CN100462166C - 自动检测计算机控制数控车床中的切削工具位置的设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种自动检测计算机控制数控车床中的切削工具位置的设备，其可防止驱动电机超载运行。支撑壳体固定地安装到主轴箱一侧的壳体主体的一侧。止动块固定地安装到支撑壳体上。接触式传感器安装到臂前端，并通过齿轮组件旋转。凸轮轴固定地安装在臂的径向外圆周面上。当该臂旋转并到达正确位置时，齿轮组件的蜗杆和蜗轮旋转，直到凸轮轴与止动块接触。根据预先编程输入到计算机控制数控车床中的程序，臂向切削工具运动，且切削工具与接触式传感器接触。这时，接触式传感器产生感应信号，并向控制部分提供该感应信号。在到达感应切削工具前端的位置后，由于弹性部件的操作而驱动电机停止运行，臂可以固定在该位置上。

Description

自动检测计算机控制数控车床中的切削工具位置的设备

技术领域

本发明涉及一种用于自动检测计算机控制数控车床中的切削工具位置的设备，更具体地涉及一种用于自动检测计算机控制数控车床中的切削工具位置的设备，其能够通过允许其上安装有接触式传感器的臂安全地停止在检测切削工具的位置上，同时在壳体主体中设置的驱动电机停止运行，而防止驱动电机超载运行。

背景技术

通常，计算机控制数控车床通过使用计算机在诸如目标加工测量、期望形状、切削工具运动速度等的预先编程加工条件基础上自动地加工工件。由于这种车床在工厂自动化和大规模生产上很有效，因此其已经在多种应用场合中得到广泛使用。

图1表示传统的计算机控制数控车床10。

参考图1，计算机控制数控车床10包括具有床身12a的机架12；用于夹持和固定工件一端的主轴箱14，其固定在机架12的一侧；用于夹持和固定工件另一端的尾架16，其与主轴箱14相对可滑动地布置在床身12a上；用于加工在主轴箱14和尾架16之间旋转的工件，同时在机架12的床身12a的一个侧部沿着床身12a的纵向轴线运动的刀架18；用于控制主轴箱14、尾架16和刀架18的控制部件(图中未表示)。

工件，其在主轴箱14和尾架16之间支撑并旋转，在预先编程加工条件基础上，由安装到在床身12a上滑动的刀架18上的切削工具自动加工。

但是，上述传统计算机控制数控车床具有的问题是用于加工工件的切削工具切削刃会由于切削刃与工件之间的摩擦而磨损，且切削工具的加工精度会由于切削工具位置的改变而降低。这种已知的计算机控制数控车床所具有的另一个问题是，当用新切削工具更换旧切削工具时，由于旧切削工具和新切削工具之间的位置差异，很难对工件进行准确的处理。

为了解决这些问题，已经做出了很多努力。一种方法是，为了在加工工件的操作过程中提高切削工具的加工精度，已经提出了一种程序，用于补偿切削工具的位置，从而补偿用于加工工件的切削工具坐标和标准坐标之间的位置偏差。这种程序通过预先编程输入到计算机控制数控车床10中。

图2表示用于检测安装到计算机控制数控车床上的切削工具位置的设备，更具体地表示用于检测安装到计算机控制数控车床主轴箱上的切削工具位置的设备。

如图2中所示，用于检测切削工具位置的设备20包括具有用于检测切削工具位置的接触式传感器22a的臂22，用于向着切削工具旋转臂22的齿轮组件24，和用于驱动齿轮组件24的驱动电机(图中未显示)。

在用于检测切削工具位置的设备20上，具有接触式传感器22a的臂22通过齿轮组件24向切削工具移动，然后根据预先编程到计算机控制数控车床10中的程序，使切削工具与接触式传感器22a接触。这时，接触式传感器22a向计算机控制数控车床的控制部分提供感应信号。

一旦感应信号从用于检测切削工具位置的设备20输入给控制部分，则计算机控制数控车床的控制部分辨识切削工具的位置。然后，控制部分将关于切削工具位置的检测值与标准值相比，然后计算切削工具的位移。最后，控制部分向刀架提供控制信号，用于在计算的切削工具位移基础上补偿切削工具的位置。

因此，可以补偿切削工具的位置，使得切削工具的前端位置与预先编程到计算机中的切削工具初始状态相对应。

然而，如上所述的检测切削工具位置的设备具有的问题是带有接触式传感器的臂必须保持在感应位置直到在将接触式传感器移动到感应位置之后切削工具与接触式传感器接触，以精确地补偿切削工具的位置。因此，驱动电机必须持续地操作，并由此当驱动电机出现过载时可能会被损坏。

