CN106926045A - 具有同轴制动器的工具夹持器转台 - Google Patents

具有同轴制动器的工具夹持器转台 Download PDF

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Abstract

一种工具夹持器转台，其中，单一的电动伺服电机设计成用于锁定和解锁工具夹持盘，并且用于赋予工具夹持盘角位移以改变工具位置。所述工具夹持器转台包括：固定的基座本体、工具夹持盘、具有凸轮从动件的第一圆柱环形本体、具有凸轮轮廓的第二圆柱环形本体、锁定构件、以及电动伺服电机，其中，电动伺服电机动力学地连接至第二圆柱环形本体以在与轴同轴的两个旋转方向上赋予第二圆柱环形本体角位移；由于第二圆柱环形本体的角位移，凸轮从动件和凸轮轮廓引起第一圆柱环形本体在所述轴上沿两方向轴向地移动；并且，第一圆柱环形本体动力学地连接至与上述轴同轴的辅助轴，并且具有启用后用以锁定所述第一圆柱环形本体的旋转的制动装置。

Description

具有同轴制动器的工具夹持器转台
技术领域
本发明涉及一种类型的工具夹持器转台，该类型的工具夹持器转台包括：固定的基座本体，该固定的基座本体具有沿着纵向轴线(X-X)延伸的腔；工具夹持盘，该工具夹持盘能够围绕旋转轴线沿两个旋转方向相对于固定的基座本体旋转，所述旋转轴线与所述纵向轴线(X-X)是同轴的并且是重合的，所述工具夹持盘安装至沿着所述纵向轴线(X-X)延伸的轴的端部；第一圆柱环形本体，所述第一圆柱环形本体键连接至所述轴并且于所述轴上、仅可在第一轴向位置与第二轴向位置之间抵抗作用在所述第一圆柱环形本体与所述工具夹持盘之间的弹性装置沿轴向自由滑动；第二圆柱环形本体，所述第二圆柱环形本体也键连接至所述轴并且相对于所述轴旋转，所述第二圆柱环形本体具有多个对称的凸轮轮廓，该对称的凸轮轮廓布置在所述第二圆柱环形本体的相对于所述工具夹持盘的近端的前表面的圆周上；锁定构件，该锁定构件用于在所述第一圆柱环形本体处于其第一轴向位置时将所述工具夹持盘相对于所述固定的基座本体进行锁定，并且用于在所述第一圆柱环形本体处于其第二轴向位置时解锁所述工具夹持盘，所述第一圆柱环形本体具有多个凸轮从动件，所述凸轮从动件的前部与所述第二圆柱环形本体的相应的对称的凸轮轮廓相接合，由于所述第二圆柱环形本体的角位移，所述凸轮从动件和所述凸轮轮廓引起所述第一圆柱环形本体在所述轴上沿两方向的轴向移动；电动伺服电机，所述电动伺服电机动力学地连接至所述第二圆柱环形本体，以在与所述轴同轴的两个旋转方向上赋予第二圆柱环形本体角位移。
背景技术
上述类型的工具夹持器转台在现有技术中是已知的。
例如，如在IT 1,138,598中所述，其使用电动机，所述电动机通过适当的具有凸轮轮廓的机构而将工具夹持盘从转台本体解锁以及将工具夹持盘锁定至转台本体以使工具夹持盘旋转以便更换工具。
相同的电动机还提供所述盘的角位移，以改变所使用的工具的位置。
因此，这些转台具有使用用于其操作的单一能源——即，电能——的优点和使用用于所有运动的单一电机的优点。
与其他类型的转台相比，这种转台具有相当大的优势，其中，电能用于给电机提供电力，电机致动工具夹持盘旋转以便更换工具，液压能量或气动能量用来引起锁定和解锁构件的构件的启用以锁定以及解锁工具夹持盘。
已知不鼓励使用利用两种不同类型的能量来致动工具夹持器转台，因为这需要提供从能量源至转台进行操作的机床的所有必要的通路。
