CN110814831B - 一种扭矩保护装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及了一种扭矩保护装置，该装置包括扭矩传感器、扭矩阻断器、用于连接扭矩传感器和扭矩阻断器的可编程控制器。与现有的技术相比，本发明通过扭矩传感器和可编程控制器的配合，实现对传动轴扭矩的实时监测；通过扭矩阻断器和可编程控制器的配合，实现当扭矩增大到刀头承受的极限时，断开齿轮传动，保护刀头。本发明操作简单，可通过可编程控制器预先对所选刀头的最大承受扭矩进行设定，适应面广，提高了刀头的寿命。

Description

一种扭矩保护装置
技术领域
本发明涉及数控机床技术领域，尤其涉及一种扭矩保护装置。
背景技术
扭矩保护即载荷(负载)超出某一限定值，为了维护机器及设备的安全而进行的保护。我们所指的扭矩保护装置主要是针对于机器和设备的刀具进行保护的扭矩限制器、扭矩保持器，它是现代制造业中不可或缺的一种装置。与现有的普通机床相比，不同的刀具承受的扭矩都不一样，材料的硬度不同对加工时刀具的扭矩有直接的影响。
随着科技的不断进步和发展，现代加工和制造业对在加工过程中的刀具状态很重视。传统的加工过程中，通常都由操作者根据自己的工作经验来判断，刀具损坏状况很难掌握。因此当刀具损坏时，十分不容易被发现，常常会影响加工的精度，并造成生产上的损失，甚至使机床受到损坏。
发明内容
本发明的目的在于提供一种扭矩保护装置，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种扭矩保护装置，包括输入轴和输出轴，所述输入轴与电机连接，所述输出轴与刀头连接，还包括：扭矩传感器、扭矩阻断器和可编程控制器，其中，
所述扭矩传感器通过联轴器与所述输入轴连接，所述扭矩传感器与所述可编程控制器连接；
所述扭矩阻断器包括外壳和所述外壳内依次设置的步进电机、滚珠丝杠、螺母座、可移动套筒和锥齿轮组，所述锥齿轮组包括第一锥齿轮、第二锥齿轮和第三锥齿轮，所述第一锥齿轮分别与所述第二锥齿轮和所述第三锥齿轮啮合，所述第二锥齿轮和所述第三锥齿轮的转动趋势相反，所述第二锥齿轮与所述输入轴连接，所述第三锥齿轮与所述输出轴连接；所述步进电机与所述滚珠丝杠的一端与连接，所述滚珠丝杠的另一端贯穿所述螺母座并延伸至所述可移动套筒的内部，所述滚珠丝杠通过螺母座与所述可移动套筒的一端连接，另一端与所述第一锥齿轮的转轴连接，所述步进电机与所述可编程控制器连接；
所述可编程控制器控制所述步进电机的运转方式使所述第一锥齿轮发生位移。
优选地，所述第一锥齿轮分别与所述第二锥齿轮和所述第三锥齿轮呈90°啮合。
优选地，所述外壳由壳体、前盖板和后盖板组成，所述壳体与前盖板、后盖板之间均通过螺栓拼接构成。
优选地，所述壳体内的两侧侧壁上均水平设置有滑槽，所述可移动套筒外的两侧侧壁上均设置有与所述滑槽相配合的滑块
与现有技术相比，本发明具有以下特点：
(1)通过可编程控制器可以精确控制步进电机的正反转和步距角，进而精确控制锥齿轮组的离合，有效的保护刀具不受损坏；
(2)通过可编程控制器可以根据不同的刀具和工件，设定不同的刀具和工件与之相对应的最大扭矩值，保护不同型号的刀具和工件。
附图说明
图1为本发明一种扭矩保护装置的整体结构示意图；
图2为本发明一种扭矩保护装置中连接关系的结构示意图；
图3为本发明一种扭矩保护装置中扭矩阻断器外部的结构示意图；
图4为本发明一种扭矩保护装置中扭矩阻断器内部的结构示意图；
图5为本发明一种扭矩保护装置中扭矩阻断器的剖面图；
图6为本发明一种扭矩保护装置中扭矩阻断器的外壳剖面图；
图中：1-刀头、2-扭矩阻断器、3-第一联轴器、4-扭矩传感器、5-第二联轴器、6-显示器、7-可编程控制器、8-控制面板、9-数控机床、10-输入轴、11-输出轴、12-前盖板、13-后盖板、14-壳体、15-第一锥齿轮、16-第二锥齿轮、17-第三锥齿轮、18-第一空腔、19-第二空腔、20-第三空腔、21-固定板、22-限位板、23-电机固定支架、24-过线孔、25-步进电机、26-滚珠丝杠、27-第一深沟球轴承、28-第二深沟球轴承、29-第三深沟球轴承、30-圆形螺母座、31-可移动套筒、32-丝杠通孔、33-第二锥齿轮通孔、34-第三锥齿轮通孔、35-轴承套、36-轴承套通孔、37-滑槽、38-滑块、39-供电装置。
具体实施方式
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。
如图1、2所示，一种扭矩保护装置，包括输入轴10和输出轴11，所述输入轴10与电机连接，所述输出轴11与刀头1连接，还包括扭矩传感器4、扭矩阻断器2和分别与扭矩传感器4和扭矩阻断器2连接的可编程控制器7，可编程控制器7包括显示器6和控制面板8，通过显示器6可观测扭矩大小，可编程控制器7与供电装置连接，供电装置39为可编程控制器7提供电能。
扭矩传感器4的左端通过四个螺栓固定在数控机床9上，扭矩传感器4的上端通过第一联轴器3、下端通过第二联轴器5接在输入轴10上，用于将力矩的物理变化转换成精确的电信号传输给可编程控制器7；
如图3至6所示，扭矩阻断器2的外壳由壳体14、前盖板12和后盖板13通过螺栓拼接组成，在后盖板13上通过四个螺栓将扭矩阻断器2固定在数控机床9上。扭矩阻断器2内分为三个空腔，从左至右依次为第一空腔18、第二空腔19、第三空腔20，第一空腔18与第二空腔19之间设有固定板21，固定板21上开设有丝杠通孔32，第二空腔19与第三空腔20之间开设有限位板22，限位板22上设有轴承套通孔35。第一空腔18内设步进电机25、第二空腔19内设可移动套筒31、第三空腔20内设锥齿轮组，在第三空腔20的上端开设第二锥齿轮通孔33、下端的与第二锥齿轮通孔33相对应位置上开设第三锥齿轮通孔34，使第二锥齿轮16和第三锥齿轮17同轴度，第一锥齿轮15分别与第二锥齿轮16和第三锥齿轮17成90°啮合，第二锥齿轮16和第三锥齿轮17的转动趋势相反，第二锥齿轮16与所述输入轴10连接，第三锥齿轮17与所述输出轴11连接；第一锥齿轮15的转轴穿过轴承套通孔36和第二空腔19内的可移动套筒31的右端连接。可移动套筒31的左端连接圆形螺母座30，圆形螺母座30配合滚珠丝杠26运动。壳体14内第二空腔19的两侧设有水平的滑槽37，可移动套筒31的两侧面设有与滑槽37相配合的滑块38，确保可移动套筒31发生运动时，沿预定水平轴向平稳位移。
步进电机25通过电机固定支架23固定在第一空腔18内的固定板21上，步进电机25与滚珠丝杠26的一端与连接，滚珠丝杠25的另一端贯穿圆形螺母座30并延伸至可移动套筒31的内部，滚珠丝杠26通过圆形螺母座30与可移动套筒31的左端连接，由于步进电机25与可编程控制器7连接，所述可编程控制器7通过控制步进电机25正反转和步距角的大小，来控制滚珠丝杠26上的圆形螺母座30轴向移动的距离和方向，使圆形螺母座30带动可移动套筒31轴向移动。壳体14的第一空腔18上开有过线孔24，过线孔24用于穿过步进电机25的连接线，
进一步，输入轴10和输出轴11与扭矩阻断器2的壳体16的连接位置上分别装有第一深沟球轴承27和第二深沟球轴承28，第一锥齿轮15的转轴穿过轴承套通孔35处装有第三深沟球轴承29，可有效降低运动时的摩擦系数。第三深沟球轴承29上套装有轴承套33，当向右位移至极限位置，轴承套33抵接限位板22，可阻止可移动套筒31向右移出设定的距离，有效的保护锥齿轮组。
本发明的工作原理是：利用扭矩传感器2测量工作中扭矩的大小并将数值实时传递给可编程控制器7，可编程控制器7根据预先设定的刀头1可承受的扭矩阈值与工作中测量的扭矩值比较进行比较。当测量值大于等于刀头1可承受的扭矩阈值时，控制步进电机25正反转和步距角的大小，使滚珠丝杠26上的圆形螺母座30沿轴水平向左位移，则圆形螺母座30带动可移动套筒31和第一锥齿轮15向左位移，使第一锥齿轮15与第二锥齿轮16和第三锥齿轮17分离，第三锥齿轮17失去动力停止运转，连带下方的刀头1停止工作，达到保护刀头1的作用；当测量值小于预设值时，控制步进电机25正反转和步距角的大小，使滚珠丝杠26上的圆形螺母座30沿轴水平向右位移，则圆形螺母座30带动可移动套筒3和第一锥齿轮15向右位移，控制扭矩阻断器2复位。
上面对本专利的较佳实施方式作了详细说明，但是本专利并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本专利宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (4)

