一种主轴方向快速定位机构的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种主轴方向快速定位机构，解决了通过信号感应来进行主轴定位导致工作效率低的问题，其包括一种主轴方向快速定位机构，其包括周向设有定位槽的定位轮、顶杆和推动顶杆沿其长度方向滑移的驱动装置，所述定位轮套接在主轴上并与主轴联动旋转，所述顶杆上端设有与定位轮周表面接触后可带动定位轮旋转一定角度的助动件，所述助动件与定位槽相卡合以定位主轴,还涉及一种实现主轴方向定位的方法，通过助动件产生沿斜面或者圆弧面的斜推力，利用斜推力使得定位轮沿斜推力方向旋转，至助动件移动到定位槽中，与定位槽相卡合，全程无需信号，能快速实现机械主轴定位，提高工作效率。
【专利说明】一种主轴方向快速定位机构
【技术领域】
[0001] 本发明涉及定位机构，特别涉及一种主轴方向快速定位机构。
【背景技术】
[0002] 通常主轴只是进行速度控制，但在一些特殊的情况下也需要对主轴进行位置控 制。例如：在加工中心上进行自动换刀时、镗孔加工中因工艺要求而需要让刀时，以及车床 在装卡工件等时都需要主轴准确的停在一个特定的位置上，这就是我们通常所说的主轴 定位功能。
[0003] 主轴定位功能就是NC发出定向命令，通过主轴上的位置传感器上的一转信号使 主轴停止在一个确定的位置上，并向伺服电机位置环一样提供一定的保持力矩，但是通过 信号感应来进行主轴定位的存在以下不足：（1)当更换夹紧装置或者变换主轴转速后，就 需要重新调试，来确保信号对主轴的定位；（2)加工异形件时，主轴上设有夹紧装置，此时 需要对主轴定位使得该夹紧装置与自动送料装置相适配，实现快速领料，而当采用这种信 号感应主轴定位方式，只能在主轴转速降低后完全停止旋转前对主轴进行定位，这过程需 要几秒的等待时间，尤其在批量加工时，所需等待时间的累积，严重制约了加工效率。
【发明内容】
[0004] 为了克服通过信号感应来进行主轴定位导致工作效率低的不足，本发明提供一种 主轴方向快速定位机构。
[0005] 本发明所采用的技术方案是：一种主轴方向快速定位机构，其包括周向设有定位 槽的定位轮、顶杆和推动顶杆沿其长度方向滑移的驱动装置，所述定位轮套接在主轴上并 与主轴联动旋转，所述顶杆上端设有与定位轮周表面接触后可带动定位轮旋转一定角度的 助动件，所述助动件与定位槽相卡合以定位主轴。
[0006] 所述定位轮采用一个定位槽，所述定位槽采用圆形，所述助动件采用相对顶杆可 旋转的定位轴承。
[0007] 所述定位轮为心形，定位轮最凸点b到轴心的距离Si与定位槽的最低点a到轴心 的距离S 2比为3:1。
[0008] 所述定位轮采用周向阵列的多个定位槽，所述助动件为相对顶杆可旋转的定位轴 承或与顶杆连固的上凸圆弧，与之卡合的定位槽采用圆形。
[0009] 所述定位轮采用多个定位槽，所述助动件为与顶杆连固的三角形，与之卡合的定 位槽也采用三角形。
[0010] 还包括机座，以及固定在机座上的第一固定座，所述顶杆套设在第一固定座内。
[0011] 所述驱动装置包括与第一固定座连固的第二固定座和置于第二固定座内的活塞， 所述活塞与顶杆下端相连接，以驱动顶杆。
[0012] 一种实现主轴方向定位的方法，其步骤如下： 1)电机制动，实现主轴急停； 2) 开启驱动装置，通过驱动装置推动顶杆沿定位轮径向方向滑移，使得助动件与定位 轮接触； 3) 继续推动顶杆，通过助动件产生沿斜面或者圆弧面的斜推力，利用斜推力使得定位 轮沿斜推力方向旋转，至助动件移动到定位槽中，与定位槽相卡合，将主轴定位在特定方向 上。
[0013] 本发明的有益效果是：该发明采用助动件与定位轮相适配，利用斜推力使得定位 轮沿斜推力方向旋转，使得助动件固定在定位槽中，全程无需信号，且只需零点几秒即可完 成，能快速实现机械主轴定位，提高工作效率。
【专利附图】
【附图说明】
[0014] 图1、图2是本发明整体示意图。
[0015] 图3是本发明具有六个定位槽的定位轮。
[0016] 图4、图11是本发明具有一个定位槽的心形定位轮。