然而，如在IT 1,138,598中所述的，这些现有技术的转台所使用的用以在转台到达新的工具位置时停止所述盘的角运动的机构包括销钉，在所述盘旋转时，当在销钉的前面存在缺口时，所述销钉卡入相应的缺口中，并且由于缺口对应于预期的工具位置，因此，电气控制装置赋予连接至销钉的电磁铁释放指令。
由于工具夹持盘的旋转质量的惯性，在选定的停止位置周围产生冲击和随之而来的振荡，这种冲击限制旋转速度，因此，需要在任何情况下提供阻尼构件，这增加了转台结构的复杂性并增加成本。
特别地，旋转速度的限制涉及较长的工具定位时间，这将影响加工时间。
为了减少工具定位时间并且提高机器的生产量，现有技术中已开发出配备有液压锁定和解锁系统的伺服控制的转台。
然而，尽管这些技术方案已证明在操作上有一定效率，但其成本效益仍然较低，因为他们需要两个能源供应模式：用于旋转的电源和用于锁定和解锁工具夹持盘的液压源。
提供两种能源供应模式涉及一些连接至机站的分布连线的结构复杂性，并且还涉及散热问题。
例如，在WO 2009/012875中描述的，为了使用单一的能源——特别是电力，并且为了简化用于在改变工具位置时停止工具夹持盘的机构，已经建议使用两个电动伺服电机，即，第一电机用于所述盘的角位移运动以改变工具位置以及第二伺服电机用于通过凸轮构件进行的用以锁定和解锁工具夹持盘的运动。
然而，如在WO 2009/012875中描述的，第二伺服电机的使用意味着除了用于所述盘的角运动的伺服电机所需的那些装置之外，该第二伺服电机必须配备有自己的电子控制/命令装置，这将显著地增加转台的成本，并且也将转台暴露于可能的故障，例如其部件的失效或错误操作。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种如下的工具夹持器转台：该工具夹持器转台采用的电动伺服电机设计成用于盘的角位移以改变工具位置并且用于锁定及解锁工具夹持盘，而不受上述现有技术的转台所遇到的缺点的影响。
本发明的另一目的是提供一种如下的技术布置：该技术布置用于锁定和解锁转台的工具夹持盘，一旦解锁该盘，该技术布置可以提供对电动伺服电机的在盘位移速度方面的性能的优化利用，而不会增加转台的整体成本并且不会对转台的操作可靠性造成负面影响。
如下文更详细地说明的这些及其他目的通过在如权利要求1中所述的工具夹持器转台而得以实现。
附图说明
现在将参照本发明的以示例性且非限制性的方式给出并于附图中示出的特定的优选实施方式来对本发明进行更详细的描述，在附图中：
图1示出本发明的转台的纵向截面，其中，工具夹持盘相对于固定的基座本体处于锁定状态；
图2示出本发明的转台的纵向截面，其中，工具夹持盘相对于固定的基座本体处于解锁状态并且能够自由旋转以改变工具位置；
图3示出沿着图1的线III-III截取的部分横截面的视图，该部分横截面横穿工具夹持盘的旋转轴线；
图4示出沿着图1的线IV-IV截取的部分横截面的视图，该部分横截面横穿旋转轴线X-X，其中，转台处于锁定位置；
图5示出沿着图2的线IV-IV截取的与图4中的部分横截面相似的部分横截面的视图，其中，转台被解锁并且适用于改变工具位置；
图6示出在转台处于锁定位置的状态下、于第一圆柱环形本体的凸轮轮廓和第二圆柱环形本体的凸轮从动件的附近截取的位置的直线展开视图；
图7示出在转台处于解锁位置并适于旋转以改变工具位置的状态下、于第一圆柱环形本体的凸轮轮廓和第二圆柱环形本体的凸轮从动件的附近截取的位置的直线展开的视图；
图8示出本发明的改进的实施方式中的转台的纵向截面，在该改进的实施方式中，在工具夹持盘相对于固定的基座本体处于锁定状态的状态下，电动伺服电机偏离工具夹持盘的轴；
