CN110203503A - 一种用于高速转贴的直线花键四轴模组 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于高速转贴的直线花键四轴模。该直线花键四轴模组包括主梁，X向直线模组安装在主梁下表面两端，Y向直线模组安装在主梁上表面，Y向直线模组的移动端安装有移动架，移动架内固定有两个伺服电机，每个伺服电机的外伸轴上键连接一个主动同步带轮，花键模组的花键轴从上至下依次轴套连接有被动同步带轮、花键螺母、丝杠螺母以及被动同步带轮，每个被动同步带轮通过同步带连接一个主动同步带轮，两个伺服电机的启停能够带动花键轴输出直线运动、圆周转动以及螺旋运动。本发明具有速度快，负载大，移动位置精度高，生产效率高的效果。

Description

一种用于高速转贴的直线花键四轴模组

技术领域

本发明涉及3C生产中高速直线四轴转贴装置，特别涉及一种用于高速转贴的直线花键四轴模组。

背景技术

3C产品生产中，常涉及片料转贴工艺，现有转贴常采用人工转贴或转贴模组，人工转贴速度慢，容易产生人为因素误差，产品质量不可控，而且耗费大量人力成本；转贴模组通常有两种形式，其一为单轴和气缸相互结合的模式，该模式的缺陷在于速度慢，转运负载小，往复运动中振动大，位置精度低，产品精度低，良品率低，需要维修频繁，设备使用率低；其二为机械手直接搬运，其缺陷在于，机械手体积大，空间布局受限，受产品规格影响较大，而且也存在速度慢，负载小的问题。

发明内容

为了解决上述问题的一个或多个，本发明提供了一种用于高速转贴的直线花键四轴模组。

根据本发明的一个方面，该直线花键四轴模组包括主梁，

X向直线模组固定在底座上，X向直线模组的移动端安装在主梁下表面两端，

Y向直线模组安装在主梁上表面，Y向直线模组的移动端安装有移动架，

移动架内固定有两个伺服电机，每个伺服电机的外伸轴上键连接一个主动同步带轮，

花键模组包括花键轴以及固定块，花键轴从上至下依次轴套连接有被动同步带轮、花键螺母、丝杠螺母以及被动同步带轮，固定块连接在移动架内，固定块上端孔安装丝杠螺母且下端孔安装花键螺母，每个被动同步带轮通过同步带连接一个主动同步带轮，两个伺服电机的启停能够带动花键轴输出直线运动、圆周转动以及螺旋运动。

该装置采用X箱直线模组、Y向直线模组进行高精度的XY方向高速高精度移动，Z方向和R方向旋转通过花键模组和两个伺服电机的结合实现上下以及旋转运动，其有益效果是：其一，直线模组以及花键模组速度快，负载大，移动位置精度高，大大提高了设备速度和负载能力，生产效率高；其二，负载大，能够适用各种规格的产品，设备使用率高；其三，设备整体尺寸小，空间布局灵活的优势，方便设备的安装调试，减小生产线的占地面积，方便观察操作；其四，无人化操作，避免了人为因素误差，同时降低了维修中停次数，节约了维修时间以及维修人员，设备稼动率高，生产效率高。

在一些实施方式中，X向直线模组包括一个直线电机以及相互配合的第一滑轨、第一滑块，直线电机和第一滑轨沿X向相互平行安装在底座上，直线电机的移动端、第一滑块分别连接主梁下表面两端，

Y向直线模组包括一个直线电机，主梁上表面固定一个直线电机，直线电机的移动端安装移动架。

在一些实施方式中，直线电机包括相互配合的马达动子、马达定子，马达定子固定在底板中间，马达动子滑动连接在马达定子上，马达动子上表面连接在动子座下表面中间，马达动子上安装有位置回馈系统接头以及马达电源线接头，动子座的侧表面安装有位置回馈系统的传感器，底板的侧表面安装有位置回馈系统的感应条，感应条两端设有极限开关。

在一些实施方式中，直线电机还包括相互配合的第二滑轨、第二滑块，动子座下表面两侧分别安装有两个第二滑块，底板上表面两侧分别固定有第二滑轨，每条第二滑轨上滑动连接有两个第二滑块。

