一种等离子切割机Z轴的电磁丝杆协同驱动装置的制作方法

一种等离子切割机z轴的电磁丝杆协同驱动装置
技术领域
1.本发明涉及等离子切割装置，具体涉及一种等离子切割机z轴的电磁丝杆协同驱动装置。


背景技术：

2.等离子切割系统通常由七部分组成：电源、控制系统、水冷系统、气体装置、等离子切割头装置、等离子切割机机体和加工工作台，等离子切割机z轴升降装置是等离子切割机机体中控制枪头上升、下降的部分，对切割的稳定性和切割工件的质量有重要的影响，传统的等离子切割机z轴升降装置通常由滚珠丝杆传动，并由单直线导轨系统支撑，不能保证有良好的垂直度。
3.为解决上述问题，现有技术通常采用双直线导轨系统对升降装置进行限位，使得升降装置维持一定的升降方向，现有技术的切割机z轴升降装置长时间使用过程中，直线导轨可能会发生偏移，导致切割机z轴升降装置带动切割机头切割方向出现误差，影响切割机的切割效果；因此，现有技术存在以下技术问题，直线导轨可能会发生偏移，导致切割机z轴升降装置带动切割机头切割方向出现误差。


技术实现要素：

4.为此，本发明提供一种等离子切割机z轴的电磁丝杆协同驱动装置，有效的解决了现有技术中的直线导轨可能会发生偏移从而导致切割机z轴升降装置带动切割机头切割方向出现误差的问题。
5.为解决上述技术问题，本发明具体提供下述技术方案：一种等离子切割机z轴的电磁丝杆协同驱动装置，具备：平移驱动机构，用于提供滚珠丝杆和丝杆螺母带动切割机头做升降运动；平移导向架，用于支撑所述丝杆螺母，并提供至少两个直线导轨供所述平移驱动机构滑动，所述直线导轨设置在所述滚珠丝杆远离所述切割机头的一侧，所述平移导向架具备第一监测元件和导轨校正部件，所述第一监测元件安装在所述直线导轨上不同高度位置，且所述第一监测元件用于监测所述直线导轨不同高度位置之间的水平距离和所述直线导轨不同高度位置与所述直线导轨端部所在平面的距离，所述导轨校正部件用于根据所述第一监测元件的监测数据调整所述直线导轨两端部在所在平面上的位置；横向平衡机构，设置在所述丝杆螺母的两侧，所述横向平衡机构用于监测所述滚珠丝杆带动所述切割机头的走向、将所述平移驱动机构端部外拉，所述横向平衡机构具备电磁外拉部件和第二监测元件，所述电磁外拉部件可拆卸地连接在所述丝杆螺母的侧边，所述第二监测元件垂直连接在所述丝杆螺母的侧边，所述电磁外拉部件用于从所述丝杆螺母的两侧施加垂直向外的拉力，以使所述丝杆螺母保持垂直于水平线的走向，所述第二监测元件用于测量所述滚珠丝杆的偏移角度；
在所述滚珠丝杆底部设置有偏移校正组件，所述偏移校正组件根据所述第二监测元件的测量数据调整所述滚珠丝杆底端在所在水平面上的位置，以将滚珠丝杆调整至垂直状态。
6.作为本发明的优选方案，所述平移驱动机构包括安装架、设置在所述安装架上的第一驱动电机以及设置在所述安装架顶端的弹簧座；所述第一驱动电机安装在所述弹簧座上，所述安装架上开设有安装槽，所述安装槽内壁两侧通过连接栓转动连接有转筒，所述转筒内同轴设置有转轴，所述转轴能够在转筒内转动，所述转轴连接在所述第一驱动电机的输出端，所述转轴远离所述第一驱动电机的端部连接在所述滚珠丝杆的上端；所述第一驱动电机驱动，以通过所述转轴带动所述滚珠丝杆转动。
7.作为本发明的优选方案，所述直线导轨均安装在所述安装架上，所述丝杆螺母靠近所述直线导轨一侧设置有滑动导块，所述直线导轨内开设有供所述滑动导块滑动的滑槽；所述导轨校正部件包括设置在所述直线导轨端部的导轨轴座、设置在所述安装架顶端和底端内的第一驱动腔、设置在所述第一驱动腔内的定位板以及滑动设置在所述定位板内的校正轴座；所述导轨轴座一侧通过连接螺母安装在所述校正轴座上，所述导轨轴座另一侧靠接在所述第一驱动腔内壁，所述定位板上开设有连接弧槽，所述校正轴座底端设置有校正弧块，所述校正弧块在所述连接弧槽内滑动。
