CN112703082B - 机床的电力驱动系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种机床的电力驱动系统，其在加工机械制品的车床可使用离合器装置选择性地将驱动主轴的马达动力传递至包括用于驱动卡盘的牵引杆及主轴的旋转系统，根据本发明的机床的电力驱动系统包括：壳体；中空管形态的主轴，其以相对于壳体可旋转的形式设置于壳体内部；驱动滑轮，其以相对于主轴可旋转的形式设置于主轴的外侧；主轴马达，其使得驱动滑轮旋转；牵引杆，其以可相对于主轴沿轴向进行直线运动但不可进行相对旋转运动的形式设置于主轴内侧，从而相对于主轴沿轴向进行直线运动或者与主轴一起旋转；运动变换单元，其将驱动滑轮的旋转运动变换为牵引杆的前进后退直线运动；离合器单元，其设置于主轴的外侧，选择性地将主轴连接于驱动滑轮和壳体；位置检测单元，其连接于驱动滑轮，包括检测驱动滑轮的旋转量及旋转位置的编码器；以及控制部，其执行位置调整程序，在从主轴操作模式状态切换为夹紧操作模式之前，和在从夹紧操作模式切换为主轴操作模式之前，根据通过位置检测单元检测出的离合器单元的位置信息，使得驱动滑轮旋转，从而对齐离合器单元的位置。

Description

机床的电力驱动系统

技术领域

本发明涉及一种机床，更为详细地，涉及一种机床的电力驱动系统，其在加工机械制品的车床可使用离合器装置选择性地将驱动主轴的马达动力传递至包括用于驱动卡盘的牵引杆及主轴的旋转系统。

背景技术

通常，机床包括被加工物和加工工具，固定其中一个时，另一个进行旋转，从而得以对被加工物的形状进行加工，根据旋转部可区分为车床和铣床。

车床是通过在加工工具停止的状态下使得被加工物旋转的方式构成，一般包括固定被加工物的卡盘和用于驱动卡盘的牵引杆、以及使得牵引杆和卡盘、被加工物旋转的主轴。

现有的车床为了驱动牵引杆和主轴而需要分别独立的驱动系统，牵引杆主要适用液压系统，主轴适用电力系统。通过液压式运转的现有的牵引杆问题在于，驱动部复杂，不仅无法控制卡盘抓紧被加工物的力，而且效率低下。由此，为了将现有的液压式系统替换为电力系统而持续努力开发电力驱动系统，其适用导螺杆并将电动机的旋转力变换为牵引杆的推力。

通常，这样的机床的电力驱动系统通过离合器装置的运转，有选择地将主轴与壳体和驱动要素(例如，驱动滑轮)连接，从而执行被加工物的夹紧动作(夹紧操作模式)和被加工物的加工动作(主轴操作模式)。

但是，现有技术中，对于某个被加工物执行主轴操作模式并对被加工物进行加工后，主轴停止时无法准确地知道主轴的位置，因此在通过使得与主轴咬合的离合器装置的构成要素进行直线移动而切换为夹紧操作模式时，产生构成于离合器装置的锯齿形状的锯齿未准确地啮合的情况，相反地，在夹紧操作模式中对被加工物进行夹紧后，切换为主轴操作模式时也发生锯齿形状的锯齿未准确地啮合的情况。在此状态下，如果主轴以高速旋转，则发生驱动要素的旋转力未通过离合器装置准确地传递至主轴的情况，从而产生震动或噪音、加工不良的问题。

发明内容

本发明用于解决如上所述的问题，本发明的目的在于，提供一种机床的电力驱动系统，实时监测离合器单元的锯齿的位置，当切换操作模式时，可准确地实现离合器装置的锯齿间的结合。

根据用于实现上述目的的本发明的一个形态的机床的电力驱动系统包括：壳体，其固定地设置于机床的本体；中空管形态的主轴，其以相对于壳体可旋转的形式设置于壳体内部；驱动滑轮，其以相对于主轴可旋转的形式设置于主轴的外侧；主轴马达，其使得驱动滑轮旋转；牵引杆，其以可相对于主轴沿轴向进行直线运动但不可进行相对旋转的形式设置于主轴的内侧，从而相对于主轴沿轴向进行直线运动或者与主轴一起旋转；运动变换单元，其将驱动滑轮的旋转运动变换为牵引杆的前进后退直线运动；离合器单元，其设置于主轴的外侧，选择性地将主轴连接于驱动滑轮和壳体；位置检测单元，其包括第一编码器滑轮、第二编码器滑轮、正时皮带和编码器，其中，第一编码器滑轮固定地形成于驱动滑轮，第二编码器滑轮设置于壳体，正时皮带缠绕于第一编码器滑轮和第二编码器滑轮，从而将第一编码器滑轮的旋转力传递至第二编码器滑轮，编码器与第二编码器滑轮进行轴结合，从而检测旋转量及旋转位置；以及控制部，其执行位置调整程序，在从借助于离合器单元使得主轴与驱动滑轮连接的主轴操作模式状态切换为使得主轴与壳体连接的夹紧操作模式之前，和在从夹紧操作模式切换为主轴操作模式之前，根据通过位置检测单元检测出的离合器单元的位置信息，使得驱动滑轮旋转，从而与离合器单元的位置对齐。

控制部在从主轴操作模式切换为夹紧操作模式之前，根据通过位置检测单元检测出的离合器单元的位置信息，使得驱动滑轮旋转，从而将离合器单元对齐至初始原点位置，在从夹紧操作模式切换为主轴操作模式之前，根据通过位置检测单元检测出的离合器单元的位置信息，以使得离合器单元的锯齿相互啮合的程度，使得驱动滑轮向夹紧方向细微地旋转并调整。

根据本发明的一个实施形态的离合器单元，可包括：固定离合器，其固定于驱动滑轮的前方面，沿着圆周方向形成有锯齿形状的固定锯齿；可动离合器，其为环形，以可沿轴向进行滑动但不可进行相对旋转的形式连接于主轴的外面；前方耦合器，其设置于可动离合器的前方面，形成有与形成于壳体后方的锯齿形状的壳体锯齿相啮合的前方锯齿；后方耦合器，其设置于可动离合器的后方面，形成有与固定离合器的固定锯齿相啮合的后方锯齿；离合器驱动部，其使得可动离合器沿主轴的轴向进行直线移动。

