CN107717592A - 一种消除机床刀具与主轴偏心的装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于无Y轴控制系统机床技术领域，具体涉及一种消除机床刀具与主轴偏心的装置及方法，装置包括偏心装置和螺帽，偏心装置包括第一圆柱段和第二圆柱段，第一圆柱段沿轴向开设有第一内孔，第一内孔与第一圆柱段之间具有偏心距，该偏心距不小于机床刀具偏离主轴中心距离的最大值，第二圆柱段沿轴向开设有第二内孔，第二内孔与第一内孔同轴且相通，第二内孔为圆锥孔，第二内孔的小端与第一内孔相通，且小端的直径与第一内孔直径相同；第二圆柱段的外表面开设有外螺纹，并通过外螺纹与螺帽螺纹连接，螺帽的中心开设有通孔，本发明能够解决机床刀具与主轴中心的偏心问题，改善工件加工质量。

Description

一种消除机床刀具与主轴偏心的装置及方法
【技术领域】
本发明属于无Y轴控制系统机床技术领域，具体涉及一种消除机床刀具与主轴偏心的装 置及方法。
【背景技术】
目前，无Y轴控制系统的机床，经常会遇到刀具与主轴偏心的问题，偏心问题会严重影 响零件的加工质量。目前虽然有一些致力于减轻偏心问题产生影响的措施，但是减轻的程度有 限，效果都不理想，因此，亟需一种能够消除机床刀具与主轴偏心的装置及方法。
【发明内容】
为解决现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种消除机床刀具与主轴偏心的装置 及方法，本发明能够解决机床刀具与主轴中心的偏心问题，改善工件加工质量。
本发明的目的通过如下技术方案实现：
一种消除机床刀具与主轴偏心的装置，包括偏心装置和螺帽，偏心装置包括第一圆柱段和 第二圆柱段，第一圆柱段沿轴向开设有第一内孔，第一内孔与第一圆柱段之间具有偏心距，该 偏心距为机床刀具偏离主轴中心距离的最大值，第二圆柱段沿轴向开设有第二内孔，第二内孔 与第一内孔同轴且相通，第二内孔为圆锥孔，第二内孔的小端与第一内孔相通，且小端的直径 与第一内孔直径相同；第二圆柱段的外表面开设有外螺纹，并通过外螺纹与螺帽螺纹连接，螺 帽的中心开设有通孔。
第一圆柱段上设有一周等间距的刻度线。
第一圆柱段的外径与机床刀具安装座上的刀具安装孔直径相同，第一内孔与机床刀具的刀 柄之间为间隙配合。
第二圆柱段和第一内孔的尺寸满足关系：X2-X3>5；
其中X2为第二圆柱段的外径，X3为第一内孔的直径。
第一圆柱段的尺寸、第一内孔与第一圆柱段之间的偏心距和第一内孔的尺寸满足： X1-2×d>X3；
其中，X1为第一圆柱段的外径，d为第一内孔与第一圆柱段之间的偏心距，X3为第一内 孔的直径。
一种消除机床刀具与主轴偏心的方法，包括如下步骤：
步骤1，将偏心装置的第一圆柱段安装于机床上的刀具安装孔中，并将偏心装置与机床固 定；
步骤2，将机床刀具的刀柄插入第一内孔中，再将卡簧套设在机床刀具上，并处于第二内 孔内，再将螺帽套设在机床刀具上，将螺帽与第二圆柱段拧紧，通过螺帽、卡簧和偏心装置将 刀具紧固，并测量此时机床刀具的偏心距n；
步骤3，根据α＝arcsin(n/d)计算角度α，其中，α为偏心装置旋转角，d为机床刀具与机床主轴的最大偏心距；
步骤4，确定偏心装置的起始位置，再根据机床刀具轴心与机床主轴的相对位置，调节偏 心装置转动α角，消除机床刀具与机床主轴之间的偏心距。
所述步骤4中，确定偏心装置的起始位置后，若机床刀具轴心处于机床坐标系中XOY平 面的第一象限和第三象限，则调节偏心装置顺时针转动α角。
所述步骤4中，确定偏心装置的起始位置后，若机床刀具轴心处于机床坐标系中XOY平 面的第二象限和第四象限内，则调节偏心装置逆时针转动α角。
所述步骤4中，确定偏心装置的起始位置后，α角为90°时，调节偏心装置顺时针或逆 时针旋转90°。
