CN115780842A - 动作执行组件、主轴及机床 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种动作执行组件、主轴及机床，涉及机床技术领域，所述动作执行组件包括安装件和动作执行件，所述安装件用于固定在主轴上；所述动作执行件与所述安装件连接，包括作用端，所述作用端用于将刀柄上的可移动件沿刀柄轴向从初始位置移至距固定件预设距离的预设位置，其中，所述可移动件中设有发射线圈，所述固定件中设有接收线圈。本发明无需对现有主轴的内部结构进行改动，支持将现有机床升级为具备超声波加工能力的机床。

Description

动作执行组件、主轴及机床

技术领域

本发明涉及机床技术领域，具体涉及一种应用超声波进行加工的动作执行组件、主轴及机床。

背景技术

相较传统普通机床主轴而言，超声波主轴利用振动切削可实现刀具与工件切屑的断续接触，相应地，可减小切削热量。

现有的超声波主轴多是在主轴内设置相应的超声波模块，虽然此种设计能够满足超声波加工需求，但是给超声波主轴的设计增加了难度，同时也增加了装配复杂度，设计、装配及维修相对复杂。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种动作执行组件、主轴及机床，无需对现有主轴的内部结构进行改动，支持将现有机床升级为具备超声波加工能力的机床。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

第一方面，本发明提供一种动作执行组件，应用于主轴上，包括：

安装件，用于固定在主轴上；

动作执行件，与所述安装件连接，包括作用端，所述作用端用于将刀柄上的可移动件沿刀柄轴向从初始位置移至距固定件预设距离的预设位置，其中，所述可移动件中设有发射线圈，所述固定件中设有接收线圈。

在所述动作执行组件的一实施结构中，所述安装件包括用于套设于主轴前端部上的环架，多个所述动作执行件分布在所述环架的周向上。

在所述动作执行组件的一实施结构中，多个所述动作执行件均匀分布在所述环架的周向上；

所述动作执行件包括翻转件，所述翻转件相对所述环架翻转设置，所述翻转件的翻转轴线与所述环架的轴线垂直；所述作用端位于所述翻转件的自由末端上。

在所述动作执行组件的一实施结构中，所述环架上设有用于与超声波发生器电连接的接入端口；所述翻转件本体中设有与所述接入端口电连接的导线；

所述作用端处设有插接配合部，所述插接配合部中还设有用于与发射线圈形成电连接的连接端口，所述连接端口与所述导线电连接。

在所述动作执行组件的一实施结构中，多个动作执行件均匀分布在所述环架的周向上；

所述动作执行件包括一级伸缩件及二级伸缩件，所述一级伸缩件用于朝向刀柄所在侧方向设置，所述一级伸缩件的伸缩方向与所述环架的轴线平行；所述二级伸缩件设置在所述一级伸缩件的伸缩活动端；所述二级伸缩件用于朝向刀柄设置，所述作用端位于所述二级伸缩件的伸缩活动端上。

在所述动作执行组件的一实施结构中，所述环架上设有用于与超声波发生器电连接的接入端口；所述一级伸缩件及所述二级伸缩件中设有与所述接入端口电连接的导线；

所述作用端处设有插接配合部，所述插接配合部中还设有用于与发射线圈形成电连接的连接端口，所述连接端口与所述导线电连接。

第二方面，本发明提供一种主轴，在主轴本体的前端部安装有如上所述的动作执行组件。

在所述主轴的一实施结构中，在所述主轴的芯轴上安装有无键槽刀柄，所述无键槽刀柄包括可移动件和固定件，

所述可移动件在初始状态下位于所述无键槽刀柄的第一轴向位置处，在超声波加工状态下位于所述无键槽刀柄的预设位置处；

所述固定件位于所述无键槽刀柄的第二轴向位置处，所述预设位置至所述第二轴向位置的距离为预设距离。

在所述主轴的一实施结构中，所述可移动件在超声波加工状态下位于所述第一轴向位置与所述第二轴向位置之间的预设位置，且所述可移动件在超声波加工状态下不与所述无键槽刀柄本体接触。