在一些实施方式中，底座包括左底梁、右底梁，左底梁以及右底梁为工字型梁，右底梁上安装有一个底板，左底梁上安装一个轨道板，轨道板上固定有第一滑轨，

两个第一滑块上表面固定在转接板，转接板连接在主梁一端下表面，主梁另一端下表面连接一个动子座，

Y向直线模组的底板连接在主梁上表面或为主梁，移动架连接Y向直线模组的动子座。

在一些实施方式中，第二滑轨两端分别设有橡胶柱状的防撞器，防撞器通过安装座固定在底板上，第一滑轨两端也安装有橡胶柱状的防撞器。

在一些实施方式中，X向直线模组包括第一拖链架，第一拖链架包括门架结构的第一本体，第一本体的立板下端分别连接防撞器的安装座或底板上，第一本体外侧向上折弯再向内折弯为C形体，第一拖链位于C形体内且固定在C形体的立板上，第一拖链另一端固定在第一拖链板上，第一拖链板位于第一本体内侧且固定在主梁上，

Y向直线模组包括第二拖链架，第二拖链架包括门体结构的第二本体，第二本体两侧向上折弯形成翼板，第二本体的立板下端连接在防撞器的安装座，第二拖链位于翼板内且一端固定在第二本体的水平板上，第二拖链的另一端固定在第二拖链板上，第二拖链板固定在移动架上。

在一些实施方式中，花键轴是一根设有滚珠丝杆和花键的轨道槽的轴，花键螺母为滚珠花键外筒，丝杠螺母为滚珠丝杆螺母，固定块位于两个伺服电机之间，两个伺服电机垂直布置且输出轴反向设置，主动同步带轮分别和被动同步带轮位于一个平面内。

在一些实施方式中，花键轴上端以及下端分别设有一个环状结构的限位套，限位套沿径向开设有一字缝，一字缝一端壁上设有螺纹孔且另一端对应位置设有安装通孔，夹紧螺丝穿过安装通孔、一字缝旋入螺纹孔固定在花键轴上。

在一些实施方式中，移动架为内部中空且下端开口的矩形箱体结构，移动架的下开口安装有密封板，在花键轴的安装位置，移动架的上盖板以及密封板上分别开设有穿孔，移动架的两侧板后端、后侧板下端去材料设有避让口，避让口设有连接主梁的安装板。

附图说明

图1为本发明一实施方式的一种用于高速转贴的直线花键四轴模组的三维示意图；

图2为图1所示X向直线模组2、Y向直线模组的三维示意图；

图3为图1所示直线电机的三维示意图；

图4为图3所示直线电机的俯视示意图；

图5为图4所示直线电机的A-A剖视示意图；

图6为图1所示移动架以及花键模组的三维示意图；

图7为图6所示移动架以及花键模组的主视示意图；

图8为图7所示移动架以及花键模组的B-B示意图；

图9为图6所示花键模组以及伺服电机的三维示意图；

主梁1，X向直线模组2，第一滑轨21，第一滑块22，第一拖链板23，第一拖链架24，第一本体241，C形体242，第一拖链25，Y向直线模组3，第二拖链架31，第二本体311，翼板312，第二拖链32，第二拖链板33，移动架4，穿孔41，避让口42，密封板43，伺服电机5，花键模组6，花键轴61，花键螺母62，丝杠螺母63，固定块64，被动同步带轮65，主动同步带轮66，限位套67，底座7，左底梁71，右底梁72，轨道板73，直线电机8，底板80，马达动子81，马达定子82，动子座83，第二滑轨84，第二滑块85，传感器86，感应条87，防撞器88。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。

图1至图9示意性地显示了根据本发明的一种实施方式的一种用于高速转贴的直线花键四轴模组。如图所示，该装置主梁1，

X向直线模组2固定在底座7上，X向直线模组2的移动端安装在主梁1下表面两端，

Y向直线模组3安装在主梁1上表面，Y向直线模组3的移动端安装有移动架4，移动架4内固定有两个伺服电机5，每个伺服电机5的外伸轴上键连接一个主动同步带轮66，

花键模组6包括花键轴61以及固定块64，花键轴61从上至下依次轴套连接有被动同步带轮65、花键螺母62、丝杠螺母63以及被动同步带轮65，固定块64连接在移动架4内，固定块64上端孔安装丝杠螺母63且下端孔安装花键螺母62，每个被动同步带轮65通过同步带连接一个主动同步带轮66，花键轴61的下端为输出端，两个伺服电机5的启停能够带动花键轴61输出直线运动、圆周转动以及螺旋运动。