控制部在从主轴操作模式切换为夹紧操作模式之前，基于通过位置检测单元检测出的位置信息，使得驱动滑轮旋转，从而将可动离合器的位置对齐至初始原点位置，在从夹紧操作模式切换为主轴操作模式之前，基于通过位置检测单元检测出的位置信息，使得驱动滑轮向夹紧方向旋转，细微调整固定离合器的位置，从而对固定离合器的固定锯齿和可动离合器的后方锯齿进行对齐。

离合器驱动部可包括：弹簧安装部件，其在可动离合器的前方和壳体的后端部之间，固定地设置于主轴的外面；第一弹性部件，其设置于弹簧安装部件，对可动离合器向后方施加弹力；环形的离合器活塞，其以沿轴向可移动的形式设置于壳体，在后端部以向半径方向内侧凸出的形式形成有牵引凸起，牵引凸起与可动离合器的外周面相连；第二弹性部件，其相对于壳体的后端部，对离合器活塞向后方施加弹力；以及活塞致动器，其对离合器活塞向前方施加外力，使得离合器活塞向前方移动。

在可动离合器的内周面和主轴的外面之间设置有离合器键及离合器键槽，离合器键及离合器键槽限制可动离合器，使可动离合器相对于主轴可沿轴向移动但不沿圆周方向进行旋转。

运动变换单元可包括：导螺杆部，其固定于牵引杆后方部，设置有以螺旋形缠绕于外面的螺纹；以及运载部件，其为圆筒形，结合于驱动滑轮并与驱动滑轮一起旋转，在内周面形成有与导螺杆部的螺纹螺旋结合的螺纹。

根据本发明的另一个实施形态的离合器单元包括：固定部件，其在驱动滑轮的前方部和壳体的后方部之间，以不可进行相对旋转的形式设置于主轴的外面，在后方面沿着圆周方向形成有锯齿形状的第一锯齿；滑轮离合器，其以在前后方向上可移动的形式设置于驱动滑轮的前方部，沿着圆周方向形成有当向前方移动时与第一锯齿相啮合的第二锯齿；滑轮离合器弹簧，其相对于驱动滑轮对滑轮离合器向前方施加弹力；锁定部件，其相对于壳体固定固定部件或解除固定部件的固定；以及离合器运转部件，其使得滑轮离合器向后方移动，控制部在从主轴操作模式切换为夹紧操作模式之前，基于通过位置检测单元检测出的位置信息，使得驱动滑轮旋转，从而将固定部件的位置对齐至初始原点位置，在从夹紧操作模式切换为主轴操作模式之前，基于通过位置检测单元检测出的位置信息，使得驱动滑轮向夹紧方向细微旋转，从而对滑轮离合器的第二锯齿和固定部件的第一锯齿的位置进行对齐。

离合器运转部件可包括：活塞环，其设置于在固定部件形成的活塞收容槽内侧，通过向活塞收容槽内侧供给的空气压力向后方移动的同时，将滑轮离合器推向后方；活塞轴承，其配置于滑轮离合器和活塞环之间，相对于活塞环可旋转地支撑滑轮离合器。

锁定部件包括：固定销，其以朝着固定部件方向进行直线往返运动的形式设置于壳体的后方，前端部插入至形成于固定部件外周面的锁定槽内侧；以及销致动器，其使得固定销进行直线往返运动。

在固定部件形成有从活塞收容槽延长至锁定槽的空气压力通道，在固定销形成有当固定销插入锁定槽内侧时与空气压力通道连通的空气供给流路，空气供给流路与外部的空气供给装置相连接，从而可通过空气压力通道向活塞收容槽供给空气。

根据本发明，可获得如下优点：通过位置检测单元准确地检测出主轴及离合器单元的锯齿的位置，基于检测出的位置信息，从主轴操作模式切换为夹紧操作模式时，以及从夹紧操作模式切换为主轴操作模式时，准确地对齐离合器单元的锯齿的位置，从而可使得构成于离合器单元的锯齿始终准确地啮合，并且在各个操作模式下可进行正确的驱动控制。

此外，通过与运载部件的螺纹螺旋结合的导螺杆部的自锁功能，从通过牵引杆的后退而夹紧被加工物的动作切换为通过主轴的旋转而对被加工物进行加工的主轴操作模式时，可维持最初的夹紧力。

