CN103659455B - 一种冷却液喷射机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种冷却液喷射机构，包括吸附底座、主体架、机械臂和摆动头；吸附底座两端设有磁性表座；主体架与吸附底座相连；机械臂一端可转动地设于主体架下端，另一端与摆动头相连；摆动头包括电机支架、摆动伺服舵机、喷头和摆动机构；电机支架一端与机械臂相连；摆动伺服舵机固定在电机支架上；喷头通过摆动机构与摆动伺服舵机的输出轴相连。本发明冷却液喷射机构能围绕主轴实现360°旋转，避免喷射死角、盲区；同时利用具有多自由度的机械臂，能准确定位喷头位置，提高了灵活性和通用性。

Description

一种冷却液喷射机构

技术领域

本发明涉及一种冷却液喷射机构，具体涉及一种用于数控机床冷却系统的冷却液喷射机构。

背景技术

20世纪以来，激烈的市场竞争推动了机械制造技术为先导的先进制造技术以前所未有的速度和广度向前发展，高生产率和高质量是先进制造技术的两大目标。因此，合理利用资源，污染小、废物少的“绿色制造”技术将成为21世纪的主流。

而切削液在切削加工中的主要起到润滑、冷却、清洗和防锈等作用，在金属切削加工过程中，与切削液相关的费用占整个加工费用的5％～30％(含废油处理费等)，在能耗方面，切削液占加工中心总能耗的50％左右，这足以说明切削液对产品成本构成的重要影响，而不能仅仅视之为无足轻重的辅料。

传统的切削液浇注方式在工作时，切削液主要作用在切屑、工件和刀体上，而最需要冷却和润滑的地方，刀刃与工件、刀刃与切屑的结合部则由于浇注不到位等原因并没有得到很好的冷却和润滑。

金属切削加工技术的发展始终是围绕着机床条件、刀具条件和冷却条件的变革展开的，但冷却条件研究工作的滞后现状，实际上已不能满足现代金属切削加工技术发展的需要。因此急需通过冷却条件的改善，让刀具在高速高效相对低温条件下工作或将对延长刀具寿命、提高切削效率起到事半功倍的效果。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺陷，提供一种能有效实现冷却液喷射方向性的喷射机构。

为了达到上述目的，本发明提供了一种冷却液喷射机构，包括吸附底座、主体架、机械臂和摆动头；吸附底座两端设有磁性表座；主体架与吸附底座相连；机械臂一端可转动地设于主体架下端，另一端与摆动头相连；摆动头包括电机支架、摆动伺服舵机、喷头和摆动机构；电机支架一端与机械臂相连；摆动伺服舵机固定在电机支架上；喷头通过摆动机构与摆动伺服舵机的输出轴相连。

对本发明的进一步改进在于：摆动机构包括摇杆、连杆和摇动力臂；摇动力臂一端与摆动伺服舵机的输出轴相连，另一端与连杆一端铰接；连杆另一端与摇杆一端铰接，摇杆另一端与电机支架另一端铰接；喷头与摇杆固定相连。

机械臂包括三节，相邻每节之间转动相连；机械臂上端于主体架相连，下端与摆动头转动相连。具体包括：两个方形管、分别固定设于两个方形管一端的两个转动伺服舵机、分别位于机械臂上下两端的上端转动伺服舵机和下端转动伺服舵机；机械臂上端通过云台支架可转动地设于主体架下端，该云台支架通过金属舵盘与上端转动伺服舵机输出轴传动相连；其中一个方形管的一端通过其上设有的转动伺服舵机与另一个方形管的另一端转动相连，另一端与上端转动伺服舵机固定相连；另一个方形管通过其上设有的转动伺服舵机与固定下端转动伺服舵机的舵机支架转动相连；下端转动伺服舵机的输出轴与摆动头传动相连。

