可控旋转进给系统及控制方法与流程

本发明涉及驱动器技术，具体地，涉及可控旋转进给系统及控制方法，尤其是精密可控旋转和直动驱动装置。

背景技术：

现有的拧紧装置，类似于旋转电机结构，一般只包括旋转驱动，功能单一。本发明提出一种新型的可控旋转和直动驱动装置，既能实现旋转驱动，同时能实现直线进给驱动。

目前没有发现同本发明类似技术的说明或报道，也尚未收集到国内外类似的资料。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种可控旋转进给系统。

根据本发明提供的一种可控旋转进给系统，包括：套筒1、主轴2、旋转驱动机构3、旋转驱动线圈4；

主轴2设置在套筒1内侧；

旋转驱动机构3包括旋转驱动转子301；

在旋转驱动线圈4的驱动下，旋转驱动转子301能够带动主轴2相对于套筒进行旋转运动。

优选地，还包括：进给驱动机构5、进给驱动线圈6；

进给驱动机构5包括进给驱动转子503、定位装置；

在进给驱动线圈6的驱动下，进给驱动转子503通过定位装置能够带动主轴2相对于套筒1进行进给运动。

优选地，主轴2上设置有沿轴向延伸的滑道201；

旋转驱动转子301的转轴能够沿滑道201平动；

旋转驱动线圈4以电磁激励方式驱动旋转驱动转子301转动，进而旋转驱动转子301的转轴向滑道201施力，带动主轴2旋转。

优选地，旋转驱动转子301紧固套接在主轴2上；

旋转驱动线圈4以电磁激励方式驱动旋转驱动转子301转动，进而旋转驱动转子301带动主轴2旋转。

优选地，旋转驱动转子301包括永磁体转盘302；永磁体转盘302包括多个沿周向分布的扇形磁体303；

周向上相邻的扇形磁体303在轴向上的同一端之间极性相反。

优选地，所述进给驱动机构5包括弹性复位机构509；定位装置包括第一定位机构506、第二定位机构507；

主轴2上设置有沿轴向延伸的滑道201；

进给驱动转子503的进给驱动转子转轴5011能够沿滑道201平动，且能够在滑道201内转动；

在轴向上，全部或者部分进给驱动转子503位于第一定位机构506与第二定位机构507之间；

位于第一定位机构506与第二定位机构507之间的全部或者部分进给驱动转子503具有第一宽度、第二宽度，其中，第一宽度大于或者略大于第二宽度；

第一定位机构、第二定位机构能够分别对主轴2进行锁定或释放；

第一定位机构、第二定位机构能够分别对套筒1进行锁定或释放；

弹性复位机构509连接在第一定位机构506与第二定位机构507之间，或者连接在相邻或不相邻的进给驱动转子503之间；

进给驱动转子503包括磁性体。

优选地，在轴向上相邻的进给驱动转子503的同一端之间的极性相同或者相反。

根据本发明提供的一种上述的可控旋转进给系统的控制方法，在旋转驱动机构3与进给驱动机构5的驱动下，主轴2同时进行转动运动与进给运动。

优选地，在旋转驱动机构3的驱动下，主轴2往复转动。

优选地，在进给驱动机构5的驱动下，主轴2往复平动。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

本发明是精密可控旋转和直动驱动装置，能够单独实现旋转、单独实现进给，以及同时实现旋转和进给，能够应用到研磨等领域。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1、图2、图4、图5为实施例1的示意图。

图3为实施例2的示意图。

图6、图7为实施例3的示意图。

图8、图9为实施例4的示意图。

图10为实施例5的示意图。

图中示出：

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

基本实施例

根据本发明提供的一种可控旋转进给系统，包括：套筒1、主轴2、旋转驱动机构3、旋转驱动线圈4、进给驱动机构5、进给驱动线圈6；主轴2设置在套筒1内侧；旋转驱动机构3包括旋转驱动转子301；在旋转驱动线圈4的驱动下，旋转驱动转子301能够带动主轴2相对于套筒进行旋转运动。进给驱动机构5包括进给驱动转子503、定位装置；在进给驱动线圈6的驱动下，进给驱动转子601通过定位装置能够带动主轴2相对于套筒1进行进给运动。相应地，本发明还提供一种可控旋转进给系统的控制方法，其在旋转驱动机构3与进给驱动机构5的驱动下主轴2同时进行转动运动与进给运动。进一步地，可以在旋转驱动机构3的驱动下主轴2往复转动，在进给驱动机构5的驱动下，主轴2往复平动。