附图说明

图1是示出根据本发明的一个实施例的电力驱动系统的整体构成的截面图。

图2是示出沿轴向对图1所示的电力驱动系统的中心部进行切开的切开立体图。

图3是对构成于图1所示的电力驱动系统的离合器单元进行放大而示出的放大截面图。

图4及图5是对图1所示的电力驱动系统的主要部分进行放大而示出的截面图，图4示出夹紧操作模式，图5示出主轴操作模式。

图6是示出根据本发明的另一个实施例的电力驱动系统的整体构成的截面图。

图7是沿轴向对图6所示的电力驱动系统的中心部进行切开而示出的切开立体图。

图8是对构成于图6所示的电力驱动系统的离合器单元进行放大而示出的放大截面图。

图9是对图8所示的离合器单元的一部分进行放大而示出的从正面看到的截面图。

图10及图11是对图6所示的电力驱动系统的主要部分进行放大而示出的截面图，图10示出夹紧操作模式，图11示出主轴操作模式。

具体实施方式

本说明书中记载的实施例和附图中示出的构成仅仅是公开的发明的优选的一个例子，在提交本申请时，可以有能够代替本说明书的实施例和附图的多种变形例。

以下，参照附图并根据后述的实施例对机床的电力驱动系统及其运转方法进行具体地说明。图中相同的标号表示相同的构成要素。

第一实施例

参照图1至图5，根据本发明的第一个实施例的电力驱动系统包括：壳体10，其固定地设置于机床的本体；中空管形态的主轴20，其以相对于壳体10可旋转的形式设置于壳体10内部；驱动滑轮40，其以相对于主轴20可旋转的形式设置于主轴20的外侧；主轴马达(未示出)，其使得驱动滑轮40旋转；牵引杆30，其在主轴20的内侧相对于主轴20沿轴向进行直线运动或与主轴20一起旋转；导螺杆部35及运载部件50，其作为运动变换单元，用于将驱动滑轮40的旋转运动变换为牵引杆30的前进后退直线运动；离合器单元，其以沿轴向可进行线性移动但不可相对于主轴20的外面进行相对旋转的形式构成于主轴20的后方部外面，使得主轴20选择性地结合于驱动滑轮40和壳体10；位置检测单元，其与驱动滑轮40相连接，检测旋转量及旋转位置；以及控制部90，其获得从位置检测单元传递来的位置信息，从而对主轴马达(未示出)的运转进行控制。

壳体10内部形成为空桶形，固定地设置于机床的本体。在壳体10的后端部固定地结合有环形的壳体后面盖11，该壳体后面盖11形成有供主轴20后方部通过的开口部。在壳体后面盖11的后方面形成有壳体锯齿11a，其用于与构成离合器单元的前方耦合器63结合。

在壳体10的前方部外侧设置有用于加工被加工物的卡盘C，用于夹紧被加工物的钳口J以沿半径方向可移动的形式设置于卡盘C。钳口J通过连接部件(未示出)与牵引杆30的前端部相连接，通过牵引杆30的前进后退线性运动沿着半径方向移动的同时，夹紧或解除对被加工物的夹紧。

主轴20为长长的圆筒形中空管形状，在壳体10的内侧空间以沿着轴向(前后方向)的轴为中心可旋转地设置。在主轴20的外面和壳体10的内面之间设置有多个主轴轴承25，其相对于壳体10可旋转地支撑主轴20。主轴轴承25被固定于主轴20的弹簧安装部件65a及轴承支撑环26(参照图3)支撑。

牵引杆30以可沿前后方向，即主轴20的轴向进行前进后退但不可相对于主轴20进行旋转运动的形式设置于主轴20的中空部内侧。在牵引杆30的前方部外周面以向前后方向延长的形式形成有牵引杆键槽31，在主轴20的前方部固定有插入至牵引杆键槽31的牵引杆键32，牵引杆30被限制为可相对于主轴20沿轴向进行移动但不可相对于主轴20进行旋转运动。

在牵引杆30的后方部外面形成有导螺杆部35，其设置有以螺旋形缠绕的螺纹。导螺杆部35可以与牵引杆30形成为一体型，但与此不同地，也可以在与牵引杆30单独地制作后，借助于另外的紧固连接装置相互固定。该实施例中示出了牵引杆30和导螺杆部35形成为空心的中空圆筒体，以便可以构成吹出芯片的装置及将机械制品推出的装置等，但与此不同地，牵引杆30和导螺杆部35也可以形成为实心的实体结构的圆筒体。

导螺杆部35发挥运动变换单元的功能，其通过获得从结合于驱动滑轮40的运载部件50传递来的旋转力而使得牵引杆30前进后退。

主轴马达(未示出)设置于壳体10的外部，通过类似驱动皮带(未示出)的动力传递部件与驱动滑轮40连接，从而向驱动滑轮40传递旋转力。主轴马达(未示出)可包括用于检测主轴20的旋转量和位置的主轴编码器(未示出)。主轴马达与控制部90进行电连接，从控制部90接收控制信号并进行运转。

驱动滑轮40以可相对于主轴20进行相对旋转的形式设置于主轴20的后端部外侧，通过获得从主轴马达(未示出)传递来的动力而进行旋转。在驱动滑轮40的内周面和主轴20之间设置有轴承42，其相对于主轴20可旋转地支撑驱动滑轮40。轴承42通过与主轴20的后端结合的锁定螺母43在锁定螺母43的正前方固定于主轴20。驱动滑轮40的前方部借助于离合器单元与主轴20结合或者与主轴20分离。

运载部件50固定地结合于驱动滑轮40的后方，与驱动滑轮40一起旋转。运载部件50形成为圆筒形，在内周面形成有与导螺杆部35的螺纹螺旋结合的螺纹。由此，当运载部件50旋转时，通过运载部件50的螺纹和导螺杆部35的螺纹间的作用使得导螺杆部35及牵引杆30沿轴向进行前进后退。运载部件50和导螺杆部35通过螺纹相互结合，因此实现自锁，从而在离合器单元运转时，推力不会被解除，由此，可去除用于固定主轴20的另外构造物，例如空气活塞等。

通过感知牵引杆30的前进后退移送量而对与牵引杆30相连接的钳口J的位置和变位进行准确地检测，借此，为了能够准确地掌握钳口J的被加工物夹紧状态和松开状态，在牵引杆30的后端部安装有一个传感器狗96，感知传感器狗96的位置传感器95固定地设置于壳体10的后端部。

离合器单元在壳体10的后端部外侧以可相对于主轴20的外面沿轴向(沿前后方向)进行线性移动的形式设置，沿着前进后退移动方向与驱动滑轮40结合或者与固定于壳体10后端部的壳体后面盖11结合的同时，发挥使得主轴20选择性地与驱动滑轮40和壳体10结合或分离的功能。

参照图3，该第一个实施例的离合器单元包括：固定离合器61，其固定于驱动滑轮40的前方面，沿着圆周方向形成有锯齿形状的固定锯齿61a；可动离合器62，其为环形，以可沿轴向进行滑动但不可进行相对旋转的形式连接于主轴20的外面；前方耦合器63，其设置于可动离合器62的前方面，形成有与壳体锯齿11a相啮合的锯齿形状的前方锯齿63a，壳体锯齿11a形成于壳体10的后方的壳体后面盖11；后方耦合器64，其设置于可动离合器62的后方面，形成有与固定离合器61的固定锯齿61a相啮合的后方锯齿64a；离合器驱动部，其使得可动离合器62沿主轴20的轴向进行直线移动。

