CN101126618B - 三坐标测量机主轴气动安全保护装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于数控精密测量设备领域，涉及一种三坐标测量机的安全保护装置，尤其是对主轴及测头的安全保护。安全保护装置主要由单向孔盘、主气缸盖、副气缸盖、止退盘、推杆、复位弹簧、膜片等零件组成。气缸的主气缸盖与止退盘用推杆连接在一起，推杆上装有复位弹簧，推杆和复位弹簧用弹簧座固定在止退盘上，推杆的一端穿过止退盘上的孔插入单向孔盘的孔中；单向孔盘用螺钉固定在钢丝轮盘上；与气缸连为一体的止退盘通过键固定在钢丝轮盘的转动轴上。本发明采用单向孔盘与止退盘联合动作的组合设计结构，当测量机发生故障时，其动作快速、可靠，不仅能够明显减小主轴的滑移距离，而且能够使滑移距离得到量化，进一步确保了主轴及测头的安全。

Description

三坐标测量机主轴气动安全保护装置

技术领域

本发明属于数控精密测量设备领域，涉及一种三坐标测量机的安全保护装置，尤其是对主轴及测头的安全保护。

背景技术

主轴是测量机中最易于出现严重损坏的部分。主轴一般沿铅垂方向运动。一般情况下，测头都装在主轴下端，若主轴失去平衡或速度过快都容易使测头受到损坏。为保护测头及主轴的安全，三坐标测量机对主轴状态实时监测，一旦测量机处于非正常状态，立即发出紧急制动信号，使主轴锁定。目前，坐标测量机中公知的主轴安全保障系统主要有主轴动平衡机构、机械运动保护和紧急制动等。

三坐标测量机有一个平衡机构，通过气缸或配重使主轴处于动平衡状态。当使用平衡气缸时，主轴与活塞之间用机械连接，当主轴运动时，活塞也随着上下运动，压缩空气经减压阀被压入气缸或从气缸中释放。在气缸上部装有一个盘形闸瓦，如果供给气缸的压力正常，闸瓦打开；若压力低于设定的阀值，闸瓦立即锁紧，将活塞杆抱紧，防止主轴自行下落，以此来保证主轴的安全。但此种装置的条件是必须保证活塞杆的直径足够大，这样锁紧才可靠，而且锁紧活塞杆时，由于是滑动摩擦，主轴势必会有一段距离的滑行(滑行距离与活塞杆和缩紧机构的材料以及缩紧力有关，滑行距离的量化不好控制)，这对保障主轴的绝对安全显然存在一定缺陷。

发明内容

本发明的目的是提供一种能有效控制主轴的滑行距离，在出现主轴失去平衡或速度过快等非正常状态，立即使主轴锁定的三坐标测量机主轴气动安全保护装置。本发明的技术解决方案是，安全保护装置主要由单向孔盘、主气缸盖、副气缸盖、止退盘、推杆、复位弹簧、膜片等零件组成。气缸的主气缸盖与止退盘用推杆连接在一起，推杆上装有复位弹簧，推杆和复位弹簧用弹簧座固定在止退盘上，推杆的一端穿过止退盘上的孔插入单向孔盘的孔中；单向孔盘用螺钉固定在钢丝轮盘上；与气缸连为一体的止退盘通过键与钢丝轮盘的转动轴上。

