專利名稱：用于機(jī)床的探測(cè)機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及諸如用于制造齒輪和其它帶齒物件的機(jī)器之類的機(jī)床。特別是，公開(kāi)一種用于這種機(jī)床的探測(cè)機(jī)構(gòu)。
背景技術(shù)：
已知用于執(zhí)行多種功能的、位于機(jī)床上的接觸型和非接觸型探測(cè)機(jī)構(gòu)?？梢栽跈C(jī)加工之前探測(cè)工件，以確定獲得期望的尺寸所要去除的余料量。可以在機(jī)加工之后探測(cè)工件，以驗(yàn)證最終尺寸。此外，機(jī)床探測(cè)器可用于校準(zhǔn)機(jī)器或用于監(jiān)測(cè)刀具的形狀或尺寸。在齒輪制造機(jī)器中，已知用于執(zhí)行諸如機(jī)器校準(zhǔn)和/或余料劃分之類操作的一個(gè)或多個(gè)位于機(jī)器上的探測(cè)器。原料劃分是在開(kāi)始精加工(例如磨削)循環(huán)之前部分精加 工好(例如，切削好)的齒輪相對(duì)于刀具(例如，磨削輪)的適當(dāng)定位。例如，美國(guó)專利第5，297，055號(hào)公開(kāi)了用于工件探測(cè)和機(jī)器校準(zhǔn)的接觸式和非接觸式探測(cè)器，其中探測(cè)器位于鉸接臂上，該鉸接臂擺動(dòng)到位并擺出該位置。已知使用缸體或伸縮式裝置使探測(cè)器前進(jìn)到工作位置并從工作位置縮回的其它結(jié)構(gòu)。然而，在定位諸如鉸接臂或伸縮狀缸體的裝置時(shí)，定位精度和可再現(xiàn)性會(huì)不恒定。此外，由于在工業(yè)中趨向于更緊湊的機(jī)器，所以同樣也需要注意機(jī)器上包括探測(cè)系統(tǒng)在內(nèi)的系統(tǒng)的緊湊度。另外，還期望例如通過(guò)減少為操作探測(cè)系統(tǒng)所必要的受控軸運(yùn)動(dòng)的數(shù)目來(lái)簡(jiǎn)化探測(cè)系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
接觸式或非接觸式探測(cè)器安裝于諸如倒角裝置之類的機(jī)加工裝置的心軸上、較佳是刀具心軸上，由此，探測(cè)器具有從機(jī)加工(例如，倒角)過(guò)程的路徑縮回的原始位置以及它可在機(jī)加工(例如，倒角)過(guò)程之前或之后與工件接觸的工作位置。


圖I示出本發(fā)明的探測(cè)機(jī)構(gòu)處于其原始位置的機(jī)床類型。圖2示出圖I的機(jī)床，其中本發(fā)明的探測(cè)機(jī)構(gòu)處于其工作位置。圖3是本發(fā)明的探測(cè)機(jī)構(gòu)定位于其上的機(jī)床心軸的放大圖。圖4是本發(fā)明的探測(cè)機(jī)構(gòu)處于其縮回位置的剖視圖。圖5是本發(fā)明的探測(cè)機(jī)構(gòu)處于其前進(jìn)位置的剖視圖。圖6是本發(fā)明的探測(cè)機(jī)構(gòu)處于其工作位置的剖視圖。
具體實(shí)施例方式在對(duì)本發(fā)明的任何特征和至少一種構(gòu)造進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明之前，應(yīng)理解的是，本發(fā)明并不局限于將其應(yīng)用至下面說(shuō)明書(shū)所述或附圖中所示的構(gòu)造細(xì)節(jié)和部件布置。本發(fā)明能夠呈其它構(gòu)造，并能夠以各種方式來(lái)實(shí)踐或?qū)嵤?。還有，應(yīng)理解的是，這里所用的措詞和術(shù)語(yǔ)是為了說(shuō)明的目的，而不應(yīng)被認(rèn)作為是限制性的。在此使用“包括”、“具有”和“包含”及其變型意味著包含了下文所列的物品及其等效物以及附加的物件。盡管下文在描述附圖時(shí)可參照諸如上、下、向上、向下、向后、底部、頂部、前、后等的方向，但出于方便可相對(duì)于附圖(如通常所示)來(lái)進(jìn)行參照。這些方向并不意在按文字上來(lái)取或以任何形式來(lái)限制本發(fā)明。此外，諸如“第一”、“第二”、“第三”等的術(shù)語(yǔ)在此用于描述的目的，而并不意在指示或暗示重要性或意義。