固定离合器61形成为圆形环形态，固定地设置于驱动滑轮40的前端部。固定离合器61在与驱动滑轮40单独地制作后，可通过螺栓等固定于驱动滑轮40的前方，但与此不同地，固定离合器61也可以与驱动滑轮40形成为一体。

可动离合器62配置于固定离合器61的前方，并且以相对于主轴20的外面沿前后方向进行滑动的形式设置。在可动离合器62的内周面和主轴20的外面之间形成有多个离合器键69a及离合器键槽69b，多个离合器键69a及离合器键槽69b限制可动离合器62，使可动离合器62可相对于主轴20沿轴向进行移动但不沿圆周方向进行旋转。

前方耦合器63固定地设置于可动离合器62的前方面。前方耦合器63在与可动离合器62分别制作后，可以与可动离合器62结合，但与此不同地，也可以与可动离合器62形成为一体。在前方耦合器63的前方面沿圆周方向形成有锯齿形状的前方锯齿63a，其与形成于壳体后面盖11后方面的壳体锯齿11a相啮合。

后方耦合器64固定地设置于可动离合器62的后方，在后方面沿着圆周方向形成有锯齿形状的后方锯齿64a，其与固定离合器61的固定锯齿61a相啮合。后方耦合器64在与可动离合器62单独制作后，可以固定地结合于可动离合器62，但与此不同地，也可以以使得后方耦合器64和可动离合器62形成为一体的形式制作。

离合器驱动部构成为起到使得可动离合器62根据操作模式前进后退的作用。该实施例中，离合器驱动部包括：弹簧安装部件65a，其在可动离合器62的前方和壳体10的后端部之间，固定地设置于主轴20的外面；第一弹性部件65，其设置于弹簧安装部件65a，对可动离合器62向后方施加弹力；环形的离合器活塞66，其以沿轴向可移动的形式设置于壳体10，在后端部以向半径方向内侧凸出的形式形成有牵引凸起66a，牵引凸起66a与可动离合器62的外周面相连；第二弹性部件67，其相对于壳体10的后端部，对离合器活塞66向后方施加弹力；以及活塞致动器68，其对离合器活塞66向前方施加外力，使得离合器活塞66向前方移动。

第一弹性部件65由设置于在弹簧安装部件65a的后方面形成的槽内侧的多个压缩螺旋弹簧形成，从而对可动离合器62向后方施加弹力。

弹簧安装部件65a为圆形的环形态，配置于可动离合器62和壳体后面盖11，在内周面形成有螺纹，与形成于主轴20外面的螺纹螺旋结合的同时得到固定。

离合器活塞66为具有比可动离合器62的外径更大的内径的环形态，以沿轴向可滑动的形式设置于壳体后面盖11。离合器活塞66在内周面后端部以向半径方向内侧凸出的形式形成有牵引凸起66，以便起到将可动离合器62向前方拉动的作用，牵引凸起66a将形成于可动离合器62的外周面前端部的卡住凸起62c向前方拉动，从而使得可动离合器62向前方移动。

活塞致动器68可以通过适用气压缸或者液压缸、螺线管(电子式)方式的致动器而构成，起到使得离合器活塞66向前方移动的作用。该实施例中，活塞致动器68作为气压缸，如果向活塞致动器68内侧供给空气压力，则对离合器活塞66的后方向前方施加压力，从而离合器活塞66克服第二弹性部件67的弹力并向前方移动。与此不同地，也可以在不使用第二弹性部件67的情况下以使得空气压力在前后两方向上起作用的形式构成活塞致动器68。

另外，在驱动滑轮40的前端部固定地设置有构成位置检测单元的第一编码器滑轮91，第二编码器滑轮92可旋转地设置于壳体10的后方，在第一编码器滑轮91和第二编码器滑轮92缠绕有将第一编码器滑轮91的旋转力传递至第二编码器滑轮92的正时皮带93。并且，第二编码器滑轮92的中心部与编码器94进行轴结合，从而检测旋转量。编码器94与控制部90进行电连接，将检测出的位置信息信号传输至控制部90。

由此，如果驱动滑轮40与离合器单元的后方耦合器64结合并与主轴20一起旋转，则第一编码器滑轮91与驱动滑轮40一起旋转，第一编码器滑轮91的旋转力通过正时皮带93传递至编码器94，从而控制部90可以检测出主轴20的旋转数及前方耦合器63的位置。

就编码器94及第一编码器滑轮91而言，在通过可动离合器62向前方移动而使得操作模式转换为夹紧操作模式之前，为了能够使得固定于可动离合器62的前方耦合器63的前方锯齿62a与壳体锯齿11a准确地啮合，在将可动离合器62的旋转位置调整至初始位置时使用编码器94及第一编码器滑轮91，并且在通过可动离合器62向后方移动而使得操作模式从夹紧操作模式转换为主轴操作模式之前，为了能够使得固定离合器61的固定锯齿61a与后方耦合器64的后方锯齿64a准确地啮合，在细微调整固定离合器61的位置时使用编码器94及第一编码器滑轮91。此外，与此不同地，在不使用编码器94及编码器滑轮91、92的情况下，也可以利用与驱动滑轮40及驱动皮带(未示出)连接的主轴马达的主轴编码器来对可动离合器62的位置进行检测并调整。

此外，为了能够确认是否通过可动离合器62以规定的冲程距离(stroke)前进后退移动而使得形成于可动离合器62的前方面和后方面的前方锯齿63a和后方锯齿64a分别与壳体锯齿11a和固定锯齿61a准确地啮合，在可动离合器62的外周面设置有离合器传感器狗98，在壳体10的后方部下侧设置有感知离合器传感器狗98的前进后退变位的离合器位置传感器97。

