專利名稱：滾珠絲杠裝置和具有該裝置的注模機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)榫€性運動的滾珠絲杠螺母支撐裝置或用于將線性運動轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)運動的滾珠絲杠螺母支撐裝置，以及具有該滾珠絲杠螺母支撐裝置的注模機。更具體地說，本發(fā)明涉及用于多個滾珠絲杠螺母的支撐結構，該滾珠絲杠螺母分別在滾珠絲杠的一個方向支撐負載，在電動注模機中滾珠絲杠用于注模、模具開啟/閉合、模具夾緊、以及注射器的線性驅(qū)動等。
背景技術：
傳統(tǒng)上，作為用于注塑機的直線運動軸的驅(qū)動源，主要使用液壓。然而，最近經(jīng)常使用電動驅(qū)動器，這是由于其具有改善工作環(huán)境、增大電能效率、以及便于對工作部分進行速度和位置控制等的優(yōu)點。尤其是，作為注射絲杠的注射驅(qū)動、模具夾緊裝置的壓盤運動、以及注射器的線性移動等的驅(qū)動源，已經(jīng)使用了對于將電機的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)變?yōu)榫€性驅(qū)動具有最高機械效率的電動伺服電機和滾珠絲杠。
一些用于傳統(tǒng)注模機的電動注射驅(qū)動單元具有一個或兩個驅(qū)動電機。在設置一個驅(qū)動電機的情況下，用于將轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)變?yōu)榫€性運動的一對絲杠和螺母對稱地設置在注射絲杠的兩側上，以平衡驅(qū)動力，而動力由用于傳動的齒形帶或齒輪系傳遞(例如，見日本專利申請8-9184(第9184/1996號)公開的注模機的注射裝置)。
雖然上述傳統(tǒng)電動注射驅(qū)動單元在用于小尺寸的注模機中沒有問題，但是，當用于中等或大尺寸注模機時，在注射時注射所需的壓力非常高，因此，需要特殊設計的電機以提供較高的扭矩，并由此存在如下問題，即，不僅成本高，而且在注模機安裝時結構平衡性較差。
在注模機的注射驅(qū)動器中，當存放在注射絲杠尖端的熔融樹脂由前進的注射絲杠快速推入型腔中時，注射絲杠需要較大的推力。因此，當滾珠絲杠用于注射裝置時，在直線往復驅(qū)動的一個方向上由于滾珠絲杠引起負載較高，因此，滾珠絲杠可允許的最大承載力被選擇成與注射驅(qū)動時的推力一致。同樣，滾珠絲杠的承載力通過承受在絲杠溝槽和滾珠螺母溝槽之間固定的滾珠滾動的壓力算出，并且設計的承載能力是在假設在絲杠工作螺旋的工作滾珠上施加均勻壓力而計算出的。
在滾珠絲杠用于小尺寸注模機的注射驅(qū)動的情況下，即使選擇了具有與滾珠絲杠驅(qū)動力相一致的承載能力的尺寸的滾珠絲杠或超過承載能力的尺寸的滾珠絲杠，也可以從商用標準尺寸中選擇，因此滾珠絲杠裝置的成本幾乎不成問題。但是，當在中等或較大尺寸的注模機中注射壓力增加時，滾珠絲杠的尺寸變得超出標準，因此，成本成為了較大的問題，從而需要進行極限設計。
當在滾珠絲杠軸的軸向上施加較高的拉力時，滾珠絲杠軸在其位于固定側的軸承和滾珠螺母之間的部分內(nèi)伸長，而滾珠螺母也由于軸向力伸長或收縮。因此，滾珠絲杠軸的螺紋側的螺距與其滾珠螺母側上的螺距發(fā)生偏離，從而由滾珠接受的壓力根據(jù)軸向位置而變化。
圖18示出日本專利臨時公開第2000-108175號(第108175/2000號)公開的傳統(tǒng)滾珠絲杠裝置。該滾珠絲杠裝置被構造成滾珠絲杠軸010通過在左手固定側(未示出)上被驅(qū)動而轉(zhuǎn)動，并且軸向由高強度推力軸承約束，從而由滾珠絲杠軸010的滾珠絲杠連接到注射絲杠上的移動框架06被滾珠絲杠螺母011推動，從而在由箭頭標示的注射方向上移動。附圖標記59表示凸緣型壓力傳感器(測力傳感器)。
在該滾珠絲杠裝置結構中，如圖19-I的示意圖和示出作為軸向螺母寬度的函數(shù)的負載的圖19-II的特性曲線所示，由滾珠接受的負載向滾珠螺母011工作端增大。由于滾珠絲杠050的負載量增大，即使?jié)L珠絲杠螺母011的長度增大，在螺母011端部的變形更大，而不能避免負載在工作端增大的趨勢。附圖標記04標示固定側元件，該元件通過軸承可樞轉(zhuǎn)地支撐滾珠絲杠軸010。
在日本專利臨時公開第2000-185339(第185339/2000號)中公開的用于注模機注射驅(qū)動的滾珠絲杠裝置如下所述地構造。如圖20所示，配裝到由電機驅(qū)動的滾珠絲杠軸051上的多個滾珠螺母052、053串聯(lián)設置在一個滾珠絲杠軸上，而用于將推力從滾珠螺母052和053傳遞到電動注模機的可移動元件060的液壓缸054和055分別連接到滾珠螺母052和053上。此外，液壓缸054和055的液壓缸內(nèi)腔彼此由連通管056連接。在這種滾珠絲杠裝置中，施加到滾珠絲杠軸051上的負載被均勻分配到滾珠螺母052、053上，從而滾珠絲杠軸051的壽命得以延長。
如在上述傳統(tǒng)示例中所解釋的，如果努力使絲杠螺母的長度增大以獲得高載荷的滾珠絲杠螺母，螺母端部內(nèi)的變形會增大，從而工作端一側上的負載趨于愈發(fā)增大。同樣，構造成多個滾珠螺母與滾珠絲杠軸串聯(lián)地螺紋連接，工作主體通過液壓缸連接到每個滾珠螺母上，而液壓缸的液壓缸內(nèi)腔通過連通管彼此連接的滾珠絲杠裝置能夠?qū)⑹┘拥铰菽干系妮d荷均勻分配。然而在這種滾珠絲杠裝置中，流體會從液壓缸中泄漏，或者滾珠螺母的位置會因為由管路容積導致的油的壓縮而變化，從而，注射絲杠不能夠保持注射開始和結束的正確位置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種滾珠絲杠裝置，其中，均勻的載荷施加到多個滾珠絲杠螺母的每一個上，而不會改變滾珠絲杠螺母相對于工作主體的連接位置。同樣，本發(fā)明的另一目的是提供一種滾珠絲杠裝置，其中，多個滾珠絲杠螺母可以分攤滾珠絲杠軸的重載，而不會改變滾珠絲杠螺母相對于工作主體的連接位置。
本發(fā)明通過利用具有以下條目結構的特征的裝置解決上述問題(1)一種將其推力方向被固定元件約束的滾珠絲杠軸的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)變?yōu)榕c滾珠絲杠軸螺紋嚙合的滾珠絲杠螺母的線性運動以移動連接到滾珠絲杠螺母上的工作主體的滾珠絲杠裝置，其中，滾珠絲杠裝置包括多個滾珠絲杠螺母，該螺母與滾珠絲杠軸螺紋嚙合；傳感器承載凸緣，其將一個滾珠絲杠螺母連接到工作主體上；負載傳感器，其安裝在傳感器承載凸緣上；環(huán)形液壓活塞，其固定到所述一個滾珠絲杠螺母之外的滾珠絲杠螺母上；液壓缸，其連接到工作主體上并在具有環(huán)形溝槽部分的一側開口，活塞以液體密封方式配裝到該開口中以形成液壓致動器；以及液壓控制單元，該單元設置在液壓缸上以控制流體壓力以便產(chǎn)生與負載傳感器所探測到的負載相等的活塞推力，從而負載施加到工作主體上，該負載均勻地分布到滾珠絲杠螺母上。
