CN101152672B - 电动式卡盘开闭装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种即使在主轴的旋转过程中也能容易地调节卡盘的把持力，能以高的加工精度高效率地加工工件，并且能量消耗量小，可紧凑地设计机床的电动式卡盘开闭装置。电动式卡盘开闭装置(21)具有：用于把持工件的卡盘(2)；在外周设置有调节齿轮(3)的转换装置(4)；使转换装置(4)和卡盘(2)连接的拉杆(5)；设置在主轴(15)上的传递齿轮(6)；可旋转地被轴支撑成与主轴(15)平行的第二旋转轴(7)；可旋转地设置在第二旋转轴(7)上的第一齿轮(8)和第二齿轮(9)；驱动第一齿轮(8)的辅助电动机(10)；可使辅助电动机(10)和第二旋转轴(7)连接/解除的第一离合器(11)；以及可使第二旋转轴(7)和第二齿轮(9)连接/解除的第二离合器(12)。

Description

电动式卡盘开闭装置

技术领域

本发明涉及利用电动式驱动装置来使设置在机床的主轴上的卡盘开闭的电动式卡盘开闭装置。

背景技术

作为车床等的机床，已知有在主轴的前端安装有用于握住工件(工作件)的卡盘的卡盘开闭式机床。现有的卡盘开闭式机床由于利用油压汽缸来进行卡盘的开闭，因而需要油压汽缸，具有必须定期进行工作油更换的不利问题。并且，在加工中，为了维持油压而有必要使泵始终工作，因而还具有能量消耗量大的问题。此外，还具有由于油压汽缸的发热而使温度上升从而使工件的加工精度恶化的不利问题。而且，在如薄壁工件的加工那样，在主轴的旋转过程中需要变更卡盘的把持力的加工的情况下，一旦停止主轴的旋转后，必须变更卡盘的把持力，因而作业麻烦，还具有加工需要很长时间的不利问题。

因此，如专利文献1所述，设计了一种电动式卡盘开闭机构，该电动式卡盘开闭机构在主轴的旋转驱动用的电动机之外另外设置有卡盘开闭用的辅助电动机，利用该辅助电动机，可在主轴的旋转过程中调节卡盘的把持力。并且，如专利文献2所述，还设计了一种电动式卡盘开闭机构，该电动式卡盘开闭机构设置有：经由插通于主轴内部的拉管来使卡盘开闭的齿轮机构，以及可使齿轮机构和辅助电动机连接/解除的离合器。

【专利文献1】日本特开昭58-217204号公报

【专利文献2】日本特开2001-246510号公报

然而，上述专利文献1所公开的电动式卡盘开闭机构在主轴的旋转过程中，必须总是使卡盘开闭用的辅助电动机同步旋转，因而具有能量消耗量极大的不利问题。另一方面，上述专利文献2所公开的电动式卡盘开闭机构只要在想要变更卡盘的把持力的情况下使辅助电动机同步旋转即可，因而能量消耗量小。然而，由于必须在主轴的轴线上设置离合机构，因而必须将主轴设计得较长，并且从主轴的减振观点看，主轴的直径也必须较大，具有不能紧凑地设计机床的不利问题。并且，还具有由于主轴等的重量而使惯性增大的问题。

此外，在专利文献1和2的电动式卡盘开闭机构中，在使主轴的周速保持恒定来加工工件的情况下(所谓的周速恒定控制)，由于主轴的转速变动而使卡盘的爪的离心力变化，具有工件的端面的加工精度恶化的不利问题。

发明内容

本发明的目的是解决上述现有的卡盘开闭装置的问题，提供一种即使在主轴的旋转过程中也能容易地调节卡盘的把持力，能以高的加工精度高效率地加工工件，并且能量消耗量小，从而可紧凑地设计机床的电动式卡盘开闭装置。

本发明内的第一方面的发明是一种电动式卡盘开闭装置，其特征在于，该电动式卡盘开闭装置具有：卡盘，其设置在机床的主轴的前端，利用把持部来把持工件；转换装置，其设置在主轴轴线上，并在外周设置有调节齿轮，该转换装置用于把该调节齿轮的旋转运动转换成主轴轴线方向的线性运动；拉杆，其设置在该转换装置和卡盘之间，通过转换装置进行线性运动，从而使卡盘的把持部动作来保持/释放工件；传递齿轮，其设置在主轴的外周；第一齿轮，其可旋转地设置在与主轴平行的第二旋转轴上而始终与上述第二旋转轴一起旋转，并与上述调节齿轮啮合；第二齿轮，其可旋转地设置在上述第二旋转轴上，并与上述传递齿轮啮合；辅助电动机，其可对上述第一齿轮进行旋转驱动；第一离合器，其可使该辅助电动机和上述第二旋转轴连接/解除；以及第二离合器，其可使上述第二齿轮和上述第二旋转轴连接/解除。