第三方面，本发明还提供一种机床，该机床包括如上所述的动作执行件和/或如上所述的主轴。

本发明的工作原理：

本发明提供的动作执行组件包括安装件及动作执行件，安装件可直接安装在主轴上，安装简单。而动作执行件对超声波刀柄上的可移动件进行移动，以使可移动件与固定件之间的距离满足无接触感应电能传输，从而支持实现超声波电能传输。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提供的动作执行组件结构简单，安装方便。

本发明提供的主轴可升级为具备超声波加工能力的主轴，无需对主轴进行设计，降低设计超声波相关部件带来的结构复杂度，升级成本低。

本发明提供的机床无需更换现有主轴结构即可升级为具备超声波加工能力的机床，加工精度高，加工热量较低。

附图说明

图1是本发明提供主轴在一实施方式下动作执行组件处于初始状态下的结构示意图；

图2是图1中A部分局部放大结构示意图；

图3是本发明提供主轴在一实施方式下动作执行组件处于与无键槽刀柄接触下的结构示意图；

图4是图3中的B部分局部放大结构示意图；

图5是本发明提供主轴在另一实施方式下动作执行组件处于初始状态下的结构示意图；

图6是本发明提供主轴在另一实施方式下动作执行组件处于与无键槽刀柄接触下的结构示意图；

图7是本发明提供的二级伸缩件的结构示意图。

附图标记说明：

动作执行组件1；安装件11；动作执行件12；

主轴2；主轴本体21；芯轴22；轴承组件23；前端盖24；

无键槽刀柄3；固定件31；接收线圈311；可移动件32；发射线圈321；连接部322；

刀具4；

动作执行组件5；安装件51；动作执行件52；一级伸缩件521；二级伸缩件522；筒体5221；伸缩套筒5222；凸起52221；旋转杆5223；螺旋槽52231；限位盘5224；

主轴6；主轴本体61；芯轴62；轴承组件63；前端盖64；

无键槽刀柄7；

刀具8。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件时，其可以是直接设置在另一个元件上或者也可以存在居中元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件时，其可以是直接连接到另一个元件或者也可以存在居中元件。当元件被称为“安装于”另一个元件时，其可以是直接安装在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。

此外，还需要理解的是，实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、中间……)仅用于解释在某一特定姿态(如图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应的随之改变；“第一”、“第二”等术语，是为了区分不同的结构不见。这些术语仅为了便于描述本发明的简化描述，不能理解为对本发明的限制。

本发明提供的动作执行组件可直接安装于主轴上，可作用可移动件沿刀柄轴向初始位置移至靠近固定件的预设位置，所述可移动件中设有发射线圈，所述固定件中设有接收线圈，支持通过设置的发射线圈和接收线圈实现超声振动切削，在现有主轴上加上进行固定即可形成支持超声波加工实现的外挂式动作构件，降低制造成本，安装灵活。

本发明提供的动作执行组件应用于主轴上，可包括安装件和动作执行件，其中，安装件用于与主轴形成固定，动作执行件设置在该安装件上，用于作用具有超声波组件的刀柄，以支持实现超声波加工。所述刀柄可为具有可移动件和固定件的无键槽刀柄，其中，可移动件在刀柄本体轴向上可移动，且在其内设有发射线圈；固定件相对可移动件固定，并可伴随刀柄本体转动，在其内设有接收线圈。

参见图1至图4展示了动作执行组件在一实施方式下两种不同动作状态的示意性结构，本发明提供的动作执行组件1设置在主轴2上，主轴2包括主轴本体21、芯轴22、轴承组件23及前端盖24，在芯轴22上安装了一无键槽刀柄3，且该无键槽刀柄3上进一步安装有一刀具4。无键槽刀柄3包括固定件31、可移动件32以及位于二者间用于供换刀臂卡刀换刀的卡刀槽33，可移动件32可相对固定件31在刀柄本体的轴向上(图中上下方向)移动。

