CN105171501A - 一种精密自锁进刀装置 - Google Patents

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陈珂
鲁科良
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q5/00—Driving or feeding mechanisms; Control arrangements therefor
    • B23Q5/22—Feeding members carrying tools or work
    • B23Q5/34—Feeding other members supporting tools or work, e.g. saddles, tool-slides, through mechanical transmission
    • B23Q5/38—Feeding other members supporting tools or work, e.g. saddles, tool-slides, through mechanical transmission feeding continuously
    • B23Q5/40—Feeding other members supporting tools or work, e.g. saddles, tool-slides, through mechanical transmission feeding continuously by feed shaft, e.g. lead screw
    • B23Q5/402—Feeding other members supporting tools or work, e.g. saddles, tool-slides, through mechanical transmission feeding continuously by feed shaft, e.g. lead screw in which screw or nut can both be driven

Abstract

本发明公开了一种精密自锁进刀装置，包括机壳盖（1）、刀具（2）、蜗杆（3）、蜗杆轴承（4）、蜗轮（5）、蜗轮轴承（6）、螺杆（7）、机壳（8）。本发明利用蜗轮蜗杆机构、螺纹传动机构、花键止转机构将电机提供的旋转运动减速后转换成刀具（2）的直线进给运动，实现进刀的目的。本发明通过蜗轮蜗杆机构、螺纹传动机构和花键止转机构相结合的方式实现进刀，其结构紧凑，采用模块化设计，拥有进刀自锁功能，可以精确控制进刀速度和进刀位置。

Description

一种精密自锁进刀装置
技术领域
本发明属于刀具进给领域，特别涉及一种具有速度、位置精密控制能力和自锁能力的进刀装置。
背景技术
随着社会的发展，人们对工业产品需求的多样化程度越来越高，这也促使装备制造技术向着多样化的形式发展，以车、铣、刨、磨、钳、钻为代表的传统机床已经无法胜任多样化的零件加工任务。大量特种加工设备以及相应的特种加工方法便在这种大背景下诞生。
针对单种特殊零件的加工任务，一般需要专门准备一台特种加工设备进行，该设备拥有针对上述特殊零件的专一性，即该设备一般不具备加工其他类型零件的能力，因此特种加工设备的种类极为繁多，但每种设备一般只有一台。凡是采用切削方式加工零件的设备，必须具有进刀机构，因为特种加工设备的非标准性，这些设备的刀具进给机构没有统一的方式。
以上所述情况导致了一些问题：每设计一种特种加工设备时都要重新设计相匹配的进刀机构，增加了设计人员的工作量，也增加了设备研发成本；在设计特种加工设备时必须考虑进刀机构的空间布置，这样会影响整个设备空间布局的优化；这些进刀机构都是两端极限位置控制，不具备精确控制进刀速度和进刀位置的能力，对于有较高精度要求的加工任务无法完成，而且加工过程中出现废品的概率也很高；这些进刀机构不具备自锁能力，在加工过程中必须持续提供进给力，增加了进刀控制的难度。
发明内容
有鉴于此，针对现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种精密自锁进刀装置，利用蜗轮蜗杆机构、螺纹传动机构、花键止转机构将电机提供的旋转运动减速后转换成刀具的直线进给运动，实现进刀的目的，本发明结构紧凑，采用模块化设计，具有进刀自锁能力和精确控制进刀速度、进刀位置的能力。
本发明为了实现上述目的，结构组成如下：蜗杆(3)沿Z轴布置，两端由一对蜗杆轴承(4)固定，所述蜗杆(3)与蜗轮(5)连接。所述蜗轮(5)沿X布置，两端由一对蜗轮轴承(6)固定，所述蜗轮(5)的轴心有一通孔，通孔内壁有螺纹。螺杆(7)的中间段有螺杆螺纹(72)，所述螺杆(7)穿过蜗轮(5)轴心的通孔，沿X轴布置，螺杆(7)的螺杆螺纹(72)与蜗轮(5)的螺纹进行螺纹配合。所述螺杆(7)一端有螺杆刀座(71)，另一端有螺杆花键(73)，刀具(2)安装在螺杆刀座(71)上。上述所有结构外围有机壳(8)和机壳盖(1)，所述机壳(8)上有花键槽(81)，所述花键槽(81)沿X轴布置，螺杆(7)的螺杆花键(73)被安装于机壳(8)的花键槽(81)内。所述机壳盖(1)上有一通孔，所述通孔沿X轴布置，螺杆(7)有螺杆刀座(71)的一端可以从所述通孔伸出到机壳盖(1)外部。机壳(8)垂直于Z轴的面上有通孔，蜗杆(3)至少有一端可以穿过所述通孔到机壳(8)外部。
本发明的优点如下：本发明采用了模块化设计，拥有很强的通用性，可以在各种加工设备上使用，使用者只需将本发明安装在加工设备的刀架上，并将电机的转轴与本发明的蜗杆(3)连接即可，本发明可以生产为拥有多种尺寸规格型号的系列产品，供使用者挑选。如图2所示，本发明结构紧凑，外形规则，传动比大，使用者只需在加工设备上预留很小的一块空间便可布置本发明，对整台设备的空间布局影响小。本发明利用了蜗轮蜗杆机构的自锁能力，当加工设备停止进刀时，本发明自锁，刀具(2)会保持在当前位置不发生偏移，保证了加工的质量和加工过程的安全。本发明利用了蜗轮蜗杆机构、螺纹传动机构传动精度高的特点，实现了进刀速度和进刀位置的精确控制，提高了加工的精度和加工过程的灵活性。
附图说明
下面将结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。
图1为一种精密自锁进刀装置的剖切结构示意图。
图2为一种精密自锁进刀装置的外观示意图。
图3为一种精密自锁进刀装置的螺杆(7)示意图。
图中，1—机壳盖，2—刀具，3—蜗杆，4—蜗杆轴承，5—蜗轮，6—涡轮轴承，7—螺杆，8—机壳，71—螺杆刀座，72—螺杆螺纹，73—螺杆花键，81—花键槽。
具体实施方式
典型具体实施方式如下：将本发明安装在加工设备的刀架上，蜗杆(3)伸出机壳(8)的一端与电机连接。控制电机的转动方向，便可控制本发明执行进刀动作或退刀动作；控制电机的转速，便可控制刀具(2)的进给速度；控制电机的角位移量，便可控制刀具(2)的直线位移量。电机停止转动，本发明自锁。
本发明的工作原理详细分析如下：电机将转矩传递给蜗杆(3)，蜗杆(3)将转矩传递给蜗轮(5)，因为螺杆花键(73)受到花键槽(81)绕X轴的旋转约束，所以螺杆(7)不能绕X轴转动，蜗轮(5)与螺杆(7)的螺纹配合将蜗轮(5)绕X轴的转矩转换成螺杆(7)沿X轴的直线力，螺杆(7)带动刀具(2)做直线运动，实现进给的目的。因为蜗轮蜗杆具有自锁的能力，当刀具2和螺杆7受到沿X轴的外力作用时，螺杆7不会发生位移。
电机的角位移量与刀具直线进给量的关系如公式(1.1)，电机转速与刀具进给速度的关系如公式(1.2)：θ—电机的角位移量(单位：度)，ω—电机转速(单位：rad/s)，n1—蜗杆(3)头数，n2—蜗轮(5)齿数，P—螺杆螺纹(72)的螺距(单位：mm)，s—刀具直线进给量(单位：mm)，v—刀具进给速度(单位：mm/s)。
θ · n 1 · P 360 n 2 = S - - - ( 1.1 )
ω · n 1 · P 2 n 2 = V - - - ( 1.2 )
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变形而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变形属于本发明的权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也包含这些改动和变形在内。