8.作为本发明的优选方案，所述校正轴座上连接有齿轮弧板，所述第一驱动腔内设置有校正齿轮，所述校正齿轮与所述齿轮弧板啮合，所述校正齿轮上连接有第二驱动电机，所述第二驱动电机安装在所述第一驱动腔内；所述第二驱动电机驱动，以通过所述校正齿轮带动所述齿轮弧板转动。
9.作为本发明的优选方案，所述第一监测元件包括设置在所述直线导轨上端、中间位置和下端的红外测高传感器、以及设置在所述直线导轨同等高度相对位置上的红外测距传感器；所述红外测高传感器用于测量所述红外测高传感器所在位置与所述直线导轨底部安装面的距离，所述红外测距传感器用于测量所述红外测距传感器所在位置与相邻所述直线导轨之间距离。
10.作为本发明的优选方案，所述电磁外拉部件包括设置在安装架侧边的侧平衡架、连接在所述丝杆螺母两侧的螺纹连接筒、螺纹连接在所述螺纹连接筒内的螺纹连接柱、连接在所述螺纹连接柱上的拉筒以及设置在所述拉筒侧边的定位筒；所述侧平衡架上设置有升降长槽，所述定位筒端部连接有滑动轴座，所述滑动轴座滑动设置在所述升降长槽内，所述拉筒和所述定位筒设置在同一直线上。
11.作为本发明的优选方案，所述拉筒靠近所述定位筒一侧内设置有第一连接槽，所述第一连接槽内设置有滑动栓，所述滑动栓上连接设置有连接轴柱；所述滑动栓在所述第一连接槽内滑动，所述滑动栓的外径与所述第一连接槽外端的内径一致；所述定位筒靠近所述拉筒一侧内设置有第二连接槽，所述第二连接槽内固定设置
有定位栓，所述连接轴柱远离所述滑动栓的一端固定设置在所述定位栓上。
12.作为本发明的优选方案，所述拉筒靠近所述定位筒一端安装有永磁体，所述定位筒靠近所述拉筒一端设置有环槽，所述环槽内缠绕设置有电磁线圈组。
13.作为本发明的优选方案，所述第二监测元件包括安装在所述丝杆螺母侧边的连接柱、螺纹连接在所述连接柱外端的螺纹连接套以及套接在所述螺纹连接套外端的转动套；所述转动套端部设置有滑动槽座，所述滑动槽座滑动设置在所述升降长槽内，所述滑动槽座内设置有测量轴，所述转动套端部侧边转动设置在所述测量轴上，所述测量轴上安装有角度传感器。
14.作为本发明的优选方案，所述偏移校正组件包括设置在所述滚珠丝杆底部的校正槽座、设置在所述安装架内的第二驱动腔、设置在所述校正槽座底部的固定轴、连接在所述固定轴侧边的弧杆以及连接在所述固定轴端部的齿轮校正板；所述滚珠丝杆底部转动设置在所述校正槽座上，所述第二驱动腔内开设有限位弧槽，所述弧杆滑动设置在所述限位弧槽内，所述限位弧槽内设置有限位弹簧，所述限位弹簧的端部连接在所述弧杆上；所述齿轮校正板侧边设置有校正蜗杆，所述校正蜗杆端部连接有第三驱动电机，所述齿轮校正板与所述校正蜗杆啮合；所述第三驱动电机驱动，以通过所述校正蜗杆带动所述齿轮校正板转动。
15.本发明与现有技术相比较具有如下有益效果：本发明设置了可调节的直线导轨，并根据第一监测元件的监测结果通过导轨校正部件对直线导轨的角度进行调整，避免直线导轨发生偏移的问题，提高了切割机头切割方向的精确度，另外，通过设置横向平衡机构对丝杆螺母的走向进行限位，电磁外拉部件向外拉动丝杆螺母，使得在滚珠丝杆出现偏移时将丝杆螺母锁定，避免切割机头以错误切割方向进行切割，并根据第二监测元件的测量数据对滚珠丝杆进行调整，进一步降低了切割失误率。
附图说明
16.为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。