根据第二方面的发明，其特征在于，在第一方面的发明中，在主轴的旋转过程中，使辅助电动机与第二旋转轴同步旋转，使第一离合器连接，并解除第二离合器，使主轴和转换装置的旋转运动产生旋转差、使卡盘的把持力变化，在卡盘获得规定的把持力后，使第二离合器连接，并解除第一离合器，从而在主轴的旋转过程中变更卡盘的把持力。

根据第三方面的发明，其特征在于，在第一或第二方面所述的发明中，该电动式卡盘开闭装置设置有用于检测转换装置的调节齿轮和主轴的传递齿轮的旋转速度差的检测器。

根据第四方面的发明，其特征在于，在第一～第三方面的任一项所述的发明中，该电动式卡盘开闭装置具有用于计算由主轴的转速变化引起的卡盘的爪的离心力的变化量的运算单元；在主轴被控制为周速恒定的情况下，与主轴的转速变动同步，由上述运算单元计算卡盘的爪的离心力的变化量，使用该变化量来校正卡盘的把持力，从而将卡盘的把持力控制成恒定。

第一方面和第二方面的发明的电动式卡盘开闭装置利用转换装置来将与主轴的驱动电动机另外设置的辅助电动机的旋转运动转换成线性运动，并将该线性运动经由拉杆传递到卡盘，从而可在主轴的旋转过程中变更卡盘的把持力。因此，根据第一方面和第二方面的发明的电动式卡盘开闭装置，即使不使用高价的卡盘，也能以高精度加工工件。

并且，第一方面和第二方面的发明的电动式卡盘开闭装置由于无需油压汽缸，因而无需使泵总是工作，具有使辅助电动机和第一齿轮(与转换装置的调节齿轮啮合的齿轮)连接/解除的离合机构(第一离合器)，并且无需使卡盘开闭用的辅助电动机总是同步旋转，只要在变更卡盘的把持力时把电力提供给辅助电动机即可，因而伴随卡盘的把持力变更的能量消耗量小。

而且，第一方面和第二方面的发明的电动式卡盘开闭装置由于在与主轴平行设置的第二旋转轴上具有离合机构(第一离合器和第二离合器)，因而可缩短主轴自身。因此，根据第一方面和第二方面的发明的电动式卡盘开闭装置，可紧凑地设计机床，可防止伴随主轴的重量增大而使惯性增加的事态。

第三方面的发明的电动式卡盘开闭装置在转换装置的调节齿轮的旋转速度与主轴的传递齿轮的旋转速度产生偏差的情况下，可利用检测器来检测该事态，因而可防止由于在不期望的定时转换装置相对主轴无意地进行相对旋转而使卡盘松动的事态。

第四方面的发明的电动式卡盘开闭装置在进行使主轴的旋转速度保持恒定的状态下进行加工的恒定周速控制时，即使在主轴的旋转速度无意地发生变动的情况下，对应于该主轴的旋转速度的变动，卡盘也保持恒定的把持力，因而可有效地防止工件脱落、或者由于卡盘的把持力变化而使工件的加工精度下降的事态。

附图说明

图1是安装有电动式卡盘开闭装置的机床的剖面图。

图2是示出机床的控制机构的框图。

标号说明

1：机床；2：卡盘；3：调节齿轮；4：转换装置；5：拉杆；6：传递齿轮；7：第二旋转轴；8：第一齿轮；9：第二齿轮；10：辅助电动机；11：第一离合器；12：第二离合器；15：主轴；20：第一检测器；22：控制装置；24：第二检测器；25：运算单元。

具体实施方式

以下，根据附图对本发明的电动式卡盘开闭装置的一个实施方式进行详细说明。图1是安装有电动式卡盘开闭装置的机床的剖面图，图2是示出机床的控制机构的框图。在机床1上安装有电动式卡盘开闭装置21，该电动式卡盘开闭装置21包括：卡盘2，具有调节齿轮3的转换装置4，拉杆5，传递齿轮6，第二旋转轴7，第一齿轮8，第二齿轮9，辅助电动机10，第一离合器11，以及第二离合器12。

