CN101422824A - 具有电动钳的机床的离心力补偿方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种机床，包括安装于可与该机床主轴连接的机架内的电动钳，具有安装于所述机架内用以影响该回转卡盘夹爪的调整的轴向可调杆，并且具有其转子与驱动轮传动式连接的电动步进电机，该驱动轮与谐波齿轮传动装置的轴带发电机连接，该谐波齿轮传动装置的恒星齿轮与该机架连接，以及该谐波齿轮传动装置的外齿钢套用作与该丝杆相连接的主轴螺帽的传动装置；另外，该机床具有借助于丝杆，相对于该回转卡盘的瞬时给定速度，改变对该夹爪调整的效果的控制器。

Description

具有电动钳的机床的离心力补偿方法和装置
技术领域
本发明涉及装配有电动钳的机床在操作过程中补偿离心力的方法和补偿该离心力方法用相关表的测定方法，还涉及配有补偿该离心力的控制器具有电动钳的机床。
本发明特别涉及具有安装在可连接到该机床主轴的机架上的电动钳的机床，具有用以影响该回转卡盘的夹爪的调整的轴向可调丝杆，所述丝杆安装于所述机架内，具有其转子与驱动轮传动式连接的电动步进电机，该驱动轮与谐波齿轮传动装置的轴带发电机连接，该谐波齿轮传动装置的恒星齿轮与该机架连接，并且具有该谐波齿轮传动装置的外齿钢套筒(Flexspline)，该套筒用作与主轴螺母相联的丝杆的传动装置。
背景技术
当使用常规机床加工工件时，问题产生了，即与速度相一致的离心力增大的影响减少了瞬时作用于该工件上的夹紧力，因为随速度增加而增加的该回转卡盘的离心力与作用于夹爪上的工坠力相反。工件快速加工需要更高的速度，由此在加工工件时因对速度和效率的稳定增长需要，上述问题变得更为明显。利用常规的确保高速下的足够夹紧力的方法，通过常规机床增加的初始夹紧力如此大，以致对加工工件的该瞬时作用夹紧力甚至在更高的速度下都是足够的。然而，该常规方法具有的缺点是在加工期间，速度越高，初始夹紧力越大。该增加的初始夹紧力在加速前的夹紧操作启动时，以及在减速后的夹紧操作结束时，都作用在工件上。因此，该方法具有的缺点是，在该夹紧操作启动和/或该夹紧操作结束时的夹紧力增加期间，易变形材料工件受到损害。
确保在更高速度下有足够夹紧力的另一常规方法是使用机械离心力补偿。用这种方法，避免了增加的初始夹紧力的缺点。然而，该方法具有称之为夹紧力滞后的缺点。该夹紧力滞后导致高速制动时的夹紧力明显大于夹紧操作启动时。因此，用于机械离心力补偿的方法和具有机械补偿力操作的机床具有的缺点是易变形材料的工件在夹紧操作结束时受损。
发明内容
因此本发明的目标是提供在高速下操作装配有电动钳的机床时补偿离心力的方法，并且还提供该离心力补偿方法用相关表的测定方法，以及还提供装配电动钳的机床，且该机床具有抵消高速下的离心力的控制器，其克服了上述缺点。
针对引言所指的那种类型机床，根据本发明的一个方面，借助于控制器实现该目标，该控制器通过该丝杆相对于该回转卡盘的瞬时给定速度，改变对该夹爪调整的效果。
根据本发明的机床具有安装在可与该机床主轴连接的机架的电动钳，具有用以影响安装于所述机架内的回转卡盘的夹爪的调整的轴向可调丝杆，并且包括电动步进电机。所述步进电机的转子与驱动轮传动式连接。
该驱动轮与谐波齿轮传动装置的轴带发电机连接，并且该谐波齿轮传动装置的恒星齿轮与该机架连接。该谐波齿轮传动装置的外齿钢套筒(Flexspline)用作与该丝杆相联的主轴螺帽的传动装置。另外，该机床具有通过该丝杆，相对于该回转卡盘瞬时给定速度，改变对该夹爪调整的效果的控制器。这具有的优点是仅通过大速度范围上的可忽略偏差维持给定夹紧力。
特别是对于需要低变型夹紧，例如其它薄壁工件的轴承套圈的易变形工件，这特别有利于快速加工。
利用该机床，通过前进和/或回退该丝杆获得该效果。该电动机可安装在靠近该机架的一侧。优选该电动机借助与该驱动轮连接的带传动装置与该机床连接。另外，具有外齿的该钢套可借助爪形联轴节与该主轴螺帽结合。利用该机床，可能为该爪形联轴节提供间隙。有利地，该主轴螺帽伸至螺纹滚花辊传动装置。优选地，通过连接该机床的框架提供该机架的盖子。
有利地，在该机床的夹爪内布置至少一个传感器，设计该传感器以测量有效的与离心力依赖的夹紧力。该优点是可在加工期间相对于速度测量该有效的与离心力依赖的夹紧力的改变，并且可按需要较正。
