CN216523828U - 工具机的转轴的旋转角度感测结构 - Google Patents

Abstract

一种工具机的转轴的旋转角度感测结构，包括一设置在转轴一端且随着转轴转动而旋转的磁铁，以及一固定不动的编码器。编码器具有一非导磁性材质制成的本体，本体具有一围设部可供磁铁位于其中，该围设部能够适度地将工作环境中的粉尘阻隔，以避免粉尘不当进入磁铁与编码器之间的感应范围；编码器还具有一感测模块用于感应该磁铁的磁场变化以获得旋转角度的信号，并以此做为后续加工程序的控制。

Description

工具机的转轴的旋转角度感测结构

技术领域

本实用新型是与工具机的旋转机构有关；特别是指一种工具机的转轴的旋转角度感测结构。

背景技术

工具机多具备有能够受控制转动的转轴，转轴可以是传动机构的一部分，也可以是用于带动部件旋转，前者如加工中心机的自动换刀系统当中用于带动凸轮转动的凸轮轴，后者如CNC车床当中用以带动刀塔(Turret)旋转的出力轴，不论转轴究为凸轮轴或是出力轴，转轴的旋转角度皆与换刀作业有关。

已知用于检知转轴旋转角度的装置包括一能够与该转轴同步转动的信号凸轮，以及多数个近接开关用于检测该信号凸轮的转动信息并转换成对应该转轴的旋转角信号，前述旋转角信号再为可程序逻辑控制器(Programmable Logic Controller，PLC)接受并作为控制换刀动作的依据。但前述装置包含信号凸轮、近接开关及其他相关配件，不仅成本增加且占用空间。

发明内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种工具机的转轴的旋转角度感测结构，是以磁感应手段来实现检测转轴的旋转角度的目的。

本实用新型的另一目的在于提供一种工具机的转轴的旋转角度感测结构，是能够降低环境中的粉尘不当影响磁感应效果。

缘以达成上述目的，本实用新型提供一种工具机的转轴的旋转角度感测结构包括有一编码器及一磁铁。该编码器固定不动且包括有一本体及一感测模块，其中，该本体是以非导磁性材质制成，该本体具有一圈设部，该圈设部具有一包围空间，且该包围空间具有一开放端口，该包围空间定义有一内径及一轴向长度；该感测模块设置于该本体的内部；该磁铁设置于该转轴一端且随着该转轴的转动而旋转，该磁铁具有一外径及一厚度，该磁铁的该外径小于该内径，该磁铁的该厚度小于或是等于该轴向长度；当该磁铁位于该编码器的该圈设部的包围空间内时，该磁铁未突出于该开放端口外，该感测模块感应该磁铁。

其中该本体包括一前盖、一后盖与一隔离环，该前盖与该后盖结合形成内部具有一容置空间者，该前盖具有一前端面面对该磁铁，该隔离环接设于该前盖的该前端面且构成该圈设部；该感测模块位于该容置空间中且包括有电性连接的一感测晶片及一电路板。

其中该本体包括一前盖与一后盖，该前盖与该后盖结合形成内部具有一容置空间，该感测模块位于该容置空间中且包括有电性连接的一感测晶片及一电路板；其中该前盖具有该圈设部，该圈设部是由自该前盖的一前端面凹入形成的承窝构成，该承窝具有一内环壁及一底壁，该内环壁及该底壁围设形成该包围空间。

