伺服電機直驅數控行程精確定位液壓缸的製作方法

2023-10-25 17:16:32

伺服電機直驅數控行程精確定位液壓缸的製作方法
【專利摘要】本實用新型公開了伺服電機直驅數控行程精確定位液壓缸，屬於液壓機領域。伺服電機直驅數控行程精確定位液壓缸，包括伺服電機、減速機、輸入軸、缸體端蓋、調整套、梯形螺杆、撞塊、活塞杆；伺服電機輸出軸直接插入減速機輸入端並通過螺釘Ⅰ和彈簧墊圈Ⅰ緊固，減速機輸出端與減速機安裝法蘭通過螺釘Ⅱ和彈簧墊圈Ⅱ緊固，減速機安裝壓套安裝於減速機安裝法蘭之外，減速機安裝法蘭下端臺階外圓與缸體端蓋上端面止口配合插入，減速機安裝壓套與缸體端蓋通過螺釘Ⅲ和彈簧墊圈Ⅲ緊固；梯形螺杆與輸入軸分體並被兩個防吸附止推墊片軸向定位，它可以實現高定位精度和重複定位精度，傳動誤差小，調整、維護難度和成本低。
【專利說明】伺服電機直驅數控行程精確定位液壓缸

【技術領域】
[0001] 本發明屬於液壓機領域，更具體地說，涉及一種要求對滑塊或模具精確定位的液 壓機上的液壓缸。

【背景技術】
[0002] 液壓機類如拉伸液壓機、衝孔液壓機、校直液壓機、壓裝液壓機、擠壓液壓機、壓制 液壓機、壓印液壓機、模具研配液壓機等都有精確定位要求。單缸液壓機（現在已設計有公 稱力4000kN液壓缸）如C型單柱液壓機、四柱液壓機、框架液壓機等就可直接採用伺服電 機直驅數控行程精確定位液壓缸。對於多缸液壓機或大噸位液壓機，如果在機械上採取一 定保證同步措施，如安裝導軌或齒輪、齒條同步機構或扭力軸等，在液壓系統上採用同步回 路設計，如安裝同步閥或調速閥等等，採用兩臺或多臺伺服電機直驅數控行程精確定位液 壓缸也完全能滿足液壓機的性能要求。其他液壓機械如在液壓碾環機、液壓板料折彎機、多 功能液壓板料折彎機、液壓彎管機、液壓旋壓機等等，都有廣闊的應用前景。
[0003] 不管是單缸或多缸液壓機，現在液壓機滑塊或模具定位基本採用如下幾種方法：
[0004] (1)採用缸進程終點定位，通過改變活塞杆與滑塊連接位置調節；
[0005] (2)採用液壓缸內置或外置撞塊定位，通過改變滑塊與液壓缸活塞的相對位置調 節；
[0006] (3)滑塊或模具上設計、安裝機械定位裝置定位（一般伴有緩衝裝置）；以上三種 定位方式統稱為機械定位；
[0007] (4)通過電液控制缸進程終點定位，如電液步進液壓缸、伺服缸、數字缸、多位缸、 磁性活塞缸等；
[0008] (5)採用電液伺服（比例）液壓系統、光柵尺、數控系統控制，可以實現單缸或多缸 精確定位，定位精度可達±0. 〇2mm (與滑塊行程等有關），重複定位精度可達0. 02mm。
[0009] 上述第4、5兩種統稱為電液定位。實踐中，還有機械定位和液壓定位同時採用的， 尤其在一些液壓機技術條件、安全技術要求或可靠性評定方法中要求機械定位、液壓定位 並用，但側重點不同。在機械定位中，第1種要達到一定定位精度調節困難，費時費力；第2 種調節方便、簡單，但現有結構設計有致命缺陷：
[0010] (1)用於調節撞塊的梯形螺杆軸向定位不準，且裝配出廠後無法再調節；(2)在液 壓缸每次工作時梯形螺杆都要來回竄動，不利於定位精度和重複定位精度的保持，影響使 用壽命；(3)梯形螺杆一端即為減速機輸出軸，其來回竄動嚴重影響減速機的傳動精度和 壽命；(4)在兩臺或兩臺以上液壓缸一起工作時，採用一根軸輸入，當機器定位超差時，調 整困難；（5)此行程定位調節裝置傳動鏈長，精度低。