发明内容

因此，提出本发明以解决上述问题。本发明的一个目的是提供一种用于检测切削工具位置的设备，其能够通过允许其上安装有接触式传感器的臂安全地停止在检测切削工具的位置上，同时使在壳体主体中设置的驱动电机停止运行，而防止驱动电机超载运行。

为了实现上述目的，本发明提供一种用于自动检测计算机控制数控车床中的切削工具位置的设备，该设备包括：

用于感应计算机控制数控车床中的切削工具位置的接触式传感器；

用于将该接触式传感器运动到预定位置以感应切削工具位置的臂，该臂具有感应头，该感应头从该臂的一个侧面突出预定长度；

用于在预定旋转角范围内转动该臂的齿轮组件，该齿轮组件与臂结合；

用于向齿轮组件提供驱动力的驱动电机；和

用于容纳齿轮组件和驱动电机的壳体，其中支撑壳体(bearinghousing)固定地安装到壳体主体的一侧，止动块固定地安装到支撑壳体的外露表面上，用于在臂旋转过程中感应臂接近状态的第一和第二传感器安装在壳体的一个表面上。

该齿轮组件包括与安装到驱动电机上的正齿轮啮合的惰轮，用于通过与该臂啮合而枢转该臂的蜗轮，用于旋转蜗轮的蜗杆，和在其一端具有正齿轮的蜗杆轴，其中蜗杆可滑动地安装到蜗杆轴上。

蜗杆轴具有台阶部分，该台阶部分形成在从蜗杆轴一端朝向其另一端间隔预定距离的部分上，其中法兰形成在蜗杆轴的另一端上。

蜗杆可滑动地安装在台阶部分和蜗杆轴的法兰之间，其中用于弹性支撑蜗杆的弹性元件布置在蜗杆和蜗杆轴法兰之间，从而限制蜗杆的滑动。

接触式传感器安装到该臂的末端，凸轮轴固定地安装在该臂径向外侧的圆周面上。

该壳体的主体固定到计算机控制数控车床主轴箱的一侧上。

蜗杆和与蜗杆啮合的蜗轮一起旋转，直到该臂的凸轮轴与止动块接触，然后该臂到达预定感应位置。

当该臂旋转，从而其到达预定感应位置时，切削工具开始在预先编程的加工条件下运动，然后与接触式传感器接触，从而接触式传感器产生感应信号，然后其向计算机控制数控车床的控制部分提供该感应信号。

如果臂上设置的凸轮轴到达止动块，则蜗轮无法进一步旋转，从而停止旋转。在这种状态下，如果驱动电机运行预定时间，则蜗杆轴连续旋转。这时，已经停止的与蜗轮啮合的蜗杆旋转并沿蜗杆轴的轴向运动。结果，蜗杆的另一端与蜗杆轴的台阶部分间隔预定距离，从而压缩弹性部件。

如果驱动电机停止运行，则弹性部件的弹性力开始作用于蜗杆。这时，可以在与蜗杆啮合的蜗轮上作用顺时针方向的力。虽然驱动电机停止运行，但旋转臂的凸轮轴持续与止动块接触，从而使位于臂上的接触式传感器固定在感应位置。

如上所述，根据本发明，为了在计算机控制数控机床中感应安装到刀架上的切削工具前方末端，由于布置在蜗杆和蜗杆轴法兰之间的弹性部件操作，同时驱动电机停止运行，因此已经到达感应位置的臂可以固定在感应位置上。

从而，可以有效地防止驱动电机的超载运行，并防止驱动电机由于超载而受损。因此，可以大大提高用于自动检测切削工具位置的设备的耐用性。

附图说明

参考附图，通过本发明一个优选实施例的详细说明，本发明的上述目的和其它特点和优点将变得更加清楚，其中：

图1是传统计算机控制数控车床的外部透视图；

图2是用于检测安装到如图1中所示计算机控制数控车床上的切削工具位置的设备；

图3A和图3B示意性地表示根据本发明的用于检测安装到计算机控制数控车床上的切削工具位置的设备的一部分构造的示意图；

图4A是图3A中的箭头“A”表示的视图，表示用于检测切削工具位置的设备的内部构造；

图4B是图3A中的箭头“B”表示的视图，表示用于检测切削工具位置的设备的内部构造；

图5表示根据本发明一个优选实施例的用于检测切削工具位置的设备的臂朝向感应位置运动的操作状态；

图6表示根据本发明一个优选实施例的用于检测切削工具位置的设备的蜗杆沿轴向中运动的操作状态；

图7表示根据本发明一个优选实施例的用于检测切削工具位置的设备的蜗杆在后退方向后退的操作状态；以及

图8表示根据本发明一个优选实施例的用于检测切削工具位置的设备的臂返回其初始位置的操作状态。

具体实施方式

实施例

下面，将参考附图详细说明根据本发明优选实施例的用于自动检测计算机控制数控车床中的切削工具位置的设备。

图3A和图3B示意性地表示根据本发明的用于检测安装到计算机控制数控车床上的切削工具位置的设备的一部分构造。图4A是图3A中的由箭头“A”表示的视图，而图4B是图3A中的由箭头“B”表示的视图，分别表示用于检测切削工具位置的设备的内部构造。

