CN1091666C - 车床用凸轮控制快速复位进给操纵机构 - Google Patents

Abstract

车床头架(16)内所装刀具(30)用进给操纵机构(34)包括传动凸轮(40)，其有使刀具每次切削操作后能自动快速复位的轮廓曲线。通过头架内所装凸轮传动臂(36)可在向前进给方向驱动该凸轮。

Description

车床用凸轮控制快速复位进给操纵机构

本发明的背景

发明领域

本发明是机床，例如车床，用凸轮控制快速复位进给操纵机构。

相关技术

当刀具向工件的内圆表面或外圆表面横向进给时，已在现有技术中使用的控制切削刀具向圆柱形金属工件增量前移的进给操纵机构有各种形式。最典型的是利用丝杠使刀具向工件进给，它是通过机床旋转刀架(或头架)每转动一转，刀座上的撞销与丝杠相连的星形轮(或类似零件)撞击使丝杠自身增量旋转来实现的。尽管也知道其它方式，但是，一般是通过控制星形轮每次通过撞销所使丝杠转过的角度实现进给量的调整。

根据刀具的布局，丝杠的旋转运动通常通过与刀架联接的螺纹从动件-进给螺母直接传递给刀具，当丝杠在机床头架每转中增量旋转过规定的“前移”量或“进给”量时螺母沿丝杠轴向位移。

当相对工件驱动刀具使刀具向工件前移进行一次切削后，刀具及刀架必须很快回至初始位置准备进行下一次切削操作。由于进给螺母与丝杠在进给全程配合，需要丝杠反向转动以使刀具回至初始位置，如果手动或甚至电机驱动丝杠反向转动使刀具回至其初始位置可能有些费时。对于高生产率的车床，这种延时是不希望有的。

丝杠、进给螺母是经过精密机加工的零件，价格较高，制造费时。除非丝杠、进给螺母被适当保护，否则其工作环境的恶劣使其受到金属切屑、灰尘及刀具和工件撞击的影响，由于这些丝杠、进给螺母的正常磨损，需要定期对其进行更换以保持刀具进给操纵机构的精度。

用于切断管形工件的车刀最好可以迅速定位在初始位置，该位置紧挨切削操作的初始点以减少刀具到达工件表面的时间。此外，在进给操纵机构中机床旋转头架每次循环的进给增量最好可以根据工件材料、刀具寿命和切削速度灵活调整。

本发明概要

本发明可解决在现有技术中所用螺纹式进给操纵机构有关的问题，特别是对刀具进给可实现精密增量的车床之旋转头架所带刀具提供进给操纵机构，该进给操纵机构具备使刀具在切削操作后回到准确的初始位置的快速复位和初始定位特征。刀具进给操纵机构也允许调整刀具的进给量并具备可调止动装置以准确确定刀具切削操作中的初始位置。本发明的刀具进给操纵机构使用旋转凸轮驱动的刀架，在该机构中凸轮的间歇单向转动转换成刀架的匀速直线进给运动。该机构是独特的，在该机构中使用与凸轮相连的单向传动离合器将凸轮传动臂或手柄的间歇绕枢轴摆动转换成传给凸轮的间歇单向转动。

本发明的凸轮传动臂通过撞击在刀座上相对固定的撞销实现绕枢轴摆动，其至少在刀具每转中绕枢轴单向转动一次，并且复位弹簧驱动凸轮传动臂反向回至初始位置。联接凸轮传动臂与凸轮的单向离合器只在一个方向传递运动而另一个离合器或类似装置防止凸轮相对于刀具头架反向转动。包括刀架、凸轮、传动臂和传动离合器的整个组件均装在旋转刀具头架内。