该花键模组6中，丝杠螺母63和花键轴61构成滚珠丝杠螺母副，将回转运动转化为直线运动，具有高精度、可逆性和高效率以及很小的摩擦阻力，花键螺母62和花键轴61构成滚珠花键螺母副，能够实现圆周运动和直线运动复合而成的螺旋运动，滚动花键副中，当花键套利用其中的钢球在经过精密磨削的花键轴上直线运动时，可以传递扭矩进行转动。花键副具有较紧凑的结构，能够传递超额的载荷及动力，并且具有较长的寿命。

因此，该花键模组6的输出运动为，上端的被动同步带轮65带动丝杠螺母63转动，花键轴61进行上下移动，下端的被动同步带轮65带动花键螺母62转动，花键轴61进行上下运动、圆周转动复合而成的螺旋转动，两个被动同步带轮65分别带动丝杠螺母63、花键螺母62作同向转动，花键轴61进行圆周转动。

该装置采用X箱直线模组2、Y向直线模组3进行高精度的XY方向高速高精度移动，Z方向和R方向旋转通过花键模组6和两个伺服电机的结合实现上下以及旋转运动，其有益效果是：其一，直线模组以及花键模组6速度快，负载大，移动位置精度高，大大提高了设备速度和负载能力，生产效率高；其二，负载大，能够适用各种规格的产品，设备使用率高；其三，设备整体尺寸小，空间布局灵活的优势，方便设备的安装调试，减小生产线的占地面积，方便观察操作；其四，无人化操作，避免了人为因素误差，同时降低了维修中停次数，节约了维修时间以及维修人员，设备稼动率高，生产效率高。

优选的，X向直线模组2包括一个直线电机8以及相互配合的第一滑轨21、第一滑块22，直线电机8和第一滑轨21沿X向相互平行安装在底座7上，直线电机8的移动端、第一滑块22分别连接主梁1下表面两端，

Y向直线模组3包括一个直线电机8，主梁1上表面固定一个直线电机8，直线电机8的移动端安装移动架4。其有益效果是：其一，直线电机8结构简单，直线电机不需要经过中间转换机构而直接产生直线运动，使结构大大简化，运动惯量减少，动态响应性能和定位精度大大提高；同时也提高了可靠性，节约了成本，使制造和维护更加简便。其二，加速度高以及适合高速直线运动，运动部分也就无摩擦和噪声；其三，适应性强，直线电机的初级铁芯可以用环氧树脂封成整体，具有较好的防腐、防潮性能，便于在潮湿、粉尘和有害气体的环境中使用。

优选的，直线电机8包括相互配合的马达动子81、马达定子82，马达定子82固定在底板80中间，马达动子81滑动连接在马达定子82上，马达动子81上表面连接在动子座83下表面中间，马达动子81上安装有位置回馈系统接头以及马达电源线接头，动子座83的侧表面安装有位置回馈系统的传感器86，底板80的侧表面安装有位置回馈系统的感应条87，感应条87两端设有极限开关。其有益效果是：该设置的直线电机8位置控制精确，加减速度快，适用于高速运行。

优选的，直线电机8还包括相互配合的第二滑轨84、第二滑块85，动子座83下表面两侧分别安装有两个第二滑块85，底板80上表面两侧分别固定有第二滑轨84，每条第二滑轨84上滑动连接有两个第二滑块85。其有益效果是：直线滑轨配合，直线运动直线度高，运动摩擦阻力小。

优选的，底座7包括左底梁71、右底梁72，左底梁71以及右底梁72为工字型梁，右底梁72上安装有一个底板80，左底梁71上安装一个轨道板73，轨道板73上固定有第一滑轨21，

两个第一滑块22上表面固定在转接板，转接板连接在主梁1一端下表面，主梁1另一端下表面连接一个动子座83，

Y向直线模组3的底板80连接在主梁1上表面或为主梁1，移动架4连接Y向直线模组3的动子座83。其有益效果是：该底座7结构强度高，刚度高，抗振动效果好，方便安装调整，能够获得优良的安装平面。

优选的，第二滑轨84两端分别设有橡胶柱状的防撞器88，防撞器88通过安装座固定在底板80上，第一滑轨21两端也安装有橡胶柱状的防撞器88。其有益效果是：防撞器88能够减缓异常运行障碍的损伤。

