CN111152067A - 一种高精度加工用刀具补偿装置 - Google Patents

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Abstract

本发明属于机床加工领域,特别是一种高精度加工用刀具补偿装置,以解决现有技术中由于机床震动导致工件与刀具持续刚性接触减少的问题,从而提升加工精度,技术方案如下,包括放置工件的工作台,工作台包括带有夹持机构的上表面和带有转子机构的下表面,所述工作台的横截面为椭圆形,夹持机构与工作台的接触面带有径向的滑槽,内圈转子与夹持机构之间带有连杆组,连杆组通过转子机构的转动轨迹控制夹持机构推进工件与刀具紧密贴合。本技术方案中利用加工时内圈转子产生的周向力推动三个方位的夹持机构,避免了加工时由于震动误差或刀具消耗时工件与刀具贴合产生缝隙的情况,保持工件与刀具持续刚性接触。

Description

一种高精度加工用刀具补偿装置
技术领域
本发明涉及机床加工领域,特别是指一种高精度加工用刀具补偿装置。
背景技术
数控机床在加工过程中,是通过控制刀具中心或刀架参考点来实现加工轨迹的。但刀具实际参与切削的部位只是刀尖或刀刃边缘,它们与中心或刀架参考点之间存在偏差,因此,需要通过数控系统计算偏差量,并将控制对象由刀具中心或刀架参考点变换到刀尖或刀刃边缘上,以满足加工需要,这种变换过程称为刀具补偿。
为了解决上述问题,现有技术中通常使用CNC或FANUC编程系统解决刀具补偿的问题,例如以刀具的长度补偿为例,G43为刀具长度正补偿指令;C44为刀具长度负补偿指令;G49为刀具长度补偿注销,但是这种补偿系统需要结合刀补装置(或对刀仪)进行测量,便于在下一次加工或加工开始一段时间后,感应器反馈的数值进行补偿编程,具备一定的滞后性,这种滞后性体现于需要机床加工某一零件,达到设定数量时,停止加工,由操作人员对产品质量进行检测,再人工计算需要的刀具补偿值。
为了解决上述问题,现有技术CN110187671A的技术方案公开了一种在线外径自动测量和刀具补偿的方法,这种方法主要是利用双顶尖夹具顶起固定工件,测量夹具移动到测量工位,外径测量传感器测量,将外径测量值反馈给测量站主控制器;计算出需要补偿的刀补值;将需要补偿的刀补值按照数字输出信号点规则进行分解,将信号连接到反馈输入干接点以实现自动化刀具补偿。
但是上述方案中都是在加工过程中利用感应器对加工状态进行反馈和测量,实际上在机床长时间运行后,刀具与加工件之间产生的热值会对感应装置产生热误差,导致感应器测量结果与实际值误差扩大,同时在加工时刀具与工件之间的震动往往会导致切削面与切削刃脱离接触,这种脱离接触时间极短且往复,即使感应器进行捕捉后也无法通过系统进行调整,从而降低了加工精度。
发明内容
有鉴于此,本发明的目的在于设计一种高精度加工用刀具补偿装置,以保持在加工过程中工件与刀具持续刚性接触以减少震动对切削面的影响,以达到提升加工精度的功能。
基于上述目的本发明设计的一种高精度加工用刀具补偿装置,包括放置工件的工作台,工作台包括设有夹持机构的上表面和设有转子机构的下表面,工作台的横截面为椭圆形,夹持机构与工作台的接触面设有径向的滑槽,转子机构与夹持机构之间设有连杆组,连杆组通过转子机构的转动轨迹控制夹持机构,以推进工件与刀具紧密贴合。
优选地,夹持机构没入工作台内部的部分设有一体制造的竖向的支撑柱,支撑柱连接有行星齿轮组,行星齿轮组包括有连接支撑柱的太阳轮,太阳轮的中心处设有涡轮槽,太阳轮的中心处穿过有竖向的转动销,转动销的外表面设有蜗杆槽,蜗杆槽与涡轮槽形状适配连接,太阳轮周向啮合有若干个行星轮,行星轮的内侧与太阳轮啮合,行星轮的外侧啮合有齿轮框架。