如下，参照图4及图5对根据包括如上所述构成的本发明的一个实施例的电力驱动系统的运转方法进行更加详细地说明。

在机床的钳口J夹紧被加工物的夹紧操作模式下，离合器单元的可动离合器62向前方移动，从而成为前方耦合器63的前方锯齿63a与壳体后面盖11的壳体锯齿11a相啮合的状态(参照图4)，在机床的钳口J夹紧被加工物的状态下通过高速旋转主轴20而加工被加工物的主轴操作模式下，可动离合器62向后方移动，从而成为后方耦合器64的后方锯齿64a与固定离合器61的固定锯齿61a相啮合的状态(参照图5)。

首先，为了开始夹紧操作模式，前方耦合器63的前方锯齿63a应准确地与壳体后面盖11的壳体锯齿11a啮合。由此，如果开始夹紧操作模式，则控制部90基于通过位置检测单元的编码器94获得的可动离合器62的位置信息，使得驱动滑轮40旋转一定量，从而将可动离合器62的位置对齐至初始原点位置。此时，可动离合器62以后方耦合器64为媒介与固定离合器61向啮合，因此与驱动滑轮40一起旋转。

接着，向离合器驱动部的活塞致动器68供给空气压力，如图4所示，离合器活塞66克服第二弹性部件67的弹力并向前方移动一定距离。如果离合器活塞66向前方移动，则离合器活塞66后端的牵引凸起66a向前方拉拽可动离合器62的卡住凸起62c，从而使得可动离合器62前进。由此，紧贴于驱动滑轮40后端部的后方耦合器64与固定于驱动滑轮40的固定离合器61分离。并且，设置于可动离合器62前方面的前方耦合器63的前方锯齿63a与形成于壳体后面盖11后方面的壳体锯齿11a相啮合的同时可动离合器62的旋转被限制，主轴20固定于壳体后面盖11，从而主轴20的旋转被限制。

如上所述，如果在主轴20被壳体10后方的壳体后面盖11限制的状态下，向主轴马达(未示出)供应电源，使得主轴马达工作，则主轴马达的动力传递至驱动滑轮40，从而使得驱动滑轮40向反方向(松开方向)旋转。

在主轴20相对于壳体10固定的状态下，使得驱动滑轮40向反方向旋转，由此运载部件50沿着主轴20周边进行旋转。在牵引杆30的前方部外周面和主轴20的前方部外周面之间形成有限制牵引杆30相对于主轴20进行相对旋转而仅允许前后方向上的移动的牵引杆键槽31和牵引杆键32，因此如果运载部件50相对于主轴20的外面向反方向旋转，则通过形成于运载部件50内周面的螺纹和形成于导螺杆部35外周面的螺纹间的作用，使得导螺杆部35及与之相结合的牵引杆30向前方进行线性移动。当牵引杆30相对于主轴20向前方进行线性移动时，钳口J张开，从而松开被加工物。

接着，如果主轴马达(未示出)向和之前相反的方向运转，则使得驱动滑轮40向正方向旋转，运载部件50向和之前相反的方向旋转，从而使得导螺杆部35及牵引杆30沿轴向后退，由此，钳口J收紧的同时牢牢地夹紧被加工物。

当然，该实施例中说明了通过牵引杆30的后退使得被加工物夹紧并通过前进使得夹紧力解除，但是与此相反地，也可以构成为通过牵引杆30的前进使得被加工物夹紧并通过后退使得夹紧力解除。换句话说，该实施例中说明了当驱动滑轮40向正方向旋转时，钳口J夹紧被加工物，当反方向旋转时，钳口J松开被加工物，但是根据机床，与此相反地，当驱动滑轮40向反方向旋转时，钳口J夹紧被加工物，当向正方向旋转时，钳口J也可以夹紧被加工物。

如上所述，如果完成了牵引杆30后退而钳口J牢牢地夹紧被加工物的夹紧操作模式，则控制部90根据编码器94检测到的固定离合器61的位置信息来掌握固定离合器61的固定锯齿61a和可动离合器62的后方耦合器64的后方锯齿64a的位置对齐状态，如果锯齿间的位置错开的情况，向主轴马达(未示出)进一步施加力矩，使得驱动滑轮40向正方向，即夹紧被加工物的方向(夹紧方向)细微旋转，从而调整位置，使得固定锯齿61a和后方锯齿64a准确地啮合。

如果完成了位置调整，则切换为主轴操作模式，即使得离合器单元运转，使得可动离合器62向后方移动，使得可动离合器62的后方锯齿64a与固定离合器61的固定锯齿61a相啮合，从而驱动滑轮40的旋转力可通过可动离合器62传递至主轴20。接着，高速运转主轴马达，使得主轴20高速旋转，从而进行被加工物的加工作业。

在如前面所述的切换操作模式时，如图5所示，如果解除活塞致动器68的空气压力，则离合器活塞66及可动离合器62分别被第二弹性部件67及第一弹性部件65的弹力向后方推动并移动。

由此，可动离合器62前方面的前方耦合器63与壳体后面盖11分离，可动离合器62后方面的后方耦合器64的后方锯齿64a与固定离合器61的固定锯齿61a相啮合的同时，可动离合器62与驱动滑轮40结合，从而获得旋转力。由此，与可动离合器62的相对旋转被限制的主轴20获得驱动滑轮40的旋转力。

接着，如果向主轴马达(未示出)供给电源而使其以规定的旋转速度工作，则驱动滑轮40及与之相结合的可动离合器62和主轴20以规定的旋转速度旋转的同时，实现被加工物的加工。此时，牵引杆30后端的导螺杆部35与运载部件50螺旋结合，因此，驱动滑轮40、运载部件50、导螺杆部35、牵引杆30一起旋转。

如上所述，通过根据本发明的位置检测单元，检测主轴20及离合器单元的固定离合器61及/或可动离合器62的位置，当基于检测到的位置信息从主轴操作模式切换为夹紧操作模式时，将可动离合器62的位置对齐至初始原点位置，可以使得构成于可动离合器62的前方耦合器63的前方锯齿63a和壳体10后端部的壳体锯齿11a准确地啮合。并且，当从夹紧操作模式切换为主轴操作模式时，细微调整固定离合器61的位置，使得固定离合器61的固定锯齿61a和可动离合器62的后方锯齿64a准确地啮合，因此在主轴操作模式下加工时，可获得可准确地控制主轴20的旋转的优点。

