CN104002198B - 内循环光电式寻边器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种内循环光电式寻边器，包括端盖、导电主体、电阻、双弹簧组件、绝缘套、电池、陶瓷垫圈和探头，导电主体是一端设置有圆环形挡圈、中部开有不等径通孔的圆柱体结构，探头通过位于导电主体的通孔内的双弹簧组件安装在导电主体设置有挡圈的一端上，端盖上设置有开关并连接在导电主体另一端上，陶瓷垫圈位于探头与导电主体之间并与导电主体连接，电池和电阻位于导电主体的通孔内，绝缘套位于双弹簧组件与导电主体通孔内壁之间，工作状态时，开关、电源、电阻、双弹簧组件、探头和挡圈形成工作回路。本发明可对所有零件（包括导电性和非导电性零件）进行寻边操作，具有结构简单，响应时间快，操作简单，适用范围广等优点。

Description

内循环光电式寻边器

技术领域

本发明涉及一种数控加工技术中使用的寻边器，特别涉及一种内循环光电式寻边器。

背景技术

外循环（也称外部串联）光电式寻边器是利用机床、零件等外部介质的导电性形成的循环回路，使寻边器发出声、光的信号。是目前现有光电式寻边器中应用最广泛的一种。寻边器的中间设置有一绝缘层，将电源两极分别定义在绝缘层分隔的两端。接触部位是一个Φ10mm球形探头，用弹簧与本体连接，可自由拉伸，当接触零件发生过行程时可起到保护作用。

通常机床本体普遍采用金属制成，具有导电性。当探头与零件表面发生接触时，电流通过零件传到机床上，并连接到寻边器的另一端形成回路，从而产生声、光瞬间信号，实现寻边的准确定位如图6所示。外部循环要想实现回路，关键在于所要加工的零件必须具备导电性能。

上述外循环光电式寻边器存在的不足之处为：

1.不能对非导电性（如橡胶、树脂等）零件进行寻边操作，零件不具备导电性，无法形成回路。

2.外循环回路响应时间慢，且容易受到外部坏境干扰，影响回路响应时间，造成积累误差。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种可对所有零件（包括导电性和非导电性零件）进行寻边操作，结构简单，响应时间快，操作简单，适用范围广的内循环光电式寻边器，以解决上述现有技术存在的不足之处。

解决上述技术问题的技术方案是：一种内循环光电式寻边器，包括端盖、导电主体、电阻、双弹簧组件、绝缘套、电池、陶瓷垫圈和探头，所述的导电主体是一端设置有圆环形挡圈、中部开有不等径通孔的圆柱体结构，所述的探头通过位于导电主体通孔内的双弹簧组件安装在导电主体设置有挡圈的一端上，所述的端盖连接在导电主体另一端上，所述的端盖上设置有开关，所述的陶瓷垫圈位于探头与导电主体之间并与导电主体连接，所述的电池和电阻位于导电主体的通孔内，所述的绝缘套位于双弹簧组件与导电主体通孔内壁之间，工作状态时，所述的开关、电池、电阻、双弹簧组件、探头和挡圈形成工作回路。

所述的双弹簧组件包括回位弹簧和拉力弹簧，所述的回位弹簧套装在拉力弹簧外侧，所述的拉力弹簧和回位弹簧一端与探头连接，拉力弹簧另一端与弹簧档板连接，所述的弹簧档板的直径大于安装拉力弹簧的导电主体通孔的直径。

自然状态下，所述的回位弹簧的长度小于拉力弹簧的长度，所述的回位弹簧与绝缘套之间的间隙为0.1～0.3mm。

所述的导电主体的挡圈上还设置有橡胶密封圈。

所述的导电主体的通孔内还设置有指示灯，指示灯与电阻串联，导电主体上开有透光孔。

所述的探头从底端到顶端是由直径由大变小的2-4个圆柱体连接构成。

所述的探头最底端的圆柱体侧面与圆形面的连接处为圆角过渡。

所述的导电主体是采用一次加工成型。

光电式寻边器作为寻边器中的一种，具有反应灵敏，响应直观，操作简便等优点。市面上的光电寻边器多以外循环光电寻边器为主，在使用过程中必须考虑零件、机床具备导电性能才能使用。在一定程度上限制了光电寻边器的通用性，这也是在数控加工领域中没有得到推广的主要原因之一。本发明是对上述外循环寻边器存在的不足提出新的方案，其具有以下优点：