参考图3A至图4B，根据本发明优选实施例的用于自动检测计算机控制数控车床中的切削工具位置的设备100包括，用于在计算机控制数控车床中感应切削工具位置的接触式传感器22a(参考图2)；用于将该接触式传感器22a运动到一位置以感应切削工具位置的臂110，用于在预定旋转角范围内转动臂110的齿轮组件120，该齿轮组件120与臂110结合；用于向齿轮组件120提供驱动力的驱动电机130；和用于容纳齿轮组件120和驱动电机130的壳体140。

壳体140包括在一个末端具有圆形截面的主体142，在主体142的一侧与主体142结合的罩144，和用于支撑齿轮组件120中的一个齿轮轴的支撑部件146，该支撑部件146在主体142的另一侧与主体142结合。

壳体140的主体142固定到计算机控制数控车床的一侧上，例如，主轴箱14的一侧(参考图1)。支撑壳体104固定地安装到壳体140的主体142的一侧上。止动块194固定地安装到支撑壳体104的表面上并延伸到外部。

感应头196从臂110的一个表面上突出，其对着壳体140的主体142。凸轮轴174通过连接部件150在预定位置固定到臂110的一个表面上，使得凸轮轴174可以在臂110停止旋转的位置上与止动块194接触。

壳体140的罩144和支撑部件146分别通过螺栓结合到主体142的两侧上。

正齿轮132安装到驱动电机130旋转轴的末端。

臂110通过螺栓固定到连接部件150上，连接部件150连接到蜗轮轴的另一端，下文中将详细说明。从而，臂110可以在蜗轮轴的旋转方向上旋转。

臂110在其末端设置有用于感应切削工具位置的接触式传感器22a。当臂110旋转时，安装到臂110末端的接触式传感器22a感应切削工具的位置，然后到达臂110面对切削工具的指定位置。从而，接触式传感器22a向计算机控制数控车床的控制部分提供感应信号。

齿轮组件120包括与安装到驱动电机130上的正齿轮132啮合的惰轮122；用于通过与臂110接合而旋转臂110的蜗轮124；用于旋转蜗轮124的蜗杆126；和在其一端具有正齿轮128a的蜗杆轴128。这时，蜗杆126可滑动地安装到蜗杆轴128上。

用于降低驱动电机130转速的惰轮122布置在安装到齿轮组件120蜗杆轴128上的正齿轮128a和安装到驱动电机130转轴末端上的正齿轮132之间。

蜗杆轴128的两端通过壳体140内表面上的轴承128b、128c支撑。正齿轮128a安装到蜗杆轴128的一端，并与惰轮122啮合以通过惰轮122从驱动电机130接收旋转力。

图5详细表示蜗杆轴的外部构造。

如图5中所示，台阶部分128d沿着蜗杆轴128的轴线从蜗杆轴128的一端朝向其另一端间隔预定距离的位置而形成。法兰128e形成在蜗杆轴128的另一端上。

在蜗杆轴128上，具有预定宽度和深度的延伸键槽114a纵向形成在台阶128d和法兰128e之间的外圆周面上。

蜗杆126在蜗杆轴128的另一端安装到蜗杆轴128上，并且蜗杆126可在蜗杆轴128的台阶部分128d和法兰128e之间可往复地滑动。

同时，用于防止蜗杆126相对于蜗杆轴128独立旋转的键129插入到蜗杆轴128上形成的键槽114a中。

用于弹性限定蜗杆沿着蜗杆轴128滑动的弹性部件160布置在安装到蜗杆轴128上的蜗杆126和蜗杆轴128的法兰128e之间。优选地，弹性部件160包括螺旋弹簧。

现在参考图4A和4B，蜗轮124安装到蜗轮轴170的一端，蜗轮轴170安装到与壳体140的主体142的另一侧结合的支撑部件146上。具有预定直径的凹槽124a形成在蜗轮124一个侧表面上的预定位置上。

