为汽车弹簧压旋工艺设备、激光焊接工艺中零件定位、保压设备。

无论主丝杆是做直线往复运动，还是直线+旋转运动，主丝杆的轴向都会承受较大的拉压力，压力传感器对压力进行监测，能够保证压旋机的安全运行。滚柱螺母跟随第一从动齿轮在压力套筒中旋转，滚柱螺母通过滚柱使主丝杆做直线运动，主丝杆同时会给滚柱螺母施加轴向力，滚柱螺母将该轴向力通过背靠背安装的角接触球轴承传递给压力套筒，压力传感器通过压力套筒所承受的压力来计算主丝杆所承受的拉压力。同样，无论主丝杆是做直线+旋转运动，还是做旋转运动，主丝杆的径向都会承受较大的扭力，扭矩传感器对第二伺服电机输出的扭矩进行监测，实时采集扭矩传感器的输出数据，控制系统也可以根据反馈对第二伺服电机作出相应的处理。

以上所描述的是压旋机的三种主要运动方式，其还存在着其他运动方式，在此不做赘述。

实施例二

参见图10，控制系统包括控制元件、信息输入模块、信息接收模块和信息处理模块；信息输入模块用于第一伺服电机2a和第二伺服电机3a参数的设置，以及主丝杆4b所能承受的轴向压力的两端极限值；信息接收模块主要用于接收压力传感器5和扭矩传感器3f反馈的数据；信息处理模块根据信息输入模块和信息接收模块的数据作出对比和计算，并将处理结果反馈到第一伺服电机2a和第二伺服电机3a的驱动器。

控制元件可以采用plc控制器或者运动控制卡。

控制系统中还可以设置显示屏模块和数据储存模块。

对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。