止退盘的圆周上均匀开有三个槽口，每个槽口中设置两个圆孔，两圆孔间的径向夹角为30°；单向孔盘的圆周上间隔分布六个长孔和六个圆孔，依照止退盘槽口的径向夹角，设定单向孔盘圆周上任意相邻两圆孔间的径向夹角为θ1，与径向夹角θ1沿逆时针方向的相邻圆孔间的径向夹角为θ2，与径向夹角θ1沿顺时针方向的相邻圆孔间的径向夹角为θ6；与径向夹角θ2沿逆时针方向的相邻圆孔间的径向夹角为θ3，与径向夹角θ3沿逆时针方向的相邻圆孔间的径向夹角为θ4，与径向夹角θ4沿逆时针方向的相邻圆孔间的径向夹角为θ5，与径向夹角θ5相邻的径向夹角为θ6；径向夹角与其两侧两个相邻的两圆孔的径向夹角之差为±1°～5°。止退盘槽口的径向夹角为55°～60°。单向孔盘圆周上任意一个两圆孔的夹角为θ1，其中，θ1＝θ3＝θ5，θ2＝θ4，θ6为余角。单向孔盘的圆周上分布的六个长圆孔和六个圆孔可以改为六个螺旋齿，其螺旋齿的螺旋齿的角度为30°，六个螺旋齿均匀分布。

本发明采用单向孔盘与止退盘的结构设计，此种结构一方面简化了加工工艺，另一方面当测量机发生故障时，其动作快速、可靠，不仅能够明显减小主轴的滑移距离，而且使滑移距离得到量化，进一步确保了主轴及测头的安全。

附图说明

图1是本发明的系统框图

图2是本发明纵向剖面构造示意图；

图3是本发明单向孔盘的立体示意图；

图4是图3的正面投影图；

图5是本发明止退盘的正面投影图；

图6是本发明单向孔盘另一结构形式的立体示意图；

图7是图6的侧视图；

图8是本发明中使用图6单向孔盘的纵向剖面构造示意图。

具体实施方式

安全保护装置主要由单向孔盘1、主气缸盖4、副气缸盖10、止退盘5、推杆8、复位弹簧6、膜片9等零件组成。气缸的主气缸盖4与止退盘5用推杆8连接在一起，推杆8上装有复位弹簧6，推杆8和复位弹簧6用弹簧座7固定在止退盘5上，推杆8的一端穿过止退盘5上的孔插入单向孔盘1的孔中；单向孔盘1用螺钉17固定在钢丝轮盘18上；与气缸连为一体的止退盘5通过键16固定在钢丝轮盘18的转动轴19上。

止退盘5的圆周上均匀开有三个槽口20、21、22，每个槽口中设置两个圆孔，两圆孔间的径向夹角为30°；单向孔盘1的圆周上间隔分布六个长孔和六个圆孔，依照止退盘5槽口20或21或22的径向夹角，设定单向孔盘1圆周上任意相邻两圆孔间的径向夹角为θ1，与径向夹角θ1沿逆时针方向的相邻圆孔间的径向夹角为θ2，与径向夹角θ1沿顺时针方向的相邻圆孔间的径向夹角为θ6；与径向夹角θ2沿逆时针方向的相邻圆孔间的径向夹角为θ3，与径向夹角θ3沿逆时针方向的相邻圆孔间的径向夹角为θ4，与径向夹角θ4沿逆时针方向的相邻圆孔间的径向夹角为θ5，与径向夹角θ5相邻的径向夹角为θ6；径向夹角与其两侧两个相邻的两圆孔的径向夹角之差为±1°～5°。止退盘槽口20或21或22的径向夹角为55°～60°。单向孔盘1圆周上任意一个两圆孔的夹角为θ1，其中，θ1＝θ3＝θ5，θ2＝θ4，θ6为余角。单向孔盘1的圆周上分布的六个长圆孔和六个圆孔可以改为六个螺旋齿23，其螺旋齿23的螺旋齿的角度为30°，六个螺旋齿均匀分布。

单向孔盘1中的圆孔和长孔为锁止孔，止退盘5上的圆孔为推杆8的位置孔，单向孔盘1的锁止孔和止退盘5圆孔与推杆8共同保证了在最小5°范围内即可锁止单向孔盘1，而且，通过这个角度可以计算出转动轴19的最大滑移长度。通过单向孔盘1和止退盘5上孔的合理布置，可进一步细分角度范围，角度范围最小可细分到1°，以减小主轴滑移长度。