图9示出与图1中的转台相似的转台的纵向截面，区别在于，连接至工具夹持盘的轴的第一圆柱环形本体于第一圆柱环形本体的前部处联接至第二圆柱环形本体的端部。
具体实施方式
参照上述附图，数字1表示转台的固定的基座本体，所述基座本体限定沿纵向轴线X-X延伸的内腔2，所述纵向轴线X-X与轴3的旋转轴线重合，轴3的端部4处固定有工具夹持盘5，该工具总体上表示为5a。
如图所示，轴3优选地具有轴向的腔3a，腔3a用于使设计用以致动工具夹持盘5上的任何常规的旋转工具或机械设备的电传动装置、液压传动装置、气动线路传动装置或机械传动装置通过。
如下文中更详细地描述的，电动机——即，电动伺服电机6——在两个旋转方向上控制轴3以移动工具夹持盘5，根据本发明，电动伺服电机6还用于解锁工具夹持盘5并且随后在工具夹持盘5角移位至不同的工具位置时将工具夹持盘5锁定。
转台包括用于在工具的任意工作位置处稳定地定位转台的锁定构件。
如在现有技术中已知的，这些锁定构件包括：第一齿环或齿轮10，所述第一齿环或齿轮10由环形本体11承载，所述环形本体11刚性地连接至转台的基座本体1；第二齿环或齿轮12，第二齿环或齿轮12与第一齿环或齿轮10同轴并且由具有中央开口13a的中间板13承载，在背向工具安装面的一侧上，中间板13刚性地连接至工具夹持盘5；以及表示为14的第三齿环或齿轮。
齿环14由第一圆柱环形本体15承载，第一圆柱环形本体15与轴3是同轴的并能够在轴3上轴向地移动，但是，由于键槽接合而阻止第一圆柱环形本体15旋转。齿环14以使得在所述第一圆柱环形本体15轴向移位在转台锁定位置中时与齿环10和齿环12相接合的径向范围面向齿环10和齿环12。
通过利用凸轮轮廓17可获得：抵抗多个弹簧16，第一圆柱环形本体15进行轴向位移并因此致动锁定构件以便这些锁定构件从如图1中所示的锁定位置移位到如图2中所示的解锁位置以及从所述解锁位置移位到所述锁定位置，其中，凸轮轮廓17由第二圆柱环形本体20承载在前部处并且与凸轮从动件接合，该凸轮从动件例如呈借助于销19而安装至所述第一圆柱环形本体15的辊18的形式。第二圆柱环形本体20也安装至轴3并且能够绕轴线X-X旋转。
为此，第二圆柱环形本体20通过多个外周布置的螺钉23而连接至伺服电机6的轴22的法兰端部21。
呈盘形弹簧24的形式的预加载的轴向偏置构件被置于所述第二圆柱环形本体20与传动轴22的法兰端部21之间并且抵接形成在所述轴3内的轴向肩部25。
在所示的示例中，所述盘形弹簧与工具夹持盘5的所述轴3是同心的，并且盘形弹簧的预载力可以通过插入呈垫片26和止推轴承27的形式的隔件进行调节。
特别参照图6和图7，应当指出的是，第二圆柱环形本体20的凸轮轮廓——总体上表示为17——包括平面部分17a和多个腔17b，每个腔17b具有平底17c并且凹入凸轮轮廓的平面部分的平面以下。每个腔的侧面17d是倾斜的并关于平底的中心线对称，并且侧面17d连接至平面部分17a。
凸轮从动元件——即，辊18——优选地布置在第一圆柱环形本体15上，优选地在等边三角形的顶点处，或者替代性地在具有与凸轮轮廓17的那些腔17b相同的布置的正六边形的顶点处。如图6所示，当这些元件在其前部与凸轮轮廓17的相应的平面部分17a接合时，这些元件保持第一圆柱环形本体15抵抗弹簧16沿轴向朝工具夹持盘5偏移，并且使齿轮14插入前方的齿轮10和齿轮12，而第二圆柱环形本体20通过止推轴承27、隔件26和盘形弹簧24而被沿轴向偏置抵靠肩部25。
因此，如图1所示，工具夹持盘在盘形弹簧24的预载力的作用下处于其锁定位置。