Claims (7)

1.一种精密自锁进刀装置，其特征在于：蜗杆（3）沿Z轴布置，两端由一对蜗杆轴承（4）固定，所述蜗杆（3）与蜗轮（5）连接，所述蜗轮（5）沿X布置，两端由一对蜗轮轴承（6）固定，螺杆（7）穿过蜗轮（5）轴心的通孔，沿X轴布置，所述螺杆（7）的一端安装有刀具（2），上述所有结构外围有机壳（8）和机壳盖（1），机壳（8）上有花键槽（81），所述花键槽（81）沿X轴布置。
2.根据权利要求1所述的一种精密自锁进刀装置，其特征在于：所述螺杆（7）的中间段有螺杆螺纹（72），一端有螺杆刀座（71），另一端有螺杆花键（73）。
3.根据权利要求1、权利要求2所述的一种精密自锁进刀装置，其特征在于：所述蜗轮（5）的轴心有一通孔，通孔内壁有螺纹，螺杆（7）的螺杆螺纹（72）与蜗轮（5）的螺纹进行螺纹配合。
4.根据权利要求1、权利要求2所述的一种精密自锁进刀装置，其特征在于：所述螺杆（7）的螺杆花键（73）被安装于机壳（8）的花键槽（81）内。
5.根据权利要求1、权利要求2所述的一种精密自锁进刀装置，其特征在于：所述机壳盖（1）上有一通孔，所述通孔沿X轴布置，螺杆（7）有螺杆刀座（71）的一端可以从所述通孔伸出到机壳盖（1）外部。
6.根据权利要求1、权利要求2所述的一种精密自锁进刀装置，其特征在于：所述刀具（2）安装固定在螺杆刀座（71）上。
7.根据权利要求1所述的一种精密自锁进刀装置，其特征在于：所述机壳（8）垂直于Z轴的面上有通孔，蜗杆（3）至少有一端可以穿过所述通孔到机壳（8）外部。
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