一種主軸方向快速定位機構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種主軸方向快速定位機構(gòu)，解決了通過信號感應(yīng)來進行主軸定位導(dǎo)致工作效率低的問題，其包括一種主軸方向快速定位機構(gòu)，其包括周向設(shè)有定位槽的定位輪、頂桿和推動頂桿沿其長度方向滑移的驅(qū)動裝置，所述定位輪套接在主軸上并與主軸聯(lián)動旋轉(zhuǎn)，所述頂桿上端設(shè)有與定位輪周表面接觸后可帶動定位輪旋轉(zhuǎn)一定角度的助動件，所述助動件與定位槽相卡合以定位主軸,還涉及一種實現(xiàn)主軸方向定位的方法，通過助動件產(chǎn)生沿斜面或者圓弧面的斜推力，利用斜推力使得定位輪沿斜推力方向旋轉(zhuǎn)，至助動件移動到定位槽中，與定位槽相卡合，全程無需信號，能快速實現(xiàn)機械主軸定位，提高工作效率。
【專利說明】一種主軸方向快速定位機構(gòu)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及定位機構(gòu)，特別涉及一種主軸方向快速定位機構(gòu)。

【背景技術(shù)】
[0002] 通常主軸只是進行速度控制，但在一些特殊的情況下也需要對主軸進行位置控 制。例如：在加工中心上進行自動換刀時、鏜孔加工中因工藝要求而需要讓刀時，以及車床 在裝卡工件等時都需要主軸準(zhǔn)確的停在一個特定的位置上，這就是我們通常所說的主軸 定位功能。
[0003] 主軸定位功能就是NC發(fā)出定向命令，通過主軸上的位置傳感器上的一轉(zhuǎn)信號使 主軸停止在一個確定的位置上，并向伺服電機位置環(huán)一樣提供一定的保持力矩，但是通過 信號感應(yīng)來進行主軸定位的存在以下不足：（1)當(dāng)更換夾緊裝置或者變換主軸轉(zhuǎn)速后，就 需要重新調(diào)試，來確保信號對主軸的定位；（2)加工異形件時，主軸上設(shè)有夾緊裝置，此時 需要對主軸定位使得該夾緊裝置與自動送料裝置相適配，實現(xiàn)快速領(lǐng)料，而當(dāng)采用這種信 號感應(yīng)主軸定位方式，只能在主軸轉(zhuǎn)速降低后完全停止旋轉(zhuǎn)前對主軸進行定位，這過程需 要幾秒的等待時間，尤其在批量加工時，所需等待時間的累積，嚴重制約了加工效率。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了克服通過信號感應(yīng)來進行主軸定位導(dǎo)致工作效率低的不足，本發(fā)明提供一種 主軸方向快速定位機構(gòu)。
[0005] 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種主軸方向快速定位機構(gòu)，其包括周向設(shè)有定位 槽的定位輪、頂桿和推動頂桿沿其長度方向滑移的驅(qū)動裝置，所述定位輪套接在主軸上并 與主軸聯(lián)動旋轉(zhuǎn)，所述頂桿上端設(shè)有與定位輪周表面接觸后可帶動定位輪旋轉(zhuǎn)一定角度的 助動件，所述助動件與定位槽相卡合以定位主軸。
[0006] 所述定位輪采用一個定位槽，所述定位槽采用圓形，所述助動件采用相對頂桿可 旋轉(zhuǎn)的定位軸承。
[0007] 所述定位輪為心形，定位輪最凸點b到軸心的距離Si與定位槽的最低點a到軸心 的距離S 2比為3:1。
[0008] 所述定位輪采用周向陣列的多個定位槽，所述助動件為相對頂桿可旋轉(zhuǎn)的定位軸 承或與頂桿連固的上凸圓弧，與之卡合的定位槽采用圓形。
[0009] 所述定位輪采用多個定位槽，所述助動件為與頂桿連固的三角形，與之卡合的定 位槽也采用三角形。
[0010] 還包括機座，以及固定在機座上的第一固定座，所述頂桿套設(shè)在第一固定座內(nèi)。
[0011] 所述驅(qū)動裝置包括與第一固定座連固的第二固定座和置于第二固定座內(nèi)的活塞， 所述活塞與頂桿下端相連接，以驅(qū)動頂桿。
