CN104117695B - 一种偏置扭力梁弹性尾架 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于数控机床自动装夹的偏置扭力梁弹性尾架，顶尖偏置安装形成扭力梁结构并通过压缩弹簧获得夹紧力，尾架的快速进退依靠滚动直线导轨实现，当顶尖受到顶夹力时，偏置扭力梁结构使尾架箱体紧靠在侧边垂直安装的平面滑动摩擦导轨进行精确定位并对该导轨产生预紧力，当顶尖承受水平方向的径向作用力时，预紧力可有效进行平衡，偏置扭力梁弹性尾架减小加工干涉，定位准确，能有效减震和减少磨损，适合于需顶尖偏置安装的、加工时顶尖承受水平方向径向交变切削抗力的金属切削数控机床使用。

Description

一种偏置扭力梁弹性尾架
技术领域
本发明涉及一种用于数控机床的尾架机构，特别涉及一种尾顶尖偏置形成扭力梁的力学结构、自动夹紧的数控机床尾架机构。
背景技术
尾座是一般机床必备的部件，其功能是对加工的工件轴尾端进行定位和支承。传统的数控机床的尾架在原机床尾座的基础上功能得以扩展，包括数控驱动、自动顶夹等。但一般数控机床尾架仍沿袭原尾座设计，套筒式顶尖尾座、利用液压驱动、采用滑动摩擦导轨等，其设计的基本特征是尾架顶尖中心线与推动尾架的作用力方向线重合，即同轴心驱动。此类尾架在日益发展的要求更高、功能更多样的数控机床上应用存在不足之处。如金属切削机床的尾顶尖经常承受水平面内的径向交变的切削抗力，套筒座孔在反复的交变切削抗力作用下会产生单边磨损，使工件定位精度下降，加工时工件震动加大，如要恢复精度需以维修方式更换顶尖套筒、套筒座，尾架的移动采用滑动摩擦导轨，虽可达到定位精度和刚度，但滑动摩擦导轨摩擦系数大，导轨易磨损，如采用滚动直线导轨则会导致刚度不够，同轴心驱动尾架使一些加工作业受干涉，只有加长顶尖、降低尾架刚度，另外，采用液压驱动尾架及顶尖套筒，机床的液压系统需要持续工作，能耗较高，结构也较复杂。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是克服现有技术中的不足，提供一种顶尖偏置安装的扭力梁力学原理结构的弹性尾架，解决同轴心驱动尾架的加工干涉问题，平衡切削加工中顶尖承受的水平面内的径向交变应力，提高尾架工作精度和使用寿命，降低尾架工作能耗。
(二)技术方案
为解决上述技术问题，本发明提供一种偏置扭力梁弹性尾架，包括滑配在导轨上且安装有顶尖的尾架本体、及用于推动所述尾架本体运动的推动机构，其中所述顶尖的轴线与所述推动机构的作用力的中心线平行且不同轴，所述尾架本体与所述推动机构之间设有弹性部件。
进一步的，所述尾架本体包括通过滑块3滑配在直线导轨2上的箱体6，所述顶尖固定在所述箱体6的前端，所述箱体6的后端面固定有导柱10，所述导柱10上滑配有推板8，所述弹性部件位于所述箱体的后端面与所述推板8之间，所述推板8上固定有丝杆螺母11，所述丝杆螺母11的轴线与所述顶尖的轴线平行且不同轴。
进一步的，所述推动机构包括安装在机架固定板13上的伺服电机15和减速机14，所述减速机14的输入轴与所述伺服电机15的输出轴连接，所述减速机14的输出端固定有丝杆12，所述丝杆12配合安装在所述丝杆螺母11内。
进一步的，所述推板8上安装有接触开关16，所述接触开关16朝向所述箱体的后端面。
