一种凸轮直动装置及其操作方法技术领域
本发明涉及一种凸轮直动装置，尤其涉及一种一种凸轮直动装置及其操作方法。
背景技术
现有技术中普通采用以下方式：
1、圆柱凸轮方式：采用圆柱凸轮时，由于圆柱凸轮的旋转轴与设置凸轮从动件的
基座部平行，因此在对其旋转轴直接连接驱动用电机时，会因凸轮从动件组的阻碍，而无法
采用大直径电机。所以在直接驱动时，不能安装大容量电机，无法发挥出凸轮螺杆的移动能
力。
2.滚珠丝杠方式：采用滚珠丝杠时，无法在中间位置自锁，滚珠丝杠发生变形时，
会在移动过程中产生脉动、振动，因此其移动距离受到限制。
3.直线电机方式：采用直线电机时，在需要高负载搬运的情况下，无法安装减速
机，只能增大装置尺寸。
发明内容
本发明主要是解决现有技术中存在的不足，提供一种结构紧凑，在以往无法解决
难题的驱动电机安装侧，使轴部向上倾斜，这一条件下，即使安装大直径电机，也不会与凸
轮从动件组相互干涉，相对于具有同样尺寸(直径、宽度)的其它驱动凸轮，在采用圆锥凸轮
的情况下，可安装具有较大能力的驱动电机，在搬运能力(允许负重、移动速度等)方面也有
非常大的优势的一种凸轮直动装置及其操作方法。
本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：
一种凸轮直动装置，包括若干呈直线间隔分布的固定轴组件和沿若干固定轴组件
进行相对移动的凸轮组件；
固定轴组件设在轴承导轨上；
固定轴组件包括轴承固定轴，轴承固定轴外套有轴承；
相邻轴承固定轴间形成滚动槽；
凸轮组件包括凸轮箱，凸轮箱中设有圆锥形凸轮，圆锥形凸轮的下端延伸出凸轮
箱，圆锥形凸轮通过伺服电机驱动，圆锥形凸轮与伺服电机间设有减速机，伺服电机驱动圆
锥形凸轮沿滚动槽进行相对位移。
作为优选，轴承为深沟球轴承，轴承与轴承导轨间设有垫片。
作为优选，凸轮箱左侧端的底部设有聚氨酯密封垫固定座，聚氨酯密封垫固定座
中设有与轴承相活动触接的聚氨酯密封垫，聚氨酯密封垫固定座与聚氨酯密封垫通过聚氨
酯密封垫固定板定位。
作为优选，聚氨酯密封垫固定座、聚氨酯密封垫和聚氨酯密封垫固定板通过螺栓
固定，聚氨酯密封垫固定座、聚氨酯密封垫和聚氨酯密封垫固定板的横截面分别呈“U”形；
圆锥形凸轮的头部与凸轮箱间通过深沟球轴承进行定位；
凸轮箱的尾部中设有与圆锥形凸轮尾部相定位的轴承固定法兰，圆锥形凸轮通过
一对相间隔分布的圆锥滚子轴承与轴承固定法兰进行定位，最外端的圆锥滚子轴承通过轴
承压板定位，轴承压板通过锁紧螺母定位，轴承固定法兰中设有呈倾斜分布的密封塞子。
作为优选，头部的圆锥滚子轴承与轴承固定法兰间、轴承压板与轴承固定法兰间
分别设有密封圈。
作为优选，减速机与轴承固定法兰间设有电机连接板，电机连接板与轴承固定法
兰间通过螺丝固定。
作为优选，减速机与圆锥形凸轮尾部的拼接处设有夹紧环，圆锥形凸轮沿轴承的
外圆面呈抵接的状态滚动，凸轮箱的上部设有设备安装端，凸轮箱中设有与圆锥形凸轮相
对应的盖子。
一种所述的凸轮直动装置的操作方法，按以下步骤进行：
(1)、分析：
把多根钢轨连接起来，实现其它设备无法做到的长行程规格；钢轨和凸轮组件通
过高刚性滚子传动，因此可搬运像机器人那样的重物；
设置了伺服电机，使其与驱动钢轨平行，不仅省空间，而且优化了载荷平衡；
圆锥形凸轮的旋转与行进方向垂直，具有卓越的加减速特性，可减轻在紧急停止
时的残留振动；
减速机的背隙为3分；
(2)、可操作条件：
行程：L＝2m(水平运动)；
负载重量：m＝250kg；
单程搬动时：2sec(加速t1＝1sec,减速t2＝1sec)；
使用电机：HG-JR203；
使用减速机：VRB-090-3(3为减速比)；