[0012] 一種實現(xiàn)主軸方向定位的方法，其步驟如下： 1)電機制動，實現(xiàn)主軸急停； 2) 開啟驅(qū)動裝置，通過驅(qū)動裝置推動頂桿沿定位輪徑向方向滑移，使得助動件與定位 輪接觸； 3) 繼續(xù)推動頂桿，通過助動件產(chǎn)生沿斜面或者圓弧面的斜推力，利用斜推力使得定位 輪沿斜推力方向旋轉(zhuǎn)，至助動件移動到定位槽中，與定位槽相卡合，將主軸定位在特定方向 上。
[0013] 本發(fā)明的有益效果是：該發(fā)明采用助動件與定位輪相適配，利用斜推力使得定位 輪沿斜推力方向旋轉(zhuǎn)，使得助動件固定在定位槽中，全程無需信號，且只需零點幾秒即可完 成，能快速實現(xiàn)機械主軸定位，提高工作效率。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014] 圖1、圖2是本發(fā)明整體示意圖。
[0015] 圖3是本發(fā)明具有六個定位槽的定位輪。
[0016] 圖4、圖11是本發(fā)明具有一個定位槽的心形定位輪。
[0017] 圖5是本發(fā)明第一固定座和第二固定座的連接示意圖。
[0018] 圖6是本發(fā)明頂桿和活塞向遠離主軸方向滑移，達到最大位移量的示意圖。
[0019] 圖7是本發(fā)明頂桿和活塞向靠近主軸方向滑移，達到最大位移量的示意圖。
[0020] 圖8是本發(fā)明助動件與定位輪任一位置接觸示意圖。
[0021] 圖9是本發(fā)明相對于頂桿可旋轉(zhuǎn)的助動件與定位輪的斜面接觸后的受力分析圖。
[0022] 圖10是本發(fā)明相對于頂桿是連固的助動件與定位輪的斜面接觸后的受力分析 圖。
[0023] 1-主軸，2_機座，3_定位輪，31-定位槽，32-斜面，33-圓弧面，4_頂桿，41-助動 件，5-第一固定座，6-第二固定座，61-活塞，62-第一通壓孔，63-第二通壓孔，64-限位孔， 7-電機，8-皮帶輪。

【具體實施方式】
[0024] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明實施例作進一步說明： 如圖1、圖2、圖6所示，一種主軸1方向定位機構(gòu)，其包括主軸1、機座2、電機7、皮帶輪 8,主軸1水平固定在機座2上，所述電機7通過皮帶輪8帶動主軸1旋轉(zhuǎn)或制動，還包括周 向設(shè)有定位槽31的定位輪3、頂桿4、位于主軸1下方的第一固定座5和推動頂桿4沿其長 度方向滑移的驅(qū)動裝置，所述定位輪3套接在主軸1上靠近電機7 -側(cè)，通過壓緊螺栓固定 在主軸1上，并與主軸1聯(lián)動旋轉(zhuǎn)，所述第一固定座5垂直于主軸1，并通過四枚螺栓水平固 定在機座2上，所述頂桿4套設(shè)在第一固定座5內(nèi)，上端設(shè)有與定位輪3周表面接觸后可帶 動定位輪3旋轉(zhuǎn)一定角度的助動件41，優(yōu)選的，所述助動件41相對于頂桿4有一個小角度 的偏心設(shè)置，避開完全受力均衡的狀態(tài)，所述助動件41與定位槽31相卡合以定位主軸1，驅(qū) 動裝置推動頂桿4,使頂桿4相對第一固定座5向靠近主軸1方向或遠離主軸1方向的滑移 配合，根據(jù)待加工件的要求，在主軸1上加裝特定的帶有定位槽31的定位輪3,通過急停主 軸1，助動件41與定位槽31的機械卡合，將主軸1準(zhǔn)確的停在一個特定的位置上。
[0025] 如圖5、圖6所示，所述驅(qū)動裝置包括側(cè)邊設(shè)有第一、第二通壓孔的第二固定座6和 與頂桿4下端相連接的活塞61，所述第二固定座6與第一固定座5連固，所述活塞61置于 第二固定座6內(nèi)，構(gòu)成通過第一通壓孔62施壓推動活塞61，帶動頂桿4向靠近主軸1方向 滑移或通過第二通壓孔63施壓推動活塞61，帶動頂桿4向遠離主軸1的方向滑移。所述驅(qū) 動裝置為氣缸驅(qū)動裝置或者液壓驅(qū)動裝置，且在第一、第二通壓孔接入口設(shè)有調(diào)壓閥，通過 調(diào)壓閥控制氣壓或者液壓通過第一、第二通壓孔推動活塞61的速度，確保速度不會過快而 導(dǎo)致沖力過大，損壞定位輪3,也不會過慢而耗時長。
