TWI674943B - 自動平衡之精密螺帽 - Google Patents

Abstract

一種自動平衡之精密螺帽，適用於裝設在一工具機主軸，該精密螺帽包含一本體，及至少一平衡件組。該本體繞一軸線呈圓環狀，該本體包括一內環面、一相反於該內環面的外環面，及二連接該內環面及該外環面且彼此相反的端面，該內環面形成有內螺紋。該平衡件組包括一形成於該本體且繞該軸線呈圓環狀的環槽，及複數設置於該環槽內且可於該環槽內自由移動的質量物，該等質量物的總體積不超過該環槽的容積的一半，且當該等質量物相互集中而呈圓弧狀時，其圓弧角不超過180度。當整體轉動系統以高轉速旋轉時，該等質量物會於該環槽內朝不平衡量的相反位置移動，如此可抑制因不平衡量所產生振動，以減少工具機主軸與刀把校正次數。

Description

自動平衡之精密螺帽

本發明是有關於一種精密螺帽，特別是指一種自動平衡之精密螺帽。

工具機主軸及刀把具有高轉速與高精度的要求，然而工具機主軸及刀把繞其軸線旋轉時，會因主軸或刀把結構不對稱、材質質量產生不對稱分布、機構組裝時造成的誤差或加工製程中刀具磨耗、沾黏切屑…等因素，而產生不平衡量，進而在高速旋轉時產生振動及噪音，並影響加工精度及主軸、刀把的使用壽命。而一般的解決辦法是在工具機進行加工之前或加工一段時間後，對工具機主軸及刀把進行不平衡量的測量及校正，然而多次停機校正會導致加工時間與生產成本的增加。

因此，本發明之目的，即在提供一種減少主軸與刀把校正次數與提高工具機稼動率的自動平衡之精密螺帽。

於是，本發明自動平衡之精密螺帽，適用於裝設在一工具機主軸，該精密螺帽包含一本體，及至少一平衡件組。該本體繞一軸線呈圓環狀，該本體包括一內環面、一相反於該內環面的外環面，及二連接該內環面及該外環面且彼此相反的端面，該內環面形成有內螺紋。該平衡件組包括一形成於該本體且繞該軸線呈圓環狀的環槽，及複數設置於該環槽內且可於該環槽內自由移動的質量物，該等質量物的總體積不超過該環槽的容積的一半，且當該等質量物相互集中而呈圓弧狀時，其圓弧角不超過180度。

本發明之功效在於：藉由該平衡件組的該等質量物可於該環槽內自由移動，在整體轉動系統於高轉速的情況下，該等質量物會於該環槽內朝不平衡量的相反位置移動，如此可抑制因不平衡量所產生振動，進而減少該工具機的主軸與該刀把校正次數，並提高該工具機稼動率，且藉由該平衡件組的該環槽形成於該本體，使整體結構精簡且剛性較佳。

參閱圖1與圖2，本發明自動平衡之精密螺帽之一實施例，適用於裝設在一工具機的一主軸1，該主軸1包括一可受驅動而繞一軸線L轉動的心軸11，該心軸11的一外周面111形成有外螺紋，且該心軸11供一固定有一刀具3的刀把2設置並可帶動該刀具3及該刀把2轉動，而本實施例精密螺帽4有兩個分別裝設在該心軸11中間部位用以抵靠軸承，以及裝設在該心軸11的後端部位以定位該心軸11，但該等精密螺帽4的數量及位置不以此為限，而每一精密螺帽4包含一本體5，及二平衡件組6。

參閱圖2至圖4，該本體5繞該軸線L呈圓環狀且用來螺鎖於該心軸11，該本體5包括一內環面51、一相反於該內環面51的外環面52，及二連接該內環面51及該外環面52且彼此相反的端面53。定義該軸線L沿一軸向D1延伸，該內環面51具有一形成有內螺紋且用來螺設於該心軸11的外周面111的螺紋段511，及二沿該軸向D1彼此相反且連接該螺紋段511及該等端面53的延伸段512，每一延伸段512具有一繞該軸線L呈圓環狀的隙縫513，而在其他實施態樣中，該內環面51也可不具有該等延伸段512或僅具有一延伸段512。