17.图1为本发明实施例提供的一种等离子切割机z轴的电磁丝杆协同驱动装置的正面结构示意图；图2为本发明实施例提供的一种等离子切割机z轴的电磁丝杆协同驱动装置的背面结构示意图；图3为本发明实施例中的丝杆螺母和支线导轨的俯视示意图；图4为本发明实施例中的导轨校正部件的结构示意图；图5为本发明实施例中的电磁外拉部件和第二监测元件的结构示意图；图6为本发明实施例中的偏移校正组件的结构示意图。
18.图中的标号分别表示如下：
1-平移驱动机构；2-平移导向架；3-横向平衡机构；4-偏移校正组件；11-滚珠丝杆；12-丝杆螺母；13-安装架；14-第一驱动电机；15-弹簧座；16-安装槽；17-连接栓；18-转筒；19-转轴；110-滑动导块；111-滑槽；21-直线导轨；22-第一监测元件；23-导轨校正部件；31-电磁外拉部件；32-第二监测元件；41-校正槽座；42-第二驱动腔；43-固定轴；44-弧杆；45-齿轮校正板；46-限位弧槽；47-校正蜗杆；48-第三驱动电机；49-限位弹簧；221-红外测高传感器；222-红外测距传感器；231-导轨轴座；232-第一驱动腔；233-定位板；234-校正轴座；235-连接螺母；236-连接弧槽；237-校正弧块；238-齿轮弧板；239-校正齿轮；311-侧平衡架；312-螺纹连接筒；313-螺纹连接柱；314-拉筒；315-定位筒；316-升降长槽；317-滑动轴座；318-第一连接槽；319-滑动栓；3110-连接轴柱；3111-第二连接槽；3112-定位栓；3113-永磁体；3114-环槽；3115-电磁线圈组；321-连接柱；322-螺纹连接套；323-转动套；324-滑动槽座；325-测量轴。
具体实施方式
19.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，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
20.如图1和图2所示，本发明提供了一种等离子切割机z轴的电磁-丝杆协同驱动装置，设置了可调节的直线导轨21，并根据第一监测元件22的监测结果通过导轨校正部件23对直线导轨21的角度进行调整，避免直线导轨21发生偏移的问题，提高了切割机头切割方向的精确度，另外，通过设置横向平衡机构3对丝杆螺母12的走向进行限位，电磁外拉部件31向外拉动丝杆螺母12，使得在滚珠丝杆11出现偏移时将丝杆螺母12锁定，避免切割机头以错误切割方向进行切割，并根据第二监测元件32的测量数据对滚珠丝杆11进行调整，进一步降低了切割失误率。
21.本发明主要包括平移驱动机构1、平移导向架2和横向平衡机构3，其中，平移驱动机构1用于提供滚珠丝杆11和丝杆螺母12带动切割机头做升降运动， 平移导向架2用于支撑丝杆螺母12，并提供至少两个直线导轨21供平移驱动机构1滑动，直线导轨21设置在滚珠丝杆11远离切割机头的一侧，平移导向架2具备第一监测元件22和导轨校正部件23，第一监测元件22安装在直线导轨21上不同高度位置，且第一监测元件22用于监测直线导轨21不同高度位置之间的水平距离和直线导轨21不同高度位置与直线导轨21端部所在平面的距离，导轨校正部件23用于根据第一监测元件22的监测数据调整直线导轨21两端部在所在平面上的位置。
22.上述实施例中，在滚珠丝杆11的转动作用下和直线导轨21的限位作用下，丝杆螺母12可沿一定方向移动，直线导轨21只对丝杆螺母12在某一平面的倾斜方向进行限位，针对丝杆螺母12在另一垂直的平面内的限位，本发明采用横向平衡机构3来实现，横向平衡机构3设置在丝杆螺母12的两侧，横向平衡机构3用于监测滚珠丝杆11带动切割机头的走向、