[0011] 如上所述，第2種定位精度和重複定位精度、精度的保持和使用壽命都無法達到 精確定位要求；同樣，第3種有一定的安全隱患，且精度保持困難，在每套模具上設計、安裝 定位裝置（一般伴有緩衝裝置）既增加模具的設計、製造難度，又增大了成本。
[0012] 綜上所述，液壓定位普遍存在的問題是對液壓介質的清潔度、溫度等要求高，控制 部分精度高、價格高，維修難度大。


【發明內容】

[0013] 1.要解決的技術問題
[0014] 針對現有技術中存在的梯形螺杆軸向定位不準確，傳動誤差大，定位精度低，密封 效果不理想，調整、維護困難等問題，本發明提供了一種伺服電機直驅數控行程精確定位液 壓缸，採用液壓缸內置撞塊、梯形螺杆與輸入軸分體並被兩個防吸附止推墊片軸向定位和 特有的密封裝置，實現高定位精度和重複定位精度，對液壓缸進行了有效、可靠的密封，調 整、維護難度和成本低。
[0015] 2.技術方案
[0016] 本實用新型的目的通過以下技術方案實現：
[0017] 本實用新型伺服電機直驅數控行程精確定位液壓缸，包括缸體、伺服電機、減速 機、輸入軸、減速機安裝法蘭、減速機安裝壓套、缸體端蓋、調整套、軸套、活塞端蓋、梯形螺 杆、撞塊、活塞杆。
[0018] 其中：伺服電機輸出軸直接插入減速機輸入端並通過螺釘I和彈簧墊圈I緊固， 減速機輸出端與減速機安裝法蘭通過螺釘II和彈簧墊圈II緊固，減速機安裝壓套安裝於減 速機安裝法蘭之外，減速機安裝法蘭下端臺階外圓與缸體端蓋上端面止口配合插入，減速 機安裝壓套與缸體端蓋通過螺釘III和彈簧墊圈III緊固。
[0019] 輸入軸穿過缸體端蓋，輸入軸上端軸與減速機輸出端連接，下端軸與梯形螺杆上 端孔連接，輸入軸臺階上端面與防吸附止推墊片II下端抵靠，防吸附止推墊片II通過螺釘 VI緊固於缸體端蓋內孔端面上，輸入軸臺階下端面與梯形螺杆臺階上端面抵靠，梯形螺杆 上段軸穿過軸套孔，梯形螺杆臺肩下端面與防吸附止推墊片I抵靠，防吸附止推墊片I通 過改制螺釘與調整套緊固；軸套安裝於調整套內孔，調整套與缸體端蓋螺紋連接並被緊定 螺釘緊定。
[0020] 梯形螺杆穿過活塞端蓋內孔與撞塊螺紋連接，活塞杆與活塞端蓋螺紋連接並被螺 釘V緊定，撞塊安裝於活塞杆內孔並被導向平鍵導向，導向平鍵由螺釘緊固在活塞杆上，活 塞與活塞杆為一體結構，缸體安裝於活塞外部，缸體與活塞之間由密封裝置密封，缸體端蓋 與缸體之間安裝0型圈和擋圈II，並通過螺釘IV緊定。
[0021] 更進一步的，所述的減速機採用空心孔輸入、空心孔輸出低側隙精密行星減速機， 採用筒夾式鎖緊機構，伺服電機採用帶增量式編碼器和制動器伺服電機。
[0022] 更進一步的，所述的缸體端蓋中間有中心孔，輸入軸通過缸體端蓋中心孔與下端 連接，輸入軸由旋轉格來圈、星型圈、擋圈III密封。
[0023] 更進一步的，所述的輸入軸上端軸和下端軸有鍵槽，上端軸鍵槽內安裝平鍵I連 接減速機輸出端空心孔與輸入軸上端軸，下端軸鍵槽內安裝平鍵II連接梯形螺杆上端軸與 輸入軸下端軸，調整套有外螺紋，外螺紋與缸體端蓋內螺紋配合連接，缸體端蓋上有三組6 個相對的緊定螺釘孔，調整套通過任意一組兩個相對的緊定螺釘緊定。