(2)多排滾珠絲杠裝置，其中，推力方向由固定元件約束的多個滾珠絲杠軸平行設置，滾珠絲杠軸同步旋轉(zhuǎn)，以承受均勻負載，而連接到滾珠絲杠螺母上的工作主體線性移動，該螺母與滾珠絲杠軸螺紋嚙合，其中，滾珠絲杠裝置包括與每個滾珠絲杠軸螺紋嚙合的多個滾珠絲杠螺母；將所有滾珠絲杠螺母中的一個連接到工作主體上的傳感器承載凸緣；安裝到傳感器承載凸緣上的負載傳感器；直接將工作主體固定到不同于與具有負載傳感器的滾珠絲杠螺母相嚙合的滾珠絲杠軸的滾珠絲杠軸上的滾珠絲杠螺母上的固定凸緣；固定到不同于所述一個滾珠絲杠螺母的滾珠絲杠螺母上的環(huán)形液壓活塞；多個液壓缸，每個液壓缸固定到工作主體上并具有環(huán)形溝槽部分，活塞以液體密封方式配裝到環(huán)形溝槽部分中以形成液壓致動器；液壓控制單元，其控制每個液壓缸各自的流體壓力以便產(chǎn)生與負載傳感器所探測到的負載相等的活塞推力；以及管路，其將由液壓控制單元所控制的流體壓力傳遞到液壓缸從而將負載施加到工作主體上，負載被均勻地分配到滾珠絲杠螺母上。
(3)在上述條目(2)中描述的滾珠絲杠裝置，其中，傳遞到每個液壓缸的流體壓力被控制，以便產(chǎn)生與負載傳感器探測到的負載相等的活塞推力，使通向每個液壓缸的液壓管路彼此連通，從而對每個液壓缸施加相同的流體壓力，因此，負載被施加到工作主體上，該負載被均勻地分配到滾珠絲杠螺母上。
(4)一種將其推力方向由固定元件約束的滾珠絲杠軸的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)變?yōu)榕c滾珠絲杠軸螺紋嚙合的滾珠絲杠螺母的線性運動以移動與滾珠絲杠螺母相連接的工作主體的滾珠絲杠裝置，其中，滾珠絲杠裝置包括多個滾珠絲杠螺母，其與滾珠絲杠軸螺紋嚙合；負載傳感器，其安裝在工作主體或固定元件上以探測工作主體上的負載；固定凸緣，其直接將滾珠絲杠螺母中的一個連接到工作主體上；環(huán)形液壓活塞，其固定到不同于與固定凸緣相連接的滾珠絲杠螺母之外的滾珠絲杠螺母上；多個液壓缸，每個液壓缸連接到工作主體上并具有環(huán)形溝槽部分，活塞以液體密封方式配裝到該開口中以形成液壓致動器；以及液壓控制單元，該單元控制每個液壓缸的流體壓力以便產(chǎn)生與通過將工作主體的負載傳感器探測到的負載由滾珠絲杠螺母數(shù)量除而得到的值相等的活塞推力，從而負載施加到工作主體上，該負載被均勻地分配給滾珠絲杠螺母。
(5)多排滾珠絲杠裝置，其中，推力方向被固定元件約束的多個滾珠絲杠軸平行設置，滾珠絲杠軸同步轉(zhuǎn)動以承受均勻負載，而連接到滾珠絲杠螺母上的工作主體線性移動，滾珠絲杠螺母與滾珠絲杠軸螺紋嚙合，其中，滾珠絲杠裝置包括與每個滾珠絲杠軸螺紋嚙合的多個滾珠絲杠螺母；安裝到工作主體或固定元件上以探測工作主體上的負載的負載傳感器；固定凸緣，其直接將位于每個滾珠絲杠軸的相同軸上的一個滾珠絲杠螺母固定到工作主體上；固定到不同于與固定凸緣相連接的滾珠絲杠螺母的滾珠絲杠螺母上的環(huán)形液壓活塞；多個液壓缸，每個液壓缸固定到工作主體上并具有環(huán)形溝槽部分，活塞以液體密封方式配裝到環(huán)形溝槽部分中以形成液壓致動器；液壓控制單元，其控制每個液壓缸的流體壓力以便產(chǎn)生與通過將工作主體的負載傳感器探測到的負載由滾珠絲杠螺母的總數(shù)相除而得到的值相等的活塞推力，從而，負載被施加到工作主體上，該負載被均勻地分配到滾珠絲杠螺母上。
(6)在上述條目(5)中所述的滾珠絲杠裝置，其中，計算與通過將工作主體的負載傳感器探測到的負載由滾珠絲杠螺母的總數(shù)相除而得到的值相對應的流體壓力，使通向每個液壓缸的液壓管路彼此連通，從而向每個液壓缸施加相等的流體壓力，工作流體壓力被控制成具有通過將負載傳感器探測到的負載被滾珠絲杠螺母的總數(shù)相除而得到的值，因此，負載施加到工作主體上，且該負載均勻地分配于滾珠絲杠軸和滾珠絲杠螺母。
(7)一種注模機，其中，多個滾珠絲杠裝置平行設置于注射絲杠軸上，每個滾珠絲杠裝置設置有多個如上述條目(2)、(3)、(5)和(6)中任一項所述的液壓平均分配型滾珠絲杠螺母，以實現(xiàn)注模機注射絲杠的直線注射驅(qū)動，從而，所有的滾珠絲杠螺母可以分攤負載。
本發(fā)明提供了一種線性運動的滾珠絲杠裝置，該裝置通過利用單獨一個滾珠絲杠軸或多個滾珠絲杠軸以及滾珠絲杠螺母來移動工作主體。在滾珠絲杠裝置中，多個滾珠絲杠螺母與相同的滾珠絲杠軸螺紋嚙合。并且，在每個滾珠絲杠軸上的滾珠絲杠螺母之一經(jīng)由固定凸緣固定到工作主體上，單獨的固定凸緣或各固定凸緣之一設置有負載傳感器，而其他滾珠絲杠螺母作為利用液壓缸和活塞的液壓支撐機構。流體壓力被控制成液壓支撐機構的支撐力等于由負載傳感器探測到的推力。通過這種結構，較大的負載可以均勻分配到各滾珠絲杠螺母上，并因此可以使用較小、較短并標準尺寸的滾珠絲杠螺母，可以降低成本。同樣，滾珠絲杠螺母的液壓支撐機構可以包容滾珠絲杠軸和滾珠絲杠螺母之間螺距的偏差，這就達到了改善滾珠絲杠螺母的可靠性和耐久性的效果。同樣，由于在每個滾珠絲杠軸上的滾珠絲杠螺母之一經(jīng)由固定凸緣固定到工作主體上，獲得了保持在工作主體返回時滾珠絲杠螺母相對滾珠絲杠軸的初始位置的再現(xiàn)性的效果(權利要求1和2)。
如果用于滾珠絲杠螺母的液壓支撐機構的工作流體管路被形成為共用，則液壓控制回路比較簡單，這就獲得了降低成本的效果(權利要求3)。
同樣，本發(fā)明提供了一種用于線性移動的滾珠絲杠裝置，該裝置通過利用單獨一個滾珠絲杠軸或多個滾珠絲杠軸以及滾珠絲杠螺母移動工作主體，其中用于探測所有驅(qū)動力的傳感器設置在用于支撐工作主體或用于克服工作主體的驅(qū)動力的固定元件上；多個滾珠絲杠螺母與相同的滾珠絲杠軸螺紋嚙合；在每個滾珠絲杠軸上的滾珠絲杠螺母之一經(jīng)由固定凸緣固定到工作主體上，而其他滾珠絲杠螺母作為利用液壓缸和活塞的液壓支撐機構；并且流體壓力被控制成液壓支撐機構的支撐力等于通過將驅(qū)動力傳感器所探測到的推力被滾珠絲杠螺母的總數(shù)相除而獲得的值?；谶@種滾珠絲杠裝置，較大的負載可以均勻分配到滾珠絲杠螺母上，并因此可以達到上述相同的效果(權利要求4和5)。
如果用于滾珠絲杠螺母的液壓支撐機構的工作流體管路被形成為共用，則液壓控制回路比較簡單，這就獲得了降低成本的效果(權利要求6)。
根據(jù)本發(fā)明的滾珠絲杠裝置適用于僅在往復運動的一個方向上需要較大推力的電動力驅(qū)動器，如注射驅(qū)動器(權利要求7)。
另一方面的本發(fā)明通過利用具有以下條目結構的特征的裝置解決了上述問題(8)一種滾珠絲杠裝置，將其推力方向被固定元件約束的滾珠絲杠軸的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)變?yōu)榕c滾珠絲杠軸螺紋嚙合的滾珠絲杠螺母的線性運動，并具有如下的負載結構以使得用于在一個方向上移動與滾珠絲杠螺母連接的工作主體的負載遠大于在相反方向上移動工作主體的負載，其中，該滾珠絲杠裝置包括第一滾珠絲杠螺母，其設置在工作主體上，從而固定凸緣位于與滾珠絲杠軸重載方向相對的一側上；固定地設置在工作主體上的液壓缸；液壓活塞，該活塞以液體密封方式配裝在液壓缸中并固定到第一滾珠絲杠螺母上；液壓源，其將預定液壓施加到由液壓活塞和液壓缸形成的環(huán)形液壓內(nèi)腔中；以及第二滾珠絲杠螺母，該螺母固定地安裝到工作主體上，以便固定凸緣位于與滾珠絲杠軸的重載方向相對的一側上，并且環(huán)形液壓內(nèi)腔充以預定壓力的工作流體，并保持該壓力，而為最大負載預定百分比的預負載總是施加到工作主體上，從而在最大負載時，兩個滾珠絲杠螺母分攤滾珠絲杠軸的最大負載。
