TWI805735B - 高性能平面切削用刀具頭 - Google Patents
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Abstract
此處描述一種平面切削用刀具頭(1),包含一固定部件(4)及一旋轉部件(5),該固定部件(4)可經由一介面板(3)與一工具機(2)的一頭部耦接,其中一隔室(35)係設置於內部,在該隔室(35)中收容用於驅動及量測一徑向滑塊(6)的驅動手段(100)及量測手段(101)且該徑向滑塊(6)係由該旋轉部件(5)支撐,以關閉該隔室(35),且在該隔室(35)中收容至少一個集電器,適於傳遞電訊號,以便控制用於驅動及量測該徑向滑塊(6)的該驅動手段(100)及量測手段(101)。該平面切削用刀具頭(1)包含一連續密封墊圈(40),係構造成與該徑向滑塊(6)完全地接觸,且容納在外部地圍繞該隔室(35)的一各自凹槽(34)內;及一流體收集器,適於將加壓空氣提供給該隔室(35),使得該隔室(35)內的壓力高於大氣壓力,以密封該隔室(35)。該流體收集器包含一旋轉部分(22)及一固定部分(23),該旋轉部分(22)係與該平面切削用刀具頭(1)的該旋轉部件(5)成一體且在內部包含複數個第一流體路徑(43),該固定部分(23)係與該平面切削用刀具頭(1)的該固定部件(4)成一體且在其內部包含與該等第一流體路徑(43)耦接的複數個第二固定流體路徑(45),以便將一冷卻劑提供給該旋轉部件(5)、將該加壓空氣提供給該隔室(35)、及傳輸用於自動鎖定該徑向滑塊(6)所需的油。
Description
本發明係有關一種高性能平面切削用刀具頭。
此種平面切削用刀具頭適合於應用在工具機上以執行平面切削及鑽孔操作,包括具有連續可變直徑的一者。
現有的平面切削用刀具頭大多配備有用於驅動及量測滑塊的徑向位置的驅動及量測系統,該驅動及量測系統係與刀具頭的固定部件成一體,但是在一些實施例中,此種驅動及量測系統係位於刀具頭的旋轉部件中。
驅動及量測系統位於刀具頭的旋轉部件中之優點在於,由於在滑塊及該驅動及量測系統之間發生的容隙之幅度降低了,其實質地增加了滑塊定位精確度。相反地,此解決方案的缺點在於它使得馬達及量測系統遭受其中刀具頭操作至更大程度的操作條件,具有冷卻劑或小金屬顆粒與其接觸以及與它們的各自電連接部接觸之風險。
在平面切削用刀具頭中,在大多數情況下,藉由由工具機的心軸致動刀具頭來獲得其旋轉部件的旋轉運動。此意謂著在刀具頭上可用的最大扭矩等於由工具機的心軸可獲得的最大扭矩,在小型及中型銑床之情況下,通常不允許執行大直徑的鑽孔操作。
存在用於經由一個以上的傳動鏈將旋轉運動傳遞至刀具頭之解決方案,該等傳動鏈執行降低刀具頭的轉速之功能,亦即,增加在刀具頭本身上可用的扭矩,其被稱為由工具機提供的最大扭矩。用於經由一個以上的減速鏈來傳遞旋轉的現有解決方案,具有藉由採用鍵連接或溝槽耦接傳遞旋轉運動之缺點,藉此減速鏈之間的扭矩共享致力於機械加工的精確度。無論此種機械加工有多精確,它們都不能保證減速鏈之間的良好扭矩共享。
而且,現有的平面切削用刀具頭不允許在其到達其程式化徑向位置時自動鎖定滑塊。此意謂著,在精密鑽孔操作中,可能發生滑塊的小的徑向移動,結果造成機械加工的精加工程度之損害,可能導致不可接受的。