通过控制凸轮传动臂的行程实现刀具进给量的调整。刀架初始位置可以用可调的复位止动装置进行调整。

进给操纵机构的凸轮包括在刀架已进给至其切削位置的最大深度后使刀架能快速复位的曲线轮廓。弹簧复位装置用于使刀架朝其初始位置(靠着凸轮)移动。

因此，本发明是用于机床的操纵机构，该机构包括相对固定的壳体、带有可径向移动切削刀夹的旋转头架，旋转头架装在壳体上并可绕纵向旋转轴线转动以驱动刀夹绕切削平面内的轴线转动，同时可移动上述刀夹在进给方向上径向靠近或远离上述旋转轴线。该壳体包括装夹工件的工件卡盘，其相对刀具旋转头架的纵向旋转轴线固定工件。进给操纵机构包括枢轴转动地装在旋转头架上作周期性绕枢轴摆动的凸轮传动臂；装在旋转头架上有偏心曲线轮廓的可转动凸轮件，当凸轮传动臂作周期的绕枢轴摆动时该凸轮件相对于旋转头架作周期单向转动。凸轮件偏心曲线轮廓与刀夹相配合，以便凸轮的周期单向转动使刀夹沿朝着旋转轴线的刀具进给方向上做周期移动，直至凸轮偏心曲线轮廓的最大升程为止。

弹性偏移装置用于朝凸轮推动刀夹。凸轮传动臂通过单向离合器驱动凸轮，通过单向传动离合器的周期单向转动将凸轮传动臂绕枢轴的单向运动传递给凸轮。

本发明也包括联接机床旋转头架和凸轮的防止反向转动装置以防止凸轮相对于旋转头架的反向转动。

本发明的另一个方面是将凸轮传动臂装在旋转头架上，通过装在壳体上的撞销与凸轮传动臂合作使凸轮传动臂绕平行于机床旋转头架旋转轴线的枢轴转动。与凸轮传动臂相连的复位装置用于使凸轮传动臂在旋转头架的每个转动循环中回复至初始位置。

与凸轮传动臂相连的限位装置限制凸轮传动臂撞击撞销后绕枢轴转动的向前进给行程。

可调的复位止动装置控制刀架初始位置以限制刀夹的行程。

附图的简要描述

图1是本发明优选实施例的等角投影图，该车床使用本发明的凸轮控制进给操纵机构控制切断刀切断管形工件时的进给。

图2是图1所示车床的正视图；

图3是沿图1III-III线所做剖视图；

图4是沿图5IV-IV线所做剖视图；

图5是沿图2V-V线所做侧剖视图，显示处于夹紧位置的工件卡盘及其传动装置；

图6是与图5相似的侧剖面图，显示处于松开位置的工件卡盘及其传动装置。

本发明优选实施例的详细描述

参见附图，图1所示为轻便式车床10的结构，当绕工件圆周方向驱动车刀时使切断刀(如下所述)沿管形工件的端面方向径向进给切断管形工件。

车床10包括可装在底座14上相对固定的壳体12，在壳体12前端装有旋转头架16，驱动电机18驱动头架16绕旋转轴线Y(见图2)相对于壳体旋转。当接通驱动电机18的电源时，通过适当的传动轴和齿轮实现头架16的旋转运动并不属于本发明，而为本领域普通技术人员所知。

如图2所示，在旋转头架16前端通过滑动镶条22和24固定刀夹20，两个镶条各自的V形槽26和28与刀夹20的两条V形边部分相配合。因此，刀夹20可如图2所示通过镶条22和24可垂直或径向地滑动以靠近或远离旋转头架16的旋转轴线Y。

刀夹20用传统方式固定车刀30。这样，旋转头架16带着刀夹20一起旋转，而刀夹20又带动车刀30与旋转头架16一起绕旋转轴线Y做圆周运动。刀夹20朝旋转轴线Y的径向前移就是车刀30相对于工件在进给方向的前移，下述的工件卡盘使工件相对于壳体12固定。一刀夹偏移装置例如压缩弹簧32使刀夹20偏置向退出的位置或沿远离旋转轴线Y的方向被偏置靠紧下述的凸轮或行程挡块。

刀夹20及车刀30朝旋转轴线Y前移或远离旋转轴线Y以完成对工件的切削操作，工件通过凸轮控制进给操纵机构34相对该旋转轴线固定。在此实施例中，车刀30是传统的切断刀。进给操纵机构包括可转动地装在短轴38上的凸轮传动臂或杆36，短轴38与旋转头架16相联接，该轴与旋转头架16的旋转轴线Y平行。短轴38可有如图所示的六角端部以便于使用套筒扳手或类似工具，手动旋转短轴38以安装刀具。