[0017] 图5是本发明第一固定座和第二固定座的连接示意图。
[0018] 图6是本发明顶杆和活塞向远离主轴方向滑移，达到最大位移量的示意图。
[0019] 图7是本发明顶杆和活塞向靠近主轴方向滑移，达到最大位移量的示意图。
[0020] 图8是本发明助动件与定位轮任一位置接触示意图。
[0021] 图9是本发明相对于顶杆可旋转的助动件与定位轮的斜面接触后的受力分析图。
[0022] 图10是本发明相对于顶杆是连固的助动件与定位轮的斜面接触后的受力分析 图。
[0023] 1-主轴，2_机座，3_定位轮，31-定位槽，32-斜面，33-圆弧面，4_顶杆，41-助动 件，5-第一固定座，6-第二固定座，61-活塞，62-第一通压孔，63-第二通压孔，64-限位孔， 7-电机，8-皮带轮。
【具体实施方式】
[0024] 下面结合附图对本发明实施例作进一步说明： 如图1、图2、图6所示，一种主轴1方向定位机构，其包括主轴1、机座2、电机7、皮带轮 8,主轴1水平固定在机座2上，所述电机7通过皮带轮8带动主轴1旋转或制动，还包括周 向设有定位槽31的定位轮3、顶杆4、位于主轴1下方的第一固定座5和推动顶杆4沿其长 度方向滑移的驱动装置，所述定位轮3套接在主轴1上靠近电机7 -侧，通过压紧螺栓固定 在主轴1上，并与主轴1联动旋转，所述第一固定座5垂直于主轴1，并通过四枚螺栓水平固 定在机座2上，所述顶杆4套设在第一固定座5内，上端设有与定位轮3周表面接触后可带 动定位轮3旋转一定角度的助动件41，优选的，所述助动件41相对于顶杆4有一个小角度 的偏心设置，避开完全受力均衡的状态，所述助动件41与定位槽31相卡合以定位主轴1，驱 动装置推动顶杆4,使顶杆4相对第一固定座5向靠近主轴1方向或远离主轴1方向的滑移 配合，根据待加工件的要求，在主轴1上加装特定的带有定位槽31的定位轮3,通过急停主 轴1，助动件41与定位槽31的机械卡合，将主轴1准确的停在一个特定的位置上。
[0025] 如图5、图6所示，所述驱动装置包括侧边设有第一、第二通压孔的第二固定座6和 与顶杆4下端相连接的活塞61，所述第二固定座6与第一固定座5连固，所述活塞61置于 第二固定座6内，构成通过第一通压孔62施压推动活塞61，带动顶杆4向靠近主轴1方向 滑移或通过第二通压孔63施压推动活塞61，带动顶杆4向远离主轴1的方向滑移。所述驱 动装置为气缸驱动装置或者液压驱动装置，且在第一、第二通压孔接入口设有调压阀，通过 调压阀控制气压或者液压通过第一、第二通压孔推动活塞61的速度，确保速度不会过快而 导致冲力过大，损坏定位轮3,也不会过慢而耗时长。
[0026] 如图7所示，通过第一通压孔62施压推动活塞61，带动顶杆4向主轴1方向滑移， 构成助动件41与定位槽31相适配，此时定位轮3构成顶杆4和活塞61的限位机构，限制 顶杆4和活塞61继续朝主轴1方向滑移，顶杆4和活塞61达到最大位移量； 如图6所示，通过第二通压孔63施压推动活塞61，带动顶杆4向远离主轴1的方向滑 移，顶杆4到达设置在所述第二固定座6与第一固定座5连接处的限位孔64,顶杆4与所述 限位孔64相适配，此时限位孔64限制顶杆4继续朝远离主轴1的方向滑移，顶杆4和活塞 61达到反向最大位移量，即处于初始状态。
[0027] 如图3、图4所示，所述定位轮3周向表面为圆弧面33,该圆弧面33与定位槽31 边缘光滑过渡，当然，圆弧面33也可以通过斜面32与定位槽31边缘连接，圆弧面33、斜面 32、定位槽31之间都是光滑过渡，保证助动件41在定位轮3上可以滑移，最终至定位槽31 中。
[0028] 所述定位轮3采用周向阵列的多个定位槽31，所述助动件41为相对顶杆4可旋转 的定位轴承或与顶杆4连固的上凸圆弧，与之卡合的定位槽31采用圆形。当然的，当所述 定位轮3采用周向阵列的多个定位槽31时，所述助动件41也可以采用与顶杆4连固的三 角形，与之卡合的定位槽31也采用三角形。