本实施方式中，动作执行组件1可包括安装件11和动作执行件12，所述安装件11为环架，环架内环面与前端盖24的周壁固定连接。此处，安装件11为整体式的结构，而在一些变形结构中，安装件11还可为分体式的结构，也即多个分体的安装件11环绕设置在前端该24的周壁上。对应安装件11的环架结构，所述动作执行组件1包括分布在环架周向上的多个动作执行件12，优选地，多个动作执行件12均匀分布在环架周向上。

本实施方式中，所述动作执行件11可包括翻转件，该翻转件相对所述环架翻转设置，其的翻转轴线与所述环架的轴线垂直，也即该翻转件通过翻转动作即可使位于其自由末端的作用端作用无键槽刀柄3上的可移动件32，以带动其可在轴向上移动。

如图1所示，此动作状态下的动作执行组件1处于初始动作状态，动作执行件12不超出于所述前端盖24的端盖面(可视为图中与固定件31接触的平面)，也即动作执行件12上的所有部分均可水平投影至主轴所在的竖直面上，因而可避免影响机床进行换刀作业。当然，在被允许的情况下(如主轴竖直方向上的空间相对足够)，图1中的动作执行件12还可进一步翻转至投影至水平面上的面积最小，以进一步减小可能对主轴水平方向上的空间造成影响。

如图2所示，此动作状态下的无键槽刀柄3中，可移动件32处于初始位置，该初始位置可被定义为第一轴向位置，相应地，固定件31所在的位置可被定义为第二轴向位置。此动作状态下，所述可移动件32可与刀柄本体卡接配合紧固。

如图3和图4所示，此动作状态下的动作执行组件1处于作用动作状态，动作执行件12翻转至将可移动件32移至预设位置处，所述预设位置处位于所述第一轴向位置与所述第二轴向位置之间，所述预设位置至所述第二轴向位置处的距离为预设距离。

本发明中，所述固定件31可具体为一第一盘体，所述可移动件32可具体为第二盘体，二者的盘面平行设置。第二盘体具有盘体内沿，也即所述第二盘体具有一通孔，使得第二盘体可套设于所述无键槽刀柄3的本体上。

本发明中，在所述第二盘体的盘周面上开设有用于与动作执行组件连接的连接部；或者，所述第二盘体背向所述第一盘体的盘面上开设有用于与动作执行组件连接的连接部。图2、图4中，所述连接部为一连接槽322，且该连接槽322位于所述第二盘体背向所述第一盘体的盘面上。所述连接槽322可包括靠盘体周面的引导槽及靠盘体内沿的插接槽，插接槽的槽深角引导槽的槽深更深。所述引导槽用于引导翻转件在使第二盘体移至预设位置的过程中向径向上的插接槽方向滑动，且所述引导槽和插接槽的槽侧壁均为倾斜过渡或弧形过渡结构。所述插接槽用于供第二盘体与动作执行件12的作用端插接配合，并形成电连接。相应地，超声波发生器输出的电流可经动作执行组件1导通至所述发射线圈321中。具体地，所述插接槽中设有插接件，而在所述动作执行件12上设有插接配合件，二者插接配合，该插接配合可为电连接头或简易触片/触点插接。此处，该插接配合可为具有防水防尘功能的公母插接件形成插接配合，所述导线为可伸缩导线。

具体地，所述环架上设有用于与超声波发生器电连接的接入端口，在翻转件本体中设有与所述接入端口电连接的导线，所述作用端处设有上述的插接配合件，所述插接配合件中还设有用于与发射线圈形成电连接的连接端口，所述连接端口与所述导线电连接。

在所述无键槽刀柄1中，还设有换能器及变幅杆，所述换能器与所述接收线圈311电连接，而变幅杆设置在换能器的振动端侧。此外，所述无键槽刀柄3还可具有拉钉结构，相应地，在主轴2中还可设有拉刀机构。

