CN1130886A - 用于机床的组合式刀盘 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种组合式刀盘，尤其是用于机床的精密调整刀盘。此组合式刀盘可与旋转的机床主轴(26)连接，并具有或横向于基座轴线(12)移动有一个从端面伸出的刀架14的滑块(16)、有一个直接测量滑块(16)相对于基座(10)移动距离的测量装置(38)、有一个沿移动方向作用在滑块(16)上的伺服电机(20)、以及有一个在外部的供电装置(22)，用于向组合在组合式刀盘内的电子器件和伺服电机(20)供电。为在有高的调整精度的情况下保证是一种紧凑的结构，将伺服电机(20)通过其圆柱形电机外壳(45)装在一个横向于滑块(16)移动方向和横向于基座轴线(12)定向、与基座轴线(12)相交的基座(10)的横向槽(46)中，此伺服电机(20)有平行于横向槽(46)的电机从动轴(48)。

Description

用于机床的组合式刀盘
本发明涉及一种用于机床的组合式刀盘，它有一个基座，有一个沿轴向从基座伸出并可与旋转的机床主轴连接的刀具柄，有至少一个可横向于基座轴线移动并有一个伸出端面的刀架的滑块，有一个直接测量滑块相对于基座移动距离的测量装置，有一个装在基座内与测量装置连接的电子测量器件，有一个装在基座内沿移动方向作用在滑块上最好是电的伺服马达，以及，有一个用于电子测量装置和必要时用于伺服电机的供电装置。
为了能准确调整滑块和装在刀架上的切削刀具，有必要精确测量滑块的移动距离。对此，已知(WO91/03345)例如用光学的或电容式位移测量系统测量滑块相对于基座的移动距离，并通过无线的最好是光电子的数据交换在外部进行数据处理。由上述文件还得知，在基座内设有一个沿移动方向作用在滑块上的伺服电机，同样可通过遥控装置对它进行操纵。伺服电机在组合式刀盘中的结构迄今尚未令人满意地解决。当人们考虑到尤其在加速和制动过程中，组合式刀盘与伺服电机的旋转运动可能以不希望的方式耦合起来，以及尤其对于小型的精密调整刀盘要求是一种紧凑的结构形式时，给伺服电机在组合式刀盘中的结构设计带来了一些困难。
以此为出发点，本发明的目的是改进前言所述类型的组合式刀盘，以保证其有紧凑的结构和无故障地工作。
为达到上述目的，提出了在权利要求1和13所列特征组合的建议。本发明有利的设计和进一步的改进由从属权利要求给出。
按本发明的方案以下述思路为出发点，即，在紧凑的结构形式下伺服电机和组合式刀盘旋转运动的去耦可这样来达到：伺服电机通过它基本上圆柱形的电机外壳，装在横向于基座轴线定向的、与基座轴线相交的基座的横向槽内，伺服电机有方向平行于横向槽的电机从动轴。在这一方面另外一项改进通过以下所述来获得，即，用于安装伺服电机的横向槽，横向于滑块移动方向地设在基座内，在这种情况下，若位移测量装置沿滑块移动方向与基座轴线相交，则在这里也是有优点的。
为减小伺服电机起动时的起动电流峰值，将电机外壳沿轴向以及最好还沿旋转方向弹性地夹紧在基座上。
按以下所述可以获得一种有利的特别紧凑的结构：电机从动轴上装有一个罐形地扣接在电机外壳从动端，并与滑块的移动机构连接的从动齿轮，此从动齿轮以有优点的方式通过其罐形的里端，最好沿轴向和径向支承在一个基座部分上，此基座部分沿轴向和径向套接在电机外壳从动侧端部，并有一个穿过从动轴的中心孔。由此可以做到，从动齿轮沿径向朝外指的齿，在从动侧的端部附近同心地套接在电机外壳上。从动齿轮在其罐形的外端，附加地支承在一个最好盆状的与基座刚性连接的盖上。
按本发明有优点的设计，设有一个滑块的移动机构，它有一个偏心地装在基座中并装有一个制有斜齿的滑环的螺杆，以及有一个制有互补斜齿并与滑块刚性连接的相配件，此螺杆上装有一个传动小齿轮，它与从动齿轮罐形地套接在伺服电机上的部分啮合。
有利的方式是伺服电机的从动轴设计为多边形的，最好是六边形，它插接在从动齿轮的内多边形内，其中，从动齿轮的内多边形具有比从动轴为长的轴向长度，所以，用适当的多边形手调工具可以从外部接近它。