[0024] 更進一步的，所述的活塞杆內孔設計有導向鍵槽，撞塊上安裝有導向平鍵，撞塊和 導向平鍵通過螺釘緊固。
[0025] 更進一步的，所述的缸體上有進出油的油口 A、油口 B，缸體下部內孔有密封溝槽， 溝槽內安裝有擋圈I、活塞杆密封件、支撐環I、支撐環II、防塵密封件。
[0026] 當數控系統發出一個指令給伺服驅動器，伺服驅動器驅動伺服電機輸出角度並被 編碼器檢出，經減速機減速，減速機空心孔輸出角度傳動給輸入軸上端軸；對於數控系統發 出的某一特定指令，數控系統記憶並可以預置補償；伺服電機可以正、反轉；停止時被制動 器制動。
[0027] 輸入軸下端軸傳動給梯形螺杆，撞塊對應數控系統的一個指令就有一個相對缸體 的固定位置且可以重複這一位置，亦即數控系統設定目標位置和重複設定目標位置。
[0028] 當流體由油口 B輸入時，亦即液壓缸無杆端充液，活塞杆伸出，液壓缸有杆端流體 由油口 A排出。當液壓缸缸進程到達活塞端蓋下端面接觸撞塊上端面時，液壓缸缸進程停 止，亦即缸進程定位。
[0029] 當流體由油口 A輸入時，亦即液壓缸有杆端充液，活塞杆縮回，液壓缸無杆端流體 由油口 B排出。當液壓缸缸回程到達活塞端蓋上端面撞調整套下端面時，液壓缸缸回程停 止。液壓缸工作時在沒有到達活塞端蓋上端面撞調整套下端面時就已被數控系統的軟限位 控制停止或被行程開關發信控制停止，數控系統的軟限位還控制缸進程的極限位置。
[0030] 3.有益效果
[0031] 相比於現有技術，本實用新型的優點在於：
[0032] (1)防吸附止推墊片對梯形螺杆軸向定位，並設計、採用了調整套調整軸向定位間 隙，保證了各臺液壓缸在出廠時的軸向定位間隙的一致性和使用壽命，保證了軸向定位精 度且可在精度喪失後再次調整，恢復精度，設計、採用的防吸附止推墊片為發明人專利，專 利號：201420038107. 0 ;
[0033] (2)梯形螺杆與其一端的輸入端軸斷開，梯形螺杆與輸入軸為分體式，梯形螺杆全 部置於液壓缸無杆端內，消除了梯形螺杆所受的流體軸向推力，梯形螺杆不能再來回竄動， 提1? 了使用壽命，提1? 了定位精度；
[0034] (3)減速機輸出軸（孔）與輸入軸連接設計成鍵連接，且為滑動配合，減速機輸出 端軸（孔）無軸向力作用，提高了減速機的傳動精度和使用壽命；
[0035] (4)每臺液壓缸上獨立設計、安裝了一套行程定位調節裝置，每臺液壓缸都可以單 獨調整目標位置、並可對趨近某一目標位置的誤差進行記憶及進行特定補償，採用伺服電 機（含編碼器、制動器）直接驅動行星減速機，使該行程定位調節裝置傳動鏈最短，精度最 商；
[0036] (5)活塞缸採用獨有的密封裝置，使液壓缸尺寸更加緊湊，密封系統更加合理，密 封效果更好，採用的密封裝置為發明人專利，專利號：201420029683. 9。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0037] 圖1為本實用新型伺服電機直驅數控行程精確定位液壓缸的整體結構示意圖。