相反，当第二圆柱环形本体20响应伺服电机6的命令而沿如图6和图7的箭头所示的任一方向旋转时，第二圆柱环形本体20围绕轴3进行角移位，并且辊18水平移动至相应的腔17b并沉向底部以与侧面17d接触，从而允许第一圆柱环形本体15在弹簧16的作用下沿轴向移动。
这种轴向移动使齿轮14脱离齿轮10和齿轮12，从而释放工具夹持盘5以使工具夹持盘5可以自由地进行角移动以改变工具位置，正如上文所述的。
参照图4和图5，应当指出的是，第二圆柱环形本体20在面向第一圆柱环形本体15的前表面上具有肋28，所述肋28沿轴向突出朝向工具夹持盘5并且在圆周的给定的弧度β上延伸。
同样地，联接至与工具夹持盘5相连的轴3的第一圆柱环形本体15具有前肩部29，所述前肩部29面向第二圆柱环形本体20并且在圆周的给定的弧度α上延伸，第一圆柱环形本体15的前肩部29的圆周在径向上与第二圆柱环形本体20的肋28的圆周在未被该肋28占用的圆周弧度中重合。
所述肋28的圆周端部30和31以及所述肩部29的圆周端部32和33限定各自的抵接部，当上述抵接部接合在一起时，所述抵接部适用于将由伺服电机6产生的角位移传递至所述轴3，并且因此传递工具夹持盘5的角运动来改变工具位置。
如图所示，参见图5，一旦第二圆柱环形本体20经历了顺时针的角位移，则圆周端部30抵接圆周端部32，并且将允许第一圆柱环形本体15轴向移动并使前齿轮14从齿轮10和齿轮12被释放，并且将工具夹持盘5设置成解锁状态，以便工具夹持盘5可以旋转以改变工具位置。
在第二圆柱环形本体20的逆时针方向的角位移的情况下，肋28的端部31将抵接肩部29的端部33，从而允许盘5在已解锁时进行角位移。
第一圆柱环形本体15具有至少一个外围腔——表示为34，所述外围腔与于辅助管状轴36的端部处形成的至少一个齿35相接合。
腔34和齿35相互接合并以可旋转的方式接合并且能够进行相对的轴向平移。
在图1的示例中，辅助管状轴36定向成与工具夹持盘5的轴3的轴线X-X同轴并且与伺服电机6轴22同轴。
电磁制动器——总体上表示为38——可以是摩擦制动器或优选地为具有前齿的制动器，所述电磁制动器例如借助于常规的螺钉——表示为39——而安装至轴36的与具有齿35和腔34的端部相反的端部37。
当启用此制动器时，该制动器锁定轴36的旋转并因此通过齿35和腔34来保持第一圆柱环形本体15处于锁定的旋转状态，从而还锁定轴3的任何角位移以及工具夹持盘5的任何角位移。
相反，当关闭该电磁制动器时，在腔34与齿35接合的状态下，轴36可以自由旋转，并且第一圆柱环形本体15也可以自由旋转。
上面的描述清楚地表明，单一的电动伺服电机6能够解锁工具夹持盘5，并且一旦工具夹持盘5解锁，单一的电动伺服电机6能够通过肋28与肩部29之间的同时的前部接合来赋予工具夹持盘5所需的角位移，以使工具夹持盘5到达不同的工具位置。这是可能的，因为电磁制动器38被关闭并且轴3可与第二圆柱环形本体20共同旋转，第二圆柱环形本体20在先地解锁了通过作用于第一圆柱环形本体15来锁定工具夹持盘的齿轮14、10和12。
一旦到达了新的工具位置并且已经启用电磁制动器38，则伺服电机6反转其旋转方向并赋予第二圆柱环形本体29角位移，第二圆柱环形本体20的凸轮轮廓17与第一圆柱环形本体15的凸轮从动件辊18相互作用，从而仅引起所述第一圆柱环形本体15的朝向工具夹持盘5的轴向位移，将齿轮14插入到前齿轮10和12中并引起工具夹持盘5再次被锁定。