[0026] 如圖7所示，通過第一通壓孔62施壓推動活塞61，帶動頂桿4向主軸1方向滑移， 構(gòu)成助動件41與定位槽31相適配，此時定位輪3構(gòu)成頂桿4和活塞61的限位機構(gòu)，限制 頂桿4和活塞61繼續(xù)朝主軸1方向滑移，頂桿4和活塞61達到最大位移量； 如圖6所示，通過第二通壓孔63施壓推動活塞61，帶動頂桿4向遠離主軸1的方向滑 移，頂桿4到達設(shè)置在所述第二固定座6與第一固定座5連接處的限位孔64,頂桿4與所述 限位孔64相適配，此時限位孔64限制頂桿4繼續(xù)朝遠離主軸1的方向滑移，頂桿4和活塞 61達到反向最大位移量，即處于初始狀態(tài)。
[0027] 如圖3、圖4所示，所述定位輪3周向表面為圓弧面33,該圓弧面33與定位槽31 邊緣光滑過渡，當(dāng)然，圓弧面33也可以通過斜面32與定位槽31邊緣連接，圓弧面33、斜面 32、定位槽31之間都是光滑過渡，保證助動件41在定位輪3上可以滑移，最終至定位槽31 中。
[0028] 所述定位輪3采用周向陣列的多個定位槽31，所述助動件41為相對頂桿4可旋轉(zhuǎn) 的定位軸承或與頂桿4連固的上凸圓弧，與之卡合的定位槽31采用圓形。當(dāng)然的，當(dāng)所述 定位輪3采用周向陣列的多個定位槽31時，所述助動件41也可以采用與頂桿4連固的三 角形，與之卡合的定位槽31也采用三角形。
[0029] 如圖3、圖8、圖9所示，定位輪3采用周向陣列的六個定位槽31，助動件41采用定 位軸承，與之卡合的定位槽31采用圓形，當(dāng)主軸1急停后，頂桿4帶動定位軸承向靠近主軸 1方向滑移，至定位軸承接觸定位輪3的斜面32或圓弧面33,由于頂桿4的推力，定位軸承 被接觸面阻擋不能繼續(xù)直線上升，定位軸承給接觸面一個垂直于接觸點的作用力F1，該作 用力F1在接觸面上被分解為與推力平行的分力F2和與接觸點相切且背離定位槽31方向 的分力F3,其中分力F3使得定位軸承沿分力F3方向旋轉(zhuǎn)，并產(chǎn)生反向摩擦力F4,分力F2 使得定位軸承繼續(xù)上升，相對的，定位輪3產(chǎn)生與摩擦力F4相對的作用力F5,使得定位輪3 沿作用力F5方向旋轉(zhuǎn)，定位軸承與定位輪3相配合，最終定位軸承旋轉(zhuǎn)進入定位槽31，與定 位槽31卡合。只要助動件41采用定位軸承，即使定位槽31的個數(shù)改變了，定位軸承與定 位槽31配合的原理還是不變的。
[0030] 如圖10所示，當(dāng)助動件41采用相對于頂桿4是連固的上凸圓弧或三角形時，該上 凸圓弧或三角形接觸定位輪3的斜面32或圓弧面33后會給接觸面一個垂直于接觸點的作 用力F1，該作用力F1在接觸面上被分解為與推力平行的分力F2和與接觸點相切且背離定 位槽31方向的分力F3,其中分力F3使得定位輪3沿分力F3方向旋轉(zhuǎn)，從而給上凸圓弧或 者三角形一個反向的摩擦力F4,分力F2使得上凸圓弧或者三角形繼續(xù)上升,上凸圓弧或者 三角形與定位輪3相配合，摩擦力F4使得上凸圓弧或者三角形沿定位輪3周表面向靠近定 位槽31方向滑移，最終進入定位槽31，與定位槽31卡合；如果上凸圓弧或三角形接觸定位 輪3的斜面32或圓弧面33,分力F3會使定位輪3進行逆時針旋轉(zhuǎn)。