图示实施例中的短轴38包括整体凸轮偏心部分40，其有可获得如图4所示匀速运动输出的曲线轮廓。刀夹20包括压配合在其上或固定在其上的凸轮从动件42，凸轮从动件42与凸轮40的曲线轮廓接触，当凸轮40转动时刀夹20朝着旋转轴线Y的方向前移进给。由图可见，凸轮40具有匀速运动曲线轮廓44和“无升程”或平轮廓部分46，当凸轮如图4所示沿逆时针方向旋转使从动件42做相对运动通过匀速运动曲线轮廓44的最大升程点后，从动件与无升程轮廓部分46接触时，弹簧32迅速推动刀夹20向上远离旋转轴线Y回至初始或返回位置。当然，弹簧32使从动件42始终保持与凸轮40接触。凸轮40可如图所示与短轴38制造成一整体件，也可单独制造后再装配到短轴38或类似件上。

如图所示，行程挡块48包括将其固定在旋转头架16上的螺栓或其它联接件，可调整螺栓，例如转动螺栓确定刀夹20克服弹簧32偏置作用位移的停止位置。如图4所示，凸轮40使刀夹20朝着旋转轴线Y的进给方向移动，远离行程挡块48。可是，当凸轮40转至无升程轮廓部分46对正从动件42时，弹簧32向上推动刀夹20靠在行程挡块48上，行程挡块48基本确定刀具工作循环中刀夹20沿向前或进给方向前移之前的初始位置。

凸轮传动臂36在一个旋转方向上间歇驱动短轴38以及凸轮40，旋转头架每转一转，凸轮传动臂36撞击撞销50或类似物一次，撞销最好位于壳体12上的固定位置，以便使凸轮传动臂36绕短轴38的轴线摆动，当然，撞销50位于凸轮传动臂36的旋转平面内，以保证凸轮传动臂36能撞上撞销50并由此转向，从而可绕短轴38的轴线转动。

如图2和图4所示，凸轮传动臂36逆时针方向的绕枢轴摆动运动通过单向滚子或滚珠式传动离合器52传给短轴38和凸轮40。离合器52与短轴38和凸轮传动臂36同心，从而使凸轮传动臂36的尾部撞击撞销52后引起的如图2和图4所示的凸轮传动臂36逆时针方向的绕枢轴转动运动通过离合器52，并由于离合器的锁定作用传给短轴38。可是，凸轮传动臂36顺时针方向的绕枢轴转动运动则由于离合器相反方向的空转不会传递给短轴38或凸轮40。

弹簧或其它偏置装置39如图3所示推动凸轮传动臂36到向上或静止位置并紧靠进给运动挡块，进给运动挡块最好是用可调整螺钉54的形式，当旋转头架16绕旋转轴线Y转动的每转中凸轮传动臂36撞击撞销50时它确定凸轮传动臂36的初始位置。调整止动螺钉54可改变凸轮传动臂36相对于撞销50的初始位置，在旋转头架16旋转时止动螺钉54也有效地限制了凸轮传动臂36撞击撞销50并偏转时的，传动臂36的行程。因此，止动螺钉54可调整刀夹20以及其相关的车刀30在旋转头架每转时的进给增量。

第二个单向滚子或滚珠式传动离合器56(图5)也与短轴38同心，其与短轴38和旋转头架16相配合使得短轴38与旋转头架16转向相反的运动被离合器56的锁定所阻止。由此可见，单向传动离合器52和56分别用于传递一个方向的旋转运动而在另一个方向空转(不传递运动)。当凸轮传动臂36在每个工作循环如图示绕轴顺时针转至其初始位置时，凸轮传动臂36间歇的单向转动传递给轴38，使短轴38相对于旋转头架16沿反向旋转。优选实施例中所用的单向离合器52和56是Torrington公司的RC-081208型单向离合器，所装滚子离合器与短轴38同心。

