[发明专利]一种数控全电执行伸缩作用筒

说明书

一种数控全电执行伸缩作用筒，它适用于起重机械、机械手、机床进给等设备中，用于取代液压油缸，实现移动操作。

现在在起重机、机械手及机床进给设备中，多采用液压油缸来实现移动动作操作。因使用液压油缸需要一整套的液压泵站和电液伺服阀等控制系统，结构庞大、复杂，再加上液压油的渗漏问题，使得液压动作系统的应用不很理想。同时，由于液压油的渗漏，液压油缸的位移精度不是很高，有较大的漂移。在一些高精度动作系统中，如精密机床的进给系统，采用步进电机加螺母丝杠的形式，也实现了全电执行移动动作。但是，一方面由于步进电机的输出功率较小，效率很低，使之不能用于要求较大执行力的地方。另一方面，步进电机的脉冲电源结构复杂，成本昂贵，也使它的应用受到限制。

本发明的目的是发明一种机电一体化的数控全电执行伸缩作用筒，可以使用数字进行控制，执行部分做成一体以取代液压油缸，结构简单，有较大的输出功率，成本低廉。

本发明如附图1所示，它有丝杠1、螺母2、减速器3、电动机4，其特征在于：电动机4是稀土永磁转子电机，有固定套筒5，固定套筒5内的一端固定有电动机4和减速器3，其另一端内有伸缩套筒6，固定套筒5与伸缩套筒6使用滑动连接，螺母2被固定于伸缩套筒6内部与连接于减速器3的丝杠1啮合，电动机4的输入端接有可调频逆变电源7，有标准工业控制介面8，在标准工业控制介面8中插有连接于可调频逆变电源7并对其进行控制的适配模块9，标准工业控制介面8通过标准串行通讯接口与可和其它设备所共有的中央控制计算机10相连。

本发明在使用时，把固定套筒5与伸缩套筒6的两端固定于需要产生相对位移的地方，取代液压油缸位置。当要求两端距离改变时，中央控制计算机10发出地址选通信号，通过标准串行通讯接口传到标准工业控制介面8中，由标准工业控制介面8选通可调频逆变电源7的适配模块9。中央控制计算机10根据要求或软件设置计算出要求的移动速度所对应电机转动速度值以及所需电源的频率值，通过标准串口送出被控频率数值给适配模块9，由适配模块9锁存并控制可调频电源7的输出。在适配模块9锁存的同时，中央控制计算机10开始计时积分，可以得到任意时刻的位移值。当要求本发明的运动满足某一个位移----时间关系(或速度-时间关系、加速度-时间关系)时，可以由中央控制计算机10通过要求的被控时间曲线解算出相应的供电频率-时间曲线，经离散后，用时间中断的方法不断送出当前时间的供电频率值，由适配模块9接收并不断地控制改变，使得本发明的运动满足被控要求。

本发明中，电动机4采用稀土永磁转子电动机，由可调频逆变电源7供电。由于稀土永磁电机是一种同步电动机，它的转速与输入电源的频率一致，一方面可以通过调节输入电源的频率来调节电机的转速，另一方面，通过对电源频率的积分，也就可以得到电机的转数，达到位置控制的目的。由于稀土磁性材料有较高的磁能积值，电机的体积可以较小，功率较大，特别是稀土永磁转子电动机的起动扭矩很大，在变速时，特别是低速时，不易发生“丢转”现象，有较高的开环控制精度。

本发明使用中央控制计算机和标准工业控制介面加执行机构这种标准的机电一体化结构，采用控制稀土永磁转子电动机的输入频率来控制其输出转速和转数，并通过减速器减速后直接驱动丝杠螺母付，使转动变为移动，不需要液压动力系统，达到了全电执行的目的，结构简单，成本低廉。由于稀土永磁转子电动机有较大的输出功率和较大的起动扭矩，因而本发明的输出功率较大，结构小，可以适应要求较大执行力的地方，取代液压油缸。

本发明中的固定套筒5和伸缩套筒6的作用一是使电动机4、减速器3、螺母2和丝杠1连成一体并起保护作用，二是为增加丝杠1的受压稳定性。因而固定套筒5和伸缩套筒6都应有一定的强度和刚度。

本发明中的减速器3可以使用多级普通减速器，也可以使用谐波齿轮减速器，还可以使用如专利申请号为CN91103847的“一种大速比差动减速器”，有很高的减速比和很小的体积。在本发明中，减速器3和电动机4还可以做成一体，如专利申请号为CN91216028的“一种差动减速电动卷扬机”的结构，把它的卷筒输出变为丝杠输出即可。

在本发明中，标准工业控制介面8可以选用美国ME公司(MECHATRONIC EQUIPMENT INC.)的I/O K32，或是美国OPTO22公司的PB16AH。插于标准工业控制介面8中的适配模块9可以是美国OPTO22公司的DA3模块。中央控制计算机10可以选美国ME公司的PCS-1工业过程控制工作站，也可以选用美国OPTO22公司的LC4控制器。本发明中的可调频逆变电源9可以选用日本富士公司的G5或G7系列逆变电源，也可以采用如专利号为CN89209067的“一种大功率数控调压与变流装置”的结构。