进一步的，所述弹性部件为弹簧7，所述弹簧7套设在所述导柱上。
进一步的，所述顶尖包括顶尖安装座4和固定在所述顶尖安装座4端部的顶尖本体5。
进一步的，所述直线导轨2为滚动直线导轨。
进一步的，所述顶尖的轴线与所述推动机构的作用力的中心线位于同一水平面内
进一步的，还包括固定在机架上的平面滑动摩擦导轨17，所述平面滑动摩擦导轨17的工作面与所述箱体6的侧壁贴合。
(三)有益效果
本发明偏置扭力梁弹性尾架，顶尖偏置安装减小了尾架对加工的干涉，扩大了工作空间，增强了数控机床的功能。扭力梁弹性结构有效平衡了切削抗力，减小加工时的震动，消除由于切削抗力引起的尾架磨损。尾架的快速进、退依靠滚动直线导轨实现，速度快且能耗低。顶尖受力时，由滑动摩擦导轨定位，精度高、刚性好，由于滑动摩擦导轨与箱体是垂直面接触，且只在顶尖受力时承受摩擦力和预紧力，因此磨损小。本发明偏置扭力梁弹性尾架，易于实现数控机床的自动化控制，预紧力由弹簧提供，夹紧后机床工作尾架不工作，机床整体能耗低。
附图说明
图1为本发明偏置扭力梁弹性尾架的主视图；
图2为本发明偏置扭力梁弹性尾架的俯视图。
具体实施方式
参阅图1～图2，本发明提供一种偏置扭力梁弹性尾架，包括滑配在导轨上且安装有顶尖的尾架本体、及用于推动该尾架本体运动的推动机构，其中顶尖的轴线与推动机构的作用力的中心线平行且不同轴，同时在尾架本体与推动机构之间设有弹性部件；本实施例中的尾架本体包括通过滑块3滑配在直线导轨2上的箱体6，优选的，该直线导轨2为滚动直线导轨，顶尖固定在箱体6的前端，在箱体6的后端面固定有四根导柱10，在导柱10上滑配有推板8，弹性部件位于箱体的后端面与推板8之间，在推板8上固定有丝杆螺母11，该丝杆螺母11的轴线与顶尖的轴线平行且不同轴；推动机构包括安装在机架固定板13上的伺服电机15和减速机14，减速机14的输入轴与伺服电机15的输出轴连接，减速机14的输出端固定有丝杆12，该丝杆12配合安装在丝杆螺母11内；为了能达到自动控制，在推板8上安装有接触开关16，该接触开关16朝向箱体的后端面；本实施例中的弹性部件为弹簧7，该弹簧7套设在导柱上；为了便于装配，本实施例中的顶尖包括顶尖安装座4和固定在该顶尖安装座4端部的顶尖本体5；本实施例中的顶尖的轴线与推动机构的作用力的中心线位于同一水平面内；为了提高定位精度和刚性，本实施例中还包括固定在机架上的平面滑动摩擦导轨17，该平面滑动摩擦导轨17的工作面与箱体6的侧壁贴合，该侧壁为靠近在顶尖的一侧。
本领域技术人员应该了解，形成扭力梁力学结构的原理要素包括扭力梁及其扭转中心，本实施例中偏置安装的顶尖体与尾架箱体刚性连接形成扭力梁结构，其扭转中心应是四个滑块的中心，滑块与导轨的配合间隙及受力时发生的弹性变性是使扭力梁受力发生偏转的条件。
以下对本发明偏置扭力梁弹性尾架做详细阐述；
直线导轨2固定安装在机座1上，箱体6固定安装在滑块3上，顶尖安装座4固定安装在箱体的前端，顶尖本体5配合安装在顶尖安装座4上，在箱体后端面固定安装有四根导柱10，导柱10上套设有弹簧7，推板8套装在四根导柱上并将弹簧限位，螺母9悬在导柱端部的螺纹上并将推板锁止，丝杆螺母11固定安装在推板8上，丝杆12转动地安装在机架固定板13的轴承孔内，其尾端与减速机14的输出端连接，机架固定板安装在机座上。