由上述可知术语“单向离合器”包含任何类型的传动装置，当主动件在一个方向运动时其将主动件与从动件联接在一起，当主动件在相反方向运动时其不联接主动件与从动件。

要求旋转头架16转动而不要求凸轮传动臂36作任何进给运动时，用操纵钮58可使撞销50退出与凸轮传动臂36接触的平面。为了调整凸轮传动臂36的进给量或为了工艺中已知的其它目地可对撞销50进行各种其它调整。

相对于壳体12固定管形工件(图中未示出)的卡盘如图5和图6所示。任何合适的工件卡盘可与凸轮控制进给操纵机构34一起使用，优选实施例中的多片卡盘60与旋转轴线Y同心并与管形工件(图中未示出)的外圆周相配合，如图5和图6所示，当卡盘60向左移动时卡盘各片的向内突起使管形工件在卡盘60内定心。卡盘60向左的运动使卡盘60各片的外表面与锥形凸轮62的锥面相配合，因而卡盘60各片内径与管形工件外圆周接触得以相对壳体12、旋转轴线Y夹紧工件。

卡盘60由手柄/凸轮组件64与位于卡盘60和手柄/凸轮组件64之间的轴向推力件66推动。

手柄/凸轮组件64包括绕横向枢销70转动的推力盘68和手柄72，手柄72则包括凸轮74及其凸轮从动件76。

锁紧杆78和通过螺纹(或类似联接方式)固定在其上的可调整锁紧盘80使锁紧盘80和锁紧杆78的支点82之间的距离是可调整的。

从图5和图6中明显可见，推力件66紧挨着卡盘60各片的后端面，锁紧盘80靠在壳体12的止动表面84上，手柄72如图5和图6所示顺时针旋转使凸轮从动件76对凸轮74产生的反作用力通过支点82传给锁紧杆78，作用在锁紧杆78上的力使推力盘68绕枢销70逆时针旋转，产生较大的机械效益。推力盘68的逆时针旋转运动传给推力件66，推力件66又传给卡盘60的各片使其如图5和图6所示向左运动，因而使卡盘各片向工件(工件与Y轴同心并伸出卡盘)外圆周收缩。

可注意到推力盘68有中心孔85和一对有球形端的推销86，与旋转头架的旋转轴线Y同心的工件可穿过中心孔85，一对推销86位于中心孔85相对的两侧且在与旋转轴线Y相交的横向面里。一对推销86用于将来自推力盘68的推力直接传递给推力件66，而不受推力盘68绕横向枢销70的轻微旋转运动的干扰。

可用各种尺寸的卡盘代替卡盘60，可将各种尺寸的推力件66放在推力盘68和卡盘60之间以适应各种尺寸的工件。推力件66可如图6所示拆下，图6也显示手柄72和锁紧盘80的松开位置。

凸轮控制进给操纵机构34的操作如下：工件在壳体12中定心固定后，工件的前端面紧挨车刀30定位，用止动螺钉54调整从凸轮传动臂36撞击撞销50的产生的凸轮40的进给量。通过设置行程档块48的位置也可调整刀架20的初始位置。调整凸轮的初始位置后，就可给电机18通电使旋转头架16带着凸轮传动臂36周期性地通过撞销50使凸轮传动臂36如图2、图3和图4所示在逆时针方向间歇转动，因而使凸轮40间歇单向转动。凸轮40的旋转经从动件42又在朝旋转轴线Y的径向上驱动刀夹20，刀夹20同时带着车刀30在车刀绕工件外圆周的切削平面中作圆周运动，在车刀绕旋转轴线Y的每次走刀中使车刀向工件做增量进给。在复位弹簧39的作用下凸轮传动臂转回其初始位置。一对单向传动离合器52和56保证凸轮传动臂36的间歇转动只在一个方向传给短轴38和凸轮40，当凸轮传动臂36回至其初始位置时防止凸轮40反向旋转。弹簧32使刀夹20上方的从动件42保持与凸轮40接触。当然，当凸轮40转至无升程轮廓部分46对着从动件42时，弹簧32也使刀夹20回至其初始位置。刀夹20回至其初始位置从切削位置松开车刀并可从卡盘60中卸下工件。手柄/凸轮组件64使卡盘60可实现快速装卸工件。