此外，优点在于，通过与运载部件50的螺纹螺旋结合的导螺杆部35的自锁功能，在从通过牵引杆30的后退夹紧被加工物的动作切换为通过主轴20的旋转实现被加工物的加工的主轴操作模式时，可维持最初的夹紧力。

第二实施例

图6至图11示出根据本发明的机床的电力驱动系统的另一个实施例，除了用于将主轴20选择性地与驱动滑轮40和壳体10连接的离合器单元的构成之外，该第二个实施例的电力驱动系统与前述的第一个实施例的电力驱动系统的构成相同或者类似，因此省略针对相同或者类似的构成要素的详细说明。

参照图8，该实施例的电力驱动系统的离合器单元包括：固定部件161，其在驱动滑轮40的前方部和壳体10的后方部之间，以不可进行相对旋转的形式设置于主轴20的外面，在后方面沿着圆周方向形成有锯齿形状的第一锯齿161a；滑轮离合器162，其以在前后方向上可移动的形式设置于驱动滑轮40的前方部，沿着圆周方向形成有当向前方移动时与第一锯齿161a相啮合的第二锯齿162a；滑轮离合器弹簧163，其相对于驱动滑轮40对滑轮离合器162向前方施加弹力；锁定部件，其相对于壳体10固定固定部件161或解除固定部件161的固定；以及离合器运转部件，其使得滑轮离合器162向后方移动。

固定部件161为圆形的环形态，设置于壳体后面盖11的正后方。固定部件161设置为借助于花键167相对于主轴20可在前后方向移动但不可沿着主轴20的周围进行相对移动。在固定部件161的后方面沿着圆周方向形成有锯齿形状的第一锯齿161a。在固定部件161的外周面沿着圆周方向以规定的间隔排列有多个锁定槽161b，其用于与锁定部件的固定及解除固定。此外，在固定部件161的后方面形成有活塞收容槽161c，其用于收容构成离合器运转部件的活塞环164。

滑轮离合器162设置为在形成于驱动滑轮40前方面的离合器收容槽43内侧可沿前后方向移动但不可进行相对旋转运动。为此，如图9所示，在滑轮离合器162的后方面以向后方凸出的形式形成有具有四边形等多边形截面的多个导块162b，在离合器收容槽43的后方面形成有供导块162b插入的四边形的导槽44。

在滑轮离合器162的后方面和驱动滑轮40的前方面之间设置有滑轮离合器弹簧163，其相对于驱动滑轮40对滑轮离合器162向前方施加弹力。

滑轮离合器162借助于离合器运转部件向后方获得压力，从而克服滑轮离合器弹簧163的弹力并向后方移动。该实施例中，离合器运转部件包括：活塞环164，其设置于在固定部件161形成的活塞收容槽161c内侧，通过向活塞收容槽161c内侧施加的空气压力向后方移动的同时，将滑轮离合器162推向后方；活塞轴承165，其配置于滑轮离合器162和活塞环164之间，相对于活塞环164可旋转地支撑滑轮离合器162。活塞轴承165起到在滑轮离合器162旋转时将滑轮离合器162和活塞环164之间的摩擦力最小化的作用。

锁定部件构成为执行相对于壳体10的后方部固定固定部件161或者解除固定部件161固定的功能。该实施例中，锁定部件包括：固定销171，其以朝着固定部件161方向进行直线往返运动的形式设置于壳体10的后方，前端部插入至在固定部件161的外周面形成的锁定槽161b的内侧；以及销致动器172，其使得固定销171进行直线往返运动。销致动器172可适用气压缸或者螺线管等。

固定销171以沿上下方向可移动的形式设置于销致动器172，前端部插入至在固定部件161的外周面形成的锁定槽161b内侧的同时，相对于壳体10使得固定部件161固定。

销致动器172固定地设置于壳体10的后方，包括第一端口172a和第二端口172b，向第一端口172a供给用于使得固定销171向半径方向内侧移动的空气压力，向第二端口172b供给用于使得固定销171向半径方向外侧移动的空气压力。

另外，在固定部件161的内部形成有从活塞收容槽161c连通至锁定槽161b的空气压力通道161d，在销致动器172及固定销171形成有当固定销171插入至锁定槽161b内侧时与空气压力通道161d连通的空气供给流路171a，形成于销致动器172的空气供给流路(未示出)的末端部与外部的空气供给装置(未示出)相连接，向空气压力通道161d供给空气，从而使得活塞环164运转。当固定销171向上侧移动并插入至固定部件161的锁定槽161b内侧时，固定销171的空气供给流路171a与销致动器172的空气供给流路(未示出)连通，当固定销171向下侧移动并向固定部件161的锁定槽161b外侧脱离时，固定销171的空气供给流路171a与销致动器172的空气供给流路(未示出)错开的同时，中断空气的供给。

包括由如上所述构成实现的离合器单元的电力驱动系统以如下形式进行运转。

在机床的钳口J夹紧被加工物的夹紧操作模式下，固定部件161通过锁定部件相对于壳体10固定，从而主轴20的旋转被限制，离合器单元的滑轮离合器162成为向后方移动并与固定部件161分离的状态(参照图10)。并且，在机床的钳口J夹紧被加工物的状态下，高速旋转主轴20，在加工被加工物的主轴操作模式下，固定部件161和锁定部件间的结合被解除，固定部件161和主轴20成为旋转自由的状态，滑轮离合器162成为向前方移动并与固定部件161结合的状态(参照图11)。

在从主轴操作模式切换为夹紧操作模式时，锁定部件对固定部件161进行固定并限制主轴20的旋转运动。由此，如果开始夹紧操作模式，则控制部90基于通过位置检测单元的编码器94获得的驱动滑轮40及滑轮离合器162的位置信息使得驱动滑轮40旋转一定量，从而将固定部件161的位置对齐至初始原点位置。此时，滑轮离合器162的第二锯齿162a成为与固定部件161的第一锯齿161a相啮合的状态，因此驱动滑轮40的旋转运动通过滑轮离合器162传递至固定部件161，从而使得固定部件161旋转。