优选地，图2、图4动作状态下的所述可移动件32不与刀柄本体接触，也即在动作执行件12的托持下，所述可移动件32的各部位均不与刀柄本体接触。刀柄本体在芯轴22的带动下转动，使得固定件31中的接收线圈311相对可移动件32中的发射线圈321转动，相应地，在发射线圈321通电时，接收线圈311即可生成感应电流，而生成的感应电流可经换能器及变幅杆作用传递至刀具4，以实现超声波加工。

参见图5至图7，展示了动作执行组件在另一实施方式下两种不同动作状态的示意性结构，本实施方式与前一实施方式部分结构一致，动作执行组件5设置在主轴6上，主轴6同样他包括主轴本体61、芯轴62、轴承组件63及前端盖64，在芯轴62上安装了一无键槽刀柄7，且该无键槽刀柄7上进一步安装有一刀具8。无键槽刀柄7包括固定件(图未示出，对应前述实施方式)、可移动件(图未示出，对应前述实施方式)以及位于二者间用于供换刀臂卡刀换刀的卡刀槽(图未示出，对应前述实施方式)，可移动件可相对固定件在刀柄本体的轴向上(图中上下方向)移动。

本实施方式中，动作执行组件5的安装件51同样可为环架，且该环架内环面与前端盖64的周壁固定连接，而多个动作执行件52均匀分布在环架周向上，所述动作执行件52包括一级伸缩件521及二级伸缩件522，所述一级伸缩件521用于朝向刀柄所在侧方向设置(图中向下)，所述一级伸缩件521的伸缩方向与所述环架的轴线平行。所述二级伸缩件522设置在所述一级伸缩件521的伸缩活动端，所述二级伸缩件522用于朝向刀柄设置，所述二级伸缩件522的伸缩活动端上设有用于作用无键槽刀柄7可移动件的作用端。

当然，在一些变形结构中，所述一级伸缩件的伸缩方向可与环架的轴线呈一定的夹角，且该一级伸缩件的伸缩活动端朝向靠近所述环架的轴线方向。

如图5所示，此动作状态下的动作执行组件5处于初始动作状态下，与前述实施方式类似地，一级伸缩件521和二级伸缩件522均不超出前端盖64的端盖面，因而同样可避免影响机床进行换刀作业。此时，无键槽刀柄7的可移动件同样处于初始位置，与前述实施方式中的可移动件所处位置相同。

如图6所示，此动作状态下的动作执行组件5处于作用动作状态，动作执行件52的一级伸缩件521和二级伸缩件522伸缩配合将可移动件移至预设位置处，所述预设位置处位于所述第一轴向位置与所述第二轴向位置之间，所述预设位置至所述第二轴向位置处的距离为预设距离。

与前述实施方式相同地，优选此动作状态下的可移动件不与刀柄本体接触，可避免对刀柄本体配合进行超声波加工作业造成影响。本实施方式中，在二级伸缩件522的托持下，刀柄本体在芯轴62的带动下转动，使得固定件中的接收线圈相对可移动件中的发射线圈转动，相应地，在发射线圈通电时，接收线圈即可生成感应电流，而生成的感应电流可经换能器及变幅杆作用传递至刀具8，以实现超声波加工。

如图7所示，示例性地展示了二级伸缩件522的伸缩原理性结构，所述二级伸缩件522可包括一筒体5221，在筒体5221中设置有伸缩套筒5222及作用所述伸缩套筒5222伸缩的旋转杆5223，所述旋转杆5223的一靠近端部处设置有限位盘5224，相应地，在所述筒体5221的筒内壁开设有供所述限位盘5224安装及旋转的环形槽，所述限位盘5224可与所述旋转杆5223一体成型，并限定旋转杆5223在所述筒体5221中的固定轴向位置处转动。在所述旋转杆5223的杆壁上设置有缠绕杆体的螺旋槽52231，所述螺旋槽52231的槽体在杆体轴向上延伸。相应地，在所述伸缩套筒5222的套体内部设置有一凸起52221，该凸起52221与螺旋槽52231大小匹配并置于其内。在旋转杆5223转动后，其上的螺旋槽52231可作用于该凸起52221并迫使凸起52221沿着螺旋槽52231的槽体活动，进而使得伸缩套筒5224伸缩。