优选的，X向直线模组2包括第一拖链架24，第一拖链架24包括门架结构的第一本体241，第一本体241的立板下端分别连接防撞器88的安装座或底板80上，第一本体241外侧向上折弯再向内折弯为C形体242，第一拖链25位于C形体242内且固定在C形体242的立板上，第一拖链25另一端固定在第一拖链板23上，第一拖链板23位于第一本体241内侧且固定在主梁1上，

Y向直线模组3包括第二拖链架31，第二拖链架31包括门体结构的第二本体311，第二本体311两侧向上折弯形成翼板312，第二本体311的立板下端连接在防撞器88的安装座，第二拖链32位于翼板312内且一端固定在第二本体311的水平板上，第二拖链32的另一端固定在第二拖链板33上，第二拖链板33固定在移动架4上。其有益效果是：该设置的拖链结构简单，柔性高，多次适应不会损伤电缆。

优选的，花键轴61是一根设有滚珠丝杆和花键的轨道槽的轴，花键螺母62为滚珠花键外筒，丝杠螺母63为滚珠丝杆螺母，固定块64位于两个伺服电机5之间，两个伺服电机5垂直布置且输出轴反向设置，主动同步带轮66分别和被动同步带轮64位于一个平面内。

优选的，花键轴61上端以及下端分别设有一个环状结构的限位套67，限位套67沿径向开设有一字缝，一字缝一端壁上设有螺纹孔且另一端对应位置设有安装通孔，夹紧螺丝穿过安装通孔、一字缝旋入螺纹孔固定在花键轴61上。其有益效果是：限位套67能够防止花键轴61上下移动过位造成丝杠螺母63以及花键螺母62脱离花键轴61的现象，从而使两个螺母中的滚珠外散，设备障碍中停。

优选的，移动架4为内部中空且下端开口的矩形箱体结构，移动架4的下开口安装有密封板43，在花键轴61的安装位置，移动架4的上盖板以及密封板43上分别开设有穿孔41，移动架4的两侧板后端、后侧板下端去材料设有避让口42，避让口42设有连接主梁1的安装板。

以上所述的仅是本发明的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于高速转贴的直线花键四轴模组，其特征在于，包括主梁(1)，

X向直线模组(2)固定在底座(7)上，所述X向直线模组(2)的移动端安装在所述主梁(1)下表面两端，

Y向直线模组(3)安装在所述主梁(1)上表面，所述Y向直线模组(3)的移动端安装有移动架(4)，

所述移动架(4)内固定有两个伺服电机(5)，每个所述伺服电机(5)的外伸轴上键连接一个主动同步带轮(66)，

花键模组(6)包括花键轴(61)以及固定块(64)，所述花键轴(61)从上至下依次轴套连接有被动同步带轮(65)、花键螺母(62)、丝杠螺母(63)以及所述被动同步带轮(65)，所述固定块(64)连接在所述移动架(4)内，所述固定块(64)上端孔安装所述丝杠螺母(63)且下端孔安装所述花键螺母(62)，每个所述被动同步带轮(65)通过同步带连接一个所述主动同步带轮(66)，两个所述伺服电机(5)的启停能够带动所述花键轴(61)输出直线运动、圆周转动以及螺旋运动。

2.根据权利要求1所述的一种用于高速转贴的直线花键四轴模组，其特征在于，所述X向直线模组(2)包括一个直线电机(8)以及相互配合的第一滑轨(21)、第一滑块(22)，所述直线电机(8)和所述第一滑轨(21)沿X向相互平行安装在所述底座(7)上，所述直线电机(8)的移动端、所述第一滑块(22)分别连接所述主梁(1)下表面两端，

所述Y向直线模组(3)包括一个所述直线电机(8)，所述主梁(1)上表面固定一个所述直线电机(8)，所述直线电机(8)的移动端安装所述移动架(4)。

3.根据权利要求2所述的一种用于高速转贴的直线花键四轴模组，其特征在于，所述直线电机(8)包括相互配合的马达动子(81)、马达定子(82)，所述马达定子(82)固定在底板(80)中间，所述马达动子(81)滑动连接在所述马达定子(82)上，所述马达动子(81)上表面连接在所述动子座(83)下表面中间，所述马达动子(81)上安装有位置回馈系统接头以及马达电源线接头，所述动子座(83)的侧表面安装有位置回馈系统的传感器(86)，所述底板(80)的侧表面安装有位置回馈系统的感应条(87)，所述感应条(87)两端设有极限开关。