1.采用内部回路结构，不受外部环境干扰，可完成所有零件的寻边操作。

2.整个回路在内部完成，响应时间快，可捕捉瞬时定位点，对刀效果更精确。

3.寻边器主体采用一次加工成型，避免了二次误差产生。

4.采用双弹簧设计，探头在过行程后会因为弹簧的拉力而产生倾斜，这样会保护侧壁，而不产生硬撞伤。

综上所述，本发明结构简单，布局合理，不会产生二次积累误差。整个响应时间快，不受零件、机床等外界坏境的影响，操作简单，适用范围广，是一种具有很高推广价值的寻边器。

下面，结合附图和实施例对本发明之一种内循环光电式寻边器的技术特征作进一步的说明。

附图说明

图1：本发明之内循环光电式寻边器结构示意图。

图1-1：图1的A部放大图。

图2：本发明之内循环光电式寻边器电路图。

图3：本发明之探头受力示意图。

图4：本发明之探头的过行程保护示意图。

图5：寻边器内循环回路示意图。

图6：寻边器外循环回路示意图。

图中：1-端盖，2-导电主体，21-挡圈，3-电阻，4-指示灯，5-双弹簧组件，51-回位弹簧，52-拉力弹簧，6-绝缘套，7-螺钉，8-电池，9-电线，10-透光孔，11-陶瓷垫圈，12-橡胶密封圈，13-探头，14-弹簧档板，15-开关。

P表示圆角过渡。

具体实施方式

实施例1：一种内循环光电式寻边器，包括端盖1、导电主体2、电阻3、指示灯4、双弹簧组件5、绝缘套6、电池8、陶瓷垫圈11、橡胶密封圈12和探头13，所述的导电主体2是一端设置有圆环形挡圈21、中部开有不等径通孔的圆柱体结构，所述的导电主体2是采用一次加工成型，可减小误差的积累。所述的探头13从底端到顶端是由直径由大变小的3个圆柱体连接构成，所述的探头最底端的圆柱体侧面与圆形面的连接处为圆角过渡，即采用倒角处理。所述的指示灯采用发光二极管或是LED。

所述的探头13通过位于导电主体的通孔内的双弹簧组件安装在导电主体设置有挡圈的一端上，所述的双弹簧组件包括回位弹簧51和拉力弹簧52，通过回位弹簧51和拉力弹簧52实现探头的接触→回位过程。自然状态下，所述的回位弹簧的长度小于拉力弹簧的长度，所述的回位弹簧51套装在拉力弹簧52外侧，所述的拉力弹簧和回位弹簧一端与探头连接，拉力弹簧另一端与弹簧档板14连接，所述的弹簧档板14的直径大于安装拉力弹簧的导电主体通孔的直径，即拉力弹簧一端通过弹簧档板14固定。所述的端盖1连接在导电主体另一端上，所述的端盖上设置有开关15，所述的陶瓷垫圈11位于探头与导电主体之间并与导电主体通过螺钉7连接，所述的电池8、电阻3和指示灯4位于导电主体的通孔内，导电主体相应位置上开有透光孔10，所述的绝缘套6位于双弹簧组件5与导电主体通孔内壁之间，所述的回位弹簧51与绝缘套6之间的间隙为0.1～0.3mm。因回位弹簧只起到控制探头的回位作用，故其另一端不需要特别固定，通过调节其与绝缘套6之间的间隙即可实现其回位的功能。所述的橡胶密封圈12安装在导电主体的挡圈上。工作状态时，所述的开关、电池、电阻、指示灯、双弹簧组件、探头和挡圈形成工作回路。

作为本实施例的一种变换，也可以不设置橡胶密封圈12，不影响使用效果，只是不利于防尘。所述的双弹簧组件还可以采用其他的具体结构形式，只要能够连接探头和控制探头回位即可。所述的探头的具体结构还可以根据实际情况改变。所述的工作指示灯可以不设置，采用发声器替代。

本实施例内循环寻边器的电路设计如图2所示，整个电路所需的元器件有：电源、电阻、指示灯、开关、探头和挡圈。从电源的正极出发，经过电阻调节电流与指示信号灯正极一端相连。指示灯另外一端与探头连接，且中间放置有回位弹簧。工作时开关处于闭合状态，移动机床工作台使探头与零件接触产生移动，当探头的移动与圆周挡圈（即寻边器型腔内侧）触碰时，电流形成回路，这时指示灯点亮。当探头与零件分离时，探头尾部的弹簧产生回弹力与挡圈分离，同时电路断开，指示信号灯灭。

本发明从结构上看大概分为寻边器主体和接触探头两部分组成。主体部分是一个整体，主要部位（即寻边器外圆夹持部位、探头接触的底部位置和挡圈侧面）的尺寸精度和形位公差在机床上一次加工成型，减小误差的积累。主体内与探头接触的底部放置一个陶瓷垫圈11作为绝缘体，用螺钉连接，而螺钉的安装则低于陶瓷面，并套上橡胶盖，防止形成回路。陶瓷垫圈11的表面须要打磨抛光处理，以减小探头在平面上移动摩擦阻力。探头四周间隙太大，为了防止灰尘以及脏物进入型腔，在寻边器主体外侧安装橡胶密封圈12。