每一平衡件組6包括一形成於該本體5且繞該軸線L呈圓環狀的環槽61、複數設置於該環槽61內且可於該環槽61內自由移動的質量物62，及一蓋板63。

該環槽61開設於該本體5的其中一端面53，且具有一位於該端面53的開口611。該環槽61由該本體5的一槽底面54、一第一槽側面55，及一第二槽側面56所構成，該槽底面54沿該軸向D1間隔對應的端面53，且該槽底面54具有一靠近該軸線L的內緣541，及一遠離該軸線L的外緣542，該第一槽側面55連接該內緣541，該第二槽側面56連接該外緣542。該環槽61連通對應的延伸段512的隙縫513。

該蓋板63沿該軸向D1蓋設於該開口611，該蓋板63具有一呈平板狀且靠接於對應的端面53的靠接部631，及一由該靠接部631沿該軸向D1延伸至該環槽61內的延伸部632，該延伸部632沿該軸向D1間隔該槽底面54。該本體5的該槽底面54、該第一槽側面55、該第二槽側面56與該蓋板63的延伸部632共同定義該環槽61的容積。在製造時，該蓋板63可於該等質量物62置入該環槽61後，以鎖固或焊接的方式固定於該端面53，以密封該開口611。

該等質量物62受該蓋板63限制而位於該環槽61內，且該等質量物62的總體積不超過該環槽61的容積的一半，而當該等質量物62相互集中而呈圓弧狀時，其圓弧角q不超過180度(見圖4)。

於本實施例中，該等質量物62為滾珠且數量為偶數個，且該質量物62與潤滑油相混合，以降低該等質量物62在對應的環槽61內移動時，與該槽底面54及該第二槽側面56之間產生的摩擦力，而在其他實施態樣中，該本體5也可不具有該等縫隙513，而該等質量物62則可為液體、固體或液體及固體的混合。

當該工具機的心軸11旋轉且轉速高於自然頻率時，每一平衡件組6的該等質量物62朝不平衡量的相反方向移動，使整體轉動系統的質心無限接近該軸線L，如此便可抑制因不平衡量所產生振動，進而減少該工具機的主軸1與該刀把2校正次數，並提高該工具機稼動率。

此外，在其他實施態樣中，該等平衡件組6的數量可根據不平衡量產生的位置及程度，而僅設有一個或兩個以上。此外，每一平衡件組6的環槽61也可開設於該本體5的該等端面53及該等延伸段512中的其中一者，如此，不僅使整體結構精簡且剛性較佳，且對應的第二槽側面56亦為該本體5的部分，而非外接的蓋板63，而使該第二槽側面56不易因該等質量物62的離心力影響產生變形，而能維持該環槽61的真圓度，使該等質量物62在滾動定位時，位置不會產生偏移。

而於本實施例中，每一平衡件組6的該環槽61開設於該本體5的端面53，除了可維持該環槽61的真圓度之外，還便於在製造時切削加工出該環槽61，以及便於該蓋板63在組設時鎖固或焊接固定。此外，由於該環槽61位於不平衡量產生的位置，可達到較佳的平衡效果，因此本實施例利用該蓋板63的延伸部632及該槽底面54相配合，可簡易地於製造時控制該環槽61於該軸向D1上的位置，如此便可簡單地控制該環槽61位於不平衡量產生的位置。

另外，在其他實施態樣中，該本體5於該軸向D1上之長度較長，也就是該精密螺帽4為長型螺帽，不平衡量易產生於該等端面53附近，因此將該等平衡件組6的該等環槽61設置於該等端面53，能達到較佳的平衡的作用。

值得一提的是，該槽底面54及該第二槽側面56可呈弧形使該等質量物62在各自的環槽61內滾動時，受導引而朝該蓋板63的方向浮起，以減少與該槽底面54及該第二槽側面56接觸的面積，降低摩擦力對該等質量物62的影響，使該等質量物62能較好地定位於不平衡量的反向位置，但該槽底面54及該第二槽側面56之形狀也可以是其他利於減少接觸面積的態樣，而不以此為限。

此外，由於每一平衡件組6的該等質量物62，在高速單向旋轉的情況下，方能穩定地移動並定位於不平衡量相反位置，因此，本實施例所適用的工具機，為具研磨功能的工具機，因研磨過程不會產生急速正反轉，使該等平衡件組6能確實達到平衡作用，但所適用之工具機類型不以本實施例為限。