(9)一種滾珠絲杠裝置，將其推力方向被固定元件約束的滾珠絲杠軸的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)變?yōu)榕c滾珠絲杠軸螺紋嚙合的滾珠絲杠螺母的線性運動，并具有如下的負載結構以使得用于在一個方向上移動與滾珠絲杠螺母連接的工作主體的負載遠大于在相反方向上移動工作主體的負載，其中，該滾珠絲杠裝置包括第一滾珠絲杠螺母，其設置在工作主體的前側上，以便固定凸緣位于與滾珠絲杠軸的重載方向相對的一側上；固定地設置在工作主體上的液壓缸；液壓活塞，其以液體密封方式配裝在液壓缸中，并固定到第一滾珠絲杠螺母上；液壓源，其將預定液壓施加到由液壓活塞和液壓缸形成的環(huán)形液壓內(nèi)腔上；以及第二滾珠絲杠螺母，該螺母固定地安裝到工作主體的后側以便固定凸緣位于與滾珠絲杠軸重載方向相反的一側上，并且環(huán)形液壓內(nèi)腔充以預定壓力的工作流體，并保持該壓力，而為最大負載40到50％的預負載總是施加到工作主體上，從而在最大負載時，兩個滾珠絲杠螺母分攤滾珠絲杠軸的最大負載。
(10)一種滾珠絲杠裝置，將其推力方向被固定元件約束的滾珠絲杠軸的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)變?yōu)榕c滾珠絲杠軸螺紋嚙合的滾珠絲杠螺母的線性運動，并具有如下的負載結構以使得用于在一個方向上移動與滾珠絲杠螺母連接的工作主體的負載遠大于在相反方向上移動工作主體的負載，其中，滾珠絲杠裝置包括第一滾珠絲杠螺母，其設置在工作主體上，以便固定凸緣位于與滾珠絲杠軸重載方向相對的一側上；彈性元件，該元件被設置成被夾持于工作主體和環(huán)形板之間，而環(huán)形板固定到第一滾珠絲杠螺母上；以及第二滾珠絲杠螺母，該螺母固定地安裝到工作主體上，以便固定凸緣位于與滾珠絲杠軸重載方向相對的一側上，而彈性元件以預負載狀態(tài)安裝以使壓縮力為最大負載的預定百分比，而在最大負載時，兩個滾珠絲杠螺母分攤滾珠絲杠軸的最大負載。
(11)一種滾珠絲杠裝置，將其推力方向被固定元件約束的滾珠絲杠軸的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)變?yōu)榕c滾珠絲杠軸螺紋嚙合的滾珠絲杠螺母的線性運動，并具有如下的負載結構以使得用于在一個方向上移動與滾珠絲杠螺母連接的工作主體的負載遠大于在相反方向上移動工作主體的負載，其中，滾珠絲杠裝置包括第一滾珠絲杠螺母，其設置在工作主體的前側上，以便固定凸緣位于與滾珠絲杠軸的重載方向相對的一側上；彈性元件，該元件被設置成被夾持于工作主體和環(huán)形板之間，而環(huán)形板固定到第一滾珠絲杠螺母上；以及第二滾珠絲杠螺母，該螺母固定地安裝到工作主體的后側以便固定凸緣位于與滾珠絲杠軸重載方向相反的一側上，而彈性元件以預負載狀態(tài)安裝以使壓縮力為最大負載的40到50％，而在最大負載時，兩個滾珠絲杠螺母分攤滾珠絲杠軸的最大負載。
(12)在上述條目(9)中所述的滾珠絲杠裝置中，其中，滾珠絲杠裝置還包括安裝在承受滾珠絲杠軸負載的元件上的負載傳感器；以及控制閥，該控制閥基于傳感器探測到的值控制傳遞到環(huán)形液壓內(nèi)腔中的壓力油，并且當所探測到的值為最大負載的1/2(50％)或更大時，液壓內(nèi)腔填充以預定壓力的壓力油并保持該壓力，而最大負載的40到50％施加到工作主體上，從而在最大負載時，兩個滾珠絲杠螺母分攤滾珠絲杠軸的最大負載。
(13)一種注模機，其中多個滾珠絲杠裝置平行設置到注射絲杠軸上，每個滾珠絲杠裝置設置有多個如上述條目(8)到(12)中任一項所述的液壓分配型滾珠絲杠螺母以實現(xiàn)注模機注射絲杠的直線注射驅(qū)動，從而所有滾珠絲杠螺母可以分攤負載。
本發(fā)明如下所述構造。在用于在滾珠絲杠裝置一個方向上移動工作主體的負載遠大于在相反方向上移動工作主體的負載的情況下，兩組滾珠絲杠螺母螺紋嚙合，以便固定凸緣位于相對滾珠絲杠軸重載方向的后側上。一個滾珠絲杠螺母固定地安裝到工作主體上，而另一個經(jīng)由加載裝置(由液壓缸和活塞構成的液壓機構或彈性元件)安裝，從而最大負載預定百分比的壓力一直施加到工作主體上，從而在最大負載時兩個滾珠絲杠螺母分攤最大負載。因此，不需要進行復雜的液壓控制，并因此僅需要產(chǎn)生固定液壓的液壓源和壓力調(diào)節(jié)閥，或僅需要簡單的彈性元件和彈力調(diào)節(jié)機構。此外，可以使用標準尺寸的滾珠絲杠螺母，這使成本下降。
同樣，本發(fā)明的滾珠絲杠裝置利用如下的系統(tǒng)，其中負載由傳感器探測，并且在探測到的值為最大負載的1/2(50％)時，施加最大負載的40到50％的預負載。從而，在預負載側的滾珠絲杠螺母的壽命可以延長。
此外，滾珠絲杠螺母的液壓支撐機構或彈性元件支撐機構可以包容滾珠絲杠螺母和工作主體之間的連接角誤差，這帶來了改善滾珠絲杠螺母的可靠性和耐久性的效果。同樣，由于在每個滾珠絲杠軸上的滾珠絲杠螺母之一經(jīng)由固定凸緣連接到工作主體上，而預負載總是施加到滾珠絲杠螺母和工作主體之間，這就實現(xiàn)了保持滾珠絲杠螺母在工作主體返回到原始位置時相對滾珠絲杠軸的原始位置可再現(xiàn)的效果。
根據(jù)本發(fā)明的滾珠絲杠裝置適用于僅在往復運動的一個方向需要較大推力的電動力驅(qū)動，如注射驅(qū)動。


圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實施例的滾珠絲杠裝置的側剖視圖；圖2是用于圖1所示的滾珠絲杠裝置的液壓控制單元的示意圖；圖3是設置有根據(jù)本發(fā)明第二實施例的電動注射驅(qū)動單元的注模機的總的側視圖；圖4是沿圖3所示的注模機的線A-A截取的滾珠絲杠部分的放大剖視圖；圖5是用于圖4所示的滾珠絲杠裝置的液壓控制單元的示意圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明第三實施例的液壓控制單元的示意圖；圖7是根據(jù)本發(fā)明第四實施例的液壓控制單元的示意圖；圖8是根據(jù)本發(fā)明第五實施例的液壓控制單元的示意圖；圖9-I是圖1所示的滾珠絲杠裝置的示意圖，而圖9-II和9-III是示出由滾珠接受的負載相對于滾珠絲杠螺母的軸向的曲線；圖10是根據(jù)本發(fā)明另一方面的第一實施例的滾珠絲杠裝置的側剖視圖；圖11是利用圖10所示實施例的滾珠絲杠裝置的注射單元的總的側視圖；圖12是圖11所示的注射單元的局部剖開的平面圖，包括用于滾珠絲杠裝置的液壓系統(tǒng)示意圖；圖13是示出兩個滾珠絲杠螺母的負載相對于圖10所示的滾珠絲杠裝置的滾珠絲杠軸的負載的曲線；圖14-I是圖10所示的滾珠絲杠裝置的示意圖，而圖14-II和14-III是示出由滾珠接受的負載相對于滾珠絲杠螺母的軸向的曲線；圖15是根據(jù)本發(fā)明另一方面的第二實施例的滾珠絲杠裝置的側剖視圖；圖16是根據(jù)本發(fā)明另一方面的第三實施例的注射單元的局部剖開的平面圖，包括用于滾珠絲杠裝置的液壓系統(tǒng)示意圖；圖17是示出滾珠絲杠軸的負載與施加到圖16所示的滾珠絲杠螺母上的負載的曲線；圖18是傳統(tǒng)滾珠絲杠裝置的側剖視圖；圖19-I是圖18所示的傳統(tǒng)滾珠絲杠裝置的示意圖，而圖19-II是示出由滾珠接受的負載相對于滾珠絲杠螺母軸向的曲線；以及圖20是示出另一傳統(tǒng)滾珠絲杠裝置的結構的示意圖。
具體實施例方式
第一實施例將參照附圖描述本發(fā)明第一實施例。在該實施例中，油被用作工作流體，并使用了液壓控制單元的設備，如液壓泵和液壓控制閥。圖1是滾珠絲杠裝置的側剖視圖，圖2是用于圖1所示的滾珠絲杠裝置的液壓控制單元的示意圖，圖9-I是圖1所示的滾珠絲杠裝置的示意圖，而圖9-II和9-III是示出由滾珠接受的負載相對于滾珠絲杠螺母的軸向的曲線。