当进行完步骤4后，再测量此时机床刀具的偏心距，若仍存在偏心距，重复步骤3至步骤 4，直至机床刀具与机床主轴之间的偏心距消除。
本发明具有如下有益效果：
本发明的消除机床刀具与主轴偏心的装置的偏心装置通过第一圆柱段安装于机床上的刀 具安装孔中，第一圆柱段和机床的刀具安装座之间固定连接，第一圆柱段沿轴向开设有第一内 孔，第一内孔与第一圆柱段之间具有偏心距，该偏心距为机床刀具偏离主轴中心距离的最大值， 第二圆柱段沿轴向开设有第二内孔，第二内孔与第一内孔同轴且相通，第二内孔为圆锥孔，第 二内孔的小端与第一内孔相通，且小端的直径与第一内孔直径相同，第二圆柱段的外表面开设 有外螺纹，并通过外螺纹与螺帽螺纹连接，螺帽的中心开设有通孔；在使用时，机床刀具的刀 柄插入第一内孔中，卡簧套设在机床刀具上，卡簧的外缘与圆锥形的第二内孔适配，螺帽通过 中心的通孔套在刀具上，将螺帽与第二圆柱段拧紧，在拧紧过程中，通过螺帽、卡簧和偏心装 置将刀具紧固；
当刀具安装好后，测量机床刀具的偏心距n，根据α＝arcsin(n/d)计算角度α，确定偏 心装置的起始位置，再根据机床刀具轴心与机床主轴的相对位置，调节偏心装置转动α角，从 起始位置转动α角的过程中，机床刀具与机床主轴之间的偏心距从n变为0，因此，机床刀具 与机床主轴之间的偏心距消除；
综上所述，本发明的装置具有结构简单，使用方便的特点，能够快速、有效地解决机床刀 具与机床主轴的偏心问题，并且，机床刀具与机床主轴之间的偏心距能够实现从最大偏心距到 0的全量程校正，进而改善零件加工质量。
进一步的，第一圆柱段上设有一周等间距的刻度线，通过刻度线能够方便控制偏心装置的 旋转角度。
进一步的，第二圆柱段和第一内孔的尺寸满足关系：X2-X3>5，保证了第二圆柱段具有一 定的壁厚，能够用于确定刀柄上与第二圆柱段对应部分的外径，以及选取合适规格的卡簧。
进一步的，第一圆柱段的尺寸、第一内孔与第一圆柱段之间的偏心距和第一内孔的尺寸满 足：X1-2×d>X3，保证了第一圆柱段具有一定的壁厚，能够用于确定机床刀具刀柄上与第一圆 柱段对应部分的外径。
【附图说明】
图1为本发明偏心装置的俯视示意图；
图2为本发明偏心装置的剖视示意图；
图3为通过本发明的消除机床刀具与主轴偏心的方法来消除偏心距的示意图；
图4为机床刀具安装于本发明的消除机床刀具与主轴偏心的装置上的结构示意图。
其中，1-机床刀具安装座，2-偏心装置，2-1-第一圆柱段，2-1-1-第一内孔，2-2-第二圆柱 段，2-2-1-外螺纹，2-2-2-第二内孔，2-2-3-圆锥面，3-卡簧，4-螺帽，5-镗刀，5-1-刀柄，6-刻 度线。
【具体实施方式】
下面结合附图和实施例来对本发明作进一步的说明。
如图1、图2和图4所示，本发明的消除机床刀具与主轴偏心的装置，包括偏心装置2和 螺帽4，偏心装置2为台阶式转接套，包括第一圆柱段2-1和第二圆柱段2-2，第一圆柱段2-1 沿轴向开设有第一内孔2-1-1，第一内孔2-1-1与第一圆柱段2-1之间具有偏心距，该偏心距为 机床刀具偏离主轴中心距离的最大值d，第二圆柱段2-2沿轴向开设有第二内孔2-2-2，第二内 孔2-2-2与第一内孔2-1-1同轴且相通，第二内孔2-2-2为圆锥孔，第二内孔2-2-2的小端与第 一内孔2-1-1相通，且小端的直径与第一内孔2-1-1直径相同，第一内孔2-1-1的直径X3和锥 度根据所用机床刀具以及与机床刀具所用的卡簧的结构确定；第二圆柱段2-2的外表面开设有 外螺纹2-2-1，并通过外螺纹2-2-1与螺帽4螺纹连接，螺帽4的中心开设有通孔。