通过这样的位置对齐作业，使得固定部件161的锁定槽161b和锁定部件的固定销171准确地对齐。

如果完成了位置对齐作业，如图10所示，通过锁定部件的销致动器172的第一端口172a供给空气压力，从而固定销171向上侧移动，固定销171的前端部插入至固定部件161的锁定槽161b内侧的同时，使得固定部件161相对于壳体10固定。

接着，当通过销致动器172及固定销171的空气供给流路171a向活塞收容槽161c内侧供给空气时，使得设置于固定部件161的活塞环164后退。由此，滑轮离合器162向后方移动，固定部件161的第一锯齿161a和滑轮离合器162的第二锯齿162a分离，从而驱动滑轮40和固定部件161间的限制状态被解除。

接着，向主轴马达(未示出)供给电源，使得驱动滑轮40及运载部件50向反方向旋转。此时，在牵引杆30的前方部外周面和主轴20的前方部外周面之间形成有限制牵引杆30相对于主轴20进行相对旋转而仅允许前后方向上的移动的牵引杆键槽31和牵引杆键32，因此，当运载部件50旋转时，通过形成于运载部件50内周面的螺纹和形成于导螺杆部35外周面的螺纹间的作用，使得导螺杆部35及与之相结合的牵引杆30向前方进行线性移动。当牵引杆30相对于主轴20向前方进行线性移动时，钳口J张开并夹紧被加工物。

接着，如果主轴马达(未示出)向和之前相反的方向运转，则驱动滑轮40及运载部件50向正方向旋转，从而使得导螺杆部35及牵引杆30沿轴向后退，由此，钳口J收紧的同时牢牢地夹紧被加工物。

当然，该实施例中也说明了通过牵引杆30的后退夹紧被加工物并通过前进解除夹紧力，但与此相反地，也可以构成为通过牵引杆30的前进夹紧被加工物并通过后退解除夹紧力。

如前面所述，如果牵引杆30后退而钳口J牢牢地夹紧被加工物的夹紧操作模式结束，则控制部90根据编码器94检测到的滑轮离合器162的位置信息来掌握滑轮离合器162的第二锯齿162a和固定部件161的第一锯齿161a的位置对齐状态，如果锯齿间的位置错开的情况，向主轴马达(未示出)进一步施加力矩，使得驱动滑轮40向正方向(夹紧方向)细微旋转，从而调整位置，使得第二锯齿162a和第一锯齿161a准确地啮合。

如果位置调整结束，则去除向固定销171的空气供给流路171a供给的空气压力，从而使得活塞环164通过滑轮离合器弹簧163的弹力向前方移动。这样的话，切换为主轴操作模式，即滑轮离合器162向前方移动，使得第二锯齿162a和固定部件161的第一锯齿161a准确地啮合，驱动滑轮40的旋转力可通过滑轮离合器162及固定部件161传递至主轴20。接着，高速运转主轴马达，使得主轴20高速旋转，从而进行被加工物的加工作业。

当这样的操作模式切换时，如图11所示，中断通过销致动器172及固定销171的空气供给流路171a供给空气压力，从而去除对离合器单元的活塞环164向后方施加的外力。由此，滑轮离合器162及活塞环164通过滑轮离合器弹簧163的弹力前进，使得滑轮离合器162的第二锯齿162a和固定部件161的第一锯齿161a相啮合，从而驱动滑轮40和固定部件161相互被限制。

接着，通过销致动器172的第二端口172b供给空气压力，使得固定销171向下侧移动，从而固定部件161的固定状态被解除。

在此状态下，如果向主轴马达供给电源并使得驱动滑轮40以规定的速度高速旋转，则与驱动滑轮40一起，滑轮离合器162、固定部件161、主轴20一起旋转，从而实现被加工物的加工。

就构成于这样的第二个实施例的电力驱动系统的离合器单元而言，使得离合器运转的构成部相对于主轴20的外面不进行滑动和线性运动，在构成离合器单元的构成要素固定的状态下，构成于驱动滑轮40内侧的滑轮离合器162在前后方向上获得加压力，从而产生锯齿间的结合及分离，因此具有可获得更大的精密度的优点。

以上，参照实施例对本发明进行了详细地说明，但本发明所属的技术领域内具有一般知识的人在不脱离上述说明的技术思想的范围内当然可进行各种置换、附加及变形，应理解为这样变形的实施形态也属于通过权利要求书而确定的本发明的保护范围。

产业上可利用性

本发明可适用于加工机械制品的机床。

Claims (9)

1.一种机床的电力驱动系统，其特征在于，包括：

壳体(10)，其固定地设置于机床的本体；

中空管形态的主轴(20)，其以相对于壳体可旋转的形式设置于壳体(10)内部；

驱动滑轮(40)，其以相对于主轴(20)可旋转的形式设置于主轴(20)的外侧；

主轴马达，其使得驱动滑轮(40)旋转；

牵引杆(30)，其以可相对于主轴沿轴向进行直线运动但不可进行相对旋转运动的形式设置于主轴(20)的内侧，从而相对于主轴(20)沿轴向进行直线运动或者与主轴一起旋转；

运动变换单元，其将驱动滑轮(40)的旋转运动变换为牵引杆(30)的前进后退直线运动；

离合器单元，其设置于主轴(20)的外侧，选择性地将主轴(20)连接于驱动滑轮(40)和壳体(10)；

位置检测单元，其包括第一编码器滑轮(91)、第二编码器滑轮(92)、正时皮带(93)和编码器(94)，其中，第一编码器滑轮(91)固定地形成于驱动滑轮(40)，第二编码器滑轮(92)设置于壳体(10)，正时皮带(93)缠绕于第一编码器滑轮(91)和第二编码器滑轮(92)，从而将第一编码器滑轮(91)的旋转力传递至第二编码器滑轮(92)，编码器(94)与第二编码器滑轮(92)进行轴结合，从而检测旋转量及旋转位置；以及

