CN108436554A - 一种加工中心主轴抓刀位置的校准工具和校准方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种加工中心主轴抓刀位置的校准工具和校准方法，可在主轴因位置误差无法顺利抓取刀库中的刀柄时，对主轴进行快速位置校准。其技术方案为：由带孔刀柄、第一芯棒和第二芯棒三个组件组成，通过这三个组件的配合使用，可在主轴因位置误差无法顺利抓取刀库中的刀柄时，对主轴进行快速位置校准，并相对现有技术可大大缩短加工中心抓刀位置的调整时间。

Description

一种加工中心主轴抓刀位置的校准工具和校准方法

技术领域

本发明涉及加工中心的辅助工具和方法，尤其涉及对加工中心的主轴的抓刀位置进行调整校准的工具和方法。

背景技术

如图1所示，加工中心在换刀过程中需要将主轴11伸入刀库的刀柄12中进行抓刀，为此需要保证刀库卡爪13与主轴11之间的相对位置准确以使主轴11能够在抓放刀时不会撞击刀库。

平时在使用加工中心时，一旦主轴或刀库受到撞击，或者重新调整过刀库或主轴的原位，都会造成在换刀时主轴相对于刀库的位置不准，此时就需要重新校准主轴的抓刀位置。

调整抓刀位置的通常的做法是将刀库旋转到抓刀位置，然后主轴在XY轴方向开到抓刀位置，并移动Z轴使主轴尽量贴近刀柄，然后从侧面观察主轴与刀柄是否同轴。该方法需要消耗大量的时间，且主要存在下面2个问题：

1.空间极小难以观察，旁边可能还会有夹具遮挡视线；

2.误差非常大，如果是没有经验的维修工有时候耗费大量的时间也无法将主轴与刀库中刀柄对齐。

另一种已有的方法是在主轴上吸一个表座，然后在刀库卡爪上安装一个环，通过打表的方式来测量主轴与刀库卡爪间的相对位置。但该方法存在操作过于繁琐的问题，每次测量都需要对表。除此之外，还需要手动开动主轴旋转(存在安全风险)，百分表的读数也较难观察，每次测量需要花费相当长的时间，同时要求加工中心有足够大的空间，不适合小尺寸的加工中心。

发明内容

以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。

本发明的目的在于解决上述问题，提供了一种加工中心主轴抓刀位置的校准工具和校准方法，可在主轴因位置误差无法顺利抓取刀库中的刀柄时，对主轴进行快速位置校准。

本发明的技术方案为：本发明揭示了一种加工中心主轴抓刀位置的校准工具，包括：

带孔刀柄，带孔刀柄内有贯通孔，用于观察刀柄和主轴的同轴度；

第一芯棒，用于插入到带孔刀柄的贯通孔中，前端由顶针、测量环构成，后端为芯轴，在芯轴尾端开有与顶针的角度方向一致的观察槽，观察槽用于得知顶针的角度。

根据本发明的加工中心主轴抓刀位置的校准工具的一实施例，还包括第二芯棒，第二芯棒用于插入到带孔刀柄的贯通孔中，第二芯棒分为截面大小不同的前端部分和后端部分。

根据本发明的加工中心主轴抓刀位置的校准工具的一实施例，第一芯棒的顶针之前还有紧定螺丝。

根据本发明的加工中心主轴抓刀位置的校准工具的一实施例，顶针的高度可以自由调节，并于测量环在径向的高度一致。

根据本发明的加工中心主轴抓刀位置的校准工具的一实施例，带孔刀柄外侧有刀爪卡槽，卡入刀库刀爪中。

本发明还揭示了一种加工中心主轴抓刀位置的校准方法，使用上述的校准工具实施如下的步骤：

将带孔刀柄装入刀库中，刀库和主轴均开到抓刀位置，通过带孔刀柄的贯通孔观察刀柄和主轴的同轴度，然后对主轴的XY轴方向进行移动以减少同轴度误差；

将第二芯棒插入到带孔刀柄的贯通孔中，基于第二芯棒前端是否能够顺利插入主轴夹头口的密封圈判断抓刀位置是否准确，如不准确则做调整；

将第一芯棒的顶针的高度调整到与测量环的高度一致，随后将第一芯棒插入到带孔刀柄内，通过观察槽得知顶针的角度；

旋转第一芯棒，在抓刀位置不准的情况下第一芯棒上的顶针的球头会与主轴孔的孔壁产生干涉，确定第一芯棒不可旋转的角度范围，基于角度范围确定主轴在抓刀时需要偏移的方向；

根据得到的主轴需要偏移的方向进行抓刀位置的X轴和Y轴坐标微调，进一步减少刀柄和主轴的同轴度误差，以使主轴可以顺利抓刀。

根据本发明的加工中心主轴抓刀位置的校准方法的一实施例，基于角度范围确定主轴在抓刀时需要偏移的方向的步骤进一步包括：

以第一芯棒不可旋转的角度范围作角平分线，角平分线所指向的方向即为主轴在抓刀时需要偏移的方向。

本发明对比现有技术有如下的有益效果：本发明的校准工具由带孔刀柄、第一芯棒和第二芯棒三个组件组成，通过这三个组件的配合使用，可在主轴因位置误差无法顺利抓取刀库中的刀柄时，对主轴进行快速位置校准，并相对现有技术可大大缩短加工中心抓刀位置的调整时间。