下面对基本实施例的各个优选例进行说明。这些优选例之间相互为变化例。

实施例1

如图1、图2、图4、图5所示，主轴2上设置有沿轴向延伸的滑道201；旋转驱动转子301的转轴能够沿滑道201平动；旋转驱动线圈4以电磁激励方式驱动旋转驱动转子301转动，进而旋转驱动转子301的转轴向滑道201施力，带动主轴2旋转。

第二腔室内的第一定位机构、第二定位机构均不同时对套筒和主轴张紧。第一腔室内的作为转动驱动转子的永磁体的磁极方向相同，永磁体通过转子转轴安装在主轴的两侧；作为驱动体的转动驱动机构包括四个电磁线圈，从轴向看分为左右、上下两组。当对左右一组电磁线圈通电时，永磁体在电磁力的作用下发生转动，通过转子转轴带动主轴进行旋转运动。当主轴转过一定角度后，再给上下一组电磁线圈通电，依次交替，进而可以实现对主轴任意角度的旋转驱动。

所述进给驱动机构5包括弹性复位机构509；定位装置包括第一定位机构506、第二定位机构507；主轴2上设置有沿轴向延伸的滑道201；进给驱动转子503的进给驱动转子转轴5011能够沿滑道201平动，且能够在滑道201内转动；在轴向上，全部或者部分进给驱动转子503位于第一定位机构506与第二定位机构507之间；位于第一定位机构506与第二定位机构507之间的全部或者部分进给驱动转子503具有第一宽度、第二宽度，其中，第一宽度大于或者略大于第二宽度；第一定位机构、第二定位机构能够分别对主轴2进行锁定或释放；第一定位机构、第二定位机构能够分别对套筒1进行锁定或释放；弹性复位机构509连接在第一定位机构506与第二定位机构507之间，或者连接在相邻或不相邻的进给驱动转子503之间；进给驱动转子503包括磁性体。

在轴向上相邻的进给驱动转子503的同一端之间的极性相同。第二腔室内的所有的作为进给驱动转子的永磁体的磁极方向相同，作为驱动体的进给驱动线圈为柱形空心电磁线圈。当对电磁线圈通电时，所有永磁体在电磁力的驱动下，转向同一侧，从而进行驱动。此时，第一定位机构对主轴进行箝位，第二定位机构对壳体进行箝位。永磁体单元便带动第一定位机构，进而带动主轴进行直线驱动。

实施例2

如图3所示，主轴2上设置有沿轴向延伸的滑道201；旋转驱动转子301的转轴能够沿滑道201平动；旋转驱动线圈4以电磁激励方式驱动旋转驱动转子301转动，进而旋转驱动转子301的转轴向滑道201施力，带动主轴2旋转。

第二腔室内的第一定位机构、第二定位机构均不同时对套筒和主轴张紧。第一腔室内的作为转动驱动转子的永磁体的磁极方向相同，永磁体穿套在主轴上；作为驱动体的旋转驱动线圈包括四个电磁线圈，从轴向看分为左右、上下两组。当对左右一组电磁线圈通电时，永磁体在电磁力的作用下发生转动，通过中心轴带动主轴进行旋转运动。当主轴转过一定角度后，再给上下一组电磁线圈通电，依次交替，进而可以实现对主轴任意角度的旋转驱动。

所述进给驱动机构5包括弹性复位机构509；定位装置包括第一定位机构506、第二定位机构507；主轴2上设置有沿轴向延伸的滑道201；进给驱动转子503的进给驱动转子转轴5011能够沿滑道201平动，且能够在滑道201内转动；在轴向上，全部或者部分进给驱动转子503位于第一定位机构506与第二定位机构507之间；位于第一定位机构506与第二定位机构507之间的全部或者部分进给驱动转子503具有第一宽度、第二宽度，其中，第一宽度大于或者略大于第二宽度；第一定位机构、第二定位机构能够分别对主轴2进行锁定或释放；第一定位机构、第二定位机构能够分别对套筒1进行锁定或释放；弹性复位机构509连接在第一定位机构506与第二定位机构507之间，或者连接在相邻或不相邻的进给驱动转子503之间；进给驱动转子503包括磁性体。