在本發(fā)明的情況下，接觸式或非接觸式探測(cè)器安裝至諸如倒角裝置之類的機(jī)加工裝置，由此，探測(cè)器具有從機(jī)加工(例如，倒角)過(guò)程的路徑縮回的原始位置以及它可在機(jī)加工(例如，倒角)過(guò)程之前或之后與工件接觸的工作位置。圖I和圖2示出根據(jù)本發(fā)明的探測(cè)機(jī)構(gòu)2，其中探測(cè)機(jī)構(gòu)2安裝于諸如倒角裝置的機(jī)加工裝置4上，該裝置可以是獨(dú)立的機(jī)器或形成另一機(jī)器的一部分，而另一機(jī)器諸如是在美國(guó)專利第6，669，415號(hào)和第6，712，566號(hào)中公開(kāi)類型的齒輪切削機(jī)或磨削機(jī)，這些專利的公開(kāi)內(nèi)容以參見(jiàn)方式納入本文。探測(cè)機(jī)構(gòu)2定位在加工刀具8的心軸6上，該加工刀具在圖I中是倒角刀具、較佳是用于齒輪或其它帶齒物件的倒角刀具。圖I示出處于縮回位置的探測(cè)機(jī)構(gòu)2，而圖2示出處于工作位置的探測(cè)機(jī)構(gòu)2。在較佳實(shí)施例中，圖I或圖2的機(jī)加工裝置4包括倒角和去毛刺設(shè)備，該倒角和去毛刺設(shè)備具有刀架10、心軸6和諸如是倒角和去毛刺刀具的刀具8，而刀具可繞刀具軸線T轉(zhuǎn)動(dòng)。刀具8較佳地由伺服馬達(dá)(未示出)或由直接驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)以轉(zhuǎn)動(dòng)。刀架10可較佳地由伺服馬達(dá)(未示出)驅(qū)動(dòng)來(lái)繞樞轉(zhuǎn)軸線P樞轉(zhuǎn)。刀架10能在第一直線方向Y上沿安裝到支柱16的導(dǎo)軌14運(yùn)動(dòng)，而該直線運(yùn)動(dòng)較佳地由伺服馬達(dá)(未示出)驅(qū)動(dòng)。支柱16及因此刀架10能較佳地經(jīng)由伺服馬達(dá)(未示出)在第二直線方向Z上運(yùn)動(dòng)。支柱16能在安裝至機(jī)身20的導(dǎo)軌18上運(yùn)動(dòng)。機(jī)身20可沿第三直線方向X諸如在導(dǎo)軌(未示出)上經(jīng)由液壓活塞或伺服馬達(dá)(未示出)來(lái)運(yùn)動(dòng)。心軸12較佳地由伺服馬達(dá)(未示出)驅(qū)動(dòng)以繞軸線A轉(zhuǎn)動(dòng)。較佳地,心軸12經(jīng)由伺服馬達(dá)(未示出)沿方向X在導(dǎo)軌22上作直線運(yùn)動(dòng)。替代地，心軸12可直接驅(qū)動(dòng)。盡管X、Y和Z中的一個(gè)或多個(gè)方向可相對(duì)于其垂直定向傾斜，但方向X、Y和Z較佳地相對(duì)于彼此互相垂直。為了說(shuō)明的目的，在所有附圖中Y方向是沿垂向的。
由單獨(dú)的驅(qū)動(dòng)馬達(dá)(未示出)分別賦予刀架10沿方向Y的運(yùn)動(dòng)、支柱16沿方向Z的運(yùn)動(dòng)、心軸12沿方向X的運(yùn)動(dòng)、刀架10繞軸線P的樞轉(zhuǎn)以及刀具8繞軸線T的轉(zhuǎn)動(dòng)和心軸12繞軸線A的轉(zhuǎn)動(dòng)。上述部件能夠相對(duì)于彼此獨(dú)立運(yùn)動(dòng)或可彼此同時(shí)運(yùn)動(dòng)。每個(gè)對(duì)應(yīng)的馬達(dá)較佳地與反饋裝置關(guān)聯(lián)，反饋裝置諸如是作為計(jì)算機(jī)數(shù)控(CNC)系統(tǒng)的一部分的直線或轉(zhuǎn)動(dòng)編碼器、樞轉(zhuǎn)軸線編碼器24，該計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)輸入到諸如Fanuc模型30i (未示出)的計(jì)算機(jī)控制器(即CNC)的指令來(lái)控制驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的操作。在附圖3-6中示出本發(fā)明的探測(cè)機(jī)構(gòu)2的細(xì)節(jié)。圖3示出總地本發(fā)明的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括經(jīng)由探測(cè)架30和探測(cè)基座32安裝至外部心軸28的接觸型探測(cè)器26。