圖1所示的滾珠絲杠裝置20包括滾珠絲杠軸21、與滾珠絲杠軸21螺紋嚙合的兩組滾珠絲杠螺母22A和22B，它們固定到移動框架6(工作主體)的螺母固定部分6a和6b上、當滾珠絲杠螺母22A安裝時置于滾珠絲杠螺母22A和移動框架(工作主體)6之間的負載傳感器承載凸緣31、以及當滾珠絲杠螺母22B安裝時置于滾珠絲杠螺母22B和移動框架6之間的液壓缸35和液壓活塞36。在負載傳感器承載凸緣31的適宜位置上，安裝有能夠探測滾珠絲杠螺母22A的負載的負載傳感器(測力傳感器)32。由負載傳感器32探測到的負載傳送到控制單元34并轉(zhuǎn)換成液壓，被轉(zhuǎn)換的液壓然后被傳遞到液壓控制閥43。當被轉(zhuǎn)換的液壓施加到液壓缸35上時，由液壓活塞36接受的力被控制成總是等于負載傳感器32所探測到的負載。
如圖2的示意圖所示，當伺服電機11旋轉(zhuǎn)地驅(qū)動滾珠絲杠軸21以通過滾珠絲杠螺母22A和22B在箭頭所指的方向上拉動移動框架6時，由負載傳感器承載凸緣31上的負載傳感器32所探測到的負載經(jīng)由信號線51被控制單元34的液壓轉(zhuǎn)換電路41轉(zhuǎn)換成液壓信號，其中滾珠絲杠螺母22A固定到負載傳感器承載凸緣31上。液壓信號通過液壓控制閥43由PID控制電路42控制液壓缸35的液壓油，以使其具有該液壓值(或為與液壓值成比例的值)，而液壓油經(jīng)由管路52被送到液壓缸35中。因此，滾珠絲杠螺母22A和22B承載均勻的負載(或固定比例的負載)。
負載傳感器承載凸緣31具有較高的剛性，并因此即使在施加軸向負載時也很少變形，因此，固定到該凸緣31上的滾珠絲杠螺母22A可以保持相對于滾珠絲杠軸21的設定位置。同樣，滾珠絲杠螺母22B所固定的液壓缸35的液壓內(nèi)腔可以包容滾珠絲杠軸21和滾珠絲杠螺母22B之間的螺距差。
如圖9-I所示，當結合了液壓缸功能的滾珠絲杠螺母22A和滾珠絲杠螺母22B串聯(lián)布置在滾珠絲杠軸21上并安裝到移動框架6上時，由滾珠所接受的負載相對于滾珠絲杠螺母22A和22B的軸向的計算值如圖9-II和圖9-III中所示，并分別等于通過積分滾珠在軸向接受的負載而得到的面積m和n。將示出滾珠接受的負載的圖9-II和9-III與示出由滾珠接受的負載相對于圖18所示的傳統(tǒng)滾珠絲杠螺母011的軸向的計算值的圖19-II相比較，可以看出由滾珠接受的負載的最大值明顯小。
第二實施例將參照附圖描述本發(fā)明第二實施例。圖3是設置有利用圖1所示的滾珠絲杠裝置的電動注射驅(qū)動單元的注模機的總側視圖，圖4是沿圖3所示的注模機的線A-A截取的滾珠絲杠部分的放大剖面圖，而圖5是用于圖4所示的滾珠絲杠裝置的液壓控制單元的示意圖。將解釋利用兩組圖1所示的用于注射驅(qū)動的滾珠絲杠裝置20的注模機1的外廓和滾珠絲杠裝置30(該滾珠絲杠裝置30為包括兩組滾珠絲杠裝置20和圍繞滾珠絲杠裝置20的部件的裝置)的結構。這種電動注射驅(qū)動單元為用于注模機1的注射驅(qū)動單元，其被構造成通過電機8的突然下降而實現(xiàn)注射絲杠7的樹脂供給以及塑化，同時，將兩個單獨設置的電機11的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)變?yōu)榫€性運動，并進行同步控制，由此兩個線性運動同時施加到注射絲杠7上，以實現(xiàn)注射前進和后退。
參照圖3和4，固定框架4固定地設置到驅(qū)動單元基體3上，而注射缸5的近端部分安裝到固定框架4的一側上。移動框架6被構造成通過安裝在驅(qū)動單元基體3上表面的導軌17上的線性軸承18在水平注射方向可移動。在移動框架6的后部，安裝了具有減速齒輪的電機8，用于旋轉(zhuǎn)地驅(qū)動注射絲杠7(用于樹脂進給和塑化)。
固定框架4上安裝有一對注射驅(qū)動電機11、11，而在每個電機11的輸出軸上以轉(zhuǎn)動方向由鍵約束的方式安裝有小帶輪12。這些注射驅(qū)動電機11為具有減速齒輪的電機。滾珠絲杠裝置30的滾珠絲杠軸21、21經(jīng)由大負荷向心推力軸承19安裝到固定框架4上，以便可轉(zhuǎn)動并能夠抵抗較大的推力。同樣，在該對滾珠絲杠軸21、21的尖端，以轉(zhuǎn)動方向由鍵約束的方式安裝有大帶輪13。
注射驅(qū)動電機11、11的轉(zhuǎn)動經(jīng)由小帶輪12、齒形帶14和大帶輪13傳遞到滾珠絲杠軸21、21。滾珠絲杠軸21、21被構造成由同步控制單元(未示出)控制而同步轉(zhuǎn)動。滾珠絲杠軸21、21的軸線與注射缸5之間的距離被設定為相等，并且兩個滾珠絲杠軸21、21的驅(qū)動扭矩被控制成相等。
與滾珠絲杠軸21螺紋嚙合的該對滾珠絲杠螺母22A和22B安裝到在移動框架6兩側上的滾珠絲杠螺母固定部分6a和6b上。在滾珠絲杠裝置20的情況下，滾珠絲杠螺母22A通過負載傳感器承載凸緣31安裝到滾珠絲杠螺母固定部分6a上，而滾珠絲杠螺母22B通過液壓缸35A和液壓活塞36A安裝到固定部分6b上，如圖5的示意圖以及液壓控制單元46的控制回路所示，固定到負載傳感器承載凸緣31上的負載傳感器32探測滾珠絲杠螺母22A的負載，并且探測值被液壓轉(zhuǎn)換/分配回路45轉(zhuǎn)化為液壓信號。該液壓信號通過PID控制回路42A經(jīng)液壓控制法43A控制液壓缸35A的液壓油，以使其具有該液壓值，并且液壓缸35A的受控液壓油經(jīng)由管路52A傳送到液壓缸35A，因此，滾珠絲杠螺母22A和22B承受相等的負載。管路52A設置有液壓指示器38A，用于探測管路內(nèi)的壓力。
滾珠絲杠螺母22C經(jīng)由凸緣33固定到滾珠絲杠螺母固定部分6c上，該凸緣33與負載傳感器凸緣31具有相同的形狀，并且滾珠絲杠螺母22D經(jīng)由液壓缸35B和液壓活塞36B固定到滾珠絲杠螺母固定部分6d上。基于從負載傳感器32的探測值由液壓轉(zhuǎn)換/分配回路45轉(zhuǎn)換并分配的液壓信號，液壓缸35B的液壓油由PID控制回路42B通過液壓控制閥43B控制成具有該液壓值，而液壓缸35B的受控液壓油經(jīng)由管路52B傳送到液壓缸35B，具體地說，液壓缸35B所支承的滾珠絲杠螺母22D接受的負載等于滾珠絲杠螺母22A和滾珠絲杠螺母22B所接受的負載。管路52B設置有液壓指示器38B，用于指示管路內(nèi)的壓力。
由于一側上的滾珠絲杠軸21的驅(qū)動扭矩與在另一側上的滾珠絲杠軸21的驅(qū)動扭矩被控制成具有相等的值，滾珠絲杠螺母22C上的負載也等于三個滾珠絲杠螺母22A、22B和22D中每一個上的負載，因此，注射驅(qū)動的壓力可以均勻承擔。
同樣，負載傳感器承載凸緣31具有較高的剛性，并因此即使在施加軸向負載時也很少變形，因此固定于這個凸緣31上的滾珠絲杠螺母22A可以保持相對于滾珠絲杠軸21的設定位置。并且，滾珠絲杠螺母22B所固定的液壓缸35A的液壓內(nèi)腔可以包容滾珠絲杠軸21和滾珠絲杠螺母22B之間的螺距不同。
同樣，凸緣33具有較高的剛性，并因此很少由于負載而變形，從而固定于該凸緣33上的滾珠絲杠螺母22C可以保持相對于滾珠絲杠軸21的設定位置。并且，滾珠絲杠螺母22D所固定的液壓缸35B的液壓內(nèi)腔可以包容滾珠絲杠軸21和滾珠絲杠螺母22D之間的螺距不同。