附图说明

在结合以下附图阅读本公开的实施例的详细描述之后，能够更好地理解本发明的上述特征和优点。在附图中，各组件不一定是按比例绘制，并且具有类似的相关特性或特征的组件可能具有相同或相近的附图标记。

图1示出了加工中心在换刀过程中将主轴伸入刀库刀柄中进行抓刀的示意图。

图2A、2B分别示出了本发明的加工中心主轴抓刀位置的校准工具的实施例中的其中一个组件带孔刀柄的剖视图和立体结构图。

图3示出了本发明的加工中心主轴抓刀位置的校准工具的实施例中的其中一个组件第二芯棒的结构图。

图4A、4B分别示出了本发明的加工中心主轴抓刀位置的校准工具的实施例中的其中一个组件第一芯棒的剖视图和立体结构图。

图5A至5C示出了本发明的通过带孔刀柄粗略调整同轴度误差的示意图。

图6示出了本发明的第二芯棒插入带孔刀柄的组装示意图。

图7示出了本发明的第一芯棒插入带孔刀柄的组装示意图。

图8A、8B示出了本发明的顶针在主轴孔中自由旋转的示意图。

图9示出了主轴在抓刀时需要偏移的方向的示意图。

图10示出了根据主轴需要偏移的方向进行抓刀位置的X轴和Y轴坐标微调的示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作详细描述。注意，以下结合附图和具体实施例描述的诸方面仅是示例性的，而不应被理解为对本发明的保护范围进行任何限制。

图2A至2B、图3、图4A至4B分别示出了组成本发明的加工中心主轴抓刀位置的校准工具的一实施例的三个组件，分别是：图2A至2B所示的带孔刀柄21、图3所示的第二芯棒22、图4A至4B所示的第一芯棒23。带孔刀柄21内有贯通圆孔210，第二芯棒22分为直径不同的前端部分221和后端部分222。第一芯棒23的前端由紧定螺钉231、可调节高度的顶针232、测量环233构成，后端为芯轴234，在芯轴尾端开有与顶针232方向一致的观察槽235，通过观察槽得知顶针232的角度。

以下描述了通过校准工具的上述三个组件调整刀柄和主轴的同轴度，以减少误差至主轴可以顺利抓刀的过程，即，加工中心主轴抓刀位置的校准方法的实施例。

在使用校准工具时，首先将带孔刀柄21装入刀库中，然后刀库和主轴31均开到抓刀位置，通过带孔刀柄21上的孔来粗略观察刀柄和主轴31的同轴度，然后对主轴31的XY轴方向进行手动移动直到肉眼无法看出有同轴度误差。图5A至5C模拟了在同轴度偏差在0.4mm情况下所观察到的情况，可以看到虽然刀柄轴线和主轴轴线的偏差是0.4，但是小圆(代表主轴孔)左侧与大圆(代表刀柄孔)左侧的距离和右侧相比相差0.8，所以看上去同轴度偏差是非常明显的。这一步的调整可以直接将抓刀位置的偏差至少缩小到0.3mm以内。带孔刀柄21外侧有标准刀爪卡槽，用来卡入刀库刀爪13中。带孔刀柄21中间的圆孔210直径为20mm，用来粗略观察刀柄和主轴31的同轴度，以及用来插入第二芯棒22或第一芯棒23。带孔刀柄21可以用标准的HSK刀柄进行改造来得到。

如图6所示，然后将第二芯棒22插入到带孔刀柄21的圆孔中，第二芯棒前端如果可以顺利插入主轴31夹头口的密封圈312中，则说明抓刀位置准确，如果不能顺利则需要进一步调整。

如图7所示，通过第一芯棒23对抓刀位置进行进一步精细调整，在使用前将第一芯棒23前端的可以调节高度的顶针232的高度调整到与测量环233的高度一致。随后将第一芯棒23插入到带孔刀柄21内，通过尾端开设的与顶针方向一致的观察槽235得知顶针232的角度。