操作本发明的另一个方面的机床的方法包括具有电动钳的机床，所述电动钳安装在可与该机床主轴连接的机架内，安装于所述机架内用以影响该回转卡盘的夹爪的调整的轴向可调丝杆，具有其转子与驱动轮传动式连接的电动步进电机，该驱动轮与谐波齿轮传动装置的恒星齿轮连接，该谐波齿轮传动装置的外齿钢套用作与该丝杆相联的主轴螺帽的传动装置，以及通过该丝杆，相对于该回转卡盘瞬时给定速度，控制对该回转卡盘夹爪的调整的效果的方法步骤。操作该机床的此方法具有仅通过大速度范围上的可忽略偏差维持该工件上给定夹紧力的优点。
优选地，通过该丝杆，相对于该回转卡盘瞬时给定速度，控制对该夹爪的调整的效果的方法步骤包括由相关表读取至少一个该回转卡盘给定速度的效果较正值的方法步骤，和提供至少一个效果较正值给该机床的控制器的方法步骤。使用相关表具有的优点是易于快速测定特定速度的必需作用。可对每个机床单独测定该相关表，或对相同模型系列的所有机床只测定一次。
利用该方法，有利于该相关表具有至少一个该回转卡盘加速用子表和至少一个该回转卡盘减速用第二子表。当加速和减速时，磨擦力对该离心力具有不同的影响，因此考虑了磨擦力作用。
利用该方法，优选相对于该夹持直径和/或该加工材料选择该第一子表和该第二子表。该优点是相对于该夹持直径和/或该加工材料，考虑有效的与离心力依赖的夹紧力与加速加工需要的稳定性，优化该方法。
如果通过该丝杆，对该回转卡盘的夹爪效果的相关表相关表具有500r.p.m的速度间隔和0-10,000r.p.m的速度范围，可特别快速地实施机床操作方法。相对于有效的与离心力依赖的夹紧力的稳定性，如果对于相关值，该速度间隔为100r.p.m，优选20r.p.m且特别为10r.p.m，且该速度范围0—8,000r.p.m，优选0-500r.p.m且特别为0-3,600r.p.m，有利于该机床的操作方法。
该机床操作方法的优选示范性实施例具有借助分配给夹爪的至少一个传感器检测测有效的与离心力依赖的夹紧力的方法步骤，和通过丝杆相对于该传感器数据控制对该回转卡盘夹爪调整的效果的操作步骤。由此测量了加工期间相对于速度的有效的与离心力依赖的夹紧力的改变，并按所需较正。如果可另外获得相关表，则具有不考虑该传感器可能的失效而连接操作该方法的优点。
另外，利用该机床的操作方法，可将夹紧力的初始值设定至所需的通过该控制间隔增加的夹紧力。
利用本发明的该机床上述操作方法用相关表的测定方法，对于该回转卡盘的至少一个速度，通过减少对应该速度的该夹紧力的离心力作用这样的方式，测定通过该丝杆对该回转卡盘夹爪的调整的效果的相关值。由此有效离心力在大速度范围内维持所需稳定。
利用该测定方法，如果对于该相关表，测定该回转卡盘加速用的至少一个的第一子表，和测定该回转卡盘减速用的至少一个的第二子表是优选的。通过该方式，可以考虑加速和减速期间磨擦力对有效的与离心力依赖的夹紧力的不同影响。另外，可相对于该夹持直径和/或该加工材料测定该第一子表和该第二子表。
利用该测定方法的示范性实施例，测定了对应于500r.p.m，优选100r.p.m，特别为20r.p.m，且特别为10r.p.m的速度间隔，和0-10,000r.p.m，优选0-800r.p.m，特别为0-5000r.p.m且特别为0-3600r.p.m的速度范围的相关值。
本发明的另一个方面涉及具有根据如上指的一种测定方法已测定的相关表的存储介质。该优点为已经与不同的工件材料匹配或与不同的加工程序匹配的新的相关表可容易地转送给该发明机床。
本发明的另一个方面涉及具有完成上述一种机床操作方法的计算机程序的存储介质。该方法一方面可改进本发明的机床，另一方面还可根据本发明改变常规机床。
另外，本发明还涉及常规机床的改变。其特别有利地于借助通过丝杆，相对于该回转卡盘的瞬时给定速度，控制对该回转卡盘夹爪的调整的效果以获得离心力补偿。
本发明的另一个目标涉及具有完成一种上述该相关表测定方法的计算机程序的存储介质。该优点是对许多机床可容易实施该测定方法。
附图说明
以下借助附图更详细地解释本发明。附图如下：
图1为本发明实施例的机床的侧视图、部分剖视图；
图2为机床的纵剖面图(未显示与步进电机的连接)；