能够对转台进行结构修改，包括伺服电机6的位置，类似于图8的示例，在具有减速装置的传动单元的干涉下，伺服电机6可以相对于工具夹持盘5的轴3的轴线X-X偏移并且优选地定向成平行于轴线X-X。
此外，如图9中所示，连接至转台的轴3的第一圆柱环形本体15可以形成为不具有面向第二圆柱环形本体20的前肩部29，并且第二圆柱环形本体20可以形成为不具有肋28。
通过这样的结构，由于第一圆柱环形本体15的辊18与第二圆柱环形本体20的凸轮轮廓17之间的接合，由伺服电机6引起的角位移被直接传递至工具夹持盘的轴3。
未示出的其他结构修改可能涉及盘形弹簧24的位置及其预加载条件，而不背离如上文描述的和下文要求保护的本发明的范围。

Claims (12)

1.一种工具夹持器转台，所述工具夹持器转台包括：
固定的基座本体(1)，所述固定的基座本体(1)具有沿纵向轴线(X-X)延伸的腔(2)；
工具夹持盘(5)，所述工具夹持盘(5)能够围绕与所述纵向轴线(X-X)同轴且重合的旋转轴线沿两个旋转方向相对于所述固定的基座本体(1)旋转，所述工具夹持盘(5)安装至沿着所述纵向轴线(X-X)延伸的轴(3)的端部；
第一圆柱环形本体(15)，所述第一圆柱环形本体(15)键连接至所述轴(3)并且于所述轴(3)上、仅在第一轴向位置和第二轴向位置之间抵抗作用在所述第一圆柱环形本体(15)与所述工具夹持盘(5)之间的弹性装置(16)沿轴向自由滑动；
第二圆柱环形本体(20)，所述第二圆柱环形本体(20)也键连接至所述轴(3)并且能够相对于所述轴(3)旋转，所述第二圆柱环形本体(20)具有布置在所述第二圆柱环形本体(20)的相对于所述工具夹持盘(5)而言的近端的前表面的圆周上的多个对称的凸轮轮廓(17、17a、17b、17c、17d)；
锁定构件(14、10、12)，所述锁定构件(14、10、12)用于在所述第一圆柱环形本体(15)处于所述第一圆柱环形本体(15)的第一轴向位置时将所述工具夹持盘(5)相对于所述固定的基座本体(1)锁定，并且用于在所述第一圆柱环形本体(15)处于所述第一圆柱环形本体(15)的第二轴向位置时将所述工具夹持盘(5)解锁，所述第一圆柱环形本体(15)具有多个凸轮从动件(18)，所述多个凸轮从动件(18)的正面与所述第二圆柱环形本体(20)的相应的对称的凸轮轮廓(17、17a、17b、17c、17d)相接合，由于所述第二圆柱环形本体(20)的角位移，所述凸轮从动件和所述凸轮轮廓引起所述第一圆柱环形本体(15)在所述轴(3)上沿两方向轴向地移动；以及
电动伺服电机(6)，所述电动伺服电机(6)动力学地连接至所述第二圆柱环形本体(20)以在与所述轴(3)同轴的两个旋转方向上赋予所述第二圆柱环形本体(20)角位移，
其特征在于，所述第一圆柱环形本体(15)动力学地连接(34,35)至管状的辅助轴(36)，所述辅助轴(36)与所述轴(3)同轴，并且具有启用后用以锁定所述第一圆柱环形本体(15)的旋转的制动装置(38)。
2.根据权利要求1所述的工具夹持器转台，其特征在于，所述第二圆柱环形本体(20)具有肋(28)，所述肋(28)朝向所述工具夹持盘(5)轴向突出并且在圆周的给定弧度(β)上延伸，连接至所述工具夹持盘(5)的所述轴(3)联接至具有前肩部(29)的所述第一圆柱环形本体(15)，所述前肩部(29)面向所述第二圆柱环形本体(20)并且在圆周的给定弧度(α)上延伸，所述前肩部(29)的圆周在径向上与从所述第二圆柱环形本体(20)沿轴向向外突出的所述肋(28)的圆周在未被所述肋覆盖的弧度部分中重合，所述肋(28)的圆周端部(30、31)和所述肩部的圆周端部(32，33)限定各自的抵接部，以便当所述抵接部相互接合时，所述抵接部适于将由所述伺服电机(6)产生的角位移传递至所述轴(3)。