[0031] 如圖4、圖9、圖11所示，定位輪3采用一個定位槽31時，該定位輪3為心形，所述 定位槽31采用圓形，所述圓弧面33采用平緩的弧面，所述定位輪3為心形，定位輪3表面最 凸點到軸心的距離為Si，定位輪3表面與定位槽31光滑過渡段圓弧面的半徑為S2, Si與S2 的比值為a，a的范圍為：1 <a<3,定位輪3表面的最寬距離為S3，53與&比值為b，b的 范圍為：1彡b彡2. 5,其中a的優(yōu)選范圍為1. 8彡a彡2. 5，b的優(yōu)選范圍為2彡b彡2. 5， 所述助動件41采用相對頂桿4可旋轉(zhuǎn)的定位軸承，定位軸承由頂桿4帶動，定位軸承沿定 位輪3表面旋轉(zhuǎn)，其實際軌跡為直線上升，定位軸承運行在定位輪3表面時，所過的每段弧 面到定位輪3軸心的距離大于后一段弧面到定位輪3軸心的距離，如圖11中的& < R2 < R3 ，這樣的軌跡具有可實現(xiàn)性。
[0032] -種實現(xiàn)主軸1定位的方法，其步驟如下： 1) 電機7制動，實現(xiàn)主軸1急停； 2) 開啟驅(qū)動裝置，通過驅(qū)動裝置推動頂桿4向靠近主軸1方向移動，使得助動件41與 定位輪3接觸； 3) 繼續(xù)推動頂桿4,通過助動件41產(chǎn)生沿斜面32或者圓弧面33的斜推力，利用斜推 力使得定位輪3沿斜推力方向旋轉(zhuǎn)，至助動件41移動到定位槽31中，與定位槽31相卡合， 將主軸1定位在特定方向上。
[0033] 所述電機7采用直流電機剎車或者采用變頻器電機剎車，制動電機7,通過皮帶輪 8在零點幾秒內(nèi)就使主軸1完全停止旋轉(zhuǎn)，即實現(xiàn)了主軸1的急停。
[0034] 根據(jù)待加工件的形狀需要或者代加工件的角度需要，待加工件整齊排放在送料裝 置上，主軸1上安裝有相應(yīng)的夾緊裝置，操作時，需要停止主軸1旋轉(zhuǎn)，并完成主軸1定位， 以保證該夾緊裝置與代加工件在方向上一致，以實現(xiàn)送料裝置與夾緊裝置的銜接，將待加 工件從送料裝置上挪移到夾緊裝置上，實現(xiàn)自動化批量加工，而現(xiàn)有的信號感應(yīng)，完成該過 程需要幾秒的時間，而使用本發(fā)明所涉及的定位機構(gòu)及定位方式，完成該過程只需要零點 幾秒，每加工一件可以節(jié)約幾秒時間，批量化生產(chǎn)，所節(jié)約的時間是非常可觀的，大大提高 加工的速度，從而提高工作效率。
[0035] 另外的，代加工件的形狀改變，此時需要更換夾緊裝置，甚至需要改變主軸1轉(zhuǎn) 速，以滿足加工要求，此時，需要對信號進行重新調(diào)試，以確保夾緊裝置與送料裝置的銜接， 調(diào)試所需時間，還要根據(jù)操作者的技能熟練程度決定，而本發(fā)明所涉及的定位機構(gòu)，只有相 應(yīng)地更換具有不同定位槽31的定位輪3就可以了，無需重新調(diào)試，避免了調(diào)試的繁瑣過程， 方便快捷，且相對于必須掌握調(diào)試才能操作該設(shè)備，本定位機構(gòu)對操作者沒有任何要求，使 用范圍更廣，實用性更強。
[0036] 如圖3所示，當(dāng)待加工件為軸對稱六角星輪形狀時，只要夾緊裝置與代加工件在 方向上一致，就能確保夾緊裝置與送料裝置的銜接，此時套接一個具有六個定位槽31的定 位輪3,并保證定位輪3、夾緊裝置、待加工件初始方向一致，加工完后當(dāng)電機7制動時，主 軸1停轉(zhuǎn)，不管此時夾緊裝置處于任何角度，通過助動件41旋轉(zhuǎn)，最終會與其中一個定位槽 31進行卡合，定位輪3、夾緊裝置、待加工件始終會保持方向上的一致，即實現(xiàn)了主軸1的定 位。
[0037] 如圖4所示，當(dāng)待加工件為單角形時，只要夾緊裝置與代加工件在方向上一致，就 能確保夾緊裝置與送料裝置的銜接，此時套接心形定位輪3,保證定位輪3、夾緊裝置、待加 工件初始方向一致，加工完后當(dāng)電機7制動時，主軸1停轉(zhuǎn)，不管此時夾緊裝置處于任何角 度，通過定位軸承旋轉(zhuǎn)，最終會與定位槽31進行卡合，定位輪3、夾緊裝置、待加工件始終會 保持方向上的一致，即實現(xiàn)了主軸1的定位。