本发明的动作由气路进行控制，当测量机正常工作时，电磁阀打开气路，气缸压缩复位弹簧6，带动推杆8脱离单向齿孔盘1，钢丝轮盘18可以随意转动。当测量机出现异常情况或气路压力低于额定值时，控制系统立即把监测到的信号发送给电磁阀，电磁阀断开气路，复位弹簧6带动推杆8锁住单向齿孔盘1，转动轴19停止运动。本发明中气缸推动活塞顶杆15的力，与复位弹簧6的压力相适应，并保证气缸中的压力在低于工作压力时，复位弹簧6将推杆8压入单向孔盘1。

实施例一

主气缸盖4、膜片9、副气缸盖10与压板13和活塞顶杆15用螺钉24连接组成气缸。活塞顶杆15与主气缸盖4之间安装一铜套12，气缸再与止退盘5一起通过键16安装到钢丝轮盘18的转动轴19上，转动轴19与主气缸盖4之间夹一密封垫11，转动轴19与止退盘5相互之间不能发生相对转动。止退盘5上六个圆孔处上面各安装一个弹簧座7，止退盘5的每个圆孔中套装铜套3，六个推杆8分别插入止退盘5的六个圆孔中，推杆8上套装复位弹簧6，主气缸盖4上打有孔，推杆8通过此孔把主气缸盖4固定于推杆8与止退盘5之间，六个推杆8均插入单向孔盘1的圆孔或长圆孔中；当止退盘5的圆周上均匀开有三个槽口20、21、22，每个槽口中设置两个圆孔26、27，两圆孔间的径向夹角为30°，槽口20或21或22的角度为60°；单向孔盘1的圆周上间隔分布六个长孔和六个圆孔，依照止退盘槽口20或21或22的径向夹角，设定任意相邻两圆孔间的径向夹角θ1＝60°，θ1＝θ3＝θ5＝60°，θ2＝θ4＝55°，θ6为余角＝70°。单向孔盘1与钢丝轮盘19通过螺钉25连接，使单向孔盘1可以绕其转动轴19转动。当气缸通过气管接头14进气达到额定压力时，压缩复位弹簧6，带动推杆8脱离单向齿孔盘1，钢丝轮可以随意转动。当气缸压力低于额定压力，复位弹簧6带动锁紧爪8锁止单向齿孔盘1，钢丝轮盘停止转动。在钢丝轮盘18与单向孔盘5之间装有一缓冲垫2，可以防止锁紧爪冲击钢丝轮盘18，同时避免发出过大的声音。

当测量机正常工作时，电磁阀打开气路，气缸压缩复位弹簧6，带动推杆8脱离单向齿孔盘1，钢丝轮盘18可以随意转动。当测量机出现异常情况或气路压力低于额定值时，控制系统立即把监测到的信号发送给电磁阀，电磁阀断开气路，复位弹簧6带动推杆8锁住单向齿孔盘1，转动轴19停止运动。本发明中气缸推动活塞顶杆15的力，与复位弹簧6的压力相适应，并保证气缸中的压力在低于工作压力时，复位弹簧6将推杆8压入单向孔盘1的长孔或圆孔中，锁止转动轴19。