4.根据权利要求3所述的一种用于高速转贴的直线花键四轴模组，其特征在于，所述直线电机(8)还包括相互配合的第二滑轨(84)、第二滑块(85)，所述动子座(83)下表面两侧分别安装有两个所述第二滑块(85)，所述底板(80)上表面两侧分别固定有所述第二滑轨(84)，每条所述第二滑轨(84)上滑动连接有两个所述第二滑块(85)。

5.根据权利要求4所述的一种用于高速转贴的直线花键四轴模组，其特征在于，所述底座(7)包括左底梁(71)、右底梁(72)，所述左底梁(71)以及所述右底梁(72)为工字型梁，所述右底梁(72)上安装有一个所述底板(80)，所述左底梁(71)上安装一个轨道板(73)，所述轨道板(73)上固定有所述第一滑轨(21)，

两个所述第一滑块(22)上表面固定在转接板，所述转接板连接在所述主梁(1)一端下表面，所述主梁(1)另一端下表面连接一个所述动子座(83)，

所述Y向直线模组(3)的所述底板(80)连接在所述主梁(1)上表面或为所述主梁(1)，所述移动架(4)连接所述Y向直线模组(3)的所述动子座(83)。

6.根据权利要求5所述的一种用于高速转贴的直线花键四轴模组，其特征在于，所述第二滑轨(84)两端分别设有橡胶柱状的防撞器(88)，所述防撞器(88)通过安装座固定在所述底板(80)上，所述第一滑轨(21)两端也安装有橡胶柱状的所述防撞器(88)。

7.根据权利要求6所述的一种用于高速转贴的直线花键四轴模组，其特征在于，所述X向直线模组(2)包括第一拖链架(24)，所述第一拖链架(24)包括门架结构的第一本体(241)，所述第一本体(241)的立板下端分别连接所述防撞器(88)的安装座或所述底板(80)上，所述第一本体(241)外侧向上折弯再向内折弯为C形体(242)，第一拖链(25)位于所述C形体(242)内且固定在所述C形体(242)的立板上，所述第一拖链(25)另一端固定在第一拖链板(23)上，所述第一拖链板(23)位于所述第一本体(241)内侧且固定在所述主梁(1)上，

所述Y向直线模组(3)包括第二拖链架(31)，所述第二拖链架(31)包括门体结构的第二本体(311)，所述第二本体(311)两侧向上折弯形成翼板(312)，所述第二本体(311)的立板下端连接在所述防撞器(88)的安装座，第二拖链(32)位于所述翼板(312)内且一端固定在所述第二本体(311)的水平板上，所述第二拖链(32)的另一端固定在第二拖链板(33)上，所述第二拖链板(33)固定在所述移动架(4)上。

8.根据权利要求1所述的一种用于高速转贴的直线花键四轴模组，其特征在于，所述花键轴(61)是一根设有滚珠丝杆和花键的轨道槽的轴，所述花键螺母(62)为滚珠花键外筒，所述丝杠螺母(63)为滚珠丝杆螺母，所述固定块(64)位于两个所述伺服电机(5)之间，两个所述伺服电机(5)垂直布置且输出轴反向设置，所述主动同步带轮(66)分别和所述被动同步带轮(64)位于一个平面内。

9.根据权利要求1所述的一种用于高速转贴的直线花键四轴模组，其特征在于，所述花键轴(61)上端以及下端分别设有一个环状结构的限位套(67)，所述限位套(67)沿径向开设有一字缝，所述一字缝一端壁上设有螺纹孔且另一端对应位置设有安装通孔，夹紧螺丝穿过所述安装通孔、所述一字缝旋入所述螺纹孔固定在所述花键轴(61)上。

10.根据权利要求1所述的一种用于高速转贴的直线花键四轴模组，其特征在于，所述移动架(4)为内部中空且下端开口的矩形箱体结构，所述移动架(4)的下开口安装有密封板(43)，在所述花键轴(61)的安装位置，所述移动架(4)的上盖板以及所述密封板(43)上分别开设有穿孔(41)，所述移动架(4)的两侧板后端、后侧板下端去材料设有避让口(42)，所述避让口(42)设有连接所述主梁(1)的安装板。