图3为图1中连接该机床框架的机架的视图。
具体实施方式
该附图显示了具有电动钳1的机床，该电动钳1用于调整与该机床连接的回转卡盘的夹爪，并且还在该夹持操作期间，相对于该回转卡盘高速下的该工件或该机床，连续安全地调整所述夹爪。为了该目标，该电动钳1装配了连接该机床主轴的机架，具有对以轴向可调方式安装于所述机架内的该回转卡盘夹爪的调整效果的丝杆3。另外，该机床包括电动步进电机4，该电机布置在靠近该机架2的侧面，并借助传动带5与驱动轮6连接，该驱动轮6与该步进电机4的转子传动式连接。另外，该机床具有通过该丝杆3相对于该回转卡盘的瞬时给定速度，改变对该夹爪调整的效果的控制器。通过该方法，确保大速度范围上所需的该夹紧力范围。该机床的另一个具有特别实际意义的特征是，该驱动轮6与谐波齿轮传动装置的轴带发电机7连接，该谐波齿轮传动装置的恒星齿轮与该机架连接，并且该谐波齿轮传动装置的外齿钢套9用作该丝杆3的传动装置。通过该方法，相对于该回转卡盘的瞬时给定速度，对夹爪调整的效果的改变可更好地实施。
通过附图所示的示范性实施例，该外齿钢套9通过螺纹滚花辊传动装置10用作该丝杆6的传动装置，其还可具体实施为螺纹球传动装置或主轴螺帽。该外齿钢套9通过具有间隙的爪形联轴节连接至该螺纹滚花辊传动装置10。
图3显示了该机架2的盖子12与该机床的框架13连接的示范性实施例，由此不会因该步进电机4的存在而影响该主轴的安装。
该机床优选具有至少一个传感器(未示出)，其布置在至少一个夹爪内。设计该传感器(未示出)以测量该有效的与离心力依赖的夹紧力。
如上所述的机床操作方法包括由通过该丝杆3，相对于该回转卡盘的瞬时给定速度，改变对该回转卡盘夹爪调整的效果的控制组成的方法步骤。
与该回转卡盘速度相一致地改变该效果的方法步骤可包括由相关表读取对应该回转卡盘给定速度的效果的至少一个相关值的方法步骤，以及提供该至少一个的该效果的相关值给该控制器的方法步骤。
另外，通过该丝杆3，与该回转卡盘的速度相一致地改变对该夹爪调整的效果的方法步骤可具有由相关表读取对应该回转卡盘给定速度的效果的至少一个相关值的方法步骤，以及提供该至少一个的该效果的相关值给该控制器的方法步骤。
优选地，该相关表包括至少一个该回转卡盘加速用的第一子表和至少一个该回转卡盘减速用的第二子表。可相对于该夹持直径和/或该加工材料选择该第一子表和该第二子表。
借助于该相关表，可测定对应速度范围为0-10,000r.p.m，速度间隔为500r.p.m的效果的相关值。另外，该机床操作方法可测定对应100r.p.m，优选20r.p.m且特别为10.r.p.m的速度间隔，和0-8,000r.p.m，优选0-5000r.p.m且特别为0-3600r.p.m的速度范围的相关值。
有利地，该机床操作方法包括借助装配给至少一个夹爪的传感器(未示出)，检测有效的与离心力依赖的夹紧力的方法步骤，和通过丝杆3，相对于该传感器数据控制该夹爪调整的效果的方法步骤。
利用该机床操作方法，优选将该夹紧力的初始值设定至由该控制间隔增加的该所需夹紧力。
根据本发明的另一个方面，存储介质具有用以完成一个上述机床操作方法的计算机程序。
利用本发明示范性实施例的机床离心力补偿用相关表的测定方法，可测定通过丝杆3，相对于该回转卡盘的瞬时给定速度，对该夹爪调整的效果的相关值，通过该方法，可减小该速度下该离心力对该夹紧力的作用。
利用优选示范性实施例，该相关表具有至少一个该回转卡盘加速度用的第一子表和至少一个该回转卡盘减速用的第二子表。另外，利用该测定方法，可测定对应速度间隔为500r.p.m，优选100r.p.m，特别20r.p.m，且特别为10r.p.m，和速度范围为0-10,000r.p.m，优选0-8,000r.p.m，特别0-5,000r.p.m且特别为0-3,600r.p.m的相关值。
根据本发明的另一个方面，存储介质包括用于完成一个上述该相关表测定方法的计算机程序。另外，根据本发明的另一个方面，存储介质具有一个根据一种上述测定方法已测得的相关表。
本发明还涉及将装配有电动钳1的机床改变为具有相应控制器的机床，该控制器通过丝杆3，相对于该回转卡盘的瞬时给定速度改变对该夹爪调整的效果。

Claims (18)