存在預設為自動換刀的平面切削用刀具頭,其要求將刀具施加至其上的刀座裝置設置有自動刀具鎖定及解鎖系統。現有的平面切削用刀具頭不允許在滑塊的任何徑向位置及刀座裝置的任何徑向位置(與滑塊本身相關)自動刀具解鎖。此意謂著在某些情況下需要手動地執行換刀,因此使操作者暴露在危險條件下。
例如,在文獻WO 2014/111881A1中敘述平面切削用刀具頭的先前技術實施例,其中請求項1的前序部分是基於此實施例。然而,先前技術的平面切削用刀具頭受到上述缺點的影響,藉由本發明消除這些缺點。
本發明之主要目的在於防止液體或灰塵的滲透發生在與刀具頭一起旋轉的隔室中,該隔室容納馬達、換能器及其他電子部件,因此防止此情況引起故障。
本發明的又一目的在於提供各種減速鏈之間的扭矩的正確共享。
本發明的另一目的在於允許自動滑動鎖定。
本發明的另一目的在於使滑塊的任何位置及刀座的任何位置(與滑塊本身有關)都可以自動換刀。
根據本發明,該等目的係藉由使用如請求項1及其附屬項之用於工具機的平面切削用刀具頭來實現。
1:刀具頭
2:工具機
3:介面板
4:固定部件
5:旋轉部件
6:徑向滑塊
7:軸承
8:心軸
9:軸
10:輸入齒輪
11:第一齒輪
12:第一齒輪
13:第二齒輪
14:第二齒輪
15:齒輪
16:再循環滾珠螺桿
17:固定支撐件
18:齒輪
19:螺母托架
20:集電器
22:旋轉部分
23:固定部分
30:齒輪
31:電動馬達
32:讀取頭
33:磁度計
34:凹槽
35:隔室
40:連續密封墊圈
41:鎖定墊
42:嵌條
43:第一流體路徑
45:第二固定流體路徑
47:旋轉部分
48:固定部分
50:收縮盤
52:支撐軸承
53:帶孔環
100:驅動手段
101:量測手段
本發明之特徵及優點對於熟習此技藝之人士來說將從以下對其實際實施例的詳細敘述中變得顯而易見,該實際實施例在附圖中出於解釋性非限制性目的而顯示,其中:第1圖係示意性地顯示根據本發明的平面切削用刀具頭的軸向橫截面,其顯示用於將旋轉傳遞到刀具頭的兩個齒輪鏈;第2圖係示意性地顯示根據平面切削用刀具頭的旋轉部件之第1圖中的線II-II的橫截面,其顯示位於刀具頭本身的旋轉部件中且在密封隔室內的驅動及量測系統;第3圖係顯示第1圖的第一細節,其中可以看到位於刀具頭的中心部件中的流體收集器及集電器;第4圖係顯示根據第2圖中的線IV-IV的橫截面,其中可以看到隔室密封系統及液壓滑動鎖定裝置;第5圖係顯示第1圖的第二細節,其中可以看到將旋轉運動傳遞至平面切削用刀具頭的兩個齒輪鏈;及第6圖係顯示第5圖的另一細節,其顯示用於調整該等齒輪中之至少一者的角度定向的收縮盤。
第1圖係顯示根據本發明之可以經由介面板3與工具機2之頭部耦接的平面切削用刀具頭1之旋轉軸的橫截面。
平面切削用刀具頭1基本上包含固定部件4及支撐徑向滑塊6的旋轉部件5,該旋轉部件5又由軸承7支撐。
平面切削用刀具頭1係由工具機2所配備的心軸8驅動旋轉,且經由兩個齒輪鏈實行旋轉傳遞。具體地,兩個齒輪鏈中的每一者包含第一齒輪11、12,第一齒輪11、12接合與軸9成一體的輸入齒輪10,軸9係由心軸8驅動旋轉。該等該第一齒輪11、12中的每一者收縮固定至與第二齒輪13、14成一體的軸上,第二齒輪13、14又接合與平面切削用刀具頭1的該旋轉部件5成一體的齒輪15。