机床1是所谓的内置电动机型机床，用于对可旋转地支撑在主轴台14上的主轴15进行旋转驱动的主轴电动机13处于收纳在外壳16的内部的状态。另外，在主轴电动机13的后方设置有用于检测主轴15的转速的第一检测器20，该第一检测器20如图2所示，与跟机床1的主体分开而另外设置的控制装置22连接。此外，主轴电动机13也与控制装置22连接(经由接口26与控制装置的CPU27连接)。并且，在主轴15的前端安装有用于把持工件的卡盘2。

另一方面，在主轴15的后方侧固定有外筒部件17，与主轴15成一体地旋转。而且，在该外筒部件17的后端的外周设置有传递齿轮6。并且，在外筒部件17的后方可旋转地嵌入有用于把旋转运动转换成线性运动的转换装置(滚珠丝杆)4，在该转换装置4的后端的外周设置有与外筒部件17的传递齿轮6相同齿数的调节齿轮3。

并且，在主轴15的内部贯穿设有长条状的拉杆5，该拉杆5的基端部分处于朝转换装置4的后方突出的状态。在该拉杆5的基端侧的外周螺刻有螺纹槽(未作图示)，成为与螺刻在转换装置4的内面的螺纹槽(未作图示)啮合的状态。而且，转换装置4可将调节齿轮3的旋转运动转换成拉杆5的线性运动(图1中的朝X方向的线性运动)。

并且，拉杆5的前端处于与卡盘2卡合的状态。而且，卡盘2可将拉杆5的沿X方向的线性运动转换成工件的把持/释放运动(使用未作图示的爪对工件的把持/释放运动)。另外，作为该卡盘机构，可优选采用公知的机构。另一方面，在朝转换装置4的后方突出的拉杆5的基端连接着碟形弹簧18，该碟形弹簧18用于将拉杆5朝卡盘保持工件的方向施力。

另一方面，在上述的主轴主体部分的侧方设置有用于在主轴15的旋转过程中驱动转换装置4的辅助驱动装置23。在该辅助驱动装置23的前方侧，设置有能以与主轴15平行配置的旋转轴为中心旋转的第二旋转轴7。而且，在该第二旋转轴7的周围设置有第二离合器12、第二齿轮9以及第一齿轮8，这些第二齿轮9和第一齿轮8分别处于与外筒部件17的传递齿轮6和转换装置4的调节齿轮3啮合的状态。另外，第一齿轮8和第二齿轮9是相同减速比的齿轮(相同齿数的齿轮)。并且，辅助电动机10经由第一离合器11与第二旋转轴7的基端侧连接。

第一齿轮8固定在第二旋转轴7上，始终与第二旋转轴7一起旋转。并且，可利用第一离合器11来使辅助电动机10和第二旋转轴7(第二齿轮9)连接/解除。而且，可利用第二离合器12来使第二齿轮9和第二旋转轴7连接/解除。此外，在第二旋转轴7的前端设置有用于检测第二旋转轴7的转速的第二检测器24，该第二检测器24如图2所示，与控制装置22连接。并且，辅助电动机10也与控制装置22连接。

按上述那样构成的机床1在停止了主轴15的旋转时，在打开卡盘2来把持工件的情况下，通过使第一离合器11连接，从而成为可使用辅助电动机10进行第一齿轮8的旋转驱动的状态。而且，通过解除第二离合器12的连接，可使转换装置4的调节齿轮3独立于主轴15旋转。然后，在该状态下，使辅助电动机10朝规定的方向(以下称为第一方向)旋转，并使第一齿轮8旋转，从而使与第一齿轮8啮合的调节齿轮3旋转，利用丝杆机构来使与转换装置4连接的拉杆5沿X轴方向移动到前端侧，从而释放卡盘2的爪(未作图示)，处于可把持工件的状态。另外，在对辅助电动机10进行旋转驱动时，借助辅助电动机10的反作用力进行锁定，以使主轴15不旋转，并使主轴电动机13不旋转。并且，作为使卡盘2的爪释放到规定位置的方法，例如可采用以下方法，即：利用程序来计算使卡盘2的爪释放到规定位置所需要的辅助电动机10的旋转量，并根据该计算值对辅助电动机10进行旋转控制。

在卡盘2的爪释放到规定位置后，将工件插入到卡盘爪之间，使辅助电动机10朝与第一方向相反的第二方向旋转，并使第一齿轮8旋转，从而使调节齿轮3旋转，使拉杆5沿X轴方向移动到基端侧，从而夹紧卡盘(闭合卡盘2的爪)，用规定的力把持工件。另外，作为利用卡盘2的爪来用规定的力把持工件的方法，例如可采用以下方法，即：预先调查工件的把持力和向辅助电动机10施加的转矩的关系，利用程序来使辅助电动机10旋转直到施加规定的转矩，从而用规定的力把持工件。