当伺服电机15启动后，通过减速机带动丝杆旋转，丝杆驱动丝杆螺母，丝杆螺母带动推板从而带动箱体沿直线导轨快速前进或后退。箱体后退时，丝杆进入箱体孔内；当箱体前进时，顶尖受到顶夹力，推板压缩弹簧并触发接触开关16，该接触开关16触发机床数控系统的夹紧程序，从而对工件轴或工件实施设定的夹紧力。
以下对尾架受力进行具体分析；
丝杆的推力F推动箱体前移，顶尖受到顶夹力F’时，由于顶尖的中心线与丝杆的作用力中心线在水平面内偏离，作用力F产生一个向顶尖方向的径向分力F1，F1使箱体紧贴侧向的平面滑动摩擦导轨17，并对导轨产生预紧力；当顶尖承受水平面内的径向力F2时，F1可有效平衡F2，当F2大于F1时，偏置扭力梁机构将作用力传递给弹簧，可调整推力F的大小使之改变径向分力F1来有效平衡径向力F2。
本发明偏置扭力梁弹性尾架，顶尖偏置安装减小了尾架对加工的干涉，扩大了工作空间，增强了数控机床的功能。扭力梁弹性结构有效平衡了切削抗力，减小加工时的震动，消除由于切削抗力引起的尾架磨损。尾架的快速进、退依靠滚动直线导轨实现，速度快且能耗低。顶尖受力时，由滑动摩擦导轨定位，精度高、刚性好，由于滑动摩擦导轨与箱体是垂直面接触，且只在顶尖受力时承受摩擦力和预紧力，因此磨损小。本发明偏置扭力梁弹性尾架，易于实现数控机床的自动化控制，预紧力由弹簧提供，夹紧后机床工作尾架不工作，机床整体能耗低。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种偏置扭力梁弹性尾架，包括滑配在导轨上且安装有顶尖的尾架本体、及用于推动所述尾架本体运动的推动机构，其特征在于：所述顶尖的轴线与所述推动机构的作用力的中心线平行且不同轴，所述尾架本体与所述推动机构之间设有弹性部件；
所述尾架本体包括通过滑块(3)滑配在直线导轨(2)上的箱体(6)，所述顶尖固定在所述箱体(6)的前端，所述箱体(6)的后端面固定有导柱(10)，所述导柱(10)上滑配有推板(8)，所述弹性部件位于所述箱体的后端面与所述推板(8)之间，所述推板(8)上固定有丝杆螺母(11)，所述丝杆螺母(11)的轴线与所述顶尖的轴线平行且不同轴；
所述推动机构包括安装在机架固定板(13)上的伺服电机(15)和减速机(14)，所述减速机(14)的输入轴与所述伺服电机(15)的输出轴连接，所述减速机(14)的输出端固定有丝杆(12)，所述丝杆(12)配合安装在所述丝杆螺母(11)内；
所述推板(8)上安装有接触开关(16)，所述接触开关(16)朝向所述箱体的后端面；所述弹性部件为弹簧(7)，所述弹簧(7)套设在所述导柱上。
2.如权利要求1所述的偏置扭力梁弹性尾架，其特征在于：所述顶尖包括顶尖安装座(4)和固定在所述顶尖安装座(4)端部的顶尖本体(5)。
3.如权利要求1所述的偏置扭力梁弹性尾架，其特征在于：所述直线导轨(2)为滚动直线导轨。
4.如权利要求1至3任一项所述的偏置扭力梁弹性尾架，其特征在于：所述顶尖的轴线与所述推动机构的作用力的中心线位于同一水平面内。
5.如权利要求4所述的偏置扭力梁弹性尾架，其特征在于：还 包括固定在机架上的平面滑动摩擦导轨(17)，所述平面滑动摩擦导轨(17)的工作面与所述箱体(6)的侧壁贴合。
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