[0029] 如图3、图8、图9所示，定位轮3采用周向阵列的六个定位槽31，助动件41采用定 位轴承，与之卡合的定位槽31采用圆形，当主轴1急停后，顶杆4带动定位轴承向靠近主轴 1方向滑移，至定位轴承接触定位轮3的斜面32或圆弧面33,由于顶杆4的推力，定位轴承 被接触面阻挡不能继续直线上升，定位轴承给接触面一个垂直于接触点的作用力F1，该作 用力F1在接触面上被分解为与推力平行的分力F2和与接触点相切且背离定位槽31方向 的分力F3,其中分力F3使得定位轴承沿分力F3方向旋转，并产生反向摩擦力F4,分力F2 使得定位轴承继续上升，相对的，定位轮3产生与摩擦力F4相对的作用力F5,使得定位轮3 沿作用力F5方向旋转，定位轴承与定位轮3相配合，最终定位轴承旋转进入定位槽31，与定 位槽31卡合。只要助动件41采用定位轴承，即使定位槽31的个数改变了，定位轴承与定 位槽31配合的原理还是不变的。
[0030] 如图10所示，当助动件41采用相对于顶杆4是连固的上凸圆弧或三角形时，该上 凸圆弧或三角形接触定位轮3的斜面32或圆弧面33后会给接触面一个垂直于接触点的作 用力F1，该作用力F1在接触面上被分解为与推力平行的分力F2和与接触点相切且背离定 位槽31方向的分力F3,其中分力F3使得定位轮3沿分力F3方向旋转，从而给上凸圆弧或 者三角形一个反向的摩擦力F4,分力F2使得上凸圆弧或者三角形继续上升,上凸圆弧或者 三角形与定位轮3相配合，摩擦力F4使得上凸圆弧或者三角形沿定位轮3周表面向靠近定 位槽31方向滑移，最终进入定位槽31，与定位槽31卡合；如果上凸圆弧或三角形接触定位 轮3的斜面32或圆弧面33,分力F3会使定位轮3进行逆时针旋转。
[0031] 如图4、图9、图11所示，定位轮3采用一个定位槽31时，该定位轮3为心形，所述 定位槽31采用圆形，所述圆弧面33采用平缓的弧面，所述定位轮3为心形，定位轮3表面最 凸点到轴心的距离为Si，定位轮3表面与定位槽31光滑过渡段圆弧面的半径为S2, Si与S2 的比值为a，a的范围为：1 <a<3,定位轮3表面的最宽距离为S3，53与&比值为b，b的 范围为：1彡b彡2. 5,其中a的优选范围为1. 8彡a彡2. 5，b的优选范围为2彡b彡2. 5， 所述助动件41采用相对顶杆4可旋转的定位轴承，定位轴承由顶杆4带动，定位轴承沿定 位轮3表面旋转，其实际轨迹为直线上升，定位轴承运行在定位轮3表面时，所过的每段弧 面到定位轮3轴心的距离大于后一段弧面到定位轮3轴心的距离，如图11中的& < R2 < R3 ，这样的轨迹具有可实现性。
[0032] -种实现主轴1定位的方法，其步骤如下： 1) 电机7制动，实现主轴1急停； 2) 开启驱动装置，通过驱动装置推动顶杆4向靠近主轴1方向移动，使得助动件41与 定位轮3接触； 3) 继续推动顶杆4,通过助动件41产生沿斜面32或者圆弧面33的斜推力，利用斜推 力使得定位轮3沿斜推力方向旋转，至助动件41移动到定位槽31中，与定位槽31相卡合， 将主轴1定位在特定方向上。
[0033] 所述电机7采用直流电机刹车或者采用变频器电机刹车，制动电机7,通过皮带轮 8在零点几秒内就使主轴1完全停止旋转，即实现了主轴1的急停。
[0034] 根据待加工件的形状需要或者代加工件的角度需要，待加工件整齐排放在送料装 置上，主轴1上安装有相应的夹紧装置，操作时，需要停止主轴1旋转，并完成主轴1定位， 以保证该夹紧装置与代加工件在方向上一致，以实现送料装置与夹紧装置的衔接，将待加 工件从送料装置上挪移到夹紧装置上，实现自动化批量加工，而现有的信号感应，完成该过 程需要几秒的时间，而使用本发明所涉及的定位机构及定位方式，完成该过程只需要零点 几秒，每加工一件可以节约几秒时间，批量化生产，所节约的时间是非常可观的，大大提高 加工的速度，从而提高工作效率。
[0035] 另外的，代加工件的形状改变，此时需要更换夹紧装置，甚至需要改变主轴1转 速，以满足加工要求，此时，需要对信号进行重新调试，以确保夹紧装置与送料装置的衔接， 调试所需时间，还要根据操作者的技能熟练程度决定，而本发明所涉及的定位机构，只有相 应地更换具有不同定位槽31的定位轮3就可以了，无需重新调试，避免了调试的繁琐过程， 方便快捷，且相对于必须掌握调试才能操作该设备，本定位机构对操作者没有任何要求，使 用范围更广，实用性更强。