优选地,转动销可沿逆时针方向进行锁止,太阳轮、行星轮和齿轮框架的齿数比为1:2:3。
优选地,转子机构包括有内圈转子,内圈转子的中心处啮合有动力输入轴,内圈转子的竖向最大位移等于工作台的短轴半径,内圈转子的横向最大位移等于工作台的长轴半径。
优选地,内圈转子的横截面为三角形,内圈转子三角形的边线中点处与连杆组连接,连杆组包括有两个相互铰接的连杆,分别铰接于支撑柱,和内圈转子三角形的边线中点处,连杆组的铰接点铰接于任意一个行星轮的中轴线处。
优选地,动力输入轴连接有第一步进电机。
优选地,行星齿轮的齿轮框架半径为r,连杆组的长度为3r,连杆组以铰接点分为连接内圈转子的第一连杆和连接支撑柱的第二连杆,第一连杆与第二连杆的长度比为2:1。
采用上述方案后实现了以下有益效果:1、相对于采用CNC或FANUC刀补装置的现有技术,本技术方案中利用工作台自带的刀补装置进行刀具补偿,具体原理上的区别在于,CNC刀补装置对加工的程序段信息进行测量和分析,通过操作人员分析数据后自行收集信息编程控制补足刀具磨损段的偏差;
本技术方案主要克服的在于加工时,由于震动力或加工件切削面持续消耗过程中刀具与加工件的贴合问题,对刀具进行位移补偿,保持工件与刀具之间紧密贴合的效果以提升加工精度;
2、相对于采用对刀仪的现有技术,本技术方案中利用加工时内圈转子产生的周向力推动三个方位的夹持机构,避免了加工时由于震动误差或刀具消耗时工件与刀具贴合产生缝隙的情况,保持工件与刀具持续刚性接触;
3、本技术方案在使用过程中无需人为调节夹持机构,仅需启动电机的情况下,夹持机构自动化将工件与刀具紧密贴合,避免了操作前的调试和夹持流程,提升了工作效率;
4、本技术方案中利用滑槽限制夹持机构的运动轨迹,将转子的周向力转化为轴向力,限定了夹持装置的位移;
5、本技术方案利用涡轮槽与蜗杆槽进行限制太阳轮的自转情况,当太阳轮作为从动轮转动时,带动支撑柱将夹持机构前行,将工件与刀具贴合,当太阳轮产生反向自转趋势时,涡轮槽与蜗杆槽对太阳轮进行锁止,此时行星齿轮的传动模式变为行星轮驱动齿轮框架转动,根据行星齿轮组自身特点行星架转速降低(小齿轮带动大齿轮),行星齿轮作为主动件实现了力矩放大的减速运动,降低了行星齿轮转动时产生的热能,避免了底座温度过高从而产生的热误差,降低了热误差产生的机床传感器干扰,提升了机床本身数值监控的精确度;
6、本技术方案使用时利用齿数比实现了行星齿轮的变速功能,当力矩放大减速时(小齿轮带动大齿轮),节省了三角转子的功率消耗,当力矩减少加速时(大齿轮带动小齿轮),实现了夹持装置的快速推进;
7、本技术方案在涡轮槽与转动销锁止时进行减速运动,降低了涡轮槽与蜗杆槽锁止时的磨损,提高了使用寿命;
8、本技术方案中确保内圈转子转动范围为夹持装置推进的最大范围;
9、本技术方案中连杆装置都铰接于三角形的边线中点处,确保任意连杆的输出位移相同;
10、本技术方案中利用连杆过渡,避免了涡轮槽与转动销表面的蜗杆槽锁死时,内圈装置的转动行程被锁定,提升了运行的流畅性;
11、本技术方案连杆的三处铰接点分别为三角形边线中点处、行星轮和支撑柱,在任意一方锁定的情况下连杆的铰接点转动,以确保连杆连接的其他部件运行,同时连杆传递力矩属于间歇性传递,降低了装置磨损的情况;
12、本技术方案的长度比确保行星齿轮的运动范围为齿轮框架的一个直径,降低了力矩传递时的阻塞性。
附图说明
图1为本发明实施例的工作台与现有技术机床的位置关系图;
图2为本发明实施例的工作台的主视状态全剖图;
图3为本发明实施例的俯视状态下行星齿轮组和内圈转子的连接关系图;
图4为本发明实施例的图2中A处的放大示意图。