假設所有的滾珠絲杠螺母22有液壓缸35和活塞36的液壓支撐，當滾珠絲杠軸21在相反方向轉(zhuǎn)動并由此滾珠絲杠螺母22A和22B在相反于圖4中箭頭所示的方向的方向上移動時，液壓變?yōu)樨撝?，而拉力變得大于真空吸力。在這種情況下，不能防止液壓活塞36脫離。在這種滾珠絲杠裝置30中，與兩組滾珠絲杠軸21中每一組螺紋嚙合的兩個(多個)滾珠絲杠螺母22之一經(jīng)由具有較高剛性的負載傳感器承載凸緣31安裝到移動框架6上，或安裝到與凸緣31具有相同形狀并由此與凸緣31具有相類似的剛性的凸緣33上。因此，即使在滾珠絲杠螺母22A和22B在圖4中箭頭所示方向相反的方向上移動時施加有一些負載，該負載可以被充分地接受。
以下對用于如上所述構造的注模機1的電動注射驅(qū)動單元和滾珠絲杠裝置30的工作進行描述。
在樹脂進給和塑化(在圖4中實線所示的位置處)步驟中，注射絲杠7通過旋轉(zhuǎn)電機8而轉(zhuǎn)動，而樹脂顆粒從料斗9填入并在被進給的同時加熱，由此樹脂被熔化并塑化。同時，兩個注射驅(qū)動電機11同步緩慢工作以將移動框架6向后移動。通過緩慢后退注射絲杠7，熔融樹脂累積在注射絲杠7的尖端。當?shù)较蚰＞咦⑸湟淮蔚臉渲鄯e量達到時(移動框架6移動到圖4中雙點劃線所示的位置處)，注射絲杠旋轉(zhuǎn)電機8的工作停止，而兩個注射驅(qū)動電機11以高速同步工作，由此注射絲杠7以高速移動，從而將熔融樹脂注射到模具型腔中(返回到圖4中實線所示的位置)。此后，該工序進行到樹脂進給和塑化步驟，以用于下一循環(huán)，并重復相同的工序。
由于該結構為在需要較大力的注射步驟中，滾珠絲杠軸21處于拉力側，從而沒有滾珠絲杠軸21偏轉(zhuǎn)的擔心(如果滾珠絲杠軸21處于壓力側，則易于出現(xiàn)不穩(wěn)定的彎曲(結構失穩(wěn)))。同樣，在移動框架6返回方向的工作力遠小于在注射式的工作力，從而可以保持穩(wěn)定工作，即使在滾珠絲杠軸21后端部沒有軸承支撐。
當串聯(lián)布置在兩組滾珠絲杠軸21上的兩組滾珠絲杠螺母中的一組滾珠絲杠螺母22C、22D通過中間置入液壓缸功能而安裝到移動框架6上，液壓油的壓力被控制成具有與固定的負載傳感器承載框架31的負載相同的負載值，從而，可以使得所有的滾珠絲杠螺母22A、22B、22C和22D承載相等的負載。
在這個實施例中，已經(jīng)解釋了如下的結構，其中，兩組滾珠絲杠螺母22串聯(lián)布置在一個滾珠絲杠軸21上。然而，如下的結構也可以實現(xiàn)如上所述相同的作用，在該結構中三組或多組滾珠絲杠螺母22串聯(lián)布置在一個滾珠絲杠軸21上，并且附加的滾珠絲杠螺母通過中間置入液壓缸功能而安裝于移動框架6上。在這種情況下，每個滾珠絲杠螺母22承載由滾珠絲杠螺母22的數(shù)量等分的負載。同樣，如下的結構也可以實現(xiàn)如上所述的作用，在該結構中三組或多組滾珠絲杠軸21組裝到一起以用于注射驅(qū)動，三個滾珠絲杠軸中的一個滾珠絲杠軸的滾珠絲杠螺母之一經(jīng)由負載傳感器承載框架31安裝到移動框架6上，其他滾珠絲杠軸的各滾珠絲杠螺母之一經(jīng)由凸緣33安裝到移動框架6上，而所有其他滾珠絲杠螺母通過中間置入液壓缸功能而安裝到移動框架6上。在這種情況下，每個滾珠絲杠螺母22承載由滾珠絲杠螺母22的總數(shù)所等分的負載。由于每個滾珠絲杠螺母22設置有PID控制回路42，以用于獨立控制滾珠絲杠螺母22的液壓，負載傳感器32的探測值的轉(zhuǎn)換比例按照在液壓轉(zhuǎn)換/分配回路45中的需要而加以改變，而單獨的液壓給定于液壓缸35A和液壓活塞35B，從而可以進行控制。
第三實施例將參照圖6描述本發(fā)明第三實施例。在固定到移動框架上的滾珠絲杠螺母的液壓控制回路方面這個實施例與第二實施例不同在于插入了在第二實施例中的液壓缸功能，且控制方法不同，這個實施例的所有其他結構與第二實施例相同。因此，將省略掉對相同結構的解釋。
參照圖6，只有一個PID控制回路42設置于液壓轉(zhuǎn)換回路41之后，并設置了一個液壓控制閥43和一個液壓指示器38。同樣，液壓管路53共同安裝到液壓缸35A和液壓缸35B上。因此，相等的液壓被傳遞到液壓缸35A和35B上。
如第二實施例中所解釋的，相等的負載施加到對稱設置的成對滾珠絲杠軸上。因此，如果在液壓轉(zhuǎn)換回路41中，從負載傳感器32的探測值轉(zhuǎn)換的液壓形成為滾珠絲杠螺母22A的負載和滾珠絲杠螺母22B的負載彼此相同，那么所有滾珠絲杠螺母22A、22B、22C和22D的負載就均勻分配。根據(jù)這種結構，液壓控制回路的結構變得簡單。
第四實施例將參照圖7描述本發(fā)明第四實施例。在這個實施例中，第二實施例中的設置有負載傳感器32的負載傳感器承載凸緣31被除去并替換以凸緣33，而用于探測壓負載的負載傳感器(測力傳感器)25設置在固定框架4的注射缸5所安裝的部分中。這個負載傳感器25可以通過注射缸5探測到注射絲杠7的注射推力，從而，僅需要將液壓控制成通過將負載傳感器25探測到的推力由滾珠絲杠螺母的總數(shù)相除而獲得的負載施加到每個滾珠絲杠螺母上。這個實施例的液壓控制回路的結構與第二實施例的幾乎相同，并因此省略掉對相同結構的解釋。
參照圖7，液壓轉(zhuǎn)換/分配回路45將負載傳感器25所探測到的注射推力轉(zhuǎn)換成液壓，從而施加被滾珠絲杠螺母的總數(shù)除的負載，并且液壓轉(zhuǎn)換值(相同值)被傳送到PID控制回路42A和PID控制回路42B。PID控制回路42A經(jīng)由液壓控制閥43A控制液壓泵39的液壓，并將該液壓經(jīng)由管路52A傳遞到液壓缸35A，液壓指示器38A將管路52A的液壓反饋到PID控制回路42A。同樣，PID控制回路42B經(jīng)由液壓控制閥43B控制液壓泵39的液壓，并將該液壓經(jīng)由管路52B傳遞到液壓缸35B，液壓指示器38B將管路52B內(nèi)的液壓反饋給PID控制回路42B。
如第二實施例中所解釋的，相等的負載施加到對稱設置的成對滾珠絲杠上。因此，如果在液壓轉(zhuǎn)換/分配回路45中，由負載傳感器25探測到的負載值被滾珠絲杠螺母22的總數(shù)(圖7中為4)相除，并且從該值轉(zhuǎn)換出的液壓傳遞到液壓缸35A和液壓缸35B，那么，所有滾珠絲杠螺母22A、22B、22C和22D的負載都相同。
第五實施例將參照圖8描述本發(fā)明第五實施例。在固定于移動框架6上的滾珠絲杠螺母的液壓控制回路方面，這個實施例與第四實施例不同在于插入了第四實施例中的液壓缸功能，且控制方法不同。而這個實施例的所有其他結構與第四實施例的相同，因此，省略了對相同結構的描述。
參照圖8，只有一個PID控制回路42設置于液壓轉(zhuǎn)換回路41之后，并且設置了一個液壓控制閥43和一個液壓指示器38。同樣，液壓管路55共同安裝到液壓缸35A和液壓缸35B上，因此，相等的液壓傳送到液壓缸35A和35B上。
如上述實施例中所解釋的，相等的負載施加到對稱設置的成對滾珠絲杠軸上。因此，如果在液壓轉(zhuǎn)換回路41中，由負載傳感器25探測到的負載值被滾珠絲杠螺母22的總數(shù)(圖8中為4)相除，并將從這個值轉(zhuǎn)換出的液壓傳遞到滾珠絲杠螺母22B的液壓缸35A和滾珠絲杠螺母22D的液壓缸35B上，則所有滾珠絲杠螺母22A、22B、22C和22D的負載都相同。根據(jù)這個結構，液壓控制回路的機構變得簡單。
以下，將描述另一方面的本發(fā)明實施例。