如圖4中可見(jiàn)，外部心軸28保持探測(cè)器26并較佳地構(gòu)建于內(nèi)部心軸外殼或鼻部36周圍的滾珠套筒34上。內(nèi)部心軸6承載倒角切削刀具8并由馬達(dá)直接地或經(jīng)由傳動(dòng)系來(lái)驅(qū)動(dòng)。外部心軸28可沿軸線T的方向軸向移位并繞軸線T轉(zhuǎn)動(dòng)移位。當(dāng)軸向縮回時(shí)，由于諸如貝氏彈簧之類的彈簧39 (較佳為兩個(gè)或更多個(gè))的力，不轉(zhuǎn)動(dòng)的主心軸外殼40的從表面43突出的銷38(參見(jiàn)圖5或6)與孔42配合，該孔在外部心軸28的后向表面45 (參見(jiàn)圖5或6)內(nèi)形成，這防止心軸轉(zhuǎn)動(dòng)。在此位置，如在倒角過(guò)程中那樣，內(nèi)部心軸6獨(dú)立地轉(zhuǎn)動(dòng)，而不與外部心軸28連接。較佳地，空氣間隙或迷宮式曲徑53在外部心軸28與內(nèi)部心軸6之間設(shè)有使氣流移出該間隙的裝置，以防止諸如切屑的碎屑、流體等流入。用于此氣流的加壓空氣源可以是獨(dú)立的或者可從使空氣活塞前進(jìn)的空氣通道41獲取。如圖5中所示，外部心軸28諸如通過(guò)將加壓空氣(或其它流體)經(jīng)由通道41引到外部心軸28與主心軸外殼40之間的交界部而向前進(jìn)。在壓力下，外部主軸28用作空氣活塞以壓縮彈簧39并使銷38與孔42脫開(kāi)。滾珠套筒34可隨著外部心軸28 —起作軸向運(yùn)動(dòng)。密封件49和51有助于保持空氣活塞內(nèi)的壓力并也隨著外部心軸28 —起軸向運(yùn)動(dòng)。然后，外部心軸28自由轉(zhuǎn)動(dòng)。從孔42解除的銷38仍延伸到外部心軸28內(nèi)的槽44中，因而外部心軸28的轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)由槽的末端來(lái)界定。例如，槽44呈弧形并延伸 一預(yù)定量，諸如180度。當(dāng)外部心軸28的止動(dòng)表面46與軸向硬止動(dòng)件50的內(nèi)表面48接觸時(shí)，外部心軸28的向前軸向運(yùn)動(dòng)受限制，該硬止動(dòng)件是轉(zhuǎn)動(dòng)的內(nèi)部心軸6的一部分。此外，在此位置，外部心軸28上的前向銷或鍵52與內(nèi)部心軸6的槽54(或相似特征)配合，以使兩個(gè)心軸可轉(zhuǎn)動(dòng)地鎖定在一起。在此狀況下，外部心軸28與內(nèi)部心軸6 —起轉(zhuǎn)動(dòng)，但銷38仍配合于外部心軸槽44內(nèi)以實(shí)現(xiàn)沿繞軸線T的兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)方向的行程限制(例如，180度)。內(nèi)部心軸6可預(yù)定位在一已知的配合位置，因而當(dāng)施加空氣壓力以使外部心軸28前進(jìn)時(shí)，外部心軸28的前向銷或鍵52將處于與內(nèi)部心軸6的槽54適當(dāng)對(duì)準(zhǔn)而不軸向干涉的位置。接近開(kāi)關(guān)可用于探測(cè)定位。當(dāng)?shù)菇菚r(shí)，探測(cè)器26和外部心軸28保留在它們的原始或縮回位置，該位置一般位于倒角心軸(圖I)上方并且避開(kāi)倒角過(guò)程的路徑。內(nèi)部或倒角心軸6用于在工件上產(chǎn)生倒角。為了探測(cè)工件，內(nèi)部心軸6轉(zhuǎn)動(dòng)到定義過(guò)的配合位置，且致動(dòng)空氣壓力以使外部心軸28如上所述前進(jìn)到與內(nèi)部心軸6鎖定配合。一旦前進(jìn)，倒角切屑刀具心軸6諸如借助于其關(guān)聯(lián)的NC控制器轉(zhuǎn)動(dòng)，由此借助于NC控制器承載安裝至心軸6的外部心軸28和探測(cè)器26?？赊D(zhuǎn)動(dòng)地鎖定在一起的兩個(gè)心軸6、28轉(zhuǎn)動(dòng)直至到達(dá)行程的末端(圖6)為止，這由槽44內(nèi)的內(nèi)部銷38實(shí)現(xiàn)。