其中该前盖具有一后端面，该后端面位于该前端面的相背对面，该前盖具有一凹部自该后端面凹入形成；该感测模块的该感测晶片对应位于该凹部中。

其中该前盖与该后盖的至少一者具有多数个凸柱位于该容置空间中，该感测模块的该电路板具有多数个定位部，该些凸柱分别穿过一对应的定位部。

其中该转轴是能够沿着轴向于一活动范围内往复移动，该圈设部的轴向长度大于或是等于该活动范围加上该磁铁的厚度。

其中包括有一磁环，该磁环结合该隔离环且位于该隔离环相对接设该前盖的另一端。

其中该前盖具有一凸环，该凸环自该前端面朝外突出形成，该隔离环以能够分离的方式结合该凸环。

其中包括有一磁环，该磁环结合该前盖且位在该圈设部的外围。

其中包括一安座，该磁铁透过该安座固接于该转轴一端且位于该转轴的轴线上。

本实用新型的效果在于利用编码器来感应磁铁的磁力线的旋转角，且利用圈设部的包围空间包围磁铁以有效阻隔环境中的粉尘进入感应范围内，以确保感应的准确性。

附图说明

图1为本实用新型一较佳实施例的工具机转轴的旋转角度感测结构的分解图；

图2为本实用新型上述较佳实施例的工具机的转轴的旋转角度感测结构的剖视图；

图3为本实用新型上述较佳实施例的工具机的转轴的旋转角度感测结构当中的磁铁与感测模块的简易示图；

图4为图1所示结构当中的本体的前盖正面视图；

图5为图1所示结构当中的本体的前盖背面视图；

图6为图1所示结构当中的本体的后盖正面视图；

图7为图1所示结构当中的本体的后盖背面视图；

图8为图1所示结构当中的隔离环、安座及磁铁的剖视图；

图9为剖视图，揭示工具机的转轴相对编码器沿着轴向移动；

图10为本实用新型上述较佳实施例的工具机的转轴的旋转角度感测结构当中的磁环的立体图；

图11为剖视图，揭示图10所示磁环的安装位置；

图12及图13为本实用新型另一较佳实施例的本体的组成立体图；

图14为本实用新型上述另一较佳实施例的旋转角度感测结构的剖视图；以及

图15为剖视图，揭示本体上套设有磁环。

【符号说明】

100:出力轴

10:磁铁

10A:被感应面

10a:N极

10b:S极

14:挡垣

20:编码器

22:本体

22a:前端面

22b:后端面

22c:正面

22d:背面

221:前盖

221a:安装块

221b:凸环

221c:第一孔座

221d:凹部

221e:第二孔座

221f:外凸部

221g:外螺纹段

222:后盖

222a:第三孔座

222b:第四孔座

223:隔离环

223a:内螺纹段

223b:开放端口

24:感测模块

24a:感测晶片

24b:电路板

24c:定位部

26:螺帽

28:螺栓

30:安座

32:螺栓

34:沉孔

40:固定支架

50:磁环

60:本体

62:前盖

62a:前端面

62b:开放端口

62c:凹部

621:承窝

621a:内环壁

621b:底壁

64:后盖

d:磁铁外径

w:磁铁厚度

D:内径

W:轴向长度

H:出力轴的轴向活动范围

S:容置空间

S1:包围空间

具体实施方式

本实用新型的旋转角度感测结构是用于检知工具机当中的一转轴的旋转角度，以此做为后续加工程序的控制。前述工具机如具有自动换刀机构的加工中心机，其转轴是用于带动凸轮转动的凸轮轴，又或者，工具机可以是CNC车床，其转轴是可以带动刀塔前后移动及旋转的出力轴，为能更清楚地说明本实用新型，兹举较佳实施例并配合附图详细说明如后。

请参图1及图2所示，本实用新型较佳实施例的旋转角度感测结构所应用的转轴对象是以CNC车床当中的出力轴100为例但不以此为限，前述出力轴100受控制带动刀塔前后移动及旋转以实现换刀目的。所述的旋转角度感测结构包括有磁铁10及编码器20，其中，磁铁10设置于出力轴100的一端且随着出力轴100的前后移动或是旋转而做同步的移动或是旋转；编码器20是以固定不动的方式设置在靠近但不接触该磁铁10的位置，编码器20包括有一本体22及一感测模块24。

在本实施例中，磁铁10是透过一安座30而固接于出力轴100的一端且位于该出力轴100的轴线上。该安座30以非导磁性材质制成，例如非导磁金属的铝，或是塑胶，安座30透过螺栓32而锁固于出力轴100，安座30具有一沉孔34，磁铁10即设置于该沉孔34中，如图3所示，磁铁10具有一被感应面10A，该被感应面10A包括一部分的N极10a和一部分的S极10b，且定义磁铁10具有一外径d及一厚度w。在其他应用例中，磁铁10或可不需假以安座而选择其他方式固接于出力轴100，只要维持被感应面10A朝外即可。