[〇〇38] 以上結(jié)合附圖所描述的實施例僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，而并非對本發(fā)明的保 護范圍的限定，任何基于本發(fā)明精神所做的改進都理應(yīng)在本發(fā)明保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種主軸方向快速定位機構(gòu)，其特征在于：其包括周向設(shè)有定位槽（31)的定位輪 (3)、頂桿（4)和推動頂桿（4)沿其長度方向滑移的驅(qū)動裝置，所述定位輪（3)套接在主軸 (1)上并與主軸（1)聯(lián)動旋轉(zhuǎn)，所述頂桿（4)上端設(shè)有與定位輪（3)周表面接觸后可帶動定 位輪（3)旋轉(zhuǎn)一定角度的助動件（41 )，所述助動件（41)與定位槽（31)相卡合以定位主軸 (1)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種主軸方向快速定位機構(gòu)，其特征在于：所述定位輪（3)采 用一個定位槽（31 )，所述定位槽（31)采用圓形，所述助動件（41)采用相對頂桿（4 )可旋轉(zhuǎn) 的定位軸承。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種主軸方向快速定位機構(gòu)，其特征在于：所述定位輪（3)為 心形，定位輪（3)表面最凸點到軸心的距離為Si，定位輪（3)表面與定位槽（31)光滑過渡段 圓弧面的半徑為S 2, 51與&的比值為a，a的范圍為：1 <a<3,定位輪（3)表面的最寬距 離為S3，S3與S2比值為b，b的范圍為：1彡b彡2. 5。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種主軸方向快速定位機構(gòu)，其特征在于：所述定位輪（3)采 用周向陣列的多個定位槽（31)，所述助動件（41)為相對頂桿（4)可旋轉(zhuǎn)的定位軸承或與頂 桿（4)連固的上凸圓弧，與之卡合的定位槽（31)采用圓形。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種主軸方向快速定位機構(gòu)，其特征在于：所述定位輪（3)采 用周向陣列的多個定位槽（31)，所述助動件（41)為與頂桿（4)連固的三角形，與之卡合的 定位槽（31)也采用三角形。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項所述的一種主軸方向快速定位機構(gòu)，其特征在于：還包 括機座（2)，以及固定在機座（2)上的第一固定座（5)，所述頂桿（4)套設(shè)在第一固定座（5) 內(nèi)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種主軸方向快速定位機構(gòu)，其特征在于：所述驅(qū)動裝置包 括與第一固定座（5)連固的第二固定座（6)和置于第二固定座（6)內(nèi)的活塞（61)，所述活塞 (61)與頂桿（4)下端相連接，以驅(qū)動頂桿（4)。
8. -種實現(xiàn)主軸方向定位的方法，其步驟如下： 1) 電機（7)制動，實現(xiàn)主軸（1)急停； 2) 開啟驅(qū)動裝置，通過驅(qū)動裝置推動頂桿（4)沿定位輪（3)徑向方向滑移，使得助動件 (41)與定位輪（3)接觸； 3) 繼續(xù)推動頂桿（4)，通過助動件（41)產(chǎn)生沿斜面（32)或者圓弧面（33)的斜推力，利 用斜推力使得定位輪（3)沿斜推力方向旋轉(zhuǎn)，至助動件（41)移動到定位槽（31)中，與定位 槽（31)相卡合，將主軸（1)定位在特定方向上。
【文檔編號】B23B19/02GK104107926SQ201410306325
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2014年7月1日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月1日
【發(fā)明者】趙建象 申請人:樂清市象塔機床廠