在平面切削用刀具頭1的旋轉部件5中設置有隔室35,在該隔室35內有用於驅動及量測徑向滑塊6的驅動手段100及量測手段101,該徑向滑塊6係構造成使得靠近隔室35(第2圖)。具體地,該驅動手段100包含由固定支撐件17保持的再循環滾珠螺桿16,固定支撐件17係固定至旋轉部件5。另一方面,相反地,沿著螺桿16滑動的螺母托架19係與徑向滑塊6成一體。隔室35也容納固定至旋轉部件5的電動馬達31,該電動馬達31經由減速器及齒輪18及30將旋轉傳遞至再循環滾珠螺桿16,因此允許移動徑向滑塊6。
藉由該量測手段101量測滑塊6的徑向位置,該量測手段101包含線性換能器,該線性換能器具有固定至旋轉部件5的磁度計33、以及固定至與徑向滑塊6成一體的螺母托架19的讀取頭32。
至少一個雙按鈕限制開關也固定至平面切削用刀具頭1的旋轉部件5,且藉由與徑向滑塊6成一體的兩個凸輪驅動。
平面切削用刀具頭1也包含集電器20及液壓收集器,其允許分別在固定部件4及旋轉部件5之間執行電連接及流體連接(第3圖)。
具體地,所有電連接都由集電器20實行,集電器20包含與旋轉部件5成一體的旋轉部分47,且經由電連接而連接至電動馬達31、線性換能器、該至少一個限制開關、以及平面切削用刀具頭1的其餘旋轉電子部件。集電器20的固定部分48係與刀具頭1的固定部件4成一體,且經由電連接而連接至用於根據已知技術饋送及控制徑向滑塊6的移動的饋送及控制設備。
適合於用於驅動及控制滑塊6的徑向移動的所有訊號及該至少一個限制開關的訊號係經由集電器20傳遞,而經由它來實行供電給馬達及制動器(如果有的話)的電源連接。集電器20係設置有適當的保護裝置,以防止其受到可能危及其良好操作的油脂或其他物質的撞擊。
另一方面,流體連接係經由流體收集器來實行,該流體收集器包含旋轉部分22及固定部分23,該旋轉部分22係與刀具頭的旋轉部件5成一體且在其內部包含第一流體路徑43,該固定部分23係與固定部件4成一體且在其內部包含與內部流體路徑43耦接的第二固定流體路徑45。
流體收集器係預設為將冷卻劑提供給旋轉部件5,且如以下更佳地解釋的,也將加壓空氣提供給旋轉部件5的隔室35,以及傳輸用於自動鎖定徑向滑塊6的油。
旋轉部件5的隔室35係由凹槽34外部地圍繞,凹槽34容納連續密封墊圈40,該連續密封墊圈40係構造成與徑向滑塊6完全地接觸(第2圖)。由旋轉部件5中的隔室35提供的密封係保持在高於大氣壓力的壓力下。此係藉由使用流體收集器的該等路徑中之一者將加壓空氣輸送到刀具頭1的旋轉部件5的隔室35來實現。
第4圖係顯示旋轉部件5的一些細節,其具有橫向於徑向軸的橫截面。具體地,該附圖係顯示連續密封墊圈40,該連續密封墊圈40完全地圍繞旋轉部件5中的隔室35,由於其內部存在的加壓空氣,該連續密封墊圈防止液體進入且與刀具頭1的電子部件接觸。在加壓空氣的所有可能的逸出路徑中存在密封墊有助於保持旋轉部件5的隔室35內的空氣壓力。
旋轉部件5也包含鎖定手段,用於在徑向滑塊6到達其程式化徑向位置時鎖定徑向滑塊6,該鎖定手段包含複數個鎖定墊41,該等鎖定墊41容納在存在於兩個嵌條42中的座部內,經由流體收集器再次地將加壓油提供給這些座部。在由鎖定力施加的動作期間,其對於兩個嵌條42中的每一者使用數個鎖定墊41,徑向滑塊6被推靠在旋轉部件且由此產生的摩擦力防止操作力使徑向滑塊6在小型精加工操作期間位移。
第5圖以更詳細的方式顯示從工具機2的心軸8到平面切削用刀具頭1的旋轉傳遞,其包括從齒輪10跨越的兩個齒輪鏈,與心軸8一起旋轉,直到與旋轉部件5成一體的齒輪15。經由兩個齒輪鏈發生傳遞,該兩個齒輪鏈包含一側上的齒輪11及13以及另一側上的齒輪12及14。由於兩個齒輪鏈,藉此運動從心軸8傳遞到平面切削用刀具頭1的旋轉部件5,且獲得等於至少2的整數齒輪比。更較佳地,整數齒輪比等於4,以獲得在平面切削用刀具頭1上可用的扭矩的實質增加。