[0036] 如图3所示，当待加工件为轴对称六角星轮形状时，只要夹紧装置与代加工件在 方向上一致，就能确保夹紧装置与送料装置的衔接，此时套接一个具有六个定位槽31的定 位轮3,并保证定位轮3、夹紧装置、待加工件初始方向一致，加工完后当电机7制动时，主 轴1停转，不管此时夹紧装置处于任何角度，通过助动件41旋转，最终会与其中一个定位槽 31进行卡合，定位轮3、夹紧装置、待加工件始终会保持方向上的一致，即实现了主轴1的定 位。
[0037] 如图4所示，当待加工件为单角形时，只要夹紧装置与代加工件在方向上一致，就 能确保夹紧装置与送料装置的衔接，此时套接心形定位轮3,保证定位轮3、夹紧装置、待加 工件初始方向一致，加工完后当电机7制动时，主轴1停转，不管此时夹紧装置处于任何角 度，通过定位轴承旋转，最终会与定位槽31进行卡合，定位轮3、夹紧装置、待加工件始终会 保持方向上的一致，即实现了主轴1的定位。
[〇〇38] 以上结合附图所描述的实施例仅是本发明的优选实施方式，而并非对本发明的保 护范围的限定，任何基于本发明精神所做的改进都理应在本发明保护范围之内。
【权利要求】
1. 一种主轴方向快速定位机构，其特征在于：其包括周向设有定位槽（31)的定位轮 (3)、顶杆（4)和推动顶杆（4)沿其长度方向滑移的驱动装置，所述定位轮（3)套接在主轴 (1)上并与主轴（1)联动旋转，所述顶杆（4)上端设有与定位轮（3)周表面接触后可带动定 位轮（3)旋转一定角度的助动件（41 )，所述助动件（41)与定位槽（31)相卡合以定位主轴 (1)。
2. 根据权利要求1所述的一种主轴方向快速定位机构，其特征在于：所述定位轮（3)采 用一个定位槽（31 )，所述定位槽（31)采用圆形，所述助动件（41)采用相对顶杆（4 )可旋转 的定位轴承。
3. 根据权利要求2所述的一种主轴方向快速定位机构，其特征在于：所述定位轮（3)为 心形，定位轮（3)表面最凸点到轴心的距离为Si，定位轮（3)表面与定位槽（31)光滑过渡段 圆弧面的半径为S 2, 51与&的比值为a，a的范围为：1 <a<3,定位轮（3)表面的最宽距 离为S3，S3与S2比值为b，b的范围为：1彡b彡2. 5。
4. 根据权利要求1所述的一种主轴方向快速定位机构，其特征在于：所述定位轮（3)采 用周向阵列的多个定位槽（31)，所述助动件（41)为相对顶杆（4)可旋转的定位轴承或与顶 杆（4)连固的上凸圆弧，与之卡合的定位槽（31)采用圆形。
5. 根据权利要求1所述的一种主轴方向快速定位机构，其特征在于：所述定位轮（3)采 用周向阵列的多个定位槽（31)，所述助动件（41)为与顶杆（4)连固的三角形，与之卡合的 定位槽（31)也采用三角形。
6. 根据权利要求1-5中任一项所述的一种主轴方向快速定位机构，其特征在于：还包 括机座（2)，以及固定在机座（2)上的第一固定座（5)，所述顶杆（4)套设在第一固定座（5) 内。
7. 根据权利要求6所述的一种主轴方向快速定位机构，其特征在于：所述驱动装置包 括与第一固定座（5)连固的第二固定座（6)和置于第二固定座（6)内的活塞（61)，所述活塞 (61)与顶杆（4)下端相连接，以驱动顶杆（4)。
8. -种实现主轴方向定位的方法，其步骤如下： 1) 电机（7)制动，实现主轴（1)急停； 2) 开启驱动装置，通过驱动装置推动顶杆（4)沿定位轮（3)径向方向滑移，使得助动件 (41)与定位轮（3)接触； 3) 继续推动顶杆（4)，通过助动件（41)产生沿斜面（32)或者圆弧面（33)的斜推力，利 用斜推力使得定位轮（3)沿斜推力方向旋转，至助动件（41)移动到定位槽（31)中，与定位 槽（31)相卡合，将主轴（1)定位在特定方向上。
【文档编号】B23B19/02GK104107926SQ201410306325
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2014年7月1日 优先权日:2014年7月1日
【发明者】赵建象 申请人:乐清市象塔机床厂