CN102725101A - 用于机床的探测机构 - Google Patents

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Abstract

接触式或非接触式探测器(2)安装于诸如倒角装置(4)之类的机加工装置的心轴(6)上、较佳是刀具心轴上，由此，该探测器具有从机加工(例如，倒角)过程的路径缩回的原始位置以及它可在机加工(例如，倒角)过程之前或之后与工件接触的工作位置。

Description

用于机床的探测机构
技术领域
本发明涉及诸如用于制造齿轮和其它带齿物件的机器之类的机床。特别是，公开一种用于这种机床的探测机构。
背景技术
已知用于执行多种功能的、位于机床上的接触型和非接触型探测机构。可以在机加工之前探测工件，以确定获得期望的尺寸所要去除的余料量。可以在机加工之后探测工件，以验证最终尺寸。此外，机床探测器可用于校准机器或用于监测刀具的形状或尺寸。
在齿轮制造机器中，已知用于执行诸如机器校准和/或余料划分之类操作的一个或多个位于机器上的探测器。原料划分是在开始精加工(例如磨削)循环之前部分精加工好(例如，切削好)的齿轮相对于刀具(例如，磨削轮)的适当定位。例如，美国专利第5,297,055号公开了用于工件探测和机器校准的接触式和非接触式探测器，其中探测器位于铰接臂上，该铰接臂摆动到位并摆出该位置。已知使用缸体或伸缩式装置使探测器前进到工作位置并从工作位置缩回的其它结构。
然而，在定位诸如铰接臂或伸缩状缸体的装置时，定位精度和可再现性会不恒定。此外，由于在工业中趋向于更紧凑的机器，所以同样也需要注意机器上包括探测系统在内的系统的紧凑度。另外，还期望例如通过减少为操作探测系统所必要的受控轴运动的数目来简化探测系统。
发明内容
接触式或非接触式探测器安装于诸如倒角装置之类的机加工装置的心轴上、较佳是刀具心轴上，由此，探测器具有从机加工(例如，倒角)过程的路径缩回的原始位置以及它可在机加工(例如，倒角)过程之前或之后与工件接触的工作位置。
附图说明
图1示出本发明的探测机构处于其原始位置的机床类型。
图2示出图1的机床，其中本发明的探测机构处于其工作位置。
图3是本发明的探测机构定位于其上的机床心轴的放大图。
图4是本发明的探测机构处于其缩回位置的剖视图。
图5是本发明的探测机构处于其前进位置的剖视图。
图6是本发明的探测机构处于其工作位置的剖视图。
具体实施方式
在对本发明的任何特征和至少一种构造进行详细说明之前，应理解的是，本发明并不局限于将其应用至下面说明书所述或附图中所示的构造细节和部件布置。本发明能够呈其它构造，并能够以各种方式来实践或实施。还有，应理解的是，这里所用的措词和术语是为了说明的目的，而不应被认作为是限制性的。
在此使用“包括”、“具有”和“包含”及其变型意味着包含了下文所列的物品及其等效物以及附加的物件。尽管下文在描述附图时可参照诸如上、下、向上、向下、向后、底部、顶部、前、后等的方向，但出于方便可相对于附图(如通常所示)来进行参照。这些方向并不意在按文字上来取或以任何形式来限制本发明。此外，诸如“第一”、“第二”、“第三”等的术语在此用于描述的目的，而并不意在指示或暗示重要性或意义。
在本发明的情况下，接触式或非接触式探测器安装至诸如倒角装置之类的机加工装置，由此，探测器具有从机加工(例如，倒角)过程的路径缩回的原始位置以及它可在机加工(例如，倒角)过程之前或之后与工件接触的工作位置。
图1和图2示出根据本发明的探测机构2，其中探测机构2安装于诸如倒角装置的机加工装置4上，该装置可以是独立的机器或形成另一机器的一部分，而另一机器诸如是在美国专利第6,669,415号和第6,712,566号中公开类型的齿轮切削机或磨削机，这些专利的公开内容以参见方式纳入本文。探测机构2定位在加工刀具8的心轴6上，该加工刀具在图1中是倒角刀具、较佳是用于齿轮或其它带齿物件的倒角刀具。图1示出处于缩回位置的探测机构2，而图2示出处于工作位置的探测机构2。
在较佳实施例中，图1或图2的机加工装置4包括倒角和去毛刺设备，该倒角和去毛刺设备具有刀架10、心轴6和诸如是倒角和去毛刺刀具的刀具8，而刀具可绕刀具轴线T转动。刀具8较佳地由伺服马达(未示出)或由直接驱动装置驱动以转动。刀架10可较佳地由伺服马达(未示出)驱动来绕枢转轴线P枢转。刀架10能在第一直线方向Y上沿安装到支柱16的导轨14运动，而该直线运动较佳地由伺服马达(未示出)驱动。支柱16及因此刀架10能较佳地经由伺服马达(未示出)在第二直线方向Z上运动。支柱16能在安装至机身20的导轨18上运动。机身20可沿第三直线方向X诸如在导轨(未示出)上经由液压活塞或伺服马达(未示出)来运动。
心轴12较佳地由伺服马达(未示出)驱动以绕轴线A转动。较佳地，心轴12经由伺服马达(未示出)沿方向X在导轨22上作直线运动。替代地，心轴12可直接驱动。尽管X、Y和Z中的一个或多个方向可相对于其垂直定向倾斜，但方向X、Y和Z较佳地相对于彼此互相垂直。为了说明的目的，在所有附图中Y方向是沿垂向的。