如上所述，在用规定的把持力把持工件后，使第二离合器12连接，并解除第一离合器11的连接。然后，通过使主轴电动机15旋转来使主轴15旋转，进行工件加工。另外，机床1可使用设置在主轴15上的第一检测器20和设置在第二旋转轴7上的第二检测器24来检测第一齿轮8和第二齿轮9的偏差、以及调节齿轮3和传递齿轮6的偏差。然后，在各组齿轮产生偏差的情况下，主轴自动停止，从而防止由于转换装置4相对主轴15无意地进行相对旋转而使卡盘2松动的事态。

并且，在主轴15的旋转过程中变更卡盘2的把持力的情况下，使辅助电动机10与伴随主轴15的旋转而旋转的第二旋转轴7同步旋转，在该状态下，通过使第一离合器11连接，从而处于可使用辅助电动机10进行第一齿轮8的旋转驱动的状态。这样，通过使辅助电动机10与第二旋转轴7同步旋转，可减少在使第一离合器11连接时的机械冲击。然后，通过解除第二离合器12的连接，可使调节齿轮3与主轴15独立地旋转。然后，在该状态下，通过使辅助电动机10减速或增速来使与第一齿轮88啮合的调节齿轮3相对主轴15进行相对旋转。通过该调节齿轮3的相对旋转，使拉杆5沿X轴方向移动到前端侧或基端侧，从而调节卡盘2对工件的把持力。

然后，在卡盘2被调节为规定的把持力后，使第二离合器12连接，使转换装置4不能相对主轴15进行相对旋转，并解除第一离合器11的连接。然后，停止辅助电动机10。通过该一系列的动作，即使在主轴15的旋转过程中，也能调节卡盘2对工件的把持力。

另外，在控制装置22的内部设置有用于计算由主轴15的转速变化引起的卡盘2的爪的离心力的变化量的运算单元25(与控制装置22的CPU27连接)。而且，在将主轴15的周速控制为恒定的恒定周速控制中，在主轴15的转速变动时，使用运算单元25来计算伴随该主轴15的转速变动的离心力的变化量，与主轴15的转速变动同步，根据计算出的离心力的变化量使拉杆5的推力(沿X轴方向的推力)增减，从而将卡盘2的把持力控制成恒定。

电动式卡盘开闭装置21如上所述具有：把持工件的卡盘2；在外周设置有调节齿轮3的转换装置4；使转换装置4和卡盘2连接的拉杆5；设置在主轴15上的传递齿轮6；可旋转地被轴支撑成与主轴15平行的第二旋转轴7；可旋转地设置在第二旋转轴7上的第一齿轮8；可旋转地设置在第二旋转轴7上的第二齿轮9；驱动第一齿轮8的辅助电动机10；可使辅助电动机10和第二旋转轴7连接/解除的第一离合器11；以及可使第二旋转轴7和第二齿轮9连接/解除的第二离合器12。而且，在主轴15的旋转过程中，使辅助电动机10与第二旋转轴7同步旋转，使第一离合器11连接，并解除第二离合器12，使得与主轴15产生旋转差来使卡盘2的把持力变化，在卡盘2获得规定的把持力后，使第二离合器12连接，并解除第一离合器11，停止辅助电动机10，从而可变更卡盘2的把持力。因此，根据电动式卡盘开闭装置21，即使不使用高价的卡盘，也能以高精度加工工件。

并且，电动式卡盘开闭装置21由于无需油压汽缸，因而无需使泵总是工作，具有使辅助电动机10和第一齿轮8(与转换装置4的调节齿轮3啮合的齿轮)连接/解除的离合机构(第一离合器11)，并且无需使卡盘2的开闭用的辅助电动机10总是同步旋转，只要在变更卡盘2的把持力时把电力提供给辅助电动机10即可，因而伴随卡盘2的把持力变更的能量消耗量小。

而且，电动式卡盘开闭装置21由于在与主轴15平行设置的第二旋转轴7上具有离合机构(第一离合器11和第二离合器12)，因而可缩短主轴15自身。因此，根据电动式卡盘开闭装置21，可紧凑地设计机床，可防止伴随主轴15的重量增大而使惯性增加的事态。