本发明的第一圆柱段2-1上设有一周等间距的刻度线6；第一圆柱段2-1的外径X1与机 床刀具安装座1上的刀具安装孔直径X1相同，第一内孔2-1-1与机床刀具的刀柄之间为间隙 配合；第二圆柱段2-2和第一内孔2-1-1的尺寸满足关系：X2-X3>5；第一圆柱段2-1的尺寸、 第一内孔2-1-1与第一圆柱段2-1之间的偏心距和第一内孔2-1-1的尺寸满足：X1-2×d>X3；其 中，X1为第一圆柱段2-1的外径，X2为第二圆柱段2-2的外径，X3为第一内孔2-1-1的直径， d为第一内孔2-1-1与第一圆柱段2-1之间的偏心距。
通过本发明的装置消除机床刀具与主轴偏心的方法，包括如下步骤：
步骤1，将偏心装置通过第一圆柱段2-1安装于机床上的刀具安装孔中，并将偏心装置与 机床固定；
步骤2，将机床刀具的刀柄插入第一内孔2-1-1中，再将卡簧3套设在机床刀具上，并处 于第二内孔2-2-2内，再将螺帽4套设在机床刀具上，将螺帽4与第二圆柱段2-2拧紧，通过 螺帽4、卡簧3和偏心装置将刀具紧固，并测量此时机床刀具的偏心距n；
步骤3，根据α＝arcsin(n/d)计算角度α，其中，α为偏心装置旋转角，d为机床刀具与机床主轴的最大偏心距；
步骤4，如图3所示，确定偏心装置的起始位置，再根据机床刀具轴心与机床主轴的相对 位置，调节偏心装置转动α角，此时，机床刀具与机床主轴之间的偏心距消除；
若确定偏心装置的起始位置后，若机床刀具轴心处于机床坐标系中XOY平面的第一象限 和第三象限，则调节偏心装置顺时针转动α角；
若确定偏心装置的起始位置后，若机床刀具轴心处于机床坐标系中XOY平面的第二象限 和第四象限内，则调节偏心装置逆时针转动α角；
若确定偏心装置的起始位置后，α角为90°时，调节偏心装置顺时针或逆时针旋转90°。
当进行完步骤4后，再测量此时机床刀具的偏心距，若仍存在偏心距，重复步骤3至步骤4，直至机床刀具与机床主轴之间的偏心距消除。
本发明的消除机床刀具与主轴偏心的装置的使用及部件的尺寸确定通过如下过程进行：
(1)测量机床刀具安装座1上的刀具安装孔的直径X1；
(2)将刀柄直径为X1的机床刀具安装于机床刀具安装座1上，通过打表的形式，测量 机床刀具与机床主轴之间的最大偏心距d；
(3)根据X1-2×d＞X3原则，确定偏心装置2的第一内孔2-1-1的直径X3；
(4)根据X2-X3＞5原则，确定偏心装置2的第二圆柱段2-2的外圆尺寸X2，并在第二圆柱段2-2的端部加工外螺纹2-2-1；
(5)将机床刀具采用螺帽4与卡簧3夹头的方式安装于偏心装置2内；
(6)将安装机床刀具后的偏心装置2采用螺钉压紧方式安装于机床后，打表测量机床刀 具的偏心距n；
(7)根据α＝arcsin(n/d)公式计算偏心装置旋转角α；
(8)旋转偏心装置2，旋转时，确定偏心装置的起始位置，并通过刻度线6对起始位置 进行标记，偏心装置2根据机床刀具轴心与机床主轴的相对位置转动α角，转动后的位置即为 机床刀具的最佳校正位置，然后采用螺钉将偏心装置2压紧固定。
实施例
以某数控机床为例，通过制作偏心转接套校正镗刀安装后偏心问题，其具体实施方式如下， 如图4所示：
(1)测量机床刀具安装座1的刀具安装孔的直径为Φ20mm；
(2)将直径为Φ4mm的镗刀5采用卡簧3装夹安装于刀柄后，镗刀5连同刀柄安装在机 床上，通过打表的形式，确定镗刀5的轴线偏离机床主轴中心的最大偏心距为2mm；
(3)根据20-2×2＞X3原则，确定偏心装置2的第一内孔2-1-1直径X3为Φ12mm；
(4)根据X2-Φ12＞5原则以及夹紧机床刀具所用的卡簧3的标准，确定第二圆柱段2-2 的外圆尺寸为Φ18mm，然后根据标准在第二圆柱段2-2的端部加工螺纹M18；
(5)将Φ4mm镗刀5采用对应的卡簧3安装于偏心装置2的内孔中；
(6)将安了装镗刀5的偏心装置2采用螺钉压紧方式安装于机床后，打表测量镗刀5的 偏心距为1mm；
(7)根据α＝arcsin(1/2)公式计算角度α＝30°；
(8)根据机床刀具轴心与机床主轴的相对位置，逆时针或缓慢旋转偏心装置30°后，采 用螺钉压紧固定。

Claims (10)