请再配合图4至图8所示，本实施例的编码器20的本体22包括有一前盖221、一后盖222与一隔离环223，前述前盖221、后盖222及隔离环223是以非导磁性材质制成，所述非导磁性材质包括但不限于铝、铝合金或是塑料。该前盖221与该后盖222结合形成内部具有一容置空间S，该感测模块24设置于容置空间S中，用于感应该磁铁10的磁场变化以进一步获得旋转角度的信号，本实施例的感测模块24包括有电性连接的一感测晶片24a及一电路板24b，电路板24b具有多数个定位部24c，前述定位部24c可以是孔状或是缺口状。

以下再详细说明本实施例的本体22的细部结构。其中，该前盖221具有一前端面22a及数个自周缘沿着径向朝外设置的安装块221a，编码器20即是透过该些安装块221a锁固在一固定支架40，该固定支架40再固接于工具机的适当部位而实现固定不动的目的，且安装后的编码器20的前盖221的前端面22a面对该磁铁10。该前盖221另具有一凸环221b自该前端面22a朝外突出形成，以及数个第一孔座221c分布在该凸环221b外侧而邻近周缘，该前盖221具有一后端面22b位于该前端面22a的相背对面，且前盖221在该后端面22b的中间部位凹入形成有一凹部221d，以及在该后端面22b邻近周缘的部位分布有数个第二孔座221e，每一第二孔座221e具有一外凸部221f。

该本体22的后盖222具有相背对的正面22c与背面22d，该后盖222在正面22c上具有数个第三孔座222a，在背面22d具有数个第四孔座222b。前述第一孔座221c、第二孔座221e、第三孔座222a及第四孔座222b呈凸柱状且皆具有穿孔，第一孔座221c内放置有螺帽26，该后盖222透过数根螺栓28依序穿过第四孔座222b的穿孔、第三孔座222a的穿孔、第二孔座221e的穿孔及第一孔座221c的穿孔后，螺栓28以一端与螺帽26锁接，使得该前盖221与该后盖222对接构成内部具有该容置空间S者，感测模块24在该前盖221与后盖222对接之前即预先放置在前盖221与后盖222之间，完成组装的螺栓28的另一端头部则藏设于第四孔座222b的穿孔中。值得一提的是，前述第三孔座222a的穿孔内径略大于该第二孔座221e的外径，因此当第二孔座221e穿过该电路板24b的定位部24c后，第二孔座221e的部分将凸伸至第三孔座222a的穿孔内，使得电路板24b的两侧面分别与第二孔座221e的外凸部221f及第三孔座222a的端缘抵接，以稳定地位于该容置空间S中，于此同时，感测模块24的感测晶片24a对应位于该前盖221的凹部221d中，以使感测晶片24a的一感应面24A更为接近磁铁10的被感应面10A，较佳者，该感应面24A与该被感应面10A之间的间距G(即气隙，airgap)介于0.5mm至3mm之间为佳，须说明的是，前述间距G的大小与磁铁10直径有关，即磁铁10直径越大者，间距越大。

该隔离环223呈圆环体而构成本实用新型定义的圈设部，隔离环223的内部构成包围空间S1且定义有一内径D与一轴向长度W，隔离环223具有一开放端口223b连通包围空间S1，隔离环223以能够分离的方式结合该前盖221的凸环221b(图2参照)，在本实施例中，隔离环223的内周面具有一内螺纹段223a，凸环221b的外周面设有一外螺纹段221g，隔离环223通过该内螺纹段223a与该外螺纹段221g螺接而实现可相对该前盖221分离或是组装的目的，须说明的是，前述螺接手段只是实现可分离目的的方式之一而已，不应以此为限。另外，若不考虑分离机制，则可以将该前盖221与该隔离环223以粘接的方式接合，又或者是将该前盖221与该隔离环223以一体成形方式制作。前述隔离环223的内径D大于磁铁10的外径d，隔离环223的轴向长度W大于或是等于磁铁10的厚度w，因此当所述的旋转角度感测结构完成安装后，该磁铁10即位于该隔离环223的包围空间S1中，且磁铁10未突出于该开放端口223b外(图2参照)。