控制部，其执行位置调整程序，在从借助于离合器单元使得主轴(20)与驱动滑轮(40)连接的主轴操作模式状态切换为使得主轴(20)与壳体(10)连接的夹紧操作模式之前，和在从夹紧操作模式切换为主轴操作模式之前，根据通过位置检测单元检测出的离合器单元的位置信息，使得驱动滑轮(40)旋转，从而与离合器单元的位置对齐。

2.根据权利要求1所述的机床的电力驱动系统，其特征在于，离合器单元包括：

固定离合器(61)，其固定于驱动滑轮(40)的前方面，沿着圆周方向形成有锯齿形状的固定锯齿(61a)；

可动离合器(62)，其为环形，以可沿轴向进行滑动但不可进行相对旋转的形式连接于主轴(20)的外面；

前方耦合器(63)，其设置于可动离合器(62)的前方面，形成有与形成于壳体(10)后方的锯齿形状的壳体锯齿(11a)相啮合的前方锯齿(63a)；

后方耦合器(64)，其设置于可动离合器(62)的后方面，形成有与固定离合器(61)的固定锯齿(61a)相啮合的后方锯齿(64a)；

离合器驱动部，其使得可动离合器(62)沿主轴(20)的轴向进行直线移动，

控制部在从主轴操作模式切换为夹紧操作模式之前，基于通过位置检测单元检测出的位置信息，使得驱动滑轮(40)旋转，从而将可动离合器(62)的位置对齐至初始原点位置，在从夹紧操作模式切换为主轴操作模式之前，基于通过位置检测单元检测出的位置信息，使得驱动滑轮(40)旋转，向夹紧方向细微调整固定离合器(61)的位置，从而对固定离合器(61)的固定锯齿(61a)和可动离合器(62)的后方锯齿(64a)进行对齐。

3.根据权利要求2所述的机床的电力驱动系统，其特征在于，离合器驱动部包括：

弹簧安装部件(65a)，其在可动离合器(62)的前方和壳体(10)的后端部之间，固定地设置于主轴(20)的外面；

第一弹性部件(65)，其设置于弹簧安装部件(65a)，对可动离合器(62)向后方施加弹力；

环形的离合器活塞(66)，其以沿轴向可移动的形式设置于壳体(10)，在后端部以向半径方向内侧凸出的形式形成有牵引凸起(66a)，牵引凸起(66a)与可动离合器(62)的外周面相连；

第二弹性部件(67)，其相对于壳体(10)的后端部，对离合器活塞(66)向后方施加弹力；以及

活塞致动器，其对离合器活塞(66)向前方施加外力，使得离合器活塞(66)向前方移动。

4.根据权利要求2所述的机床的电力驱动系统，其特征在于，

在可动离合器(62)的内周面和主轴(20)的外面之间设置有离合器键(69a)及离合器键槽(69b)，离合器键(69a)及离合器键槽(69b)限制可动离合器(62)，使可动离合器(62)相对于主轴(20)可沿轴向移动但不沿圆周方向进行旋转。

5.根据权利要求1所述的机床的电力驱动系统，其特征在于，运动变换单元包括：

导螺杆部(35)，其固定于牵引杆(30)的后方部，设置有以螺旋形缠绕于外面的螺纹；以及

运载部件(50)，其为圆筒形，结合于驱动滑轮(40)并与驱动滑轮(40)一起旋转，在内周面形成有与导螺杆部(35)的螺纹螺旋结合的螺纹。

6.根据权利要求1所述的机床的电力驱动系统，其特征在于，离合器单元包括：

固定部件(161)，其在驱动滑轮(40)的前方部和壳体(10)的后方部之间，以不可进行相对旋转的形式设置于主轴(20)的外面，在后方面沿着圆周方向形成有锯齿形状的第一锯齿(161a)；

滑轮离合器(162)，其以在前后方向上可移动的形式设置于驱动滑轮(40)的前方部，沿着圆周方向形成有当向前方移动时与第一锯齿(161a)相啮合的第二锯齿(162a)；

滑轮离合器弹簧(163)，其相对于驱动滑轮(40)对滑轮离合器(162)向前方施加弹力；

锁定部件，其相对于壳体(10)固定固定部件(161)或解除固定部件(161)的固定；以及

离合器运转部件，其使得滑轮离合器(162)向后方移动，

控制部在从主轴操作模式切换为夹紧操作模式之前，基于通过位置检测单元检测出的位置信息，使得驱动滑轮(40)旋转，从而将固定部件(161)的位置对齐至初始原点位置，在从夹紧操作模式切换为主轴操作模式之前，基于通过位置检测单元检测出的位置信息，使得驱动滑轮(40)向夹紧方向细微旋转，从而对滑轮离合器(162)的第二锯齿(162a)和固定部件(161)的第一锯齿(161a)的位置进行对齐。

7.根据权利要求6所述的机床的电力驱动系统，其特征在于，离合器运转部件包括：

活塞环(164)，其设置于在固定部件(161)上形成的活塞收容槽(161c)内侧，通过向活塞收容槽(161c)内侧供给的空气压力向后方移动的同时，将滑轮离合器(162)推向后方；

活塞轴承(165)，其配置于滑轮离合器(162)和活塞环(164)之间，相对于活塞环(164)可旋转地支撑滑轮离合器(162)。

8.根据权利要求7所述的机床的电力驱动系统，其特征在于，锁定部件包括：

固定销(171)，其以朝着固定部件(161)方向进行直线往返运动的形式设置于壳体(10)的后方，前端部插入至形成于固定部件(161)外周面的锁定槽(161b)内侧；以及

销致动器(172)，其使得固定销(171)进行直线往返运动。

9.根据权利要求8所述的机床的电力驱动系统，其特征在于，

在固定部件(161)形成有从活塞收容槽(161c)延长至锁定槽(161b)的空气压力通道(161d)，在固定销(171)形成有当固定销(171)插入锁定槽(161b)内侧时与空气压力通道连通的空气供给流路(171a)，空气供给流路(171a)与外部的空气供给装置相连接，从而通过空气压力通道(161d)向活塞收容槽(161c)供给空气。

Images