基座外面最好用一个金属外套包围起来，外套上设有一些彼此沿角向隔开距离的窗口，用于各装入一个红外收发机。外套的同步转动这样来实现，即，将伺服电机在与从动侧相对的那一端，可用一个夹紧盖夹紧在基座上，此夹紧盖有一个沿径向朝外伸出的延长段，用手插入外套相应的槽中。
按本发明最佳的方案或设计规定，测量装置有一个装在一个固定在基座上并插入滑块的一个袋状槽中的线圈罩内的活动线圈，以及有一个沿滑块移动方向和横向于电机外壳轴线穿过袋状槽和活动线圈并固定在滑块上的杆状电枢。按活动线圈原理工作的测量系统，与已知的电容式测量系统相比的优点是，在电流切断时可以进行完全的距离测量而不会丢失数据，以及，装配时对保持误差方面的要求不高。
为了能够调整位移测量装置，电枢以其一个端头最好端面凸出地固定在一个沿滑块移动方向旋入螺纹孔中的调整支架上，而电枢在其与调整支架的相对端上，装有一个插接入滑块内部的一个线性导向装置中的导向轴颈。为了使电枢能在完成调整后锁定在滑块上它的起始位置，此调整支架可通过一个在滑块处于预先规定的移动位置时可从外部接近的调整螺钉固定在滑块上。
最好用抗磁性材料制造的线圈罩具有从侧向伸出以固定在基座上的装配凸缘。线圈罩最好有一个圆形封闭的线圈腔用于安装活动线圈，并在面朝电机的一侧，最好在两个装配凸缘之间的区域内，设有一个局部围绕着电机外壳的圆周的槽。由此形成的在线圈罩与电机外壳之间的彼此啮合，可以使组合式刀盘结构紧凑。
为了能保证组合式刀盘内部流体密封以及尽管如此仍能保证滑块相对于基座摩擦力很小地移动，按本发明有利的设计建议，滑块从其刀架穿过基座的端侧长孔，在长孔的外面装有一个径向与滑块密封并与滑块一起运动的环形盘，此环形盘可弹性地压靠在一个装在基座端面的环形槽中最好设计为方环的弹性体密封环上，并使环形盘与基座之间留下一个沿环形盘圆周基本上恒定的间隙，间隙宽度最好从5至20微米。环形盘的壁厚最好可通过控制在其面朝基座的表面的材料去除量，以调整规定的间隙宽度的情况下确定，而环形盘压靠在密封环上的压紧力，可用一个装在滑块一侧的环槽中的弹簧环来实现。
为了能对滑块在基座中的滑动面进行连续的磨削，之后能保证稳定地带盖装配，按本发明另一项有利的设计建议，基座有一个沿径向贯通而末端无限制的滑块的滑动面，以及，在滑环的侧面基座与盖之间，设置一个定位垫块。此外，定位垫块还可用来使滑块承受来自移动机构斜齿的反作用力，并可将此力传入基座。
下面借助于在附图中以示意的方式表示的实施例详细说明本发明。其中：
图1夹紧在机床主轴中带有移动机构、遥控装置和外部供电装置的精密车床转台的侧视图；
图2通过按图1所示带刀具柄的精密车床转台的纵剖面；
图3相对于图2转90°的通过精密车床转台的纵剖面；
图4沿图3剖切线IV—IV的剖面；
图5由图2带剖切的长度测量装置的局部放大图；
图6沿图5剖切线VI—VI的剖面。
在附图中表示的精密车床转台主要包括一个基座10、一个可横向于精密车床转台的旋转轴线12相对于基座10移动并装有切削刀具的刀架14的滑块16、一个直接测量滑块16相对于基座10移动距离的测量装置18、一个沿移动方向作用在滑块上的电的伺服马达20、一个供电装置22、以及一个沿轴向从基座10伸出的刀具柄24，它可与机床28的机床主轴26连接。
滑块16在基座10内设在一个横向于基座轴线12定向、贯通的、端部无限制的导向槽30内，此导向槽30对外以一个与基座10在端侧通过定距垫块刚性连接的盖32为界。滑块16以其刀架14向外穿过盖32的长孔34，并在长孔34外面的滑块16上，装有一个通过密封环36沿径向压在刀架14上密封地与滑块同步运动的环形盘38，此环形盘38借助于弹簧环40，可弹性地紧压在一个装在盖的环形槽42中的方环44上，并使环形盘38与盖32之间留下一个沿环形盘38的圆周基本上恒定的宽度为10微米的间隙。采取这一措施可以避免滑块移动时金属的环形盘38在金属的盖32上摩擦。