将平移驱动机构1端部外拉，横向平衡机构3具备电磁外拉部件31和第二监测元件32，电磁外拉部件31可拆卸地连接在丝杆螺母12的侧边，第二监测元件32垂直连接在丝杆螺母12的侧边，电磁外拉部件31用于从丝杆螺母12的两侧施加垂直向外的拉力，以使丝杆螺母12保持垂直于水平线的走向，第二监测元件32用于测量滚珠丝杆11的偏移角度，本发明通过设置偏移校正组件4根据第二监测元件32的监测数据调整滚珠丝杆11的角度。
23.其中，平移驱动机构1用于带动丝杆螺母12的升降从而带动切割机头的升降，平移驱动机构1包括安装架13、设置在安装架13上的第一驱动电机14以及设置在安装架13顶端的弹簧座15；第一驱动电机14安装在弹簧座15上，安装架13上开设有安装槽16，安装槽16内壁两侧通过连接栓17转动连接有转筒18，转筒1内同轴设置有转轴19，转轴19能够在转筒1内转动，转轴19连接在第一驱动电机14的输出端，转轴19远离第一驱动电机14的端部连接在滚珠丝杆11的上端。
24.第一驱动电机14驱动，以通过转轴19带动滚珠丝杆11转动，在滚珠丝杆11的转动作用下和平移导向架2、横向平衡机构3的限位作用下，丝杆螺母12进行升降运动，当滚珠丝杆11发生偏移的情况下需要通过偏移校正组件4对滚珠丝杆11进行转动调节，为了保证转动调节过程中滚珠丝杆11始终通过转轴19连接在第一驱动电机14上，上述实施例设置了弹簧座15，使得第一驱动电机14始终跟随滚珠丝杆11发生位置变化。
25.另外，如图3所示，为了对丝杆螺母12进行限位，使得直线导轨21均安装在安装架13上，丝杆螺母12靠近直线导轨21一侧设置有滑动导块110，直线导轨21内开设有供滑动导块110滑动的滑槽111，滑槽11对滑动导块110进行限位，从而实现对丝杆螺母12的限位。
26.在监测到直线导轨21出现偏移时，本发明通过导轨校正部件23对直线导轨21进行校正，本发明的导轨校正部件23主要采取以下优选实施例，如图4所示，导轨校正部件23包括设置在直线导轨21端部的导轨轴座231、设置在安装架13顶端和底端内的第一驱动腔232、设置在第一驱动腔232内的定位板233以及滑动设置在定位板233内的校正轴座234；导轨轴座231一侧通过连接螺母235安装在校正轴座234上，导轨轴座231另一侧靠接在第一驱动腔232内壁，定位板233上开设有连接弧槽236，校正轴座234底端设置有校正弧块237，校正弧块237在连接弧槽236内滑动。
27.上述实施例中，要对直线导轨21进行转动调节，需要带动导轨轴座231转动，也就是要带动校正轴座234转动，本实施例中的连接弧槽236的作用是对转动的轨迹进行限定；为了带动校正轴座234转动，在校正轴座234上连接有齿轮弧板238，第一驱动腔232内设置有校正齿轮239，校正齿轮239与齿轮弧板238啮合，校正齿轮239上连接有第二驱动电机，第二驱动电机安装在第一驱动腔232内。
28.第二驱动电机驱动，以通过校正齿轮239带动齿轮弧板238转动，齿轮弧板238转动带动校正轴座234转动，从而通过导轨轴座231带动直线导轨21转动，在此过程中校正弧块238在连接弧槽236内滑动，直线导轨21以直线导轨21的中心点为转动基点进行转动以实现角度调整。
29.上述实施例中的导轨校正部件23主要根据第一监测元件22的监测结果进行调整，本发明的第一监测元件22主要采取以下优选实施例，如图2所示，第一监测元件22包括设置在直线导轨21上端、中间位置和下端的红外测高传感器221、以及设置在直线导轨21同等高度相对位置上的红外测距传感器222；红外测高传感器221用于测量红外测高传感器221所