具有预定弹性力的弹性部件124b插入凹槽124a中。球124c布置在凹槽124a的开口部分，使其由弹性部件124b弹性支撑。

台阶部分172形成在蜗轮轴170的中间部分。而且，在蜗轮轴170的一端形成螺纹。通过在将蜗轮124安装到一端后，使螺母180与蜗轮轴170的一端啮合，可以防止蜗轮124相对于蜗轮轴170独立旋转。

蜗轮轴170的另一端通过轴承170a与壳体140的支撑部件146可旋转地接合。如图4B中所示，用于安装臂110的连接部件150被强制地安装到蜗轮轴170的另一端中。

臂110的一端与被强制地安装到蜗轮轴170的另一端中的连接部件150接合，且其与蜗轮轴170一起旋转。

第一传感器190和第二传感器192布置在壳体140中。第一和第二传感器190和192布置在壳体的主体142附近，且它们彼此间隔预定距离。第一和第二传感器190和192在臂110的旋转过程中感应臂110的运动。

第一和第二传感器190，192产生关于臂位置的感应信号。当臂位于初始位置时，该臂的感应头196定位在与第二传感器192的轴线共轴的直线上。当臂运动到感应位置时，该臂的感应头196定位在与第一传感器190的轴线共轴的直线上。

下文中，将详细说明根据本发明一个优选实施例的，用于在计算机控制数控车床中检测切削工具位置的设备100的运行和效果。

在如上所述的用于在计算机控制数控车床中检测切削工具位置的设备100中，臂110在初始位置停止，而刀架运动，从而加工工件。如图4A中清楚地表示，与蜗轮124一起旋转的旋转臂110的感应头196可以与第二传感器192的轴线共轴。

保持在其初始位置的臂110远离刀架和主轴箱，使其在切削工具沿着计算机控制数控车床的床身往复运动的过程中不会妨碍切削工具的操作。

如果切削工具安装到刀架上，则控制部分判断切削工具是否正确地在其初始位置上安装到刀架上。

然后，为了检测切削工具的位置，驱动电机130开始运行和旋转。从而，旋转力通过安装到驱动电机130旋转轴上的正齿轮132和与正齿轮132啮合的惰轮122传递到蜗杆126上。

连续地，驱动电机130的旋转力通过蜗杆126传递到蜗杆轴124上，从而用于支撑蜗轮124的蜗轮轴170开始旋转，其中蜗轮124另一端通过连接部件150安装到臂110上。

因此，与蜗轮轴170结合的臂110朝向计算机控制数控车床的切削工具枢转。

这时，由于驱动电机130的旋转力，蜗杆126和蜗轮124一起旋转，从而与蜗轮124一起旋转的旋转臂110的感应头196接近第一传感器190。当感应头196接近第一传感器190时，第一传感器190感应臂的运动，并向计算机控制数控车床的控制部件传递感应信号。

计算机控制数控车床的控制部件确认臂已经到达到感应位置，并使刀架的切削工具向接触式传感器22a运动。

图5表示根据本发明一个优选实施例的用于检测切削工具位置的设备的臂朝向感应位置运动的操作状态。

如图5中所示，如果蜗杆轴128沿预定方向旋转，例如，沿由箭头“①”表示的方向，则蜗杆126沿由箭头“②”表示的方向旋转。这时，与蜗杆126啮合的蜗轮124沿由箭头“③”表示的方向旋转，直到凸轮轴174到达止动块194。

如果旋转臂110沿由箭头“③”表示的方向旋转，则固定到旋转臂110上的凸轮轴174突出端与止动块194一个截面接触，从而停止在所在检测位置。当凸轮轴174到达止动块194时，根据预先编程到计算机控制数控车床10中的程序，刀架朝向接触式传感器22a附近的位置运动，从而切削工具的前末端开始与接触式传感器22a接触。这时，接触式传感器22a向控制部分提供感应信号。如上所述，控制部分在判断感应头196是否靠近第一传感器190后，判断旋转臂110是否到达感应位置。

图6表示根据本发明一个优选实施例的用于检测切削工具位置的设备的蜗杆沿轴向中运动的操作状态。

参考图6，当凸轮轴174到达止动块194时，蜗轮124无法进一步旋转，从而停止旋转。在这种状态下，如果驱动电机130运行预定时间，例如，大约0.5秒，则蜗杆轴128沿由箭头“①”表示的方向连续旋转。这时，与蜗轮124啮合的蜗杆126开始旋转并沿由箭头“④”表示的方向运动。结果，蜗杆126的另一端与蜗杆轴128的台阶部分128d间隔预定距离(G)，且弹性部件160可以与其相应地被压缩。