吸附底座包括挂架、设于左右两端的磁性表座和中间的底座；底座两端分别与两个磁性表座固定相连；其中一个磁性表座下端设有凹槽；挂架一端插入凹槽内。

主体架内设有旋转伺服舵机，下端设有转盘；转盘与旋转伺服舵机输出轴传动相连。主体架上端设有盖板。

上述摆动头还包括喷头安装架和安装盖；喷头设于安装盖和喷头安装架之间，且通过喷头安装架与摆动机构相连；安装盖外端设有水口控制电机。

本发明相比现有技术具有以下优点：

（1）本发明冷却液喷射机构能围绕主轴实现360°旋转，避免喷射死角、盲区；同时利用具有多自由度的机械臂，能准确定位喷头位置，提高了灵活性和通用性；

（2）冷却液喷射机构能根据刀具长度实现自动调整喷射方向，实现冷却喷射位置总是对准刀头，喷射方向总是沿着刀具切削方向；

（3）冷却液喷射方式多样，能实现单喷冷却即单独冷却液喷、单独气喷，混喷冷却即气、液混喷冷却；

（4）冷却液喷射强度多样，能根据机床和加工条件不同，实现不同流量、不同强度的冷却，节能、环保。

附图说明

图1为本发明冷却液喷射机构的结构示意图；

图2为本发明冷却液喷射机构的剖视图；

图3为图1中吸附底座的装配示意图；

图4为图1中主体架的装配示意图；

图5为图1中机械臂的装配示意图；

图6为图1中摆动头的装配示意图。

图中，1-吸附底座，101-磁性表座，102-M8螺母，103-底座，104-挂架，2-主体架，201-转盘，202-底盖，203-支架主体，204-电机安装架，205-M4螺钉，206-盖板，207-垫片，208-电机头加长杆，209-M4螺母，210-小齿轮，211-大齿轮，212-联动杆，213-旋转伺服舵机，3-机械臂，301-云台支架，302-金属舵盘，303-上端转动伺服舵机，304-多功能伺服舵机支架，305-U型横梁，306-方形管，307-1型标准舵机支架，308-链接挂板，309-U型舵机支架，310-固定支架，311-下端转动伺服电机，312-转动伺服电机，4-摆动头，401-摆动支架，402-摇动力臂，403-电机支架，404-轴套，405-摆动伺服舵机，406-连杆，407-喷头，408-摇杆，409-喷头安装架，410-安装盖。

具体实施方式

下面结合附图对本发明冷却液喷射机构进行详细说明。

如图1、图2所示，本发明冷却液喷射机构包括从上至下依次相连的吸附底座1、主体架2、机械臂3和摆动头四部分。

1.1吸附底座结构

结合图3所示，吸附底座1的设计利用磁性表座101的吸附原理来支撑整体的重量，包括挂架104、设于左右两端的磁性表座101和中间的底座103。底座103与磁性表座101之间的紧固由4个M8螺母102支撑。其中一个磁性表座下端设有凹槽；挂架104一端插入凹槽内。底座103上设有两个方形槽。

1.2主体架结构

结合图4所示，主体架2内设有旋转伺服舵机213。旋转伺服舵机213通过电机安装架204采用M4螺钉205和M4螺母209紧固在主体架内部。M4螺母209与主体架2的连接处设有垫片207.主体架2上端设有盖板206，用于阻挡溅出的液体防止烧毁电路。由于此处不会受力，因此盖板206采用的是插槽式安装，而无需设置螺丝孔。旋转伺服舵机213上安装一个电机头加长杆208，通过电机头加长杆208依次带动小齿轮210、大齿轮211转动。大齿轮211安装在主体架2的中心轴线上，由联动杆212固定。主体架2下端设有底盖202，底盖202通过M4转盘201转动设于底盖202上，且与联动杆212固定相连，随大齿轮211转动而转动，通过控制旋转伺服舵机213的转动带动大齿轮211转动从而达到我们要求的控制转动角度的确定。

主体架2后端设有两个凸台（未画出）。吸附底座1安装好后，将主体架2后面的凸台与其底座103上的方形槽相连，然后将销插入主体架2上留有固定位用的销孔就可以起到固定作用。

1.3机械臂结构

结合图5，机械臂3上端通过云台支架301固定在转盘201下端，由可相互转动三节结构组成，两节通过方形管306实现升降等，另一节直接通过转动伺服电机相连实现旋转功能；具体包括两个分别位于上下两端的方形管306、两个转动伺服舵机312、上端转动伺服舵机303和下端转动伺服舵机311。机械臂3上端的云台支架301，通过金属舵盘302与上端转动伺服舵机303输出轴传动相连。两个方形管306通过其中一个转动伺服舵机312传动相连，该转动伺服电机通过多功能伺服舵机支架支撑，并分别通过U型横梁固定在上端的方形管306一端，上端方形管的另一端通过U型横梁305与固定上端转动伺服电机303的多功能伺服舵机支架304相连。下端方形管的一端依次通过1型标准舵机支架307、云台支架和金属舵盘与固定在上端方形管306上的转动伺服电机312传动相连。下端方形管的另一端固定设有另一个转动伺服电机，该转动伺服电机的输出轴通过金属舵盘、云台支架和固定下端转动伺服舵机311的伺服舵机支架传动相连。下端转动伺服舵机311的输出轴依次通过链接挂板308、固定支架310和U型舵机支架309传动相连。

1.4摆动头结构

结合图6，摆动头4包括电机支架403、摆动伺服舵机405、喷头407、喷头安装架409、安装盖410、摇杆408、连杆406和摇动力臂402。摆动支架尾端通过螺钉螺母安装在机械臂3的U型舵机支架309上。电机支架403一端固定安装摆动伺服舵机405，该端设于摆动支架401一侧，由螺钉螺母固定，然后将摆动伺服舵机装上防水的外壳，这样可以防止电机被水溅。摇动力臂402一端与摆动伺服舵机405的输出轴相连，另一端与连杆406一端铰接；连杆406另一端与摇杆408一端铰接，摇杆408另一端与电机支架403另一端铰接。摆动伺服舵机405、摇动力臂402之间的链接采用的是轴套404和螺钉螺母固定。喷头407安装于安装盖410和喷头安装架409之间。安装盖410外端上预留了安装孔，可以固定增加一个水口控制电机，从而自动的控制在加工中需要的水流大小。摆动头4的运行原理就是通过摆动伺服舵机405带动摇动力臂摆动，从而带动中间的连杆406向前推动，以使摇杆408做小幅度的摆动运动。