在轴向上相邻的进给驱动转子503的同一端之间的极性相反。第二腔室内的所有的作为进给驱动转子的永磁体的磁极方向相同，作为驱动体的进给驱动线圈为柱形空心电磁线圈。当对电磁线圈通电时，所有永磁体在电磁力的驱动下，转向不同侧，从而进行驱动。此时，第一定位机构对主轴进行箝位，第二定位机构对壳体进行箝位。永磁体单元便带动第一定位机构，进而带动主轴进行直线驱动。这种方式可以进行较大行程的直线驱动。

实施例3

如图6、图7所示，旋转驱动转子301紧固套接在主轴2上；旋转驱动线圈4以电磁激励方式驱动旋转驱动转子301转动，进而旋转驱动转子301带动主轴2旋转。

第二腔室内的第一定位机构、第二定位机构均不同时对套筒和主轴张紧。第一腔室内的永磁体为作为扇形磁体的扇形永磁体，相邻的永磁体磁极方向相反，所有永磁体组成磁转盘安装在主轴上。驱动体包括6个电磁线圈，但不限于此个数，这6个电磁线圈又分为三组，布置在前后两个磁转盘的中间。当对三组电磁线圈通入不同时序的交流电时，永磁体在电磁力的作用下发生转动，带动主轴进行旋转运动，进而可以实现对主轴任意角度的旋转驱动。

所述进给驱动机构5包括弹性复位机构509；定位装置包括第一定位机构506、第二定位机构507；主轴2上设置有沿轴向延伸的滑道201；进给驱动转子503的进给驱动转子转轴5011能够沿滑道201平动，且能够在滑道201内转动；在轴向上，全部或者部分进给驱动转子503位于第一定位机构506与第二定位机构507之间；位于第一定位机构506与第二定位机构507之间的全部或者部分进给驱动转子503具有第一宽度、第二宽度，其中，第一宽度大于或者略大于第二宽度；第一定位机构、第二定位机构能够分别对主轴2进行锁定或释放；第一定位机构、第二定位机构能够分别对套筒1进行锁定或释放；弹性复位机构509连接在第一定位机构506与第二定位机构507之间，或者连接在相邻或不相邻的进给驱动转子503之间；进给驱动转子503包括磁性体。在轴向上相邻的进给驱动转子503的同一端之间的极性相同。

实施例4

如图8、图9所示，旋转驱动转子301包括永磁体转盘302；永磁体转盘302包括多个沿周向分布的扇形磁体303；周向上相邻的扇形磁体303在轴向上的同一端之间极性相反。

所述进给驱动机构5包括弹性复位机构509；定位装置包括第一定位机构506、第二定位机构507；主轴2上设置有沿轴向延伸的滑道201；进给驱动转子503的进给驱动转子转轴5011能够沿滑道201平动，且能够在滑道201内转动；在轴向上，全部或者部分进给驱动转子503位于第一定位机构506与第二定位机构507之间；位于第一定位机构506与第二定位机构507之间的全部或者部分进给驱动转子503具有第一宽度、第二宽度，其中，第一宽度大于或者略大于第二宽度；第一定位机构、第二定位机构能够分别对主轴2进行锁定或释放；第一定位机构、第二定位机构能够分别对套筒1进行锁定或释放；弹性复位机构509连接在第一定位机构506与第二定位机构507之间，或者连接在相邻或不相邻的进给驱动转子503之间；进给驱动转子503包括磁性体。在轴向上相邻的进给驱动转子503的同一端之间的极性相同。