可想象能制造如图所示上述优选实施例的各种替换机构和改型机构而不改变权利要求中定义的本发明。本技术领域的普通技术人员可理解与上述机构功能相同的各种替换结构而不改变本发明。

Claims (11)

1、一种用于机床的凸轮控制进给操纵机构包括相对固定的壳体、带有可径向移动刀夹的旋转头架，旋转头架装在壳体上并可绕纵向旋转轴线转动以驱动刀夹绕切削平面内的轴线转动，同时可移动上述刀夹在进给方向上靠近或远离上述轴线，上述壳体包括装夹工件的工件卡盘，以相对于旋转头架的纵向旋转轴线固定工件，其中，该进给操纵机构包括：

装在旋转头架上进行周期转动的可转动凸轮传动臂；

可转动凸轮件装在旋转头架上，通过单向离合器装置与上述凸轮传动臂联接，通过上述单向离合器装置的周期单向转动将凸轮传动臂的周期运动传给该凸轮件；

上述凸轮件与刀夹相联，以便凸轮周期单向转动使刀夹在朝着旋转轴线的刀具进给方向上作周期性的移动；

刀夹偏移装置，它朝远离旋转轴线的初始位置弹性地推动刀夹并与凸轮件有传动联系。

2、按权利要求1的凸轮控制进给操纵机构，该凸轮件包括有匀速运动升程轮廓的凸轮偏心部分；

上述刀夹包括凸轮从动件；

该凸轮偏心部分推动上述凸轮从动件，当凸轮件沿向前的旋转进给方向转动时其使凸轮从动件在刀具进给方向上移动。

3、按权利要求2的凸轮控制进给操纵机构，该凸轮偏心部分的轮廓包括可与凸轮从动件配合的无升程部分，以便无升程部分与凸轮从动件接合时通过刀夹偏移装置使刀夹迅速回至初始位置。

4、按权利要求1，2或3的任一权利要求的凸轮控制进给操纵机构，包括连接在旋转头架和凸轮件之间的防止反向转动的装置，以防止凸轮件与旋转头架沿相反方向的转动。

5、按权利要求4中的凸轮控制进给操纵机构，该防止反向转动的装置是第二个单向离合器。

6、权利要求1，2或3的任一权利要求的凸轮控制进给操纵机构，该凸轮传动臂装在旋转头架上以便绕枢轴摆动；和包括

该壳体带有撞销；和其中

当旋转头架和凸轮传动臂相对于壳体转动时，该凸轮传动臂撞击撞销，旋转头架每转动一转该凸轮传动臂从该初始位置转动一向前进给行程；和包括

与凸轮传动臂相连的复位装置在旋转头架转动的每个循环中使凸轮传动臂回复至初始位置。

7、按权利要求6的凸轮控制进给操纵机构，包括与凸轮传动臂相连的进给限位装置，以便限制凸轮传动臂撞击撞销后绕枢轴转动的向前进给行程。

8、按权利要求1，2或3的任一权利要求的凸轮控制进给操纵机构，包括与刀夹相连的可调的复位止动装置，以便在刀夹偏移装置的作用下调整刀夹以限制其远离旋转刀架旋转轴线的复位运动。

9、按权利要求4中的凸轮控制进给操纵机构，该凸轮传动臂装在旋转头架上以便绕枢轴摆动；和包括

壳体带有撞销；和其中

当旋转头架和凸轮传动臂相对于壳体转动时，该凸轮传动臂撞击撞销，旋转头架转动一转该凸轮传动臂以初始位置枢轴转动一向前进给行程；和包括

与凸轮传动臂相连的复位装置在旋转头架转动的每个循环中使凸轮传动臂回复至初始位置；和还包括

与凸轮传动臂相连的进给限位装置，它限制凸轮传动臂撞击撞销后绕枢轴转动的向前进给行程；

与刀夹相连的可调的复位止动装置；它在刀夹移动装置的作用下调整刀夹以限制其远离旋转刀架转轴的复位运动。

10、按权利要求6的凸轮控制进给操纵机构，枢轴转动轴线与旋转头架的纵向旋转轴线平行。

11、按权利要求9中的凸轮控制进给操纵机构，枢轴转动轴线与旋转头架的纵向旋转轴线平行。

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