上述编码器20的感测模块24能够感应该磁铁10的磁场变化以获得旋转角度信号，并以此做为后续加工程序的控制，改善现有以近接开关与信号凸轮的配置方式衍生成本增加及占用空间的缺失。其次，由于编码器20是以磁感应手段来实现检测转轴旋转角的目的，因此，轴向长度W大于或是等于磁铁10厚度w的隔离环223，能够适度地把工作环境中可能影响磁感应的粉尘(尤其是金属粉尘)阻隔于外，即避免粉尘不当进入磁铁10与编码器20之间的感应范围，当隔离环223的轴向长度W大于磁铁10厚度w越多，则粉尘更不易进入磁铁10与编码器20之间，能提高感应的精准度。另外，有鉴于本实施例的转轴是以CNC车床当中的出力轴100为例，考量出力轴100在执行换刀时除了会旋转之外，还会沿着轴向于一活动范围H内往复移动(图9参照)，因此隔离环223的轴向长度W又以大于或是等于该活动范围H加上该磁铁的厚度w为佳，以确保该磁铁10不会脱离隔离环223所围设的空间。同理，当转轴是以加工中心机的自动换刀机构当中的凸轮轴为例时，由于自动换刀机构的凸轮轴不会沿着轴向往复移动，因此隔离环223的轴向长度W只须是大于或是等于磁铁10的厚度w即可。

另外，由于工作环境中的粉尘包括加工过程中产生的金属粉尘，有鉴于金属粉尘更容易影响磁感应结果，因此本实用新型还提供具有磁性的一磁环，以图10及图11所示为例，当编码器20是以朝外凸伸的隔离环223来包围磁铁10时，磁环50安装在隔离环223的开放端口223b附近，借此能够将可能进入磁铁10与编码器20之间的金属粉尘及时吸附，以杜绝金属粉尘进入磁感应范围而不当影响感应结果。本实施例的磁环50以固接在隔离环223的端缘为例，然于实务上磁环50不排除也可以是固接在隔离环223的外周面或是内周面，抑或者，磁环50是被包藏在隔离环223中。前述磁环50是安装在隔离环223相对远离磁铁10的一端，因此其磁性并不会干扰磁感应结果。

在上述实施例中，编码器20是以接设在前盖221上而呈朝外凸伸的隔离环223来包围磁铁10，以实现将粉尘阻隔于外的目的，然于其他实施例中，包围磁铁10的方式不限于前述的隔离环223，例如也可以对本体采取凹入的方式设计，如图12至图14所示的本体60即是一例，该本体60包括有同样是以非导磁性材质制成的一前盖62与一后盖64，该前盖62具备有相同上述实施例的前盖221的安装块、第一孔座及第二孔座，不同处在于本实施例的前盖62具有自前端面62a凹入形成的一承窝621，该承窝621由一内环壁621a及一底壁621b构成，前述内环壁621a及底壁621b的组成构成本实用新型定义的圈设部且围设形成有包围空间S1，该包围空间S1具有开放端口62b且同样定义有内径D及轴向长度W；该后盖64具备有相同上述实施例的后盖222的第三孔座及第四孔座，且该前盖62与该后盖64通过螺帽与螺栓的配合而结合形成内部具有该容置空间S。同样地，在该容置空间S中放置该感测模块24，感测模块24的电路板24b被第二孔座及第三孔座左右夹制而稳定地位于该容置空间S中，感测模块24的感测晶片24a同样位于对应前盖62的凹部62c中。

当旋转角度感测结构完成安装之后，磁铁10位于该前盖62凹入的承窝621中，即磁铁10位在该包围空间S1所围设的空间内，且磁铁10并未突出于该开放端口62b外，该感测模块24感应该磁铁10的磁场变化以获得旋转角度信号，并以此做为后续加工程序的控制。同样的，在该包围空间S1的轴向长度W大于或是等于磁铁10厚度w的基础上，能够适度地把工作环境中可能影响磁感应的粉尘阻隔于外，较佳者，当出力轴100的外径或是安座30的外径接近但仍小于该内径D时，使得粉尘更不易进入该承窝621中而可提高感应的精准度。此外，若考虑出力轴100是会沿着轴向于活动范围H内往复移动时，则该承窝621的包围空间S1的轴向长度W以设计成大于或是等于该活动范围H加上该磁铁的厚度w为佳。