实施例二

主气缸盖4、膜片9、副气缸盖10与压板13和活塞顶杆15用螺钉24连接组成气缸。活塞顶杆15与主气缸盖4之间安装一铜套12，气缸再与止退盘5一起通过键16安装到钢丝轮盘18的转动轴19上，转动轴19与主气缸盖4之间夹一密封垫11，转动轴19与止退盘5相互之间不能发生相对转动。止退盘5上六个圆孔处上面各安装一个弹簧座7，止退盘5的每个圆孔中套装铜套3，六个推杆8分别插入止退盘5的六个圆孔中，推杆8上套装复位弹簧6，主气缸盖4上打有孔，推杆8通过此孔把主气缸盖4固定于推杆8与止退盘5之间，六个推杆8均插入单向孔盘1的圆孔或长圆孔中；止退盘5的圆周上均匀开有三个槽口20、21、22，每个槽口中设置两个圆孔26、27，两圆孔间的径向夹角为30°，槽口20或21或22的角度为60°；单向孔盘1的圆周上分布六个螺旋齿23，其螺旋齿23的角度为30°，六个螺旋齿均匀分布。依照止退盘槽口20或21或22的径向夹角，设定任意相邻两圆孔间的径向夹角θ1＝55°，θ1＝θ3＝θ5＝55°，θ2＝θ4＝60°，θ6为余角＝75°。单向孔盘1与钢丝轮盘19通过螺钉25连接，使单向孔盘1可以绕其转动轴19转动。当气缸通过气管接头14进气达到额定压力时，压缩复位弹簧6，带动推杆8脱离单向齿孔盘1，钢丝轮可以随意转动。当气缸压力低于额定压力，复位弹簧6带动锁紧爪8锁止单向齿孔盘1，钢丝轮盘停止转动。在钢丝轮盘18与单向孔盘5之间装有一缓冲垫2，可以防止锁紧爪冲击钢丝轮盘18，同时避免发出过大的声音。

当测量机正常工作时，电磁阀打开气路，气缸压缩复位弹簧6，带动推杆8脱离单向齿孔盘1，钢丝轮盘18可以随意转动。当测量机出现异常情况或气路压力低于额定值时，控制系统立即把监测到的信号发送给电磁阀，电磁阀断开气路，复位弹簧6带动推杆8锁住单向孔盘1，转动轴19停止运动。本发明中气缸推动活塞顶杆15的力，与复位弹簧6的压力相适应，并保证气缸中的压力在低于工作压力时，复位弹簧6将推杆8压入单向孔盘1，使单向孔盘1的螺旋齿23与止退盘5上的推杆8共同作用锁止转动轴19。

Claims (4)

1.一种由气缸的主气缸盖、气缸的副气缸盖、膜片、压板、活塞杆和气管接头组成的三坐标测量机主轴气动安全保护装置，其特征是，气缸的主气缸盖(4)与止退盘(5)用推杆(8)连接在一起，推杆(8)上装有复位弹簧(6)，推杆(8)和复位弹簧(6)用弹簧座(7)固定在止退盘(5)上，推杆(8)的一端穿过止退盘(5)上的孔插入单向孔盘(1)的孔中；单向孔盘(1)用螺钉(17)固定在钢丝轮盘(18)上；与气缸连为一体的止退盘(5)通过键(16)固定在钢丝轮盘(18)的转动轴(19)上。

2.根据权利要求1所述的三坐标测量机主轴气动安全保护装置，其特征是，止退盘的圆周上均匀开有三个槽口(20、21、22)，每个槽口中设置两个圆孔，两圆孔间的径向夹角φ为30°；单向孔盘(1)的圆周上间隔分布6个长孔和6个圆孔，依照止退盘槽口(20)的径向夹角

设定单向孔盘(1)圆周上任意相邻两圆孔间的径向夹角为θ1，与径向夹角θ1沿逆时针方向的相邻圆孔间的径向夹角为θ2，与径向夹角θ1沿顺时针方向的相邻圆孔间的径向夹角为θ6；与径向夹角θ2沿逆时针方向的相邻圆孔间的径向夹角为θ3，与径向夹角θ3沿逆时针方向的相邻圆孔间的径向夹角为θ4，与径向夹角θ4沿逆时针方向的相邻圆孔间的径向夹角为θ5，与径向夹角θ5相邻的径向夹角为所述径向夹角θ6；径向夹角θ1与其两侧两个相邻的两圆孔的径向夹角之差为±1°～5°。

3.根据权利要求2所述的三坐标测量机主轴气动安全保护装置，其特征是，止退盘槽口的径向夹角

为55°～60°。

4.根据权利要求2所述的三坐标测量机主轴气动安全保护装置，其特征是，所述径向夹角θ1＝径向夹角θ3＝径向夹角θ5，径向夹角θ2＝径向夹角θ4，径向夹角θ6为余角。

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