可以理解的是，一级伸缩件521可采用较为常规的液压伸缩件或丝杆伸缩件，而所述二级伸缩件522则设置在一级伸缩件521的伸缩活动端上。

本实施方式中，所述环架上设有用于与超声波发生器电连接的接入端口，所述一级伸缩件521及所述二级伸缩件522中设有与所述接入端口电连接的导线，所述作用端处设有插接配合部，所述插接配合部中还设有用于与发射线圈形成电连接的连接端口，所述连接端口与所述导线电连接。

为使所述动作执行件上的插接件能够快速准确地与可移动件上的插接配合件对准，动作执行组件的环架还可包括内环架和外环架，其中，内环架固定，而外环架可由一电机驱动相对内环架旋转，以支持调整动作执行件的位置进行对准作业。与此同时，在所述外环架上还可设有一对准传感器，相应的，在所述可移动件上设有对准标记，当对准传感器感应到所述对准标记即可判定当前处于对准状态。当然，还可通过一摄像头，相应地，在可移动件上设置一特征结构，以供图像识别，该特征结构优选设置在可移动件的周面(刀柄本体轴向垂直)上。

本实施方式中的无键槽刀柄7可大部分与前述实施方式中的无键槽刀柄结构相同，与前述的无键槽刀柄结构的不同之处可在于：前述实施方式中的连接槽包括引导槽和插接槽，而本实施方式中连接槽仅包括插接槽，而二级伸缩件522作用端上的插接配合件可在一级伸缩件521的带动下升降即可插入插接槽中。可以理解是，其他结构描述可参照前述实施方式中的无键槽刀柄结构，此处不再展开叙述。

本实施方式中，在所述无键槽刀柄7中，同样可设有换能器及变幅杆，所述换能器与所述接收线圈电连接，而变幅杆设置在换能器的振动端侧。

本发明提供的动作执行组件，可支持对超声波刀柄上的可移动件进行移动，以使可移动件与固定件之间的距离满足无接触感应电能传输，结构简单，安装方便。

本发明提供的主轴，安装有前述的动作执行组件，通过外挂式的结构即可实现超声波加工，降低主轴设计难度，且结构简单方便维修，可直接将现有的部分机床升级为具备超声波加工功能的机床，降低了机床升级成本。

本发明还提供一种机床，该机床应用上述的动作执行件和/或主轴，以具备超声波加工功能，降低机床加工作业时可能产生的热量。

本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种动作控制方法，应用于具有动作执行组件的机床中，其特征在于，所述方法包括：

获取机床当前的作业状态，所述作业状态至少包括加工状态、非加工状态；

若当前的作业状态为非加工状态，则判断当前的刀柄是否为预设类型刀柄；

若是，则控制动作执行组件将可移动件由初始位置处沿刀柄轴向移至预设位置处，使得所述可移动件和刀柄上的固定件之间的距离满足预设距离；其中，所述可移动件在初始位置处时，卡接固定于所述刀柄上；所述可移动件在预设位置处时，解除与刀柄的卡接以使得刀柄相对于可移动件具有转动自由度；所述可移动件中嵌设有发射线圈，所述固定件中嵌设有接收线圈；所述初始位置处与所述固定件之间设有卡刀槽；