第一實施例將參照附圖描述本發(fā)明第一實施例。圖10是示出滾珠絲杠裝置的結構的側剖視圖，圖11是利用圖10所示的滾珠絲杠裝置的注射單元的總體側視圖，圖12是圖11所示的注射單元的局部剖開的平面圖，包括了用于滾珠絲杠裝置的液壓系統(tǒng)圖，圖13是兩個滾珠絲杠螺母的負載相對于圖10所示的滾珠絲杠裝置的滾珠絲杠軸的負載的曲線，而圖14-I是圖10所示的滾珠絲杠裝置的示意圖，而圖14-II和14-III是示出由滾珠接受的負載相對于滾珠絲杠螺母的軸向的曲線。
圖10所示的滾珠絲杠裝置120包括滾珠絲杠軸121；與軸121螺紋嚙合的(第一)滾珠絲杠螺母122A和(第二)滾珠絲杠螺母122B的兩組；液壓缸135和液壓活塞136，在滾珠絲杠螺母122A安裝時，他們置于滾珠絲杠螺母122A和移動框架(工作主體)106之間；用于將液壓缸135連接到移動框架106上的座137；用于將液壓缸135安裝到移動框架106上的多個螺釘138；以及用于將滾珠絲杠螺母122B安裝到移動框架106上的固定盤134。液壓活塞126以液體密封方式配裝到液壓缸135中，并能夠滑動，而由液壓活塞136和液壓缸135形成的液壓內(nèi)腔r與液壓管路144A相連。一些螺釘138也用作滾珠絲杠螺母122A的插銷。將參照圖13的曲線解釋兩個滾珠絲杠螺母122A和122B相對于滾珠絲杠軸121的負載，圖13示出了兩個滾珠絲杠螺母的負載。圖13中的橫坐標代表滾珠絲杠軸121的負載，而縱坐標代表滾珠絲杠螺母122A(圖中的水平直線A)和滾珠絲杠螺母122B(圖中的斜線B)的負載。高壓通過液壓管路144A施加到環(huán)形液壓內(nèi)腔r上。如果固定不變的負載1/2F通過液壓活塞136總是施加到滾珠絲杠螺母122A上(水平直線A)，當沒有負載從外界作用到滾珠絲杠軸121上時(圖14中左端)，在液壓內(nèi)腔r中液壓的反作用力(1/2F)將穿過液壓缸135和移動框架106，并經(jīng)由固定盤134傳遞到滾珠絲杠螺母122B上，從而滾珠絲杠軸121被滾珠絲杠螺母122A和滾珠絲杠螺母122B以相反方向上的1/2F力拉動。滾珠絲杠螺母122B在相對于滾珠絲杠軸121負載方向的方向上被拉動(-1/2F)，但是這個力不作用在外側。
接著，如果拉力1/2F在圖10中箭頭所示的方向上施加到滾珠絲杠軸121，如圖13中部所示，滾珠絲杠軸121的拉力僅由滾珠絲杠螺母122A承擔，而施加到滾珠絲杠螺母122B上的力為零。
此外，當最大負載F在箭頭所示方向上施加到滾珠絲杠軸121上時，如圖13中右端所示，滾珠絲杠螺母122A和滾珠絲杠螺母122B均勻承擔相等的力1/2F。
如果該結構被形成為最大負載的1/2的推力總是以這種方式施加到滾珠絲杠螺母122A上，在最大負載時，兩個滾珠絲杠螺母122A和122B各自可以承擔最大負載的一半。
同樣，如果如圖14-I所示，滾珠絲杠螺母122A和122B串聯(lián)布置并且滾珠絲杠螺母122A和滾珠絲杠螺母122B各自承擔負載的一半，由滾珠接受的負載相對于軸向的計算值如圖14-II和14-III所示，并且等于通過積分由滾珠在軸向所接受的負載而得到的面積m和n。將示出由滾珠接受的負載的圖14-II和圖14-III與示出由滾珠接受的負載相對于圖18所示的傳統(tǒng)滾珠絲杠螺母011的軸向的計算值的圖19-II相比較，可以看出由滾珠接受的負載的最大值明顯小。
接著，將參照圖11和12描述利用兩組上述滾珠絲杠裝置120的注射單元102的外廓以及滾珠絲杠裝置120及其周圍部分的結構。這個注射單元101通過電機108的突然下降而實現(xiàn)注射絲杠107的樹脂供給以及塑化，同時，將兩個單獨設置的電機111的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)變?yōu)榫€性運動，并進行同步控制，由此兩個線性運動同時施加到注射絲杠107上，以實現(xiàn)注射(單元)的前進和后退。
參照圖11和12，固定框架104固定地設置到驅(qū)動單元基體103上，而注射缸105的近端部分安裝到固定框架104的一側上。移動框架106被構造成通過安裝在驅(qū)動單元基體103上表面的導軌131上的線性軸承132在水平注射方向可移動。在移動框架106的后部，安裝了減速器119，用于旋轉(zhuǎn)地驅(qū)動注射絲杠107(用于樹脂進給和塑化)。該減速器119由安裝在移動框架106上的電機108驅(qū)動。
滾珠絲杠裝置120的滾珠絲杠軸121經(jīng)由大負荷圓錐滾子軸承118、球軸承117和軸承蓋160和161安裝到固定框架104上，從而可以轉(zhuǎn)動并能夠承受較大的推力。在固定框架104之下安裝有用于注射驅(qū)動的成對的伺服電機111、111，而在每個伺服電機111的輸出軸上以轉(zhuǎn)動方向受約束的方式安裝有小帶輪112。驅(qū)動力通過齒形帶114從這個小帶輪112傳遞到大帶輪113，大帶輪113固定地設置在成對的滾珠絲杠軸121、121上。同樣，在每個伺服電機111的輸出軸上，牢固設置有具有相同直徑的單獨帶輪，并且單獨的齒形帶圍繞這個具有相同直徑的帶輪設置，由此，兩個伺服電機111的輸出軸同步轉(zhuǎn)動。
壓力下供入液壓內(nèi)腔r的液壓油調(diào)節(jié)從液壓泵141以較小的油供給量供給的壓力油，液壓內(nèi)腔由安裝到滾珠絲杠螺母122A上的液壓活塞136和液壓缸135圍繞，液壓泵被電機142驅(qū)動，也通過液壓調(diào)節(jié)閥143調(diào)節(jié)到預定壓力，并通過液壓管路144A和144B送出。
滾珠絲杠螺母122A承受固定不變的預載荷，而滾珠絲杠螺母122B在負方向(壓縮方向)承受具有相同負載值的負載。當負載產(chǎn)生并成為在正方向(拉伸方向)的負載時，滾珠移動各絲杠軸溝槽間的滾珠移動量，而該溝槽在滾珠絲杠軸121與滾珠由于負載變形之間產(chǎn)生。構成滾珠絲杠的任何部分具有較高的剛性，且由于負載變化導致的移動距離很小，從而只需液壓內(nèi)腔r的長度非常小即可。因此，在液壓活塞136和座137之間的間隙e(見圖10)僅為很小。
以下為用于如上所述的注射單元101的滾珠絲杠裝置120的工作的描述。
在樹脂進給和塑化步驟(在圖12中實線所示的位置)，注射絲杠107通過旋轉(zhuǎn)電機108而轉(zhuǎn)動，而樹脂顆粒從料斗109填入，并在被進給的同時被加熱，由此樹脂熔融并塑化。此時，兩個注射驅(qū)動單機111緩慢同步工作，以將移動框架106向后移動。通過緩慢后退注射絲杠107，熔融樹脂累積在注射絲杠107的尖端。
當用于向模具一次注射的樹脂的累積完成(移動框架106移動到圖12中雙點劃線所示的位置處)時，注射絲杠旋轉(zhuǎn)電機108的工作停止，而兩個注射驅(qū)動電機111以高速同步工作，由此，注射絲杠107以高速移動以將熔融樹脂注射到模具的型腔中(返回到圖12中實線所示的位置)。此后，工序進行到樹脂進給和塑化的步驟以用于下一個循環(huán)，并重復相同的工序。
由于該結構為在需要較大力的注射步驟中，滾珠絲杠軸121處于拉力側，從而沒有滾珠絲杠軸121偏轉(zhuǎn)的擔心(如果滾珠絲杠軸121處于壓力側，則易于出現(xiàn)不穩(wěn)定的彎曲(結構失穩(wěn)))。同樣，在移動框架106返回方向的工作力小于在注射時的工作力，從而可以保持穩(wěn)定工作，即使在滾珠絲杠軸121后端部沒有軸承支撐。
每個滾珠絲杠軸的各滾珠絲杠螺母之一通過固定凸緣固定到移動框架上，并且預負載總是施加在滾珠絲杠螺母和移動框架之間。因此，當移動框架106返回到初始位置，滾珠絲杠螺母122相對于滾珠絲杠軸121的位置再現(xiàn)性可以予以保持。
同樣，滾珠絲杠軸121和滾珠絲杠螺母122A之間的固定角偏差可以由滾珠絲杠螺母122A所固定的液壓缸135的液壓內(nèi)腔r包容。