1.一种扭矩保护装置，包括输入轴和输出轴，所述输入轴与电机连接，所述输出轴与刀头连接，其特征在于，还包括：扭矩传感器、扭矩阻断器和可编程控制器，其中，
所述扭矩传感器通过联轴器与所述输入轴连接，所述扭矩传感器与所述可编程控制器连接；
所述扭矩阻断器包括外壳和所述外壳内依次设置的步进电机、滚珠丝杠、螺母座、可移动套筒和锥齿轮组，所述锥齿轮组包括第一锥齿轮、第二锥齿轮和第三锥齿轮，所述第一锥齿轮分别与所述第二锥齿轮和所述第三锥齿轮啮合，所述第二锥齿轮和所述第三锥齿轮的转动趋势相反，所述第二锥齿轮与所述输入轴连接，所述第三锥齿轮与所述输出轴连接；所述步进电机与所述滚珠丝杠的一端与连接，所述滚珠丝杠的另一端贯穿所述螺母座并延伸至所述可移动套筒的内部，所述滚珠丝杠通过螺母座与所述可移动套筒的一端连接，另一端与所述第一锥齿轮的转轴连接，所述步进电机与所述可编程控制器连接；
所述可编程控制器控制所述步进电机的运转方式使所述第一锥齿轮发生位移。
2.根据权利要求1所述的扭矩保护装置，其特征在于，所述第一锥齿轮分别与所述第二锥齿轮和所述第三锥齿轮呈90°啮合。
3.根据权利要求1所述的扭矩保护装置，其特征在于，所述外壳由壳体、前盖板和后盖板组成，所述壳体与前盖板、后盖板之间均通过螺栓拼接构成。
4.根据权利要求3所述的扭矩保护装置，其特征在于，所述壳体内的两侧侧壁上均水平设置有滑槽，所述可移动套筒外的两侧侧壁上均设置有与所述滑槽相配合的滑块。
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