实施例5

如图10所示，根据本发明的特点，还能实现振动研磨的功能。实现方式如下：前端执行件设置为研磨头，进给驱动机构所处第二腔室内的所有永磁体的磁极方向相同，进给驱动线圈为柱形空心电磁线圈。当对电磁线圈通高频率的交流电时，所有进给驱动转子在电磁力的驱动下，进行高频率的往复摆动，通过箝位装置的配合，进而可以实现对主轴的高频往复进给和后退驱动，进行实现高频的振动研磨功能。

实施例6

实施例6为上述实施例2、实施例3、实施例4、实施例5的优选例。在本实施例中，旋转驱动机构3位于第一腔室中，第一腔室为旋转运动功能实现单元，进给驱动机构5为第二腔室，第二腔室为直线进给运动功能实现单元。

旋转驱动线圈4、进给驱动线圈6均主要由线圈、磁轭等组成。旋转驱动转子301、进给驱动转子503包括磁体，该磁体可以是永磁体、铁磁体、电磁体中的任一种或者任多种的组合结构。

实施例7

上述实施例2、实施例3、实施例4、实施例5均涉及到所述进给驱动机构5，因此就进给驱动机构5的具体结构与工作原理，通过实施例7进行说明。因此可以将实施例7视为上述实施例2、实施例3、实施例4、实施例5的优选例。

具体地，将位于第一定位机构与第二定位机构之间且具有第一宽度、第二宽度的进给驱动转子记为中间进给驱动转子；当全部中间进给驱动转子被第一定位机构与第二定位机构挤压至轴向最小长度时，两两中间进给驱动转子的磁场方向的夹角中存在大于90度的夹角，或者存在小于90度的夹角；其中，所述磁场方向是指S极指向N极的方向。进给驱动转子中包括转动驱动进给驱动转子；转动驱动进给驱动转子在主轴轴向上投影的长度不变，或者全部转动驱动进给驱动转子在主轴轴向上投影的总长度不变；转动驱动进给驱动转子位于第一定位机构与第二定位机构之间或者第一定位机构与第二定位机构的同一侧。滑道为条形孔；主轴延伸出套筒的一端紧固连接或者轴向滑动套接有传动机构；弹性复位机构为弹簧，弹簧为机械弹簧或者磁弹簧；磁性体为永磁体和/或电磁体；进给驱动转子的进给驱动转子转轴之间相互平行、交错或者垂直；第一定位机构、第二定位机构以及位于第一定位机构与第二定位机构之间的进给驱动转子构成运动单元，运动单元的数量为一个或者运动单元的数量为多个，其中，多个运动单元之间沿轴向排列，且相邻的运动单元之间共用一个第一定位机构或者第二定位机构；进给驱动转子的外缘廓形为平滑曲面。

第一定位机构包括第一内定位机构、第一外定位机构；第二定位机构包括第二内定位机构、第二外定位机构；第一内定位机构、第二内定位机构能够对平转动轴进行锁定或释放；第一外定位机构、第二外定位机构能够对套筒进行锁定或释放；第一内定位机构、第一外定位机构、第二内定位机构、第二外定位机构均包括箝位机构或者电磁卡紧机构；电磁卡紧机构包括磁性卡件、电磁驱动线圈、弹性介质；磁性卡件的一端连接弹性介质，弹性介质向磁性卡件施加回复力，电磁驱动线圈能够驱动磁性卡件在锁定状态与释放状态之间移动；在锁定状态时，磁性卡件的另一端紧抵住平转动轴或者套筒的内壁。

第一内定位机构、第一外定位机构、第二内定位机构、第二外定位机构均包括箝位机构或者电磁卡紧机构；电磁卡紧机构包括磁性卡件、电磁驱动线圈、弹性介质；磁性卡件的一端连接弹性介质，弹性介质向磁性卡件施加回复力，电磁驱动线圈能够驱动磁性卡件在锁定状态与释放状态之间移动；在锁定状态时，磁性卡件的另一端紧抵住主轴或者套筒1的内壁。箝位机构包括变形体与壳体；在第一内定位机构、第二内定位机构中：变形体的一端与壳体固定连接，变形体的另一端朝向主轴；当对主轴进行锁定时，变形体的另一端紧抵住主轴；当对主轴进行释放时，变形体的另一端脱离主轴；在第一外定位机构、第二外定位机构中：变形体的一端与壳体固定连接，变形体的另一端朝向套筒1；当对套筒1进行锁定时，变形体的另一端紧抵住套筒1的内壁；当对套筒1进行释放时，变形体的另一端脱离套筒1的内壁；第一内定位机构的箝位机构的壳体紧固连接第一外定位机构的箝位机构的壳体；第二内定位机构的箝位机构的壳体紧固连接第二外定位机构的箝位机构的壳体。