并且，电动式卡盘开闭装置21由于设置有用于检测主轴15的旋转速度的第一检测器20和用于检测第二旋转轴7的旋转速度的第二检测器24，因而在转换装置4的调节齿轮3的旋转速度和主轴15的传递齿轮6的旋转速度产生偏差的情况下，可利用第一检测器20和第二检测器24来瞬间检测出该事态，因而可防止由于在不期望的定时转换装置4相对主轴15无意地进行相对旋转而使卡盘2松动的事态。

此外，电动式卡盘开闭装置21具有用于计算由主轴15的转速变化引起的卡盘2的爪的离心力的变化量的运算单元25，在将主轴15的周速控制为恒定时，与主轴15的转速变化同步，使用运算单元25来计算卡盘2的爪的离心力的变化量，并使用该变化量来校正卡盘2的把持力的变化，从而将卡盘2的把持力控制成恒定。因此，在进行周速恒定控制时，即使在主轴15的旋转速度无意地发生了变动的情况下，对应于该主轴15的旋转速度的变动，卡盘2也保持恒定的把持力，因而可有效地防止工件脱落、或者由于卡盘2的把持力变化而使工件的加工精度下降的事态。

另外，本发明的电动式卡盘开闭装置的结构不限于上述实施方式的形态，卡盘、转换装置、拉杆、调节齿轮、传递齿轮、第二旋转轴、第一齿轮、第二齿轮、辅助电动机、第一离合器、第二离合器等的形状/构造等的结构可在不脱离本发明的要旨的范围内进行合适变更。

例如，电动式卡盘开闭装置不限于将辅助驱动装置设置在主轴主体的侧方，也可以将辅助驱动装置设置在主轴主体的上方或下方。并且，电动式卡盘开闭装置不限于转换装置的齿轮和主轴的齿轮具有相同齿数、或者第一齿轮和第二齿轮具有相同齿数，只要是能根据第一齿轮和第二齿轮的减速比等使辅助电动机的旋转与主轴的旋转准确地同步的电动式卡盘开闭装置，则转换装置的齿轮的齿数和主轴的齿轮的齿数可以不同，或者第一齿轮的齿数和第二齿轮的齿数可以不同。

本发明的电动式卡盘开闭装置由于如上所述取得良好的效果，因而在主轴的前端设置有卡盘的各种机床中，可广泛用作在主轴的旋转过程中变更卡盘的把持力的机构。

Claims (4)

1.一种电动式卡盘开闭装置，其特征在于，该电动式卡盘开闭装置具有：

卡盘，其设置在机床的主轴的前端，利用把持部来把持工件；

转换装置，其设置在主轴轴线上，并在外周设置有调节齿轮，该转换装置用于把该调节齿轮的旋转运动转换成主轴轴线方向的线性运动；

拉杆，其设置在该转换装置和卡盘之间，通过转换装置进行线性运动，从而使卡盘的把持部动作来保持/释放工件；

传递齿轮，其设置在主轴的外周；

第一齿轮，其可旋转地设置在与主轴平行的第二旋转轴上而始终与上述第二旋转轴一起旋转，并与上述调节齿轮啮合；

第二齿轮，其可旋转地设置在上述第二旋转轴上，并与上述传递齿轮啮合；

辅助电动机，其可对上述第一齿轮进行旋转驱动；

第一离合器，其可使该辅助电动机和上述第二旋转轴连接/解除；以及

第二离合器，其可使上述第二齿轮和上述第二旋转轴连接/解除。

2.根据权利要求1所述的电动式卡盘开闭装置，其特征在于，在主轴的旋转过程中，使辅助电动机与第二旋转轴同步旋转，使第一离合器连接，并解除第二离合器，使主轴和转换装置的旋转运动产生旋转差、而使卡盘的把持力变化，在卡盘获得规定的把持力后，使第二离合器连接，并解除第一离合器，从而在主轴的旋转过程中变更卡盘的把持力。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的电动式卡盘开闭装置，其特征在于，该电动式卡盘开闭装置设置有用于检测转换装置的调节齿轮和主轴的传递齿轮的旋转速度差的检测器。

4.根据权利要求1～3中的任一项所述的电动式卡盘开闭装置，其特征在于，该电动式卡盘开闭装置具有用于计算由主轴的转速变化引起的卡盘的爪的离心力的变化量的运算单元；

在主轴被控制为周速恒定的情况下，与主轴的转速变动同步，由上述运算单元计算卡盘的爪的离心力的变化量，使用该变化量来校正卡盘的把持力，从而将卡盘的把持力控制成恒定。

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