在此位置(還參見(jiàn)圖2)，較佳地在NC控制器保持一預(yù)定量的轉(zhuǎn)矩來(lái)將外部心軸28定位成抵靠其在槽44內(nèi)的轉(zhuǎn)動(dòng)硬止動(dòng)面且空氣壓力保持某種已知力來(lái)將外部心軸28定位成抵靠其軸向硬止動(dòng)面48的情況下，探測(cè)器26可用于利用機(jī)加工裝置4的可用運(yùn)動(dòng)來(lái)按需要與工件配合并測(cè)量工件。如期望，一個(gè)或多個(gè)低摩擦間隔件47可與彈簧39間隔散布，以便于外部心軸28相對(duì)于諸如主心軸40的那些心軸的相鄰固定部件進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)。在探測(cè)之后，可轉(zhuǎn)動(dòng)聯(lián)接的心軸6、28轉(zhuǎn)回至探測(cè)機(jī)構(gòu)2處于其原始位置(圖I)的位置。然后，移除空氣壓力，從而允許彈簧39伸展，由此使心軸6、28脫開(kāi)(通過(guò)使銷或鍵52從槽54縮回)并迫使外部心軸28返回至銷38插入孔42內(nèi)的縮回位置(圖4)。替代地，銷38可位于外部心軸28的后向表面45內(nèi)并從該后向表面突出，而孔42和槽44可形成于不轉(zhuǎn)動(dòng)的主心軸外殼40的表面43內(nèi)。盡管關(guān)于設(shè)置在倒角裝置的心軸周圍的探測(cè)機(jī)構(gòu)來(lái)說(shuō)明和討論本發(fā)明，但本發(fā)明并不限于此。例如，本發(fā)明的探測(cè)機(jī)構(gòu)可繞多軸機(jī)床內(nèi)的任何刀具軸線來(lái)定位，諸如切削刀具軸線或磨削輪軸線，由此可在機(jī)加工之前/過(guò)程中/之后探測(cè)工件。此外，本發(fā)明的探測(cè)機(jī)構(gòu)可繞多軸線機(jī)床內(nèi)的工件軸線來(lái)定位，由此可實(shí)施刀具探測(cè)。盡管已說(shuō)明接觸型探測(cè)器，但本發(fā)明還可設(shè)想定位在外部心軸28上的非接觸型探測(cè)器。不論機(jī)床類型如何，本發(fā)明免除了對(duì)于使探測(cè)器前進(jìn)和定位的單獨(dú)馬達(dá)的需求。本發(fā)明連同利用現(xiàn)有刀具或工件心軸的、用于定位探測(cè)器的機(jī)械探測(cè)器前進(jìn)機(jī)構(gòu)表示一種將探測(cè)器定位在機(jī)床上的更簡(jiǎn)單、成本更低和更精確的裝置。
盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，但應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明并不限于其特定形式。本發(fā)明旨在包括對(duì)本發(fā)明所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員顯而易見(jiàn)的各種改型，而不偏離所附權(quán)利要求書(shū)的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種機(jī)床,包括 用于使工件繞工件軸線轉(zhuǎn)動(dòng)的工件心軸； 用于使刀具繞刀具軸線轉(zhuǎn)動(dòng)的刀具心軸； 定位于探測(cè)器心軸上的探測(cè)機(jī)構(gòu)，所述探測(cè)器心軸繞所述工件心軸和所述刀具心軸中的至少一個(gè)心軸定位； 所述探測(cè)器心軸能沿所述工件心軸和所述刀具心軸中的所述至少一個(gè)心軸的對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的方向移位，以及 所述探測(cè)器心軸能繞所述對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線轉(zhuǎn)動(dòng)。
2.如權(quán)利要求I所述的機(jī)床，其特征在于，所述探測(cè)器心軸能沿所述對(duì)應(yīng)軸線的方向在縮回位置與前進(jìn)位置之間移位，在所述縮回位置，防止所述探測(cè)器心軸轉(zhuǎn)動(dòng)，而在所述前進(jìn)位置，所述探測(cè)器心軸可轉(zhuǎn)動(dòng)地鎖定到所述工件心軸和所述刀具心軸中的所述至少一個(gè)心軸并能相對(duì)于所述至少一個(gè)心軸轉(zhuǎn)動(dòng)。