[0038] 圖中：1、防塵密封件；2、支撐環I ;3、擋圈I ;4、活塞杆密封件；5、支撐環II ;6、油 口 A ;7、螺釘；8、導向平鍵；9、撞塊；10、梯形螺杆；11、密封裝置；12、油口 B ;13、0型圈；14、 擋圈II ;15、調整套；16、防吸附止推墊片I ;17、改制螺釘；18、防吸附止推墊片II ;19、螺釘 VI ;20、旋轉格來圈；21、星型圈；22、擋圈III ;23、輸入軸；24、減速機；25、螺釘I ;26、彈簧 墊圈I ;27、伺服電機；28、平鍵I ;29、減速機安裝法蘭；30、螺釘II ;31、彈簧墊圈II ;32、螺 釘m ;33、彈簧墊圈III ;34、減速機安裝壓套；35、平鍵II ;36、螺釘IV ;37、缸體端蓋；38、 軸套；39、緊定螺釘；40、螺釘V ;41、活塞；42、活塞端蓋；43、活塞杆；44、缸體。

【具體實施方式】
[0039] 下面結合說明書附圖和具體的實施例，對本實用新型作詳細描述。
[0040] 實施例1
[0041] 結合附圖1，本實施例的伺服電機直驅數控行程精確定位液壓缸，包括缸體44,伺 服電機27、減速機24、輸入軸23、減速機安裝法蘭29、減速機安裝壓套34、缸體端蓋37、防 吸附止推墊片II 18、防吸附止推墊片I 16、調整套15、軸套38、活塞端蓋42、梯形螺杆10、 撞塊9、活塞杆43 ;標準件：平鍵I 28、平鍵II 35、導向平鍵8、螺釘7、改制螺釘17、螺釘 VI19、螺釘I 25、彈簧墊圈I 26、螺釘II 30、彈簧墊圈II 31、螺釘III 32、彈簧墊圈III 33、螺釘 IV 36、緊定螺釘39、螺釘V 40 ;密封件：旋轉格來圈20、星型圈21、擋圈III 22、0形圈13、擋 圈II 14、活塞缸的密封裝置11。
[0042] 帶增量式編碼器和制動器的伺服電機27輸出軸直接插入減速機24輸入端，減 速機24採用空心孔輸入、空心孔輸出低側隙精密行星減速機，採用筒夾式鎖緊機構，螺釘 I 25和彈簧墊圈I 26緊固，減速機24輸出端與減速機安裝法蘭29通過螺釘II 30和彈簧 墊圈II 31緊固，減速機安裝壓套34安裝於減速機安裝法蘭29之外，減速機安裝法蘭29下 端臺階外圓與缸體端蓋37上端面止口配合插入，減速機安裝壓套34與缸體端蓋37通過螺 釘III 32和彈簧墊圈III 33緊固。
[0043] 輸入軸23穿過缸體端蓋37,其上端軸與減速機24輸出端連接，下端軸與梯形螺 杆10上端孔連接，輸入軸23臺階上端面與防吸附止推墊片II 18下端面抵靠，防吸附止推 墊片II 18通過螺釘VI19緊固於缸體端蓋37內孔端面上，輸入軸23臺階下端面與梯形螺 杆10臺階上端面抵靠，梯形螺杆10上段穿過軸套38孔，其臺肩下端面與防吸附止推墊片 I 16抵靠，防吸附止推墊片I 16通過改制螺釘17與調整套15緊固；軸套38安裝於調整 套15內孔，調整套15與缸體端蓋37螺紋連接並被緊定螺釘39緊定；防吸附止推墊片I、 Π 對梯形螺杆10軸向定位，調整套15調整軸向定位間隙，保證了各臺液壓缸在出廠時的軸 向定位間隙的一致性和使用壽命，保證了軸向定位精度且可在精度喪失後再次調整，採用 的防吸附止推墊片為發明人一份在先專利，專利號：201420038107. 0。