在对本发明冷却液喷射机构进行控制时，可采用自动操作和手动操作，自动操作包括单步、单周期、连续运行，具体操作如下：

（1）手动操作：供维修用，即用按钮对机械手的每一步动作单独控制。例如，当选择手动操作时，按下上升/下降按钮，机械臂在满足条件情况下即执行相应的动作，其它动作以此类推。

（2）回原位：当由于断电或其它原因导致机械手运行中途停止时，再次通电将操作方式选择置于回原位位置，按下复位按钮，机械臂即可按最短路径的原则返回到原点位置。

（3）单步运行：供试用，即每按一次启动按钮机械手向前执行一个动作后停止。

（4）单周期运行：供首次检验用，当机械手在原点时按下启动按钮，机械手自动执行一个周期后停止在原点位置。

（5）连续运行：正常使用，当机械手在原点并按下启动按钮时，机械手周而复始的执行各工步动作。

机械臂运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式，称为机械手的自由度，自由度是机械手设计的关键，参数越多、自由度越多，机械手的灵活性越大，通用性越广，其结构也越复杂。为了准确定位喷头的位置，需有6个自由度。利用机械臂3上设置的4个转动伺服舵机、主体架2上设置的旋转伺服舵机及摆动头上设置的摆动伺服舵机，能有效实现机械臂运动机构的6个自由度。

本发明主要针对数控机床冷却系统进行研究，改进冷却系统机械机构，实现冷却系统成为智能的、高效的、节能的独立模块，实现设计的数控机床冷却系统在现有的条件下，能满足常用的一切数控机床的基本需求，实现数控机床冷却控制系统模块化。

此外，本发明针对数控机床冷却方式进行改进，提高冷却效果，增加冷却方式，实现冷却液喷射实现针对性、方向性和高效性，增强冷却润滑效率、降低温升、减少冷却润滑液用量、防止污染和简化设备结构、一机多用、节省生产场地的目的。

Claims (8)

1.一种冷却液喷射机构，其特征在于：包括吸附底座、主体架、机械臂和摆动头；所述吸附底座两端设有磁性表座；所述主体架与吸附底座相连；所述机械臂一端可转动地设于所述主体架下端，另一端与所述摆动头相连；所述摆动头包括电机支架、摆动伺服舵机、喷头和摆动机构；所述电机支架一端与所述机械臂相连；所述摆动伺服舵机固定在所述电机支架上；所述喷头通过所述摆动机构与摆动伺服舵机的输出轴相连。

2.根据权利要求1所述的冷却液喷射机构，其特征在于：所述摆动机构包括摇杆、连杆和摇动力臂；所述摇动力臂一端与摆动伺服舵机的输出轴相连，另一端与连杆一端铰接；所述连杆另一端与摇杆一端铰接，摇杆另一端与电机支架另一端铰接；所述喷头与所述摇杆固定相连。

3.根据权利要求1所述的冷却液喷射机构，其特征在于：所述机械臂包括三节，相邻每节之间转动相连；所述机械臂上端与所述主体架相连，下端与所述摆动头转动相连。

4.根据权利要求3所述的冷却液喷射机构，其特征在于：所述机械臂包括两个方形管、分别固定设于两个方形管一端的两个转动伺服舵机、分别位于机械臂上下两端的上端转动伺服舵机和下端转动伺服舵机；所述机械臂上端通过云台支架可转动地设于主体架下端，该云台支架通过金属舵盘与上端转动伺服舵机输出轴传动相连；其中一个方形管的一端通过其上设有的转动伺服舵机与另一个方形管的另一端转动相连，另一端与所述上端转动伺服舵机固定相连；另一个方形管通过其上设有的转动伺服舵机与固定下端转动伺服舵机的舵机支架转动相连；所述下端转动伺服舵机的输出轴与所述摆动头传动相连。

5.根据权利要求1所述的冷却液喷射机构，其特征在于：所述吸附底座包括挂架、设于左右两端的磁性表座和中间的底座；所述底座两端分别与两个磁性表座固定相连；其中一个磁性表座下端设有凹槽；所述挂架一端插入所述凹槽内。

6.根据权利要求1所述的冷却液喷射机构，其特征在于：所述主体架内设有旋转伺服舵机，下端设有转盘；所述转盘与旋转伺服舵机输出轴传动相连。

7.根据权利要求5所述的冷却液喷射机构，其特征在于：所述主体架上端设有盖板。

8.根据权利要求1所述的冷却液喷射机构，其特征在于：所述摆动头还包括喷头安装架和安装盖；所述喷头设于安装盖和喷头安装架之间，且通过喷头安装架与摆动机构相连；所述安装盖外端设有水口控制电机。