请再配合图15所示，是选择在该前盖62内部、对应该承窝621的外围处套设有该磁环50，磁环50以粘固的方式靠近该前盖62的开放端口62b，以能够将可能进入承窝621的金属粉尘及时吸附，以杜绝金属粉尘进入磁感应范围而不当影响感应结果。

综上，不论是在前盖上设置朝外凸伸的隔离环，或是对前盖采取凹入的方式设计，其等所形成的包围空间的孔径以略大于伸入该部位的转轴(如出力轴或是凸轮轴)外径为佳，除了可以确保转轴转动的顺畅之外，亦能缩减粉尘飘入的空间而提高阻隔性。另外，隔离环223采取可相对前盖221分离的设计，以使得编码器20能依实际需求在前盖221上接设不同规格尺寸的隔离环，例如当不同机型的工具机的出力轴的轴向活动范围不同时，则可选择具有适当轴向长度的隔离环来因应。

以上所述仅为本实用新型较佳可行实施例而已，举凡应用本实用新型说明书及权利要求书所为的等效变化，理应包含在本实用新型的专利范围内。

Claims (10)

1.一种工具机的转轴的旋转角度感测结构，其特征在于，包含：

一编码器，是固定不动且包括有一本体及一感测模块，其中，该本体是以非导磁性材质制成，该本体具有一圈设部，该圈设部具有一包围空间，且该包围空间具有一开放端口，该包围空间定义有一内径及一轴向长度；该感测模块设置于该本体的内部；

一磁铁，是设置于该转轴一端且随着该转轴的转动而旋转，该磁铁具有一外径及一厚度，该磁铁的该外径小于该内径，该磁铁的该厚度小于或是等于该轴向长度；当该磁铁位于该编码器的该圈设部的包围空间内时，该磁铁未突出于该开放端口外，该感测模块感应该磁铁。

2.根据权利要求1所述的工具机的转轴的旋转角度感测结构，其特征在于，该本体包括一前盖、一后盖与一隔离环，该前盖与该后盖结合形成内部具有一容置空间者，该前盖具有一前端面面对该磁铁，该隔离环接设于该前盖的该前端面且构成该圈设部；该感测模块位于该容置空间中且包括有电性连接的一感测晶片及一电路板。

3.根据权利要求1所述的工具机的转轴的旋转角度感测结构，其特征在于，该本体包括一前盖与一后盖，该前盖与该后盖结合形成内部具有一容置空间，该感测模块位于该容置空间中且包括有电性连接的一感测晶片及一电路板；其中该前盖具有该圈设部，该圈设部是由自该前盖的一前端面凹入形成的承窝构成，该承窝具有一内环壁及一底壁，该内环壁及该底壁围设形成该包围空间。

4.根据权利要求2或3所述的工具机的转轴的旋转角度感测结构，其特征在于，该前盖具有一后端面，该后端面位于该前端面的相背对面，该前盖具有一凹部自该后端面凹入形成；该感测模块的该感测晶片对应位于该凹部中。

5.根据权利要求2或3所述的工具机的转轴的旋转角度感测结构，其特征在于，该前盖与该后盖的至少一者具有多数个凸柱位于该容置空间中，该感测模块的该电路板具有多数个定位部，该些凸柱分别穿过一对应的定位部。

6.根据权利要求2或3所述的工具机的转轴的旋转角度感测结构，其特征在于，该转轴是能够沿着轴向于一活动范围内往复移动，该圈设部的轴向长度大于或是等于该活动范围加上该磁铁的厚度。

7.根据权利要求2所述的工具机的转轴的旋转角度感测结构，其特征在于，包括有一磁环，该磁环结合该隔离环且位于该隔离环相对接设该前盖的另一端。

8.根据权利要求2所述的工具机的转轴的旋转角度感测结构，其特征在于，该前盖具有一凸环，该凸环自该前端面朝外突出形成，该隔离环以能够分离的方式结合该凸环。

9.根据权利要求3所述的工具机的转轴的旋转角度感测结构，其特征在于，包括有一磁环，该磁环结合该前盖且位在该圈设部的外围。

10.根据权利要求1所述的工具机的转轴的旋转角度感测结构，其特征在于，包括一安座，该磁铁透过该安座固接于该转轴一端且位于该转轴的轴线上。

Images