直动导轨摩擦系数：μ＝0.01；
1、假定选择CS30，计算搬运总质量：
搬运总重量：m＝圆锥形凸轮+减速机+伺服电机+负载重要
计算公式：
①、速度V(m/sec)
(m/sec)
②、加速度A(m/sec2)
(m/sec2)
*T使用加速时间(t1)和减速时间(t3)中时间较短的值；
③、加减速负载(N)
④、磨损负载(N)
⑤、总负载荷重(N)
2、根据计算公式计算速度V：
速度：V＝L/(t1+t3)/2＝2[m/sec]
3、加速度:A＝V/t1＝2[m/sec2]
4、加减速负载：Fa＝m×A
5、摩擦阻抗负载：Ff＝g×m×μ
6、推力(总负载量)：F＝f×(Fa+Ff)
(3)、注意事项：：
关于润滑：
润滑油在长期使用后会发生劣化变质；按照间隔定期进行更换；在油垫的劣化变
质或受污染情况严重时，更换使用新的油垫；请以行进5000km或半年为基准，定期进行加
油；
加油方法：
将润滑装置固定螺栓拧松，从圆锥形凸轮上取出润滑装置；从润滑装置上取出油
垫，将其浸入润滑油中，然后重新安装到原位置；在油垫的劣化变质或受污染情况严重时，
更换使用新的油垫；直线导轨的选型和安装：
请选择无背隙、可承受装载荷重、负载力矩的直线导轨，直线导轨即钢轨；使用多
排直线导轨时，安装的平行度非常重要；安装精度不良时，会因产生超出计算值的较大荷
重，导致驱动扭矩增大，还会影响到直线导轨的寿命，按照您所使用直线导轨的使用说明进
行安装和调整；
轨道、直线导轨的基准面：
设置轨道和直线导轨时，请确保轨道安装基准面与侧面基准面以及直线导轨的平
行度，并牢固地固定；请注意如果平行度不良，特别是横向的平行度不良，会导致滚子从动
件和凸轮螺杆接触不良，造成扭矩过大、提前磨损；
圆锥形凸轮和钢轨的位置调整(横向)：
进行位置调整，使轴承中心线和圆锥形凸轮中心在同一直线上；
调整时，请在钢轨侧面基准面和底座安装侧面之间放入垫片；沿行进方向推动圆
锥形凸轮，圆锥形凸轮重量变得最轻的点为最佳位置；圆锥形凸轮与钢轨间的间隙以
0.01mm～0.02mm进行调整；
圆锥形凸轮和轨道的位置调整(垂直方向)：
在圆锥形凸轮上安装直线导轨并进行调整，使圆锥形凸轮顶面与钢轨安装基准面
平行；
产品出厂时已调整到圆锥形凸轮内置螺杆和钢轨安装基准面平行的状态；请注意
如果平行度不良会导致滚子从动件和凸轮螺杆接触不良，造成扭矩过大、提前磨损；
钢轨连接：
通过将多根轨道连接起来，可满足长行程的需求；使用连接件进行连接，请确定轴
承的相接螺距；在钢轨上使用垫片，垫片的厚度与在钢轨的位置调整中所使用垫片相同，在
进行横向的位置调整后；用手推动圆锥形凸轮，如果发现圆锥形凸轮在轨道连接部分卡滞
或者重量变重，则表示调整不充分，开始重新调整。所有连接作业完成后，推动圆锥形凸轮，
再次确认在移动范围内是否有卡滞或者过重的问题；实施最终确认，以使用速度启动电机，
确认是否有发出异常杂音的位置；
使用环境：温度：装置的使用环境标准为0℃～40℃；水滴：与一般机械零部件相
同，水分会导致设备生锈，水分进入润滑油会导致润滑油提前劣化变质；如果需要在周围使
用冷却水，请采取安装防护盖相关必要措施；尘埃：如圆锥形凸轮周围存在灰尘或尘埃，在
搬运过程中，灰尘或尘埃会被吸入螺杆和轴承内，可能会缩短其使用寿命，敬请注意；要采
取切实的防尘措施。
维护：
减速机的拆卸：拆下减速机安装套筒的锥形螺塞；移动到可将安装板的螺栓拧松
的位置，放松减速机与螺杆的连接；拆下减速机固定螺栓后，即可拆下减速机；减速机安装
套筒用于进行装配调整。请勿拆卸；CS16上无减速机安装套筒，减速机被直接连接到螺杆
上，在操作时请注意；要安装减速机时，按照相反的步骤进行安装；