若机床当前的作业状态切换至加工状态，则控制超声波发生器通过所述动作执行组件向所述发射线圈输送电能。

2.如权利要求1所述的动作控制方法，其特征在于，所述判断当前的刀柄是否为预设类型刀柄包括：

通过识别刀柄上的图形码判断当前的刀柄是否为预设类型刀柄；和/或

通过识别刀柄的特征形状判断当前的刀柄是否为预设类型刀柄；和/或

通过获取刀柄的特征电信号判断当前的刀柄是否为预设类型刀柄。

3.如权利要求1所述的动作控制方法，其特征在于，所述方法还包括：

若机床当前的作业状态由加工状态切换至非加工状态，则控制所述动作执行组件将所述可移动件由所述预设位置处轴向移至初始位置处并分离。

4.如权利要求3所述的动作控制方法，其特征在于，所述动作执行组件安装在所述机床的主轴上；所述方法还包括：

若机床当前的作业状态由加工状态切换至非加工状态，则控制所述动作执行组件在与所述可移动件分离后，恢复至初始动作状态，所述初始动作状态包括所述动作执行组件的所有部分在刀柄轴向上的标高投影点均位于所述卡刀槽靠近主轴的一侧。

5.如权利要求4所述的动作控制方法，其特征在于，在初始动作状态下，所述动作执行组件的所有部分在主轴轴向上的标高投影点均位于所述主轴上。

6.如权利要求1所述的动作控制方法，其特征在于，在判断当前的刀柄是否为预设类型刀柄之前，所述方法还包括：

若接收到换刀信号，则通过预设方式判断换刀是否完成，所述预设方式包括通过侦测换刀臂的换刀完成动作；和/或，侦测主轴拉刀机构的拉刀完成动作。

7.如权利要求1所述的动作控制方法，其特征在于，所述动作执行组件包括安装件及翻转件，所述安装件固定在主轴的上；所述翻转件相对所述安装件可翻转连接，所述翻转件通过翻转运动将刀柄上的可移动件由所述初始位置处在轴向移至所述预设位置处；或，

所述动作执行组件包括安装件及二级伸缩件，所述安装件固定在主轴上；所述二级伸缩件包括第一伸缩件和第二伸缩件，所述第一伸缩件与所述安装件连接，所述第一伸缩件具有可相对所述安装件伸缩的活动端；所述第二伸缩件设置在所述活动端上，所述第二伸缩件具有可相对所述活动端伸缩的作用末端，所述第一伸缩件的伸缩方向与所述第二伸缩件的伸缩方向具有夹角，所述作用末端用于作用于所述可移动件上，通过所述第一伸缩件与所述第二伸缩件的二级伸缩配合将刀柄上的可移动件由所述初始位置处在轴向移至所述预设位置处；或，

所述动作执行组件包括安装件及多自由度机械臂，所述安装件固定在主轴箱上；所述多自由度机械臂作用于所述可移动件上，通过多自由度机械臂的多自由度运动配合将刀柄上的可移动件由所述初始位置处在轴向移至所述预设位置处。

8.一种动作控制装置，应用于具有动作执行组件的机床中，其特征在于，所述装置包括：

获取模块，用于获取机床当前的作业状态，所述作业状态至少包括加工状态、非加工状态；

判断模块，用于在当前的作业状态为非加工状态时，判断当前的刀柄是否为预设类型刀柄；

动作执行模块，用于在当前的刀柄为预设类型刀柄时，控制动作执行组件将可移动件由初始位置处沿刀柄轴向移至预设位置处，使得所述可移动件和刀柄上的固定件之间的距离满足预设距离；其中，所述可移动件在初始位置处时，卡接固定于所述刀柄上；所述可移动件在预设位置处时，解除与刀柄的卡接以使得刀柄相对于可移动件具有转动自由度；所述可移动件中嵌设有发射线圈，所述固定件中嵌设有接收线圈；所述初始位置处与所述固定件之间设有卡刀槽；

加工控制模块，用于在机床当前的作业状态切换至加工状态时，控制超声波发生器通过所述动作执行组件向所述发射线圈输送电能。

9.一种计算机，其特征在于，包括处理器，所述处理器用于执行存储器中存储的计算机程序时实现如权利要求1至7中任一项所述动作控制方法的步骤。

10.一种可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于：所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7中任一项所述动作控制方法的步骤。

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