伺服电机20有一个基本上圆柱形的电机外壳45，它装在一个横向于滑块16移动方向和基座轴线12延伸并与基座轴线12相交的基座10的横向槽内。沿轴向伸出的从动轴48设计为六边形的。从动轴48上装有一个设计为罐形的从动齿轮50，它的内六边形52比从动轴48长，所以在取下封闭螺钉54的情况下可以从外部，将相应的六边形工具插入此内六边形52中，以便用手调整此从动齿轮50。从动齿轮50以其向内伸的外齿套56套接在电机外壳45从动一侧的端部上，并在那里通过滑动轴承60，沿径向支承在一个里面装有上述外壳端部的套筒延伸段58外面。此外，从动齿轮50以其罐形的内侧通过滚动轴承62沿轴向支承在套筒延长段58上，而从动齿轮50在罐形的外侧，以其具有内六边形52的空心轴颈63，支承在一个固定在基座上的盆状盖66中设计为滚动轴承64的旋转支承上。在伺服电机20的与从动端相对的一端，伺服电机20通过夹紧盖68和弹性环70，沿轴向压紧在从动端的套筒延长段58上，在这种情况下，电机外壳45的防转通过设在从动端的偏心销钉72实现。通过沿轴向具有扭转弹性地弹性夹紧，可使电机柔和起动，因而能降低起动电流峰值。考虑到在电机上作用有离心力，特别有效的做法是，将伺服电机的空心相对于基座10的旋转轴线12沿径向朝向弹性环70的方向移动。
一个偏心设置的滑块移动机构通过从动齿轮50传动，它有一个与从动齿轮50的齿环74啮合的传动小齿轮76，并有一个与此小齿轮刚性连接的螺杆77。在此螺杆上导引一个带料齿80的滑环78，斜齿80与设在滑块16上的相配件84的互补斜齿82啮合。
测量装置18有一个固定在基座上的活动线圈86，和有一个沿移动方向插入活动圈86内固定在滑块上的杆状电枢88。活动线圈86装在基本上在基座10中央的一个固定在基座上的线圈罩90内，线圈罩90从电机一侧起与活动线圈一起，插入滑块的一个袋状槽92中。电枢88以其一端从端面伸出地固定在一个旋入一个沿滑块16移动方向定向的螺纹孔95内的调整支架94上，而其在它与调整支架94相对的一端，有一个插入接入在滑块16内部的一个线性导向装置(孔)96中的导向轴颈98。调整支架94可通过一个在滑块处于预先规定的移动位置时可从外部接近的定位螺钉100固定在滑块16上。线圈罩设有侧向伸出的装配凸缘102，并在其与线圈腔104相对的那一侧，具有一个设在两个装配凸缘102之间的区域内局部围绕电机外壳45圆周的槽106。
基座10的圆周被一个金属或塑料制的外套环108包围起来，在外套上沿圆周设有一些角向距离相等地分布的窗口110，用于安装红外收发机112。收发机用来在组合式刀盘与一个外部的由计算机支持的遥控装置之间进行无线的数据交换。这种数据的交换例如为了调整的目的也可以通过剖开的位置114有电流地实现。
用于连接在机床主轴26上的刀具柄24，用唯一的一个中心螺钉116沿轴向固定在基座10上的一个刀具柄安装座117中。在这种情况下，偏心设置的固定销118，用来防止旋转和传递扭矩。
在刀具柄24的端面，还附加地设有环形的线圈罩120，它与刀具柄24一起通过刀具柄沿径向凸出的凸缘122用中心螺钉116固定在基座上。线圈罩120的防转通过设计为埋头螺钉的固定螺栓124来实现，埋头螺钉的杆部拧入基座的相应孔中。
在线圈罩120内有一个埋入由塑料或合成树脂组成可加机械负荷的浇注料中的次级线圈和有关的经稳定化处理的电子器件，它是供电装置22感应式传输线路的组成部分，并用来向伺服电机20和包含在组合式刀盘中的电子线路供电。原则上，感应线路也可以采用双向的数据传输，此时，感应电流的数据信号必要时沿双向调谐。
感应式传输线路的初级线圈装在一个定子侧的线圈罩126内，此线圈罩沿径向在刀具柄24之外插在机床主轴26的端面与在组合式刀盘一侧的线圈罩120的端面之间的自由空间内。为了调整初级与次级线圈之间的空隙，定子侧的线圈罩126，无论是它与组合式刀盘一侧的线圈罩120的距离，还是它绕平行于旋转轴线12的一根轴线的旋转位置，均为可调地安装在一个固定在定子上的支架128上。支架128与线圈罩126也可以事后再装配在现有的机床上。定子侧的线圈罩126只沿刀具柄的部分圆周延伸，而把刀具柄圆周的大部分空出来，用于自动更换刀具的刀具夹爪130的进退。在更换刀具时，组合式刀盘在夹槽132处被刀具夹爪130从与定子侧线圈罩126相对侧卡住，并在松开刀具连接装置时可将此组合式刀盘沿轴向相对于机床主轴26移动。在这种情况下，组合式刀盘与机床主轴26的连接，可通过在机床一侧可用拉杆134操纵的夹紧机构136来实现，此夹紧机构136从机床一侧起插入刀具柄24的空腔138中，并使组合式刀盘与机床主轴26在建立起一种平面夹紧和径向夹紧的条件下连接起来。