從而，通過簡單的結構使得固定不變的預負載通過液壓施加到分別串聯(lián)布置在兩組滾珠絲杠裝置120的滾珠絲杠軸121上的兩組滾珠絲杠螺母的一個滾珠絲杠螺母122A上，在負載最大時，滾珠絲杠螺母上的負載可以被分攤。
第二實施例在本發(fā)明的第二實施例中，取代第一實施例中借助于液壓將預負載施加到一側上的滾珠絲杠螺母上的功能，彈性元件置于一側上的滾珠絲杠螺母和工作主體(移動框架106)之間，而預負載施加到彈性元件上，由此提供了類似于第一實施例的功能。將參照圖15解釋該結構和功能，圖15為滾珠絲杠裝置的側剖視圖。
滾珠絲杠裝置130包括滾珠絲杠軸121；與滾珠絲杠軸121螺紋嚙合的滾珠絲杠螺母122A和滾珠絲杠螺母122B；環(huán)形彈性元件151；支撐環(huán)152，其固定到滾珠絲杠螺母122A上以支撐彈性元件151；用于彈性元件151的覆蓋環(huán)153；安裝到移動框架106上的抵壓元件154；與抵壓元件154和鎖緊螺母156螺紋嚙合的調(diào)節(jié)螺釘155；安裝到移動框架106中以阻止?jié)L珠絲杠螺母122A自由轉(zhuǎn)動的止銷157；以及固定盤134，其將滾珠絲杠螺母122B安裝到移動框架106的后側上。
使?jié)L珠絲杠裝置130中的滾珠絲杠軸121、滾珠絲杠螺母122A以及滾珠絲杠螺母122B的螺距彼此重合，而各零件無間隙地安裝并組裝。此后，調(diào)節(jié)螺釘155轉(zhuǎn)動以壓住覆蓋環(huán)153。在彈性元件151被壓縮直到達到預定壓縮力后，調(diào)節(jié)螺釘155由鎖緊螺母156鎖緊。其中預負載施加到滾珠絲杠螺母122A和滾珠絲杠螺母122B上的滾珠絲杠裝置130具有與第一實施例的滾珠絲杠裝置120相同的功能，因此，沒有對其進行描述。
第三實施例在本發(fā)明第三實施例中，將控制單元添加到第一實施例中，該控制單元借助于負載傳感器的探測值控制電磁閥以切換壓力油。
將參照圖16和圖17描述控制單元的結構和功能，圖16為注射單元的局部剖開的平面圖，而圖17為示出滾珠絲杠軸的負載和施加到滾珠絲杠螺母上的負載的曲線。
負載傳感器(測力傳感器)162安裝到軸承蓋160上，該軸承蓋接受滾珠絲杠軸121的推力。作為施加到滾珠絲杠軸121上的負載的探測值的負載傳感器162的輸出被送到控制單元163。如圖17所示，當施加到滾珠絲杠軸121上的負載超過最大負載F的1/2時，電磁閥164的螺線管164a觸發(fā)，從而壓力油從具有較少油供給量的液壓泵141送出，該液壓泵由電機142轉(zhuǎn)動，壓力油被液壓調(diào)節(jié)閥143調(diào)節(jié)到預定壓力，并通過液壓管路144A和144B送到液壓內(nèi)腔r中，該內(nèi)腔由液壓活塞136和液壓缸135圍繞，從而，固定的負載(預負載)施加到滾珠絲杠螺母122A上。
因此，滾珠絲杠螺母122B承載比滾珠絲杠螺母122A的負載小一固定大小的負載，在最大負載時，每個滾珠絲杠螺母122A和122B承載最大負載的一半。
當施加到滾珠絲杠軸121上的負載為最大負載的1/2或更小時，電磁閥164的螺線管164a被切換到非觸發(fā)狀態(tài)，從而，在液壓內(nèi)腔r內(nèi)的壓力油通過電磁閥164排放到油箱中，由此，沒有負載施加到滾珠絲杠螺母122A上。
上面實施例所述的預負載優(yōu)選地在最大負載的40到50％范圍內(nèi)。
權利要求
1.一種滾珠絲杠裝置，將其推力方向被固定元件約束的滾珠絲杠軸的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)變?yōu)榕c所述滾珠絲杠軸螺紋嚙合的滾珠絲杠螺母的線性運動以移動連接到所述滾珠絲杠螺母上的工作主體，其中，所述滾珠絲杠裝置包括多個滾珠絲杠螺母，所述螺母與滾珠絲杠軸螺紋嚙合；傳感器承載凸緣，其將一個滾珠絲杠螺母連接到工作主體上；負載傳感器，其安裝在所述傳感器承載凸緣上；環(huán)形液壓活塞，其固定到不同于所述一個滾珠絲杠螺母的滾珠絲杠螺母上；液壓缸，其連接到所述工作主體上并在具有環(huán)形溝槽部分的一側開口，所述活塞以液體密封方式配裝到該開口中以形成液壓致動器；以及液壓控制單元，該單元設置在所述液壓缸上以控制流體壓力，以便產(chǎn)生與所述負載傳感器所探測到的負載相等的活塞推力，從而負載施加到所述工作主體上時，該負載均勻地分布到所述滾珠絲杠螺母上。
2.一種多排滾珠絲杠裝置，其中，推力方向由固定元件約束的多個滾珠絲杠軸平行設置，所述滾珠絲杠軸同步旋轉(zhuǎn)，以承受均勻負載，而連接到滾珠絲杠螺母上的工作主體線性移動，該螺母與所述滾珠絲杠軸螺紋嚙合，其中，所述滾珠絲杠裝置包括與每個所述滾珠絲杠軸螺紋嚙合的多個滾珠絲杠螺母；將所有所述滾珠絲杠螺母中的一個連接到工作主體上的傳感器承載凸緣；安裝到所述傳感器承載凸緣上的負載傳感器；直接將所述工作主體固定到不同于與具有負載傳感器的滾珠絲杠螺母相嚙合的滾珠絲杠軸的滾珠絲杠軸上的滾珠絲杠螺母上的固定凸緣；固定到不同于所述一個滾珠絲杠螺母的滾珠絲杠螺母上的環(huán)形液壓活塞；多個液壓缸，每個液壓缸固定到所述工作主體上并具有環(huán)形溝槽部分的一側開口，所述活塞以液體密封方式配裝到環(huán)形溝槽開口部分中以形成液壓致動器；液壓控制單元，其控制每個所述液壓缸的流體壓力以便產(chǎn)生與所述負載傳感器所探測到的負載相等的活塞推力；以及管路，其將由所述液壓控制單元所控制的流體壓力傳遞到所述液壓缸，從而負載施加到所述工作主體上時，負載被均勻地分配到所述滾珠絲杠螺母上。
3.如權利要求2所述的滾珠絲杠裝置，其中，傳遞到所述液壓缸每一個上的流體壓力被控制，以便產(chǎn)生與所述負載傳感器探測到的負載相等的活塞推力，使通向每個液壓缸的液壓管路彼此連通，從而對每個液壓缸施加相同的流體壓力，因此，負載被施加到所述工作主體上時，該負載被均勻地分配到所述滾珠絲杠螺母上。
4.一種滾珠絲杠裝置，將其推力方向由固定元件約束的滾珠絲杠軸的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)變?yōu)榕c所述滾珠絲杠軸螺紋嚙合的滾珠絲杠螺母的線性運動以移動與所述滾珠絲杠螺母相連接的工作主體，其中，所述滾珠絲杠裝置包括多個滾珠絲杠螺母，他們與所述滾珠絲杠軸螺紋嚙合；負載傳感器，其安裝在所述工作主體或所述固定元件上以探測所述工作主體上的負載；固定凸緣，其直接將所述滾珠絲杠螺母中的一個固定到所述工作主體上；環(huán)形液壓活塞，其固定到與所述固定凸緣相連接的滾珠絲杠螺母之外的滾珠絲杠螺母上；多個液壓缸，每個液壓缸連接到所述工作主體上并具有環(huán)形溝槽部分的一側開口，所述活塞以液體密封方式配裝到該溝槽開口中以形成液壓致動器；以及液壓控制單元，該單元控制每個所述液壓缸的流體壓力以便產(chǎn)生與通過將所述工作主體的負載傳感器探測到的負載由滾珠絲杠螺母數(shù)量相除而得到的值相等的活塞推力，從而負載施加到所述工作主體上時，該負載被均勻地分配給所述滾珠絲杠螺母。