图中:工作台1、夹持机构2、功能面3、机床4、支撑柱5、行星齿轮组6、太阳轮7、转动销8、行星轮9、连杆组10、第一连杆10a、第二连杆10b、内圈转子11、动力输入轴12。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白,以下结合具体实施例,并参照附图,对本发明进一步详细说明。
需要说明的是,本发明实施例中所有使用“第一”和“第二”的表述均是为了区分两个相同名称非相同的实体或者非相同的参量,可见“第一”“第二”仅为了表述的方便,不应理解为对本发明实施例的限定,后续实施例对此不再一一说明。
实施例基本如附图1和附图2所示:一种高精度加工用刀具补偿装置包括放置工件的工作台1,工作台1从上到下包括带有夹持机构2的夹持面和内置有转子机构的功能面3,工作台1的横截面为椭圆形,夹持面开有便于夹持机构2移动的滑槽。
请参考图4,夹持机构2的数量为3,且夹持机构2沿工作台1的中轴线处围成圆形矩阵,夹持机构2的下方一体制造有竖向的支撑柱5,支撑柱5连接有行星齿轮组6,行星齿轮组6包括连接支撑柱5的太阳轮7,太阳轮7的中心处加工有涡轮槽,太阳轮7的中心处穿过有竖向的转动销8,转动销8的外表面加工有蜗杆槽,蜗杆槽与涡轮槽形状适配连接,转动销8贯穿于太阳轮7的中心处,且转动销8沿逆时针方向进行锁止。
请参考图3,太阳轮7周向啮合有3个行星轮9,行星轮9的内侧啮合太阳轮7,行星轮9的外侧啮合有齿轮框架,太阳轮7、行星轮9和齿轮框架之间的齿数比为1:2:3。
C、支撑柱5位于太阳轮7表面,且支撑柱5与转子机构之间连接有连杆组10,转子机构位于功能面3内部,转子机构包括内圈转子11,内圈转子11的中心处啮合有动力输入轴12,且内圈转子11的竖向最大位移处等于工作台1的短轴半径,内圈转子11的横向位移最大处等于工作台1的长轴半径。行星齿轮的齿轮框架半径为r,连杆组10的长度为3r,连杆组10以铰接点分为连接内圈转子11的第一连杆10a和连接支撑柱5的第二连杆10b,第一连杆10a与第二连杆10b的长度比为2:1。
内圈转子11的横截面为三角形,三角形的边线中点处与连杆组10连接,且连接组包括两个相互铰接的连杆,其中一个连杆铰接于支撑柱5,另一个连杆铰接于三角形的边线中点处,连杆组10的铰接点铰接于任意一个行星轮9的中轴线处。
具体实施过程如下:A放置阶段,操作人员将物料(本实施例以齿轮作为物料),套于夹持机构2表面,调校刀具与齿轮的接触面后启动机床4,此时动力输出轴开始工作。
B工作阶段,在动力输出轴自转过程中带动与动力输出轴啮合的三角形的内圈转子11围绕动力输出轴公转。公转过程中的内圈转子11带动连杆运动,当内圈转子11朝向某一个夹持机构2的方向行进时,连接此夹持机构2的连杆产生形变,连杆与行星轮9铰接处周向旋转,此时太阳轮7不但受到行星轮9传递的力矩还受到与太阳轮7铰接的第二连杆10b的推进力,太阳轮7开始自转,自转过程的太阳轮7带动支撑柱5推进,由于滑槽的最大位移等于太阳轮7转动半圈的行程,所以太阳轮7在转动时仅带动支撑柱5前行,此时与支撑柱5一体制造的夹持机构2推动工件与刀具持续贴合,避免了加工时由于震动误差或刀具消耗时工件与刀具贴合产生缝隙的情况,保持工件与刀具持续刚性接触,提升了加工精度。
C太阳轮7的两次锁止,①第一次锁止,由于滑槽的位置和开口固定,此时即使太阳轮7转动,夹持机构2不产生后移现象,太阳轮7被锁止。
②第二次锁止时,由于三角形转子完成一半的转动行程,此时三角形转子带动太阳轮7产生反向自转趋势时,涡轮槽与转动销8表面的蜗杆槽对太阳轮7进行锁止。