3.根据权利要求1或2所述的工具夹持器转台，其特征在于，所述锁定构件包括：
第一齿环(10)，所述第一齿环(10)由所述固定的基座本体(1)承载并且围绕所述腔(2)的所述纵向轴线(X-X)进行布置；
第二齿环(12)，所述第二齿环(12)与所述第一齿环同心并且由旋转的所述工具夹持盘(5)承载；以及
第三齿环(14)，所述第三齿环(14)固定至所述第一圆柱环形本体(15)的面向所述工具夹持盘(5)的轴向端部。
4.根据权利要求1或3所述的工具夹持器转台，其特征在于，所述制动装置(38)是电磁制动器，所述电磁制动器联接至所述辅助轴(36)的端部(37)，所述辅助轴(36)动力学地连接至所述第一圆柱环形本体(15)。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的工具夹持器转台，其特征在于，所述对称的凸轮轮廓中的每一者包括腔(17b)，所述腔(17b)的平底(17c)低于基准平面(17a)，并且所述腔(17b)的侧面(17d)包括对称地倾斜到所述腔的平底(17c)的平直部段。
6.根据权利要求1至5中的任一项所述的工具夹持器转台，其特征在于，所述凸轮从动件包括辊(18)，所述辊(18)围绕相应的销(19)自由旋转，所述销(19)由所述第一圆柱环形本体(15)承载，所述辊的外围接触由所述第二圆柱环形本体(20)承载的相应的所述凸轮轮廓。
7.根据权利要求1或2所述的工具夹持器转台，其特征在于，所述第一圆柱环形本体(15)的外围表面上具有至少一个腔(34)，所述管状的辅助轴(36)具有至少一个齿(35)，所述齿(35)以可旋转的方式接合所述腔(34)并且能够相对于所述腔(34)进行轴向平移。
8.根据权利要求1至7中的任一项所述的工具夹持器转台，其特征在于，所述工具夹持器转台包括预加载的轴向偏置构件(24)，所述预加载的轴向偏置构件(24)位于所述第二圆柱环形本体(20)与止动构件(25)之间，所述止动构件(25)由形成在所述轴(3)内的轴向肩部构成。
9.根据权利要求8所述的工具夹持器转台，其特征在于，所述预加载的偏置构件是盘形弹簧(24)，所述盘形弹簧(24)与所述工具夹持盘(5)的所述轴(3)同心定位，所述止动构件能够通过插入隔件(26)进行调节以赋予所述盘形弹簧所需的预载力。
10.根据权利要求1至9中的任一项所述的工具夹持器转台，其特征在于，所述伺服电机的旋转轴线与所述工具夹持盘(5)的旋转轴线(3)同轴地定位。
11.根据权利要求1至10中的任一项所述的工具夹持器转台，其特征在于，所述伺服电机(6)的旋转轴线相对于所述工具夹持盘(5)的旋转轴线(3)偏移并且借助置于所述工具夹持盘(5)与所述伺服电机(6)之间的动力学构件(60)连接至所述工具夹持盘(5)。
12.根据权利要求1至11中的任一项所述的工具夹持器转台，其特征在于，当由所述第一圆柱环形本体(15)承载的所述凸轮从动件(18)接触由所述第二圆柱环形本体(20)承载的所述凸轮轮廓(17b)的所述侧面(17d)时，并且当所述第一圆柱环形本体(15)处于预定的弹簧预载力(16)的作用下时，适于将由所述伺服电机(6)产生的角位移传递至所述工具夹持盘(5)的所述轴(3)。
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