1.一种消除机床刀具与主轴偏心的装置，其特征在于，包括偏心装置(2)和螺帽(4)，偏心装置(2)包括第一圆柱段(2-1)和第二圆柱段(2-2)，第一圆柱段(2-1)沿轴向开设有第一内孔(2-1-1)，第一内孔(2-1-1)与第一圆柱段(2-1)之间具有偏心距，该偏心距为机床刀具偏离主轴中心距离的最大值，第二圆柱段(2-2)沿轴向开设有第二内孔(2-2-2)，第二内孔(2-2-2)与第一内孔(2-1-1)同轴且相通，第二内孔(2-2-2)为圆锥孔，第二内孔(2-2-2)的小端与第一内孔(2-1-1)相通，且小端的直径与第一内孔(2-1-1)直径相同；第二圆柱段(2-2)的外表面开设有外螺纹(2-2-1)，并通过外螺纹(2-2-1)与螺帽(4)螺纹连接，螺帽(4)的中心开设有通孔。
2.根据权利要求1所述的一种消除机床刀具与主轴偏心的装置，其特征在于，第一圆柱段(2-1)上设有一周等间距的刻度线。
3.根据权利要求1所述的一种消除机床刀具与主轴偏心的装置，其特征在于，第一圆柱段(2-1)的外径与机床刀具安装座(1)上的刀具安装孔直径相同，第一内孔(2-1-1)与机床刀具的刀柄之间为间隙配合。
4.根据权利要求1所述的一种消除机床刀具与主轴偏心的装置，其特征在于，第二圆柱段(2-2)和第一内孔(2-1-1)的尺寸满足关系：X2-X3>5；
其中X2为第二圆柱段(2-2)的外径，X3为第一内孔(2-1-1)的直径。
5.根据权利要求1所述的一种消除机床刀具与主轴偏心的装置，其特征在于，第一圆柱段(2-1)的尺寸、第一内孔(2-1-1)与第一圆柱段(2-1)之间的偏心距和第一内孔(2-1-1)的尺寸满足：X1-2×d>X3；
其中，X1为第一圆柱段(2-1)的外径，d为第一内孔(2-1-1)与第一圆柱段(2-1)之间的偏心距，X3为第一内孔(2-1-1)的直径。
6.一种采用权利要求1-5任意一项所述的装置消除机床刀具与主轴偏心的方法，其特征在于，通过权利要求1所述的消除机床刀具与主轴偏心的装置进行，包括如下步骤：
步骤1，将偏心装置(2)的第一圆柱段(2-1)安装于机床上的刀具安装孔中，并将偏心装置(2)与机床固定；
步骤2，将机床刀具的刀柄插入第一内孔(2-1-1)中，再将卡簧(3)套设在机床刀具上，并处于第二内孔(2-2-2)内，再将螺帽(4)套设在机床刀具上，将螺帽(4)与第二圆柱段(2-2)拧紧，通过螺帽(4)、卡簧(3)和偏心装置(2)将刀具紧固，并测量此时机床刀具的偏心距n；
步骤3，根据α＝arcsin(n/d)计算-度α，其中，α为偏心装置旋转角，d为机床刀具与机床主轴的最大偏心距；
步骤4，确定偏心装置(2)的起始位置，再根据机床刀具轴心与机床主轴的相对位置，调节偏心装置(2)转动α角，消除机床刀具与机床主轴之间的偏心距。
7.根据权利要求6所述的一种消除机床刀具与主轴偏心的方法，其特征在于，所述步骤4中，确定偏心装置(2)的起始位置后，若机床刀具轴心处于机床坐标系中XOY平面的第一象限和第三象限，则调节偏心装置(2)顺时针转动α角。
8.根据权利要求6所述的一种消除机床刀具与主轴偏心的方法，其特征在于，所述步骤4中，确定偏心装置(2)的起始位置后，若机床刀具轴心处于机床坐标系中XOY平面的第二象限和第四象限内，则调节偏心装置(2)逆时针转动α角。
9.根据权利要求6所述的一种消除机床刀具与主轴偏心的方法，其特征在于，所述步骤4中，确定偏心装置(2)的起始位置后，α角为90°时，调节偏心装置(2)顺时针或逆时针旋转90°。
10.根据权利要求6所述的一种消除机床刀具与主轴偏心的方法，其特征在于，当进行完步骤4后，再测量此时机床刀具的偏心距，若仍存在偏心距，重复步骤3至步骤4，直至机床刀具与机床主轴之间的偏心距消除。
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