由单独的驱动马达(未示出)分别赋予刀架10沿方向Y的运动、支柱16沿方向Z的运动、心轴12沿方向X的运动、刀架10绕轴线P的枢转以及刀具8绕轴线T的转动和心轴12绕轴线A的转动。上述部件能够相对于彼此独立运动或可彼此同时运动。每个对应的马达较佳地与反馈装置关联，反馈装置诸如是作为计算机数控(CNC)系统的一部分的直线或转动编码器、枢转轴线编码器24，该计算机数控系统根据输入到诸如Fanuc模型30i(未示出)的计算机控制器(即CNC)的指令来控制驱动马达的操作。
在附图3-6中示出本发明的探测机构2的细节。图3示出总地本发明的结构，该结构包括经由探测架30和探测基座32安装至外部心轴28的接触型探测器26。如图4中可见，外部心轴28保持探测器26并较佳地构建于内部心轴外壳或鼻部36周围的滚珠套筒34上。内部心轴6承载倒角切削刀具8并由马达直接地或经由传动系来驱动。外部心轴28可沿轴线T的方向轴向移位并绕轴线T转动移位。当轴向缩回时，由于诸如贝氏弹簧之类的弹簧39(较佳为两个或更多个)的力，不转动的主心轴外壳40的从表面43突出的销38(参见图5或6)与孔42配合，该孔在外部心轴28的后向表面45(参见图5或6)内形成，这防止心轴转动。在此位置，如在倒角过程中那样，内部心轴6独立地转动，而不与外部心轴28连接。较佳地，空气间隙或迷宫式曲径53在外部心轴28与内部心轴6之间设有使气流移出该间隙的装置，以防止诸如切屑的碎屑、流体等流入。用于此气流的加压空气源可以是独立的或者可从使空气活塞前进的空气通道41获取。
如图5中所示，外部心轴28诸如通过将加压空气(或其它流体)经由通道41引到外部心轴28与主心轴外壳40之间的交界部而向前进。在压力下，外部主轴28用作空气活塞以压缩弹簧39并使销38与孔42脱开。滚珠套筒34可随着外部心轴28一起作轴向运动。密封件49和51有助于保持空气活塞内的压力并也随着外部心轴28一起轴向运动。然后，外部心轴28自由转动。从孔42解除的销38仍延伸到外部心轴28内的槽44中，因而外部心轴28的转动运动由槽的末端来界定。例如，槽44呈弧形并延伸一预定量，诸如180度。当外部心轴28的止动表面46与轴向硬止动件50的内表面48接触时，外部心轴28的向前轴向运动受限制，该硬止动件是转动的内部心轴6的一部分。此外，在此位置，外部心轴28上的前向销或键52与内部心轴6的槽54(或相似特征)配合，以使两个心轴可转动地锁定在一起。在此状况下，外部心轴28与内部心轴6一起转动，但销38仍配合于外部心轴槽44内以实现沿绕轴线T的两个转动方向的行程限制(例如，180度)。
内部心轴6可预定位在一已知的配合位置，因而当施加空气压力以使外部心轴28前进时，外部心轴28的前向销或键52将处于与内部心轴6的槽54适当对准而不轴向干涉的位置。接近开关可用于探测定位。
当倒角时，探测器26和外部心轴28保留在它们的原始或缩回位置，该位置一般位于倒角心轴(图1)上方并且避开倒角过程的路径。内部或倒角心轴6用于在工件上产生倒角。
为了探测工件，内部心轴6转动到定义过的配合位置，且致动空气压力以使外部心轴28如上所述前进到与内部心轴6锁定配合。一旦前进，倒角切屑刀具心轴6诸如借助于其关联的NC控制器转动，由此借助于NC控制器承载安装至心轴6的外部心轴28和探测器26。可转动地锁定在一起的两个心轴6、28转动直至到达行程的末端(图6)为止，这由槽44内的内部销38实现。在此位置(还参见图2)，较佳地在NC控制器保持一预定量的转矩来将外部心轴28定位成抵靠其在槽44内的转动硬止动面且空气压力保持某种已知力来将外部心轴28定位成抵靠其轴向硬止动面48的情况下，探测器26可用于利用机加工装置4的可用运动来按需要与工件配合并测量工件。如期望，一个或多个低摩擦间隔件47可与弹簧39间隔散布，以便于外部心轴28相对于诸如主心轴40的那些心轴的相邻固定部件进行转动。
在探测之后，可转动联接的心轴6、28转回至探测机构2处于其原始位置(图1)的位置。然后，移除空气压力，从而允许弹簧39伸展，由此使心轴6、28脱开(通过使销或键52从槽54缩回)并迫使外部心轴28返回至销38插入孔42内的缩回位置(图4)。
替代地，销38可位于外部心轴28的后向表面45内并从该后向表面突出，而孔42和槽44可形成于不转动的主心轴外壳40的表面43内。
尽管关于设置在倒角装置的心轴周围的探测机构来说明和讨论本发明，但本发明并不限于此。例如，本发明的探测机构可绕多轴机床内的任何刀具轴线来定位，诸如切削刀具轴线或磨削轮轴线，由此可在机加工之前/过程中/之后探测工件。此外，本发明的探测机构可绕多轴线机床内的工件轴线来定位，由此可实施刀具探测。尽管已说明接触型探测器，但本发明还可设想定位在外部心轴28上的非接触型探测器。
不论机床类型如何，本发明免除了对于使探测器前进和定位的单独马达的需求。本发明连同利用现有刀具或工件心轴的、用于定位探测器的机械探测器前进机构表示一种将探测器定位在机床上的更简单、成本更低和更精确的装置。
尽管参照较佳实施例对本发明进行了描述，但应当理解，本发明并不限于其特定形式。本发明旨在包括对本发明所属领域的技术人员显而易见的各种改型，而不偏离所附权利要求书的精神和范围。