(4)、验收：
形状确认：应与产品编码相符合；如果是特制规格，则应与规格通知书相符合；
重复精度的测量：测量对任意位置的圆锥形凸轮重复定位精度，记录到检查成绩
书中；重复精度允许值±0.02mm。
需考虑较长的移动行程时，只需延长固定轴组件，即可方便地实现较长路径的往
复移动，结构非常简单。而且在这种情况下还可避免发生伸缩、变形。
采用在圆锥凸轮和驱动电机之间安装减速机的规格，即使未安装具有较大能力的
驱动电机，也可通过减速机实现高负载搬运。
因此，本发明一种凸轮直动装置及其操作方法，结构紧凑，提升使用性能，提高负
载。
附图说明
图1是本发明的立体结构示意图；
图2是本发明的剖视结构示意图。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例1：如图1和图2所示，一种凸轮直动装置，包括若干呈直线间隔分布的固定
轴组件1和沿若干固定轴组件1进行相对移动的凸轮组件2；
固定轴组件1设在轴承导轨3上；
固定轴组件1包括轴承固定轴4，轴承固定轴4外套有轴承5；
相邻轴承固定轴4间形成滚动槽6；
凸轮组件2包括凸轮箱7，凸轮箱7中设有圆锥形凸轮8，圆锥形凸轮8的下端延伸出
凸轮箱7，圆锥形凸轮8通过伺服电机9驱动，圆锥形凸轮8与伺服电机9间设有减速机10，伺
服电机9驱动圆锥形凸轮8沿滚动槽6进行相对位移。
轴承5为深沟球轴承，轴承5与轴承导轨3间设有垫片11。
凸轮箱7左侧端的底部设有聚氨酯密封垫固定座12，聚氨酯密封垫固定座12中设
有与轴承5相活动触接的聚氨酯密封垫13，聚氨酯密封垫固定座12与聚氨酯密封垫13通过
聚氨酯密封垫固定板14定位。
聚氨酯密封垫固定座12、聚氨酯密封垫13和聚氨酯密封垫固定板14通过螺栓固
定，聚氨酯密封垫固定座12、聚氨酯密封垫13和聚氨酯密封垫固定板14的横截面分别呈“U”
形；
圆锥形凸轮8的头部与凸轮箱7间通过深沟球轴承15进行定位；
凸轮箱7的尾部中设有与圆锥形凸轮8尾部相定位的轴承固定法兰16，圆锥形凸轮
8通过一对相间隔分布的圆锥滚子轴承17与轴承固定法兰16进行定位，最外端的圆锥滚子
轴承17通过轴承压板18定位，轴承压板18通过锁紧螺母19定位，轴承固定法兰16中设有呈
倾斜分布的密封塞子20。
头部的圆锥滚子轴承17与轴承固定法兰16间、轴承压板18与轴承固定法兰16间分
别设有密封圈21。
减速机10与轴承固定法兰16间设有电机连接板22，电机连接板22与轴承固定法兰
16间通过螺丝固定。
减速机10与圆锥形凸轮8尾部的拼接处设有夹紧环23，圆锥形凸轮8沿轴承5的外
圆面呈抵接的状态滚动，凸轮箱7的上部设有设备安装端24，凸轮箱7中设有与圆锥形凸轮8
相对应的盖子25。
一种凸轮直动装置的操作方法，按以下步骤进行：
(1)、分析：
把多根钢轨连接起来，实现其它设备无法做到的长行程规格；钢轨和凸轮组件通
过高刚性滚子传动，因此可搬运像机器人那样的重物；
设置了伺服电机，使其与驱动钢轨平行，不仅省空间，而且优化了载荷平衡；
圆锥形凸轮的旋转与行进方向垂直，具有卓越的加减速特性，可减轻在紧急停止
时的残留振动；
减速机的背隙为3分；
(3)、可操作条件：
行程：L＝2m(水平运动)；
负载重量：m＝250kg；
单程搬动时：2sec(加速t1＝1sec,减速t2＝1sec)；
使用电机：HG-JR203；
使用减速机：VRB-090-3(3为减速比)；
直动导轨摩擦系数：μ＝0.01；
1、假定选择CS30，计算搬运总质量：
搬运总重量：m＝圆锥形凸轮+减速机+伺服电机+负载重要
计算公式：
①、速度V(m/sec)
(m/sec)
②、加速度A(m/sec2)