图7表示根据本发明一个优选实施例的用于检测切削工具位置的设备的蜗杆沿后退方向后退的操作状态。

如图7中所示，当驱动电机130停止运行时，弹性部件160的弹性力开始沿由箭头“⑤”表示的方向上向蜗杆126施加弹性力。这时，在顺时针方向向与蜗杆126啮合的蜗轮124施加力。结果，旋转臂110连续地定位感应位置上，同时驱动电机130停止运行。

在这种状态下，当刀架运动，然后与接触式传感器22a接触时，接触式传感器22a产生感应信号。然后，为了使旋转臂110返回其初始位置，驱动电机130在倒退方向运行。

图8表示根据本发明一个优选实施例的用于检测切削工具位置的设备的臂返回其初始位置的操作状态。

当驱动电机130在倒退方向运行时，轴128沿由箭头“⑥”表示的方向旋转。这时，由于轴128的旋转力和弹性部件160的弹力，蜗杆126在由箭头“⑧”表示的方向进行旋转运动，并沿由箭头“⑦”表示的方向进行直线运动。与蜗杆126啮合的蜗轮124沿由“⑨”表示的方向旋转，直到旋转臂110的接触式传感器22a到达与旋转臂初始准备状态相对应的初始位置。然后，工件可以通过位置经过精确修正的切削工具精确地机加工。

工业实用性

如上所述，在根据本发明的用于自动检测计算机控制数控车床中的切削工具位置的设备中，可以通过允许臂安全地停止在检测切削工具的位置上同时驱动电机停止运行，而防止驱动电机超载运行。从而，可以大大提高用于自动检测切削工具位置的设备的耐用性。

尽管本发明已经部分地表示，并参考其特定实施例进行了说明，但本领域技术人员可以理解能够在形式和内容上实现多种变化，而不会偏离由所附权利要求限定的本发明的精神与范围。

Claims (6)

1.一种用于自动检测计算机控制数控车床中的切削工具位置的设备，该设备包括：

用于感应计算机控制数控车床中的切削工具位置的接触式传感器；

用于将该接触式传感器运动到预定位置以感应切削工具位置的臂，该臂设置有感应头，该感应头从该臂的一个侧面突出预定长度；

用于在预定旋转角范围内枢转该臂的齿轮组件，该齿轮组件与臂结合且包括涡轮、蜗杆、蜗杆轴，其中蜗杆可滑动地安装在蜗杆轴上；

用于向齿轮组件提供驱动力的驱动电机；和

用于容纳齿轮组件和驱动电机的壳体，其中支撑壳体固定地安装到壳体主体的一侧，止动块固定地安装到支撑壳体的外露表面上，用于在臂旋转过程中感应臂接近状态的第一和第二传感器安装在壳体的一个表面上。

2.根据权利要求1所述的用于自动检测计算机控制数控车床中的切削工具位置的设备，其特征在于，所述齿轮组件包括与安装到驱动电机上的正齿轮啮合的惰轮，用于通过与该臂啮合而旋转该臂的所述蜗轮，用于旋转蜗轮的所述蜗杆，和在其一端具有正齿轮的所述蜗杆轴。

3.根据权利要求2所述的用于自动检测计算机控制数控车床中的切削工具位置的设备，其特征在于，所述蜗杆轴具有台阶部分，该台阶部分形成在从蜗杆轴一端朝向其另一端间隔预定距离的部分上，并且法兰形成在蜗杆轴的另一端上。

4.根据权利要求3所述的用于自动检测计算机控制数控车床中的切削工具位置的设备，其特征在于，所述蜗杆可滑动地安装在台阶部分和蜗杆轴的法兰之间，其中用于弹性支撑蜗杆的弹性部件布置在蜗杆和蜗杆轴法兰之间，从而限制蜗杆的滑动。

5.根据权利要求2所述的用于自动检测计算机控制数控车床中的切削工具位置的设备，其特征在于，所述接触式传感器安装到该臂的末端，凸轮轴固定地安装在该臂径向外侧的圆周面上。

6.根据权利要求5所述的用于自动检测计算机控制数控车床中的切削工具位置的设备，其特征在于，所述壳体的主体固定到计算机控制数控车床主轴箱的一侧上，蜗杆和与蜗杆啮合的蜗轮一起旋转，直到该臂的凸轮轴与止动块接触，然后该臂到达预定感应位置，当该臂旋转从而其到达预定感应位置时，切削工具开始在预先编程的加工条件下运动，然后与接触式传感器接触，从而接触式传感器产生感应信号，然后其向计算机控制数控车床的控制部分提供该感应信号。

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