3.如權(quán)利要求2所述的機(jī)床，其特征在于，所述探測(cè)器心軸通過(guò)彈簧力保持在所述縮回位置。
4.如權(quán)利要求3所述的機(jī)床，其特征在于，所述探測(cè)器心軸經(jīng)由流體壓力移位到所述前進(jìn)位置，所述流體壓力的量足以克服所述彈簧力。
5.如權(quán)利要求4所述的機(jī)床，其特征在于，所述流體壓力包括空氣壓力。
6.如權(quán)利要求2所述的機(jī)床，其特征在于，所述探測(cè)器心軸能繞所述對(duì)應(yīng)軸線轉(zhuǎn)過(guò)預(yù)定量。
7.如權(quán)利要求6所述的機(jī)床，其特征在于，所述預(yù)定量限定在原始位置與探測(cè)位置之間。
8.如權(quán)利要求7所述的機(jī)床，其特征在于，還包括 所述工件心軸和所述刀具心軸中的、還包括具有前向表面的不可轉(zhuǎn)動(dòng)心軸外殼的所述至少一個(gè)心軸，以及還包括后向表面的所述探測(cè)器心軸，所述前向表面和所述后向表面彼此面對(duì)； 從所述前向表面與所述后向表面中的一個(gè)表面伸出的銷；位于所述前向表面與所述后向表面中的另一個(gè)表面內(nèi)預(yù)定深度的孔； 所述銷在所述縮回位置插入所述孔，由此防止所述探測(cè)器心軸轉(zhuǎn)動(dòng)。
9.如權(quán)利要求8所述的機(jī)床，其特征在于，在所述前進(jìn)位置，所述銷從所述孔移除并位于與所述孔相同表面內(nèi)的弧形槽內(nèi)并能沿所述弧形槽運(yùn)動(dòng)，所述弧形槽具有與所述孔重合并限定所述原始位置的第一端和限定所述探測(cè)位置的第二端，所述弧形槽的深度比所述孔的深度淺。
10.如權(quán)利要求7所述的機(jī)床，其特征在于，還包括 所述工件心軸和所述刀具心軸中的、還包括具有內(nèi)表面的硬止動(dòng)件的所述至少一個(gè)心軸以及還包括面向所述內(nèi)表面的前向止動(dòng)件表面的所述探測(cè)器心軸，由此通過(guò)所述前向止動(dòng)件表面與所述內(nèi)表面之間接觸來(lái)停止所述探測(cè)器心軸的軸線移位，由此限定所述前進(jìn)位置。
11.如權(quán)利要求10所述的機(jī)床，其特征在于，還包括從所述前向止動(dòng)件表面與所述內(nèi)表面中的一個(gè)表面突出的至少一個(gè)銷或鍵以及位于所述前向止動(dòng)件表面與所述內(nèi)表面中的另一個(gè)表面內(nèi)的至少一個(gè)對(duì)應(yīng)的槽，由此在所述前進(jìn)位置，所述至少一個(gè)銷或鍵插入所述對(duì)應(yīng)槽內(nèi)，由此將所述探測(cè)器心軸可轉(zhuǎn)動(dòng)地鎖定到所述工件心軸和所述刀具心軸中的所述至少一個(gè)心軸。
12.如權(quán)利要求I所述的機(jī)器，其特征在于，所述探測(cè)機(jī)構(gòu)包括接觸式探測(cè)器。
13.如權(quán)利要求I所述的機(jī)器，其特征在于，所述探測(cè)機(jī)構(gòu)包括非接觸式探測(cè)器。
14.如權(quán)利要求I所述的機(jī)器，其特征在于，還包括滾珠套筒，所述滾珠套筒定位在所述探測(cè)器心軸與所述工件心軸和所述刀具心軸中的所述至少一個(gè)心軸之間。
15.如權(quán)利要求I所述的機(jī)器，其特征在于，所述工件心軸和所述刀具心軸能相對(duì)于彼此沿一根或多根相互垂直的軸線作直線運(yùn)動(dòng)并繞樞轉(zhuǎn)軸線成角度地運(yùn)動(dòng)。
全文摘要
接觸式或非接觸式探測(cè)器(2)安裝于諸如倒角裝置(4)之類的機(jī)加工裝置的心軸(6)上、較佳是刀具心軸上，由此，該探測(cè)器具有從機(jī)加工(例如，倒角)過(guò)程的路徑縮回的原始位置以及它可在機(jī)加工(例如，倒角)過(guò)程之前或之后與工件接觸的工作位置。
文檔編號(hào)B23Q17/20GK102725101SQ201080045069
公開(kāi)日2012年10月10日 申請(qǐng)日期2010年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月1日
發(fā)明者K·E·格拉索, W·D·麥格拉森 申請(qǐng)人:格里森工場(chǎng)