5.一種多排滾珠絲杠裝置，其中，推力方向被固定元件約束的多個滾珠絲杠軸平行設置，所述滾珠絲杠軸同步轉(zhuǎn)動以承受均勻負載，而連接到滾珠絲杠螺母上的工作主體線性移動，滾珠絲杠螺母與所述滾珠絲杠軸螺紋嚙合，其中，所述滾珠絲杠裝置包括與每個所述滾珠絲杠軸螺紋嚙合的多個滾珠絲杠螺母；安裝到所述工作主體或所述固定元件上以探測所述工作主體上的負載的負載傳感器；固定凸緣，其直接將位于所述滾珠絲杠軸的同一軸上的一個所述滾珠絲杠螺母固定到所述工作主體上；固定到不同于與所述固定凸緣相連接的滾珠絲杠螺母的滾珠絲杠螺母上的環(huán)形液壓活塞；多個液壓缸，每個液壓缸固定到所述工作主體上并具有環(huán)形溝槽部分的一側開口，所述活塞以液體密封方式配裝到環(huán)形溝槽開口部分中以形成液壓致動器；液壓控制單元，其控制每個所述液壓缸的流體壓力以便產(chǎn)生與通過將所述工作主體的負載傳感器探測到的負載由滾珠絲杠螺母的總數(shù)相除而得到的值相等的活塞推力，從而，負載被施加到所述工作主體上時，該負載被均勻地分配到所述滾珠絲杠螺母上。
6.如權利要求5所述的滾珠絲杠裝置，其中，計算與通過將所述工作主體的負載傳感器探測到的負載由滾珠絲杠螺母的總數(shù)相除而得到的值相對應的流體壓力，使通向每個液壓缸的液壓管路彼此連通，從而向每個液壓缸施加相等的流體壓力，工作流體壓力被控制成具有通過將負載傳感器探測到的負載被滾珠絲杠螺母的總數(shù)相除而得到的值，從而，負載施加到所述工作主體上時，該負載均勻地分配于所述滾珠絲杠軸和所述滾珠絲杠螺母上。
7.一種注模機，其中，多個滾珠絲杠裝置平行設置于注射絲杠軸上，每個滾珠絲杠裝置設置有多個如權利要求2、3、5和6中任一項所述的流體壓力平均分配型滾珠絲杠螺母，以實現(xiàn)注模機注射絲杠的直線注射驅(qū)動，從而，所有的滾珠絲杠螺母可以分攤負載。
8.一種滾珠絲杠裝置，將其推力方向被固定元件約束的滾珠絲杠軸的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)變?yōu)榕c所述滾珠絲杠軸螺紋嚙合的滾珠絲杠螺母的線性運動，并具有如此的負載結構使得用于在一個方向上移動與所述滾珠絲杠螺母相連接的工作主體的負載遠大于在相反方向上移動所述工作主體的負載，其中，所述滾珠絲杠裝置包括第一滾珠絲杠螺母，其設置在所述工作主體上，從而固定凸緣位于與所述滾珠絲杠軸重載方向相對的一側上；固定地設置在所述工作主體上的液壓缸；液壓活塞，其以液體密封方式配裝在所述液壓缸中并固定到所述第一滾珠絲杠螺母上；液壓源，其將預定液壓施加到由所述液壓活塞和所述液壓缸形成的環(huán)形液壓內(nèi)腔中；以及第二滾珠絲杠螺母，該螺母固定地安裝到所述工作主體上，以便所述固定凸緣位于與所述滾珠絲杠軸的重載方向相對的一側上，并且所述環(huán)形液壓內(nèi)腔充以預定壓力的工作流體，并保持該壓力，而為最大負載預定百分比的預負載總是施加到所述工作主體上，從而在最大負載時，所述兩個滾珠絲杠螺母分攤滾珠絲杠軸的最大負載。
9.一種滾珠絲杠裝置，將其推力方向被固定元件約束的滾珠絲杠軸的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)變?yōu)榕c所述滾珠絲杠軸螺紋嚙合的滾珠絲杠螺母的線性運動，并具有如此負載結構使得用于在一個方向上移動與所述滾珠絲杠螺母相連接的工作主體的負載遠大于在相反方向上移動工作主體的負載，其中，所述滾珠絲杠裝置包括第一滾珠絲杠螺母，其設置在所述工作主體的前側上，以便固定凸緣位于與所述滾珠絲杠軸的重載方向相對的一側上；固定地設置在所述工作主體上的液壓缸；液壓活塞，其以液體密封方式配裝在所述液壓缸中，并固定到所述第一滾珠絲杠螺母上；液壓源，其將預定液壓施加到由所述液壓活塞和所述液壓缸形成的環(huán)形液壓內(nèi)腔上；以及第二滾珠絲杠螺母，該螺母固定地安裝到所述工作主體的后側以便固定凸緣位于與所述滾珠絲杠軸重載方向相反的一側上，并且所述環(huán)形液壓內(nèi)腔充以預定壓力的工作流體，并保持該壓力，而為最大負載40到50％的預負載總是施加到所述工作主體上，從而在最大負載時，所述兩個滾珠絲杠螺母分攤滾珠絲杠軸的最大負載。
10.一種滾珠絲杠裝置，將其推力方向被固定元件約束的滾珠絲杠軸的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)變?yōu)榕c所述滾珠絲杠軸螺紋嚙合的滾珠絲杠螺母的線性運動，并具有如此負載結構以使得用于在一個方向上移動與所述滾珠絲杠螺母相連接的工作主體的負載遠大于在相反方向上移動工作主體的負載，其中，所述滾珠絲杠裝置包括第一滾珠絲杠螺母，其設置在所述工作主體上，以便固定凸緣位于與所述滾珠絲杠軸重載方向相對的一側上；彈性元件，該元件被設置成被夾持于所述工作主體和環(huán)形板之間，而環(huán)形板固定到所述第一滾珠絲杠螺母上；以及第二滾珠絲杠螺母，該螺母固定地安裝到所述工作主體上，以便固定凸緣位于與所述滾珠絲杠軸重載方向相對的一側上，而彈性元件以預負載狀態(tài)安裝以使壓縮力為最大負載的預定百分比，而在最大負載時，所述兩個滾珠絲杠螺母分攤滾珠絲杠軸的最大負載。
11.一種滾珠絲杠裝置，將其推力方向被固定元件約束的滾珠絲杠軸的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)變?yōu)榕c所述滾珠絲杠軸螺紋嚙合的滾珠絲杠螺母的線性運動，并具有如此負載結構以使得用于在一個方向上移動與所述滾珠絲杠螺母相連接的工作主體的負載遠大于在相反方向上移動工作主體的負載，其中，所述滾珠絲杠裝置包括第一滾珠絲杠螺母，其設置在所述工作主體的前側上，以便固定凸緣位于與所述滾珠絲杠軸的重載方向相對的一側上；彈性元件，該元件被設置成被夾持于所述工作主體和環(huán)形板之間，而環(huán)形板固定到所述第一滾珠絲杠螺母上；以及第二滾珠絲杠螺母，該螺母固定地安裝到所述工作主體的后側以便固定凸緣位于與所述滾珠絲杠軸重載方向相反的一側上，而彈性元件以預負載狀態(tài)安裝以使壓縮力為最大負載的40到50％，而在最大負載時，所述兩個滾珠絲杠螺母分攤滾珠絲杠軸的最大負載。
12.如權利要求9所述的滾珠絲杠裝置，其中，所述滾珠絲杠裝置還包括安裝在承受所述滾珠絲杠軸負載的元件上的負載傳感器；以及控制閥，該控制閥基于所述傳感器探測到的值控制傳遞到所述環(huán)形液壓內(nèi)腔中的壓力油，并且當所探測到的值為最大負載的1/2(50％)或更大時，所述液壓內(nèi)腔填充以預定壓力的壓力油并保持該壓力，而最大負載的40到50％施加到所述工作主體上，從而在最大負載時，所述兩個滾珠絲杠螺母分攤滾珠絲杠軸的最大負載。
13.一種注模機，其中多個滾珠絲杠裝置平行設置到注射絲杠軸上，每個滾珠絲杠裝置設置有多個如權利要求8到12中任一項所述的液壓分配型滾珠絲杠螺母以實現(xiàn)注模機注射絲杠的直線注射驅(qū)動，從而所有所述滾珠絲杠螺母可以分攤負載。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于線性運動的滾珠絲杠裝置,該裝置通過利用多個滾珠絲杠軸和滾珠絲杠螺母的單獨一個移動工作主體。在滾珠絲杠裝置中,多個滾珠絲杠螺母與相同的滾珠絲杠軸螺紋嚙合,并且,在每個滾珠絲杠軸上的各滾珠絲杠螺母之一通過固定凸緣固定到工作主體上,單獨一個固定凸緣或各固定凸緣之一設置有負載傳感器,而其他滾珠絲杠螺母作為利用液壓缸和活塞的液壓支撐機構。流體壓力被控制成液壓支撐機構的支撐力等于由負載傳感器探測到的推力。通過這種結構,可以將較大的負載均勻分配到滾珠絲杠螺母上。
文檔編號B29C45/50GK1383971SQ0211854
公開日2002年12月11日 申請日期2002年4月27日 優(yōu)先權日2001年4月27日
發(fā)明者久保田浩司, 山本義人, 河野和清, 石和田健 申請人:三菱重工業(yè)株式會社