在位置与直线导轨21底部安装面的距离，红外测距传感器222用于测量红外测距传感器222所在位置与相邻直线导轨21之间距离。
30.红外测高传感器221测量红外测高传感器221所在位置与直线导轨21底部安装面的距离，由于红外测高传感器221的安装位置一定，当红外测高传感器221测量数据发生变化，可判断对应的直线导轨21出现偏移，通过对上述红外测高传感器221的测量数据和对应的理想数据进行计算可得直线导轨21的偏移角度，另外通过红外测距传感器22测量的红外测距传感器222所在位置与相邻直线导轨21之间的距离也可计算得出直线导轨21的偏移角度，如果上述两个偏移角度数据在误差范围内，可根据上述偏移角度数据控制导轨校正部件23对直线导轨21进行角度校正。
31.除了对丝杆螺母12靠近切割机头一侧边的限位，还通过电磁外拉部件31对丝杆螺母12另外相邻侧边进行限位，本发明的电磁外拉部件31主要采取以下优选实施例，如图5所示，电磁外拉部件31包括设置在安装架13侧边的侧平衡架311、连接在丝杆螺母12两侧的螺纹连接筒312、螺纹连接在螺纹连接筒312内的螺纹连接柱313、连接在螺纹连接柱313上的拉筒314以及设置在拉筒314侧边的定位筒315；侧平衡架311上设置有升降长槽316，定位筒315端部连接有滑动轴座317，滑动轴座317滑动设置在升降长槽316内，拉筒314和定位筒315设置在同一直线上。
32.在丝杆螺母12升降的过程中，通过拉筒314和定位筒315带动滑动轴座317进行升降，滑动轴座317的升降受到升降长槽316的限位，因此丝杆螺母12的升降也受到限位，在升降过程中需要保持拉筒314和定位筒315在同一直线上。
33.为了使得拉筒314和定位筒315在同一直线上，拉筒314靠近定位筒315一侧内设置有第一连接槽318，第一连接槽318内设置有滑动栓319，滑动栓319上连接设置有连接轴柱3110；滑动栓319在第一连接槽318内滑动，滑动栓319的外径与第一连接槽318外端的内径一致；定位筒315靠近拉筒314一侧内设置有第二连接槽3111，第二连接槽3111内固定设置有定位栓3112，连接轴柱3110远离滑动栓319的一端固定设置在定位栓3112上。
34.滑动栓319、定位栓3112和连接轴柱3110的设计使得拉筒314和定位筒315在同一直线上，电磁外拉部件31还可以将丝杆螺母12外拉，使得滚珠丝杆11出现偏移时，丝杆螺母12两侧的拉力使得丝杆螺母12不能再沿着滚珠丝杆11的方向下移，实现对丝杆螺母12的锁定。
35.本发明为了对丝杆螺母12进行外拉做以下设计，拉筒314靠近定位筒315一端安装有永磁体3113，定位筒315靠近拉筒314一端设置有环槽3114，环槽3114内缠绕设置有电磁线圈组3115。
36.上述实施例中的电磁线圈组3115外部连接有电路，电路通电的情况下产生电磁场，电磁场对永磁体3113产生吸引力，从而对拉筒314施加一朝向定位筒315的力，使得将丝杆螺母12外拉。
37.为了实时监测出滚珠丝杆11发生偏移，本发明设置有第二监测元件32，如图5所示，第二监测元件32包括安装在丝杆螺母12侧边的连接柱321、螺纹连接在连接柱321外端的螺纹连接套322以及套接在螺纹连接套322外端的转动套323；转动套323端部设置有滑动槽座324，滑动槽座324滑动设置在升降长槽内316，滑动槽座324内设置有测量轴325，转动套323端部侧边转动设置在测量轴325上，测量轴325上安装有角度传感器。