1.一种机床，包括一安装于与机床主轴连接的机架(2)内的电动钳(1)、一安装于所述机架(2)内并用以对回转卡盘的夹爪进行调整的轴向可调丝杆(3)以及一其转子与驱动轮(6)传动联接的电动步进电机(4)，其特征在于所述驱动轮(6)连接至谐波齿轮传动装置的轴带发电机(7)，所述谐波齿轮传动装置的恒星齿轮(8)联接于机架(2)上，并且谐波齿轮传动装置的外齿钢套(9)可供与所述丝杆(3)协同工作的主轴螺帽的驱动装置，所述机床还设有控制器，所述控制器根据回转卡盘的给定瞬时速度、通过丝杆(3)来改变夹爪调整的效果。
2.根据权利要求1所述的机床，其特征在于所述夹爪调整的效果是通过前进和/回退丝杆(3)来完成。
3.根据权利要求1或2所述的机床，其特征在于所述机床设有至少一用于测量赖于离心力的有效夹紧力的传感器，所述传感器设于至少一夹爪中。
4.一种机床操作方法，所述机床包括一安装于与机床主轴连接的机架(2)内的电动钳(1)、一安装于所述机架(2)内并用以对回转卡盘的夹爪进行调整的轴向可调丝杆(3)以及一其转子与驱动轮(6)传动联接的电动步进电机(4)，其特征在于所述驱动轮(6)连接至谐波齿轮传动装置的轴带发电机(7)，所述谐波齿轮传动装置的恒星齿轮(8)联接于机架(2)上，并且谐波齿轮传动装置的外齿钢套(9)可供与所述丝杆(3)协同工作的主轴螺帽的驱动装置，其特征在于所述操作方法通过借助丝杆(3)，对应于回转卡盘的给定瞬时速度来对夹爪调整的效果进行控制的方法步骤来实现控制。
5.根据权利要求4所述的操作方法，其特征在于控制所述夹爪调整的效果的方法步骤包括从相关表读取至少一个对应该预定时间和回转卡盘速度的效果的相关值的方法步骤，以及提供至少一效果的相关值给机床的控制器的方法步骤。
6.根据权利要求5所述的操作方法，其特征在于该相关表具有至少一个该回转卡盘加速度用的第一子表和至少一个的该回转卡盘减速用的第二子表。
7.根据权利要求6所述的操作方法，其特征在于相对于该夹持直径和/或该加工材料来选择所述第一子表和所述第二子表。
8.根据权利要求5或6所述的操作方法，其特征在于对应于500r.p.m的速度间隔和0-10,000r.p.m的速度范围安排该效果的相关表相关值。
9.根据权利要求8所述的操作方法，其特征在于对应所述相关值，该速度间隔为100r.p.m，优选20r.p.m且特别为10r.p.m，并且该速度范围为0-8,000r.p.m，优选0-5000r.p.m且特别为0-3,600r.p.m。
10.根据权利要求4至9中任一项所述的操作方法，其特征在于借助设于至少一个夹爪的传感器检测有效的有赖于离心力的夹紧力的方法步骤，和通过丝杆(3)相对于该传感器数据控制对该回转卡盘夹爪调整的效果的方法步骤。
11.根据权利要求4至10中的任一项所述的操作方法，其特征在于将该夹紧力的初始值设定至由该控制间隔增加的该所需夹紧力。
12.一种用于权利要求1至3中任一项所述的机床离心力补偿相关表的测定方法，其特征在于对应所述回转卡盘的至少一个速度，通过减少该速度下该离心力对该夹紧力的影响的方法测定该夹紧压力的相关值。
13.根据权利要求12所述的离心力补偿相关表的测定方法，其特征在于对应该相关表，测定至少一个该回转卡盘加速用的第一子表和至少一个该回转卡盘减速用的第二子表。
14.根据权利要求12或13所述的离心力补偿相关表的测定方法，其特征在于对应500r.p.m，优选100r.p.m，特别20r.p.m且尤其是10r.p.m的速度间隔，和0-10,000r.p.m，优选0-8,000r.p.m，特别0-5000r.p.m，且尤其是0-3,600r.p.m的速度范围测定该相关值。
15.根据权利要求12至14中任一项所诉的离心力补偿相关表的测定方法，其特征在于该相关值相对于该夹持直径和/或该加工材料测定该效果。
16.一种存储介质，该介质上载有用以完成权利要求4至11中任一项所述的机床操作方法的计算机程序。
17.一种存储介质，该介质载有根据权利要求12至15中任一项所述的测定方法测定的相关表。
18.一种存储介质，该介质载有完成权利要求12至15中任一项所述的该相关表的测定方法的计算机程序。
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