Claims (15)

1.一种机床，包括：
用于使工件绕工件轴线转动的工件心轴；
用于使刀具绕刀具轴线转动的刀具心轴；
定位于探测器心轴上的探测机构，所述探测器心轴绕所述工件心轴和所述刀具心轴中的至少一个心轴定位；
所述探测器心轴能沿所述工件心轴和所述刀具心轴中的所述至少一个心轴的对应转动轴线的方向移位，以及
所述探测器心轴能绕所述对应的转动轴线转动。
2.如权利要求1所述的机床，其特征在于，所述探测器心轴能沿所述对应轴线的方向在缩回位置与前进位置之间移位，在所述缩回位置，防止所述探测器心轴转动，而在所述前进位置，所述探测器心轴可转动地锁定到所述工件心轴和所述刀具心轴中的所述至少一个心轴并能相对于所述至少一个心轴转动。
3.如权利要求2所述的机床，其特征在于，所述探测器心轴通过弹簧力保持在所述缩回位置。
4.如权利要求3所述的机床，其特征在于，所述探测器心轴经由流体压力移位到所述前进位置，所述流体压力的量足以克服所述弹簧力。
5.如权利要求4所述的机床，其特征在于，所述流体压力包括空气压力。
6.如权利要求2所述的机床，其特征在于，所述探测器心轴能绕所述对应轴线转过预定量。
7.如权利要求6所述的机床，其特征在于，所述预定量限定在原始位置与探测位置之间。
8.如权利要求7所述的机床，其特征在于，还包括：
所述工件心轴和所述刀具心轴中的、还包括具有前向表面的不可转动心轴外壳的所述至少一个心轴，以及还包括后向表面的所述探测器心轴，所述前向表面和所述后向表面彼此面对；
从所述前向表面与所述后向表面中的一个表面伸出的销；位于所述前向表面与所述后向表面中的另一个表面内预定深度的孔；
所述销在所述缩回位置插入所述孔，由此防止所述探测器心轴转动。
9.如权利要求8所述的机床，其特征在于，在所述前进位置，所述销从所述孔移除并位于与所述孔相同表面内的弧形槽内并能沿所述弧形槽运动，所述弧形槽具有与所述孔重合并限定所述原始位置的第一端和限定所述探测位置的第二端，所述弧形槽的深度比所述孔的深度浅。
10.如权利要求7所述的机床，其特征在于，还包括：
所述工件心轴和所述刀具心轴中的、还包括具有内表面的硬止动件的所述至少一个心轴以及还包括面向所述内表面的前向止动件表面的所述探测器心轴，由此通过所述前向止动件表面与所述内表面之间接触来停止所述探测器心轴的轴线移位，由此限定所述前进位置。
11.如权利要求10所述的机床，其特征在于，还包括从所述前向止动件表面与所述内表面中的一个表面突出的至少一个销或键以及位于所述前向止动件表面与所述内表面中的另一个表面内的至少一个对应的槽，由此在所述前进位置，所述至少一个销或键插入所述对应槽内，由此将所述探测器心轴可转动地锁定到所述工件心轴和所述刀具心轴中的所述至少一个心轴。
12.如权利要求1所述的机器，其特征在于，所述探测机构包括接触式探测器。
13.如权利要求1所述的机器，其特征在于，所述探测机构包括非接触式探测器。
14.如权利要求1所述的机器，其特征在于，还包括滚珠套筒，所述滚珠套筒定位在所述探测器心轴与所述工件心轴和所述刀具心轴中的所述至少一个心轴之间。
15.如权利要求1所述的机器，其特征在于，所述工件心轴和所述刀具心轴能相对于彼此沿一根或多根相互垂直的轴线作直线运动并绕枢转轴线成角度地运动。
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