(m/sec2)
*T使用加速时间(t1)和减速时间(t3)中时间较短的值；
③、加减速负载(N)
④、磨损负载(N)
⑤、总负载荷重(N)
7、根据计算公式计算速度V：
速度：V＝L/(t1+t3)/2＝2[m/sec]
8、加速度:A＝V/t1＝2[m/sec2]
9、加减速负载：Fa＝m×A
10、摩擦阻抗负载：Ff＝g×m×μ
11、推力(总负载量)：F＝f×(Fa+Ff)
(3)、注意事项：：
关于润滑：
润滑油在长期使用后会发生劣化变质；按照间隔定期进行更换；在油垫的劣化变
质或受污染情况严重时，更换使用新的油垫；请以行进5000km或半年为基准，定期进行加
油；
加油方法：
将润滑装置固定螺栓拧松，从圆锥形凸轮上取出润滑装置；从润滑装置上取出油
垫，将其浸入润滑油中，然后重新安装到原位置；在油垫的劣化变质或受污染情况严重时，
更换使用新的油垫；直线导轨的选型和安装：
请选择无背隙、可承受装载荷重、负载力矩的直线导轨，直线导轨即钢轨；使用多
排直线导轨时，安装的平行度非常重要；安装精度不良时，会因产生超出计算值的较大荷
重，导致驱动扭矩增大，还会影响到直线导轨的寿命，按照您所使用直线导轨的使用说明进
行安装和调整；
轨道、直线导轨的基准面：
设置轨道和直线导轨时，请确保轨道安装基准面与侧面基准面以及直线导轨的平
行度，并牢固地固定；请注意如果平行度不良，特别是横向的平行度不良，会导致滚子从动
件和凸轮螺杆接触不良，造成扭矩过大、提前磨损；
圆锥形凸轮和钢轨的位置调整(横向)：
进行位置调整，使轴承中心线和圆锥形凸轮中心在同一直线上；
调整时，请在钢轨侧面基准面和底座安装侧面之间放入垫片；沿行进方向推动圆
锥形凸轮，圆锥形凸轮重量变得最轻的点为最佳位置；圆锥形凸轮与钢轨间的间隙以
0.01mm～0.02mm进行调整；
圆锥形凸轮和轨道的位置调整(垂直方向)：
在圆锥形凸轮上安装直线导轨并进行调整，使圆锥形凸轮顶面与钢轨安装基准面
平行；
产品出厂时已调整到圆锥形凸轮内置螺杆和钢轨安装基准面平行的状态；请注意
如果平行度不良会导致滚子从动件和凸轮螺杆接触不良，造成扭矩过大、提前磨损；
钢轨连接：
通过将多根轨道连接起来，可满足长行程的需求；使用连接件进行连接，请确定轴
承的相接螺距；在钢轨上使用垫片，垫片的厚度与在钢轨的位置调整中所使用垫片相同，在
进行横向的位置调整后；用手推动圆锥形凸轮，如果发现圆锥形凸轮在轨道连接部分卡滞
或者重量变重，则表示调整不充分，开始重新调整。所有连接作业完成后，推动圆锥形凸轮，
再次确认在移动范围内是否有卡滞或者过重的问题；实施最终确认，以使用速度启动电机，
确认是否有发出异常杂音的位置；
使用环境：温度：装置的使用环境标准为0℃～40℃；水滴：与一般机械零部件相
同，水分会导致设备生锈，水分进入润滑油会导致润滑油提前劣化变质；如果需要在周围使
用冷却水，请采取安装防护盖相关必要措施；尘埃：如圆锥形凸轮周围存在灰尘或尘埃，在
搬运过程中，灰尘或尘埃会被吸入螺杆和轴承内，可能会缩短其使用寿命，敬请注意；要采
取切实的防尘措施。
维护：
减速机的拆卸：拆下减速机安装套筒的锥形螺塞；移动到可将安装板的螺栓拧松
的位置，放松减速机与螺杆的连接；拆下减速机固定螺栓后，即可拆下减速机；减速机安装
套筒用于进行装配调整。请勿拆卸；CS16上无减速机安装套筒，减速机被直接连接到螺杆
上，在操作时请注意；要安装减速机时，按照相反的步骤进行安装；
(5)、验收：
形状确认：应与产品编码相符合；如果是特制规格，则应与规格通知书相符合；
重复精度的测量：测量对任意位置的圆锥形凸轮重复定位精度，记录到检查成绩
书中；重复精度允许值±0.02mm。