綜上所述，本發明自動平衡之精密螺帽，藉由每一平衡件組6的該等質量物62可於該環槽61內自由移動，在整體轉動系統於高轉速的情況下，該等質量物62會朝不平衡量的相反位置移動，以抑制因不平衡量所產生振動，進而減少該工具機的主軸1與該刀把2校正次數，並提高該工具機稼動率，且藉由每一平衡件組6的該環槽61形成於該本體5，使整體結構精簡且剛性較佳，故確實能達成本發明之目的。

惟以上所述者，僅為本發明之實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

1‧‧‧主軸 11‧‧‧心軸 111‧‧‧外周面 2‧‧‧刀把 3‧‧‧刀具 4‧‧‧精密螺帽 5‧‧‧本體 51‧‧‧內環面 511‧‧‧螺紋段 512‧‧‧延伸段 513‧‧‧縫隙 52‧‧‧外環面 53‧‧‧端面 54‧‧‧槽底面

541‧‧‧內緣 542‧‧‧外緣 55‧‧‧第一槽側面 56‧‧‧第二槽側面 6‧‧‧平衡件組 61‧‧‧環槽 611‧‧‧開口 62‧‧‧質量物 63‧‧‧蓋板 631‧‧‧靠接部 632‧‧‧延伸部 L‧‧‧軸線 D1‧‧‧軸向 q‧‧‧圓弧角

本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：
圖1是本發明自動平衡之精密螺帽的一實施例及工具機的一主軸、一刀把及一刀具的一組裝示意圖；
圖2是該實施例的一立體分解圖；
圖3是該實施例的一剖視示意圖；及
圖4是該實施例沿圖3中之線Ⅳ-Ⅳ所取得的一剖視示意圖，說明其中一平衡件組的複數質量物於一環槽內相互集中時的狀態。

Claims (9)

1. 一種自動平衡之精密螺帽，適用於裝設在一工具機主軸，該精密螺帽包含：
   一本體，繞一軸線呈圓環狀，該本體包括一內環面、一相反於該內環面的外環面，及二連接該內環面及該外環面且彼此相反的端面，該內環面形成有內螺紋；及
   至少一平衡件組，包括一形成於該本體且繞該軸線呈圓環狀的環槽，及複數設置於該環槽內且可於該環槽內自由移動的質量物，該等質量物的總體積不超過該環槽的容積的一半，且當該等質量物相互集中而呈圓弧狀時，其圓弧角不超過180度。
2. 如請求項1所述的自動平衡之精密螺帽，其中，該平衡件組的該環槽開設於該本體的該等端面及該內環面中的其中一者。
3. 如請求項2所述的自動平衡之精密螺帽，其中，該平衡件組的該環槽開設於該本體的其中一端面。
4. 如請求項3所述的自動平衡之精密螺帽，其中，該平衡件組的該環槽具有一位於該端面的開口，定義該軸線沿一軸向延伸，該平衡件組還包括一沿該軸向蓋設於該開口的蓋板，該等質量物受該蓋板限制而位於該環槽內。
5. 如請求項4所述的自動平衡之精密螺帽，其中，該平衡件組的該蓋板具有一呈平板狀且靠接於對應的端面的靠接部，及一由該靠接部沿該軸向延伸至該環槽內的延伸部，該環槽由一槽底面、一第一槽側面，及一第二槽側面所構成，該槽底面與該延伸部相間隔且具有一靠近該軸線的內緣，及一遠離該軸線的外緣，該第一槽側面連接該內緣，該第二槽側面連接該外緣，該槽底面、該第一槽側面、該第二槽側面及該延伸部共同定義該環槽的容積。
6. 如請求項2所述的自動平衡之精密螺帽，其中，該本體的該內環面具有一形成有內螺紋的螺紋段，及至少一連接該螺紋段及其中一端面的延伸段，該環槽開設於該延伸段。
7. 如請求項2所述的自動平衡之精密螺帽，其中，該本體的該內環面具有一形成有內螺紋的螺紋段，及至少一連接該螺紋段及其中一端面的延伸段，該環槽開設於連接該延伸段的端面，且該延伸段具有一繞該軸線呈圓環狀且連通該環槽的隙縫。
8. 如請求項1所述的自動平衡之精密螺帽，其中，該平衡件組的該等質量物為滾珠且數量為偶數個。
9. 如請求項3所述的自動平衡之精密螺帽，其中，該平衡件組的數量為兩個，且該等平衡件組的該等環槽分別開設於該本體的該等端面。