為了使扭矩經由兩個齒輪鏈均等地傳遞,該等第一齒輪11、12中之至少一者在其與第二齒輪13、14成一體的各自軸上的收縮裝配係可藉由收縮盤50來調整。例如,第5圖係顯示在與齒輪13成一體的軸的齒輪11之收縮裝配係如何藉由該收縮盤50被調整,其允許在旋轉時使旋轉耦接條件彼此相等。藉由用帶孔環53替代支撐軸承52可以實行此調整,其允許插入扳手且執行調整操作,且接續地鎖定收縮盤50。最後,安裝軸承52替代環53。
我們現在將證明本發明解決了最初提到的缺點。
本發明的主要目的在於使刀具頭1密封且防止流體進入容納電子部件之旋轉部件5的內部。此經由採用連續密封墊圈40且藉由由流體收集器提供的加壓空氣對整個內部部件加壓而實現。
本發明的又一目的在於使由兩個齒輪鏈所傳遞的扭矩共享,此藉由採用收縮盤50而實現,收縮盤50在識別出幾何接觸條件足夠精確之後可以調整及固定。相等的扭矩共享條件使得可以實現超過一個的優點。首先,它延長軸承及齒輪的使用壽命。其次,考量到存在負載變化之情況下不會引起變形,它增加機械加工精確度,而在非對稱負載條件下,增加的彎曲失效係對應於增加的負載。
本發明的另一目的在於允許徑向滑塊6的自動鎖定,藉由採用容納在兩個嵌條42中的鎖定墊41使之成為可行的,經由流體收集器將加壓油提供給這些鎖定墊。
在不脫離保護範圍之情況下,存在本發明的許多實際實施例,其中一些實際實施例在以下敘述。
實行本發明的另一替代性方式係為採用僅用於傳遞刀具頭的旋轉的一個齒輪鏈,而不是兩個齒輪鏈,或是也採用超過兩個的齒輪鏈,例如三個或四個。自然地採用至少兩個齒輪鏈使得作用在輸入及輸出齒輪上的負載是對稱的。
上述所有解決方案也適用於配備有兩個滑塊的刀具頭,且增加了易於應用的一些考量因素及適應。用於徑向地驅動兩個滑塊的系統係經由一個馬達獲得,該馬達將傳遞兩個滑塊的徑向運動的兩個螺桿移動,而量測系統可以是旋轉的且與兩個螺桿的旋轉耦接,或者可以直接地應用於任一滑塊。
如果採用設置有液壓解鎖裝置的適當的刀座系統,則刀具頭的流體收集器也可以用於提供用於解鎖刀具的油。在此情況下,足以提供將刀具頭的旋轉部件連接至刀座系統的小軟管。
在不脫離本發明的保護範圍之情況下,可以預見本發明的其他替代性實施例。
1‧‧‧刀具頭
2‧‧‧工具機
3‧‧‧介面板
4‧‧‧固定部件
5‧‧‧旋轉部件
6‧‧‧徑向滑塊
7‧‧‧軸承
8‧‧‧心軸
9‧‧‧軸
10‧‧‧輸入齒輪
11‧‧‧第一齒輪
12‧‧‧第一齒輪
13‧‧‧第二齒輪
14‧‧‧第二齒輪
15‧‧‧齒輪
16‧‧‧再循環滾珠螺桿
17‧‧‧固定支撐件
18‧‧‧齒輪
19‧‧‧螺母托架
Claims (9)