更为详细的箝位机构的结构，可以参照现有技术中的“电磁箝位机构及其直线驱动装置、组合”申请号201410387626.2，公开号CN104167957A、“用于直线电机的电磁-永磁箝位机构”申请号201020603794.8，公开号CN201869079U以及“电磁箝位机构及其尺蠖运动直线电机”申请号201020603955.3，公开号CN201887641U等专利文献。

套筒通过轴承设置在外框内部；转动驱动线圈、平动驱动线圈均位于套筒与外框之间；转动驱动线圈紧固连接套筒或者外框，平动驱动线圈紧固连接套筒或者外框；或者，套筒与外框之间的空间形成允许转动驱动线圈和/或平动驱动线圈滑动的滑动通道；在第一外定位机构、第二外定位机构中：箝位机构的输出件的自由端或者电磁卡紧机构的电磁卡件的自由端为锥台体，锥台体较小的端面朝向套筒外侧；套筒壁上开设有沿轴向延伸的条形孔，条形孔的尺寸仅允许锥台体的一部分通过延伸到滑动通道中，其中，所述锥台体的一部分包括所述较小的端面；所述锥台体的一部分能够推动转动驱动线圈和/或平动驱动线圈在滑动通道内滑动。

主轴包括平转动轴；在一个周期内：在转动驱动线圈的驱动下，进给驱动转子带动平转动轴转动；并且第一定位机构锁定套筒并释放平转动轴，第二定位机构释放套筒并锁定平转动轴，在平动驱动线圈的驱动下，中间进给驱动转子绕进给驱动转子转轴发生第一形式的转动进而在轴向上直接推动相邻的中间进给驱动转子或者通过相邻的中间进给驱动转子间接推动第二定位机构，第二定位机构带动平转动轴进行平动；然后，第二定位机构锁定套筒并锁定平转动轴，第一定位机构释放套筒并释放平转动轴，在弹性复位机构的拉力下，第一定位机构向第二定位机构靠拢，在所述靠拢过程中推动中间进给驱动转子发生第二形式的转动；所述第一形式的转动是指：中间进给驱动转子由第二宽度方向平行于轴向的位置转动至第一宽度方向平行于轴向的位置；所述第二形式的转动是指：中间进给驱动转子由第一宽度方向平行于轴向的位置转动至第二宽度方向平行于轴向的位置；所述周期能够被单次或者多次执行以实现运动效果累积。

主轴包括转动轴；在一个周期内：在转动驱动线圈的驱动下，转动驱动进给驱动转子带动转动轴转动；并且第一定位机构锁定套筒并锁定转动轴，第二定位机构释放套筒并释放转动轴，在平动驱动线圈的驱动下，中间进给驱动转子绕进给驱动转子转轴发生第一形式的转动进而在轴向上直接推动相邻的中间进给驱动转子或者通过相邻的中间进给驱动转子间接推动第二定位机构，第二定位机构推动一侧的转动驱动进给驱动转子，该一侧的转动驱动进给驱动转子带动传动机构平动；然后，第二定位机构锁定套筒并锁定转动轴，第一定位机构释放套筒并释放转动轴，在弹性复位机构的拉力下，第一定位机构另一侧的转动驱动进给驱动转子推动第一定位机构，第一定位机构向第二定位机构靠拢，在所述靠拢过程中推动中间进给驱动转子发生第二形式的转动；所述第一形式的转动是指：中间进给驱动转子由第二宽度方向平行于轴向的位置转动至第一宽度方向平行于轴向的位置；所述第二形式的转动是指：中间进给驱动转子由第一宽度方向平行于轴向的位置转动至第二宽度方向平行于轴向的位置；所述周期能够被单次或者多次执行以实现运动效果累积。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。