[0044] 梯形螺杆10穿過活塞端蓋42內孔與撞塊9螺紋孔配合連接，活塞杆1與活塞端 蓋22螺紋連接並被螺釘V緊定，撞塊9安裝於活塞杆43內孔，活塞杆43內孔設計有導向 鍵槽，撞塊9上安裝有導向平鍵8,撞塊9和導向平鍵8通過螺釘7緊固，活塞41與活塞杆 43為一體結構，缸體44上有進出油的油口 A6、油口 B12,缸體44下部內孔有密封溝槽，溝槽 內安裝有擋圈I 3、活塞杆密封件4、支撐環12、支撐環II 5、防塵密封件1，缸體44安裝於 活塞41外部，缸體44與活塞41之間由密封裝置11 (密封裝置為本申請的發明人的一份在 先專利，專利號：201420029683. 9)密封，缸體端蓋37與缸體44之間安裝0型圈13和擋圈 II 14,並通過螺釘IV 36緊定。
[0045] 缸體端蓋37中間有中心孔，輸入軸23通過缸體端蓋37中心孔與下端件連接。輸 入軸23由旋轉格來圈20、星型圈21、擋圈III 22密封。輸入軸23上端軸和下端軸有鍵槽， 上端軸鍵槽內安裝平鍵I 28連接減速機24輸出端空心孔與輸入軸23上端軸，下端軸鍵槽 內安裝平鍵II 35連接梯形螺杆10上端軸與輸入軸23下端軸，調整套15有外螺紋，外螺紋 與缸體端蓋37內螺紋配合連接，缸體端蓋37上有三組6個相對的緊定螺釘孔，調整套15 通過任意一組兩個相對的緊定螺釘39緊定（其餘兩組用於再調整時使用）。
[0046] 當數控系統發出一個指令給伺服驅動器，伺服驅動器驅動伺服電機27輸出一個 對應的角度η π並被伺服電機的編碼器檢出，經減速機24減速，減速機空心孔輸出η π /i 角度傳動給輸入軸23上端軸；輸入軸23下端軸傳動給梯形螺杆10,梯形螺杆10轉動傳動 給撞塊9產生軸向位移，撞塊9就有對應數控系統指令相對缸體44的位移，當制動器制動， 撞塊9就有對應數控系統指令相對缸體44的固定位置，亦即數控系統設定目標位置。數控 系統軟限位控制缸回程極限位置，數控系統的軟限位還控制缸進程的極限位置，數控系統 對設定的目標位置偏差記憶並可以預置補償。
[0047] 當流體由油口 B12輸入時，液壓缸無杆端充液，活塞41下行，活塞杆43伸出，液壓 缸有杆端流體由油口 A6排出。當液壓缸缸進程到達活塞端蓋42下端面接觸撞塊9上端面 時，液壓缸缸進程停止，缸進程定位。
[0048] 當流體由油口 A6輸入時，液壓缸有杆端充液，活塞41上行，活塞杆43縮回，液壓 缸無杆端流體由油口 B12排出。當液壓缸缸回程到達活塞端蓋42上端面接觸調整套15下 端面位時，液壓缸缸回程停止。
[〇〇49] 以上示意性地對本發明創造及其實施方式進行了描述，該描述沒有限制性，附圖 中所示的也只是本發明創造的實施方式之一，實際的結構並不局限於此。所以，如果本領域 的普通技術人員受其啟示，在不脫離本創造宗旨的情況下，不經創造性的設計出與該技術 方案相似的結構方式及實施例，均應屬於本專利的保護範圍。
【權利要求】
1. 伺服電機直驅數控行程精確定位液壓缸，包括缸體（44)，其特徵在於：還包括伺服 電機（27)、減速機（24)、輸入軸（23)、減速機安裝法蘭（29)、減速機安裝壓套（34)、缸體端 蓋（37)、調整套（15)、軸套（38)、活塞端蓋（42)、梯形螺杆（10)、撞塊（9)、活塞杆（43); 其中：伺服電機（27)輸出軸直接插入減速機（24)輸入端並通過螺釘I (25)和彈簧墊圈 I (26)緊固，減速機（24)輸出端與減速機安裝法蘭（29)通過螺釘II (30)和彈簧墊圈 Π (31)緊固，減速機安裝壓套（34)安裝於減速機安裝法蘭（29)之外，減速機安裝法蘭 (29)下端臺階外圓與缸體端蓋（37)上端面止口配合插入，減速機安裝壓套（34)與缸體端 蓋（37)通過螺釘III (32)和彈簧墊圈III (33)緊固； 輸入軸（23)穿過缸體端蓋（37)，輸入軸（23)上端軸與減速機（24)輸出端連接，下端 軸與梯形螺杆（10)上端孔連接，輸入軸（23)臺階上端面與防吸附止推墊片II (18)下端 抵靠，防吸附止推墊片II (18)通過螺釘VI (19)緊固於缸體端蓋（37)內孔端面上，輸入軸 (23) 臺階下端面與梯形螺杆（10)臺階上端面抵靠，梯形螺杆（10)上段軸穿過軸套（38) 孔，梯形螺杆（10)臺肩下端面與防吸附止推墊片I (16)抵靠，防吸附止推墊片I (16)通 過改制螺釘（17)與調整套（15)緊固，軸套（38)安裝於調整套（15)內孔，調整套（15)與 缸體端蓋（37)螺紋連接並被緊定螺釘（39)緊定； 梯形螺杆（10)穿過活塞端蓋（42)內孔與撞塊（9)螺紋連接，活塞杆（43)與活塞端蓋 (42)螺紋連接並被螺釘V (40)緊定，撞塊（9)安裝於活塞杆（43)內孔並被導向平鍵（8) 導向，導向平鍵（8)由螺釘（7)緊固在活塞杆（43)上，活塞（41)與活塞杆（43)為一體結 構，缸體（44)安裝於活塞（41)外部，缸體（44)與活塞（41)之間由密封裝置（11)密封，缸 體端蓋（37)與缸體（44)之間安裝0型圈（13)和擋圈II (14)，並通過螺釘IV (36)緊定。
2. 根據權利要求1所述的伺服電機直驅數控行程精確定位液壓缸，其特徵在於：所述 的減速機（24)採用空心孔輸入、空心孔輸出低側隙精密行星減速機，採用筒夾式鎖緊機 構，伺服電機（27)採用帶增量式編碼器和制動器伺服電機。
3. 根據權利要求1所述的伺服電機直驅數控行程精確定位液壓缸，其特徵在於：所述 的缸體端蓋（37)中間有中心孔，輸入軸（23)通過缸體端蓋（37)中心孔與下端連接，輸入 軸（23)由旋轉格來圈（20)、星型圈（21)、擋圈III (22)密封。
4. 根據權利要求1或3所述的伺服電機直驅數控行程精確定位液壓缸，其特徵在於： 所述的輸入軸（23)上端軸和下端軸有鍵槽，上端軸鍵槽內安裝平鍵I (28)連接減速機 (24) 輸出端空心孔與輸入軸（23)上端軸，下端軸鍵槽內安裝平鍵II (35)連接梯形螺杆 (10)上端軸與輸入軸（23)下端軸，調整套（15)有外螺紋，外螺紋與缸體端蓋（37)內螺紋 配合連接，缸體端蓋（37)上有三組6個相對的緊定螺釘孔，調整套（15)通過任意一組兩個 相對的緊定螺釘（39)緊定。
5. 根據權利要求4所述的伺服電機直驅數控行程精確定位液壓缸，其特徵在於：所述 的活塞杆（43)內孔設計有導向鍵槽，撞塊（9)上安裝有導向平鍵（8)，撞塊（9)和導向平鍵 ⑶通過螺釘（7)緊固。
6. 根據權利要求2所述的伺服電機直驅數控行程精確定位液壓缸，其特徵在於：所述 的缸體（44)上有進出油的油口 A(6)、油口 B(12)，缸體（44)下部內孔有密封溝槽，溝槽內 安裝有擋圈I (3)、活塞杆密封件（4)、支撐環I (2)、支撐環II (5)、防塵密封件（1)。
【文檔編號】F15B21/08GK203892308SQ201420336713
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2014年6月23日 優先權日:2014年6月23日
【發明者】唐穎達 申請人:唐穎達