概括起来可确定下列各点：本发明涉及一种组合式刀盘，尤其用于机床的精密调整刀盘。组合式刀盘可与旋转的机床主轴26连接，并具有可横向于基座轴线12移动有一个从端面伸出的刀架14的滑块16、有一个直接测量滑块16相对于基座10移动距离的测量装置18、有一个沿移动方向作用在滑块16上的伺服电机20、以及一个在外部的供电装置22，用于向组合于组合式刀盘内的电子器件和伺服电机20供电。为在有高的调整精度的情况下保证是一种紧凑的结构型式，将伺服电机20通过其圆柱形电机外壳45，装在一个横向于滑块16移动方向和横向于基座轴线12定向、与基座轴线12相交的基座10的横向槽46中，此伺服电机20有其方向平行于横向槽46的电机从动轴48。

Claims (24)

1.用于机床的组合式刀盘有一个基座(10)，有一个从基座(10)沿轴向伸出并可与旋转的机床主轴(26)连接的刀具柄(24)，有至少一个可横向于基座轴线(12)移动并有伸出端面的刀架(14)的滑块(16)，有一个直接测量滑块(16)相对于基座(10)移动距离的测量装置(18)，有一个装在基座(10)内与测量装置(18)连接的电子测量器件，有一个装在基座内沿移动方向作用在滑块(16)上最好是电的伺服马达(20)，和有一个用于电子测量装置以及必要时用于伺服电机(20)的供电装置(22)，其特征为：伺服电机(20)通过它基本上圆柱形的电机外壳(45)，装在一个横向于基座轴线定向的、与基座轴线(12)相交的基座(10)的横向槽(46)内，伺服电机(20)有方向平行于横向槽(46)的从动轴(48)。
2.按照权利要求1所述之组合式刀盘，其特征为：用于安装伺服电机(20)的横向槽(46)，横向于滑块(16)移动方向地设在基座(10)内。
3.按照权利要求1或2所述之组合式刀盘，其特征为：电机外壳(45)沿轴向弹性地夹紧在基座(10)上。
4.按照权利要求1至3之一所述之组合式刀盘，其特征为：电机从动轴(48)上装有一个罐形地扣接在电机外壳(45)从动端并与滑块(16)的移动机构(76至84)连接的从动齿轮(50)。
5.按照权利要求4所述之组合式刀盘，其特征为：从动齿轮(50)以其罐形的里端最好沿轴向和径向支承在一个基座部分(套筒延伸段58)上，此基座部分沿轴向和圆周方向套接在电机外壳(45)从动侧的端部，并有一个用于穿过从动轴(48)的中心孔。
6.按照权利要求4或5所述之组合式刀盘，其特征为：从动齿轮(50)以轴颈(63)支承在一个最好盆状的与基座(10)刚性连接的盖(66)上。
7.按照权利要求1至6之一所述之组合式刀盘，其特征为：从动齿轮(50)沿径向朝外指的齿环(74)，在从动侧的端部附近，同心地套接在电机外壳(45)上。
8.按照权利要求1至7之一所述之组合式刀盘，其特征为：滑块(16)的移动机构，它有一个偏心地支承在基座(10)中并装有一个制有斜齿(80)的滑环(28)的螺杆(27)，以及有一个制有互补斜齿(82)并与滑块(16)刚性连接的相配件(84)，此螺杆(77)上装有一个传动小齿轮(76)，它与从动齿轮(50)罐形地套接在电机外壳(45)上的部分(56、74)啮合。
9.按照权利要求1至8之一所述之组合式刀盘，其特征为：伺服电机(20)的从动轴(48)设计为多边形的，最好是六边形的，它插接在从动齿轮(50)的内多边形(52)内，其中，从动齿轮(50)的内多边形(52)具有比从动轴(48)为长的轴向长度，而且，用适当的多边形工具可从外部接近它。