- 一種平面切削用刀具頭(1),包含:一固定部件(4),可經由一介面板(3)與一工具機(2)的一頭部耦接;及一旋轉部件(5),係支撐一徑向滑塊(6),其中一隔室(35)係位於該旋轉部件(5)中,該隔室(35)包括用於驅動及量測該徑向滑塊(6)的驅動手段(100)及量測手段(101),其中該徑向滑塊(6)係由該旋轉部件(5)支撐,以關閉該隔室(35),且其中至少一個集電器(20)係位於該隔室(35)中,該至少一個集電器(20)係構造成傳遞電訊號,以便控制用於驅動及量測該徑向滑塊(6)的該驅動手段(100)及量測手段(101),該平面切削用刀具頭(1)之特徵在於其包含:一連續密封墊圈(40),係構造成與該徑向滑塊(6)完全地接觸,該連續密封墊圈(40)係收容在從外部圍繞該隔室(35)的各自凹槽(34)內;及一流體收集器,適於將加壓空氣提供給該隔室(35),使得該隔室(35)內的壓力高於大氣壓力,以密封該隔室(35),其中該流體收集器包含一旋轉部分(22)及一固定部分(23),該旋轉部分(22)係與該平面切削用刀具頭(1)的該旋轉部件(5)成一體且在內部包含複數個第一流體路徑(43),該固定部分(23)係與該平面切削用刀具頭(1)的該固定部件(4)成一體且在其內部包含與該第一流體路徑(43)耦接的第二固定流體路徑(45),以便將一冷卻劑提供給該旋轉部件(5)、將該加壓空氣提供給 該隔室(35)、及傳輸用於執行自動鎖定該徑向滑塊(6)的油。
- 如請求項1之平面切削用刀具頭(1),其中該驅動手段(100)包含:一再循環滾珠螺桿(16)及一螺母托架(19),該再循環滾珠螺桿(16)係由固定至該旋轉部件(5)的一固定支撐件(17)保持,該螺母托架(19)係與在該再循環滾珠螺桿(16)上滑動的該徑向滑塊(6)成一體;及一電動馬達(31),係固定至該旋轉部件(5),該電動馬達(31)經由一減速器及齒輪(18、30)將旋轉傳遞至該再循環滾珠螺桿(16),因此允許移動該徑向滑塊(6)。
- 如請求項2之平面切削用刀具頭(1),其中該量測手段(101)包含一線性換能器,該線性換能器又包含固定至該旋轉部件(5)的一磁度計(33)及固定至該螺母托架(19)的一讀取頭(32)。
- 如請求項1之平面切削用刀具頭(1),其中它包含鎖定手段,用於在達到程式化徑向位置時鎖定該徑向滑塊(6),該鎖定手段包含複數個鎖定墊(41),該等鎖定墊(41)被收容在被切割於該旋轉部件(5)的兩個嵌條(42)中的複數個座部內,透過該流體收集器將加壓油提供給該等座部。
- 如請求項1之平面切削用刀具頭(1),其中藉由兩個齒輪鏈來實行旋轉的傳遞,該等齒輪鏈中的每一者包含第一齒輪(11、12),該第一齒輪(11、12)接合與一軸(9)成一體的一輸入齒輪(10),該軸(9)係由該工具 機(2)的一心軸(8)驅動旋轉,該等第一齒輪(11、12)中的每一者收縮裝配到與第二齒輪(13、14)成一體的一軸上,該第二齒輪又嚙合於與該平面切削用刀具頭(1)的該旋轉部件(5)成一體的一齒輪(15)。
- 如請求項5之平面切削用刀具頭(1),其中該等第一齒輪(11、12)中之至少一者在其與第二齒輪(13、14)成一體的各自軸上的收縮裝配可以藉由一收縮盤(50)來調整,以便經由該兩個齒輪鏈均等地傳遞扭矩。
- 如請求項5之平面切削用刀具頭(1),其中等於至少2的一整數齒輪比係透過該兩個齒輪鏈獲得,藉此藉由該心軸(8)將運動傳遞至該平面切削用刀具頭(1)的該旋轉部件(5)。
- 如請求項7之平面切削用刀具頭(1),其中等於4的一整數齒輪比係透過該兩個齒輪鏈獲得。
- 如請求項1之平面切削用刀具頭(1),其中由兩個凸輪驅動的至少一個雙按鈕限制開關也固定至該平面切削用刀具頭(1)的該旋轉部件(5),且該兩個凸輪係與該徑向滑塊(6)成一體。
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