接着手动旋转第一芯棒23，在抓刀位置不准的情况下(如图8B所示)，第一芯棒上的顶针的球头2321会在某个角度范围内与主轴孔311的孔壁产生碰撞从而无法自由旋转，图8B的箭头所示为第一芯棒23可旋转范围。如果抓刀位置准确则如图8A所示，箭头所示为第一芯棒23在主轴孔311中可自由旋转360°。

通过图9可以看出，以第一芯棒不可旋转的角度范围(箭头②所示)作角平分线(虚线所示)，那这个角平分线所指向的方向(箭头①所示)就是主轴在抓刀时需要偏移的方向，由于图9作为示意图，同轴度误差作了夸张处理，实际操作时同轴度误差没这么大，第一芯棒不可旋转范围是个非常小的值，可以很容易得到需要偏移的方向。

一般来说，之前通过观察粗调整时主轴与带孔刀柄间的同轴度误差已缩小到0.3mm以内，接下来根据得到的主轴需偏移的方向进行抓刀位置的X轴和Y轴坐标微调，每次一般可以调整0.1mm(该微调值无需严格根据角度来计算，可参考图10，如果主轴偏移方向落在图中箭头所示的范围中，就在X轴坐标上+0.1mm)，3次以内肯定就能将同轴度误差缩小到0.1mm以内，使主轴可以顺利抓刀。

尽管为使解释简单化将上述方法图示并描述为一系列动作，但是应理解并领会，这些方法不受动作的次序所限，因为根据一个或多个实施例，一些动作可按不同次序发生和/或与来自本文中图示和描述或本文中未图示和描述但本领域技术人员可以理解的其他动作并发地发生。

提供对本公开的先前描述是为使得本领域任何技术人员皆能够制作或使用本公开。对本公开的各种修改对本领域技术人员来说都将是显而易见的，且本文中所定义的普适原理可被应用到其他变体而不会脱离本公开的精神或范围。由此，本公开并非旨在被限定于本文中所描述的示例和设计，而是应被授予与本文中所公开的原理和新颖性特征相一致的最广范围。

Claims (7)

1.一种加工中心主轴抓刀位置的校准工具，其特征在于，包括：

带孔刀柄，带孔刀柄内有贯通孔，用于观察刀柄和主轴的同轴度；

第一芯棒，用于插入到带孔刀柄的贯通孔中，前端由顶针、测量环构成，后端为芯轴，在芯轴尾端开有与顶针的角度方向一致的观察槽，观察槽用于得知顶针的角度。

2.根据权利要求1所述的加工中心主轴抓刀位置的校准工具，其特征在于，还包括第二芯棒，第二芯棒用于插入到带孔刀柄的贯通孔中，第二芯棒分为截面大小不同的前端部分和后端部分。

3.根据权利要求1所述的加工中心主轴抓刀位置的校准工具，其特征在于，第一芯棒的顶针之前还有紧定螺丝。

4.根据权利要求1所述的加工中心主轴抓刀位置的校准工具，其特征在于，顶针的高度可以自由调节，并于测量环在径向的高度一致。

5.根据权利要求1所述的加工中心主轴抓刀位置的校准工具，其特征在于，带孔刀柄外侧有刀爪卡槽，卡入刀库刀爪中。

6.一种加工中心主轴抓刀位置的校准方法，其特征在于，使用如权利要求1所述的校准工具实施如下的步骤：

将带孔刀柄装入刀库中，刀库和主轴均开到抓刀位置，通过带孔刀柄的贯通孔观察刀柄和主轴的同轴度，然后对主轴的XY轴方向进行移动以减少同轴度误差；

将第二芯棒插入到带孔刀柄的贯通孔中，基于第二芯棒前端是否能够顺利插入主轴夹头口的密封圈判断抓刀位置是否准确，如不准确则做调整；

将第一芯棒的顶针的高度调整到与测量环的高度一致，随后将第一芯棒插入到带孔刀柄内，通过观察槽得知顶针的角度；

旋转第一芯棒，在抓刀位置不准的情况下第一芯棒上的顶针的球头会与主轴孔的孔壁产生干涉，确定第一芯棒不可旋转的角度范围，基于角度范围确定主轴在抓刀时需要偏移的方向；

根据得到的主轴需要偏移的方向进行抓刀位置的X轴和Y轴坐标微调，进一步减少刀柄和主轴的同轴度误差，以使主轴可以顺利抓刀。

7.根据权利要求6所述的加工中心主轴抓刀位置的校准方法，其特征在于，基于角度范围确定主轴在抓刀时需要偏移的方向的步骤进一步包括：

以第一芯棒不可旋转的角度范围作角平分线，角平分线所指向的方向即为主轴在抓刀时需要偏移的方向。