10.按照权利要求1至9之一所述之组合式刀盘，其特征为：基座(10)被一个最好是金属的外套(108)环状地包围起来，外套(108)上设有一些彼此沿角向隔开距离的窗口(110)，用于各装入一个红外收发机。
11.按照权利要求10所述之组合式刀盘，其特征为：伺服电机(20)在与从动侧相对的一端可用一个夹紧盖(68)弹性地夹紧在基座上，此夹紧盖(68)最好有一个沿径向朝外伸出的延长段，用于插入外套(108)相应的槽中使之同步转动。
12.按照权利要求1至11之一所述之组合式刀盘，其特征为：测量装置(18)有一个固定在基座上的活动线圈(86)，和有一个沿滑块(16)的移动方向穿过活动线圈并固定在滑块上的杆状电枢(88)。
13.用于机床的组合式刀盘有一个基座(10)，有一个沿轴向从基座(10)伸出并可与旋转的机床主轴(26)连接的刀具柄(24)，有至少一个可横向于基座轴线(12)移动并具有一个伸出端面的刀架(14)的滑块(16)，有一个直接测量滑块(16)相对于基座(10)的移动距离的测量装置(18)，有一个装在基座(10)内并与测量装置(18)连接的电子测量器件，有一个装在基座内沿移动方向作用在滑块(16)上的最好是电的伺服马达(20)，以及有一个用于电子测量装置和必要时用于伺服电机(20)的供电装置(22)，其特征为：测量装置(18)有一个固定在基座上的活动线圈(86)，和有一个沿滑块(16)移动方向穿过活动线圈并固定在滑块上的杆状电枢(88)。
14.按照权利要求12或13所述之组合式刀盘，其特征为：活动线圈(86)装在一个固定在基座上并插入滑块(16)的一个装状槽(92)中的线圈罩内，以及，固定在滑块上的杆状电枢(88)沿滑块(16)的移动方向穿过袋状的槽(92)和活动线圈(86)。
15.按照权利要求14所述之组合式刀盘，其特征为：线圈罩(90)具有从侧向伸出固定在基座(10)上的装配凸缘(102)。
16.按照权利要求14或15所述之组合式刀盘，其特征为：线圈罩(90)具有一个封闭的线圈腔(104)。
17.按照权利要求14或16之一所述之组合式刀盘，其特征为：线圈罩(90)具有一个最好设在两个装配凸缘(102)之间的区域内朝伺服电机(20)的方向开口并局部围绕着电机外壳(45)圆周的槽(106)。
18.按照权利要求12至17之一所述之组合式刀盘，其特征为：电枢(88)以其一个端头从端面凸出地固定在一个沿滑块移动方向施入螺纹孔中的调整支架(94)上。
19.按照权利要求18所述之组合式刀盘，其特征为：电枢(88)在其与调整支架(94)的相对端上，有一个插接入在滑块(16)内部的一个线性导向装置(96)中的导向轴颈(98)。
20.按照权利要求18或19所述之组合式刀盘，其特征为：调整支架(94)可通过一个在滑块(16)处于预先规定的移动位置时可从外部接近的定位螺钉(100)固定在滑块(16)上。
21.按照权利要求1至20之一所述之组合式刀盘，其特征为：滑块(16)以其刀架(14)穿过基座(10)的端侧长孔(34)，在长孔(34)的外面装有一个径向与滑块(16)密封并与滑块(16)一起运动的环形盘(38)，此环形盘(38)可弹性地压靠在一个装在基座(10)端面的环形槽(42)中最好设计为方环(44)的弹性体密封环上，并使环形盘(38)与基座(10)之间留下一个沿环形盘(38)圆周基本上恒定的间隙，间隙宽度最好从5至20微米。
22.按照权利要求21所述之组合式刀盘，其特征为：环形盘(38)的壁厚，可通过控制在其面朝基座(10)的表面的材料去除量，以调整规定的间隙宽度的情况下确定。
23.按照权利要求21或22所述之组合式刀盘，其特征为：环形盘(38)可用一个装在滑块一侧的环槽中的弹簧环(40)压靠在密封环(44)上。
24.按照权利要求1至23之一所述之组合式刀盘，其特征为：基座(10)有一个沿径向贯通而末端无限制的滑块(16)的导向槽(30)，以及，最好在滑环(78)的侧面、基座(10)与盖(32)之间，设置一个定距垫块。
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