38.当滚珠丝杆11发生偏移时，丝杆螺母12跟随发生轻微偏移，从而通过连接柱321、螺纹连接套322带动转动套323偏移，由于转动套323端部转动连接在滑动槽座324上，转动套323在螺纹连接套322的作用下发生转动，在转动套323发生转动的情况下，角度传感器的检测数值发生变化，将此种情况判断为滚珠丝杆11发生偏移，可通过角度传感器的检测数值计算得出滚珠丝杆11的偏移角度。
39.在本发明中，由于默认电磁外拉部件31和第二监测元件32处于相对理想状态，当第二监测元件32监测出滚珠丝杆11出现偏移的情况下，可自动判定为滚珠丝杆11的位置出现偏移，为了对滚珠丝杆11的偏移进行校正，在滚珠丝杆11底部设置有偏移校正组件4，偏移校正组件4根据第二监测元件32的测量数据调整滚珠丝杆11底端在所在水平面上的位置，以将滚珠丝杆11调整至垂直状态。
40.本发明的偏移校正组件4主要采取以下优选实施例，如图6所示，偏移校正组件4包括设置在滚珠丝杆11底部的校正槽座41、设置在安装架13内的第二驱动腔42、设置在校正槽座41底部的固定轴43、连接在固定轴43侧边的弧杆44以及连接在固定轴43端部的齿轮校正板45；滚珠丝杆11底部转动设置在校正槽座41上，第二驱动腔42内开设有限位弧槽46，弧杆44滑动设置在限位弧槽46内，限位弧槽46内设置有限位弹簧49，限位弹簧49的端部连接在弧杆44上；齿轮校正板45侧边设置有校正蜗杆47，校正蜗杆47端部连接有第三驱动电机48，齿轮校正板45与校正蜗杆47啮合。
41.第三驱动电机48驱动，以通过校正蜗杆47带动齿轮校正板45转动，齿轮校正板45转动带动固定轴43转动，从而通过校正槽座41带动滚珠丝杆11转动，在转动过程中，弧杆44在限位弧槽46内滑动，本实施例中的限位弹簧49减少正常情况下滚珠丝杆11的偏移情况，另外，校正蜗杆47的设置可在未调节过程中对滚珠丝杆11进行锁定，避免滚珠丝杆11发生转动偏移。
42.本发明中在滚珠丝杆11出现偏移的情况下，电磁外拉部件31对丝杆螺母12的外拉可能会造成丝杆螺母12和滚珠丝杆11的磨损，导致后续升降过程的晃动，因此，在单次监测出滚珠丝杆11出现偏移之后可对滚珠丝杆11进行更换，拆卸过程通过转动螺纹连接套322和拉动314可实现丝杆螺母235侧边结构的拆卸，螺纹连接套32,直接滑出转动套323，滑动栓319也滑动脱离出第一连接槽318外，之后更换新的滚珠丝杆11和丝杆螺母12，为了便于拆卸更换，滚珠丝杆11上端可通过安装螺母安装在转轴19上，滚珠丝杆11下端可通过安装螺母安装在校正槽座41上。
43.综上所述，本发明的主要实施过程为，第一监测元件22对直线导轨21的状态进行实时监测，第二监测元件32对滚珠丝杆11的状态进行实时监测，在第一监测元件22监测出问题时，根据直线导轨21的偏移角度驱动第二驱动电机，以通过校正齿轮239带动齿轮弧板238转动，齿轮弧板238转动带动校正轴座234转动，从而通过导轨轴座231带动直线导轨21转动，实现对直线导轨21的角度调整；在第二监测元件32监测出问题时，根据滚珠丝杆11的偏移角度驱动第三驱动电机48，以通过校正蜗杆47带动齿轮校正板45转动，齿轮校正板45转动带动固定轴43转动，从而通过校正槽座41带动滚珠丝杆11转动，实现对滚珠丝杆11的角度调节；在对滚珠丝杆11角度调节之后完成单次的等离子切割，并在短期内对滚珠丝杆11进行拆卸更换。
44.以上实施例仅为本技术的示例性实施例，不用于限制本技术，本技术的保护范围
由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本技术的实质和保护范围内，对本技术做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本技术的保护范围内。