寻边器的主体和探头之间采用拉力弹簧和回位弹簧连接，其中拉力弹簧是起到连接的作用，回位弹簧则起到保证探头与挡圈侧壁分离作用，在不工作时，不形成回路。同时在弹簧的侧壁上设置有绝缘套6，弹簧与主体保持绝缘状态。其次是主体内的指示灯、电阻、电池依次从左端顶部端盖处放入，端盖上设计有开关，在非工作状态下可将电源关闭，起到保护作用。

本发明探头部位受力分析

光电式寻边器的核心部位是探头，在探头的设计上采用了双弹簧连接方式如图3所示。设参数：探头重力F1、接触零件推力F2、拉力弹簧拉力F3、回位弹簧拉力F5、摩擦力F4。

在不受外力作用时，即，整个探头底部接触面完全贴合寻边器底部（垫圈平面），达到重力平衡。寻边时，探头与零件接触而受到外力F2推力作用，接触端受到力臂的作用产生合力，同时也产生摩擦力F4、回位弹簧拉力F5，有两种情况：

当时，探头底部在原位置而不产生移动，随着外力持续作用探头在原地受到拉力的作用产生倾斜角度，这显然不符合设计要求。

当时，当外力大于摩擦力和回位弹簧拉力时，随着外力持续作用，探头向右平行移动，直至瞬间接触右端挡圈内壁，电流形成回路，故满足设计要求。

在外力F2取消的情况下，摩擦力F4的方向与回位弹簧拉力F5相反。当时，探头与挡圈内壁一直保持贴合状态，电流保持回路，不符合要求。当时，探头与挡圈内壁分离开，电路断开，实现回位功能。

本发明探头行程保护：受到外力F2作用时，探头沿底面平行移动，在探头接触侧壁的瞬间时，电流产生回路。这时如果不及时停止而持续受到外力作用，造成探头与侧壁产生硬碰撞，严重时会导致寻边器的损坏。如果考虑到探头在过行程后会因为弹簧的拉力而产生倾斜如图4所示，这样会保护侧壁，而不产生硬撞伤，但是也要考虑到探头的直角锐边会刮伤侧部和底部表面。因此，在设计时将探头与侧壁接触的直角锐边进行倒圆处理，且倒圆半径可适当大些，有助于过行程时保证倾斜的顺畅过渡。探头与底部接触的直角锐边也进行倒圆角处理，考虑到会影响探头底部的接触面积，倒圆的半径不能过大。这样处理后，探头与侧、底部表面的刮伤会得到很大改善，对探头也起到保护作用。

Claims (8)

1.一种内循环光电式寻边器，其特征在于：包括端盖（1）、导电主体（2）、电阻（3）、双弹簧组件（5）、绝缘套（6）、电池（8）、陶瓷垫圈（11）和探头（13），所述的导电主体（2）是一端设置有圆环形挡圈（21）、中部开有不等径通孔的圆柱体结构，所述的探头（13）通过位于导电主体通孔内的双弹簧组件安装在导电主体设置有挡圈的一端上，所述的端盖（1）连接在导电主体另一端上，所述的端盖上设置有开关（15），所述的陶瓷垫圈（11）位于探头与导电主体之间并与导电主体连接，所述的电池（8）和电阻（3）位于导电主体的通孔内，所述的绝缘套（6）位于双弹簧组件（5）与导电主体通孔内壁之间，工作状态时，所述的开关、电池、电阻、双弹簧组件、探头和挡圈形成工作回路。

2.根据权利要求1所述的内循环光电式寻边器，其特征在于：所述的双弹簧组件（5）包括回位弹簧（51）和拉力弹簧（52），所述的回位弹簧（51）套装在拉力弹簧（52）外侧，所述的拉力弹簧和回位弹簧一端与探头连接，拉力弹簧另一端与弹簧档板（14）连接，所述的弹簧档板（14）的直径大于安装拉力弹簧的导电主体通孔的直径。

3.根据权利要求2所述的内循环光电式寻边器，其特征在于：自然状态下，所述的回位弹簧的长度小于拉力弹簧的长度，所述的回位弹簧（51）与绝缘套（6）之间的间隙为0.1～0.3mm。

4.根据权利要求1所述的内循环光电式寻边器，其特征在于：所述的导电主体的挡圈上还设置有橡胶密封圈（12）。

5.根据权利要求1所述的内循环光电式寻边器，其特征在于：所述的导电主体（2）的通孔内还设置有指示灯（4），指示灯与电阻串联，导电主体上开有透光孔（10）。

6.根据权利要求1-5任一项所述的内循环光电式寻边器，其特征在于：所述的探头（13）从底端到顶端是由直径由大变小的2-4个圆柱体连接构成。

7.根据权利要求6所述的内循环光电式寻边器，其特征在于：所述的探头最底端的圆柱体侧面与圆形面的连接处为圆角过渡。

8.根据权利要求1-5任一项所述的内循环光电式寻边器，其特征在于：所述的导电主体（2）是采用一次加工成型。