上述两次锁止情况下,都会改变行星齿轮的传动模式,此时的行星轮9驱动齿轮框架转动,根据行星齿轮组6自身特点行星架转速降低(小齿轮带动大齿轮),行星齿轮作为主动件实现了力矩放大的减速运动,降低了行星齿轮转动时产生的热能,避免了底座温度过高从而产生的热误差,降低了热误差产生的机床4传感器干扰,提升了机床4本身数值监控的精确度。
同时为了避免装置整体锁死,本技术利用连杆过渡,当内圈装置的转动行程被锁定时,连杆的三处铰接点分别为三角形边线中点处、行星轮9和支撑柱5,在任意一方锁定的情况下连杆的铰接点转动,以确保连杆连接的其他部件运行,同时连杆传递力矩属于间歇性传递,降低了装置磨损的情况。
加工完成后的解锁,当完成加工后,操作人员取出转动销8,使蜗杆槽与涡轮槽脱离啮合,此时操作人员扳动夹持机构2后行,实现工件的取出。
所属领域的普通技术人员应当理解:以上任何实施例的讨论仅为示例性的,并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子;在本发明的思路下,以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合,并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化,为了简明它们没有在细节中提供。因此,凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何省略、修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种高精度加工用刀具补偿装置,其特征在于,包括放置工件的工作台,所述工作台包括设有夹持机构的上表面和设有转子机构的下表面,所述工作台的横截面为椭圆形,所述夹持机构与所述工作台的接触面设有径向的滑槽,所述转子机构与所述夹持机构之间设有连杆组,所述连杆组通过所述转子机构的转动轨迹控制所述夹持机构,以推进所述工件与刀具紧密贴合。
2.根据权利要求1所述的一种高精度加工用刀具补偿装置,其特征在于,所述夹持机构没入所述工作台内部的部分设有一体制造的竖向的支撑柱,所述支撑柱连接有行星齿轮组,所述行星齿轮组包括有连接所述支撑柱的太阳轮,所述太阳轮的中心处设有涡轮槽,所述太阳轮的中心处穿过有竖向的转动销,所述转动销的外表面设有蜗杆槽,所述蜗杆槽与所述涡轮槽形状适配连接,所述太阳轮周向啮合有若干个行星轮,所述行星轮的内侧与所述太阳轮啮合,所述行星轮的外侧啮合有齿轮框架。
3.根据权利要求2所述的一种高精度加工用刀具补偿装置,其特征在于,所述转动销可沿逆时针方向进行锁止,所述太阳轮、所述行星轮和所述齿轮框架的齿数比为1:2:3。
4.根据权利要求2所述的一种高精度加工用刀具补偿装置,其特征在于,所述转子机构包括有内圈转子,所述内圈转子的中心处啮合有动力输入轴,所述内圈转子的竖向最大位移等于所述工作台的短轴半径,所述内圈转子的横向最大位移等于所述工作台的长轴半径。
5.根据权利要求4所述的一种高精度加工用刀具补偿装置,其特征在于,所述内圈转子的横截面为三角形,所述内圈转子三角形的边线中点处与所述连杆组连接,所述连杆组包括有两个相互铰接的连杆,分别铰接于所述支撑柱,和所述内圈转子三角形的边线中点处,所述连杆组的铰接点铰接于任意一个所述行星轮的中轴线处。
6.根据权利要求4所述的一种高精度加工用刀具补偿装置,其特征在于,所述动力输入轴连接有第一步进电机。
7.根据权利要求5所述的一种高精度加工用刀具补偿装置,其特征在于,所述行星齿轮的所述齿轮框架半径为r,所述连杆组的长度为3r,所述连杆组以铰接点分为连接所述内圈转子的第一连杆和连接所述支撑柱的第二连杆,所述第一连杆与所述第二连杆的长度比为2:1。
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