专利名称：一种伺服中心架及其使用方法
技术领域：
本发明涉及一种应用于机床上加工细长轴时为防止工件旋转振动而对工件辅助支撑的中心架，并发明还涉及该伺服中心架的使用方法。
背景技术：
当工件的长径比过大时，其自身静刚度和动刚度往往都不足，对其加工时，如果中间没有支撑，工件回转振动过大，轻者造成工件加工后的精度差，表面粗糙度过大，重者无法进行正常的切削加工。因此当前普遍使用中心架对工件加以支撑，防止其因刚性不足而使其旋转时产生振动。
现行的中心架普遍都是固定在床身上的，虽然固定设置的支撑刚度比较高，但在加工过程中，既不能左右移动又不能上升下降的中心架势必会加工产生阻碍。加工过程中，中心架阻挡了刀架的进给，使得加工工件时必须先加工工件中心架一侧，然后将中心架拆掉，刀架运行到另一侧，之后再将中心架装到床身上，支撑到工件加工完的一侧，再对工件另一侧进行加工，这样就会有接刀，既影响精度又影响表面粗糙度。加工工件所需中心架越多，倒换中心架次数就越多，加工精度就越差，效率就越低。
发明内容
为此，本发明为了克服固定中心架对切削加工负面影响大的缺陷，提供了一种在起到良好支撑的情况下对加工进程影响不大的伺服中心架及其使用方法。本发明采用以下技术方案
一种伺服中心架，包括架体和设置在架体上的支撑部，所述支撑部通过竖直调整机构安装在所述架体上，同时至少在支撑架上设置有用于检测刀架接近的检测装置，以控制所述竖直调整机构下降，并在刀架越过中心架后，所述竖直调整机构复位；
所述支撑部还配有随动于所述支撑部并被所述架体竖直导向的辅助支撑装置。依据本发明的上述伺服中心架，具有升降功能，通过匹配检测装置，进行伺服控制，从而，满足在刀架与中心架没有冲突时，支撑架对工件进行支撑，当刀架与中心架即将产生冲突时，中心架下行以避开刀架，刀架可以因此而不受约束的完成相应的加工工序，不需要接刀，加工精度容易保证，且不需要频繁的拆卸中心架，加工效率大大提高。另一方面，借助竖直导向的辅助支撑，形成竖直调整和竖直导向的支撑结构，在非同步升降状态下位刚性构架，保证中心架的整体刚度。上述伺服中心架，所述竖直调整机构为液压缸，其缸体构成所述架体或者固装在一独立架体上，而其活塞杆固定安装所述支撑部。上述伺服中心架，所述辅助支撑机构包括导向杆及配置的导向结构。上述伺服中心架，所述导向杆的上端与所述支撑部构成转动副连接，而下端与一调节螺母螺纹配合，其中该调节螺母竖直导向于所述竖直调整机构或者所述架体。上述伺服中心架，其特征在于，所述导向杆上端装配有一驱动机构的转动输出构件，以驱动导向杆绕其轴线转动；同时，构建所述转动副的所述支撑部形成有沿所述导向杆的轴向延伸并与导向杆滑动配合的限位套。上述伺服中心架，所述驱动机构为齿轮传动机构。上述伺服中心架，所述导向杆有两根且共用一套所述导向结构，并轴对称地配置在所述竖直调整机构的两边。上述伺服中心架，所述检测装置为接近开关。上述伺服中心架，所述检测装置还包括在使用状态下设置在床身上的辅助检测装置。依据本发明的一种伺服中心架的使用方法，通过竖直调整机构支撑工件，并在中 心架上和在床身上均设置检测刀架的检测装置；从而，驱动刀架工进，当两所述检测装置之一发出接近信号时，所述竖直调整机构下降到位，使中心架避开刀架，进而在两所述检测装置同时发出离开信号时，所述竖直调整机构复位，保证设备的可靠运行。
图I为依据本发明的一种伺服中心架的左剖结构示意图，双点划线部分为床身。图2为相应于图I的主视结构示意图。图中1、床体2、连接板3、支撑块4、导向杆5、齿轮6、齿轮7、齿轮8、导向杆9、接近开关感应块10、底座11、限位套12、液压缸13、活塞杆14、调节螺母15、限位板16、调节六方17、接近开关；18、接近开关组19、拖板20、刀架。
具体实施例方式本文提出的伺服中心架涉及一个基本实现，即中心架的上下调整。一个方面，即检测与升降的匹配。一个保证，在具有升降功能之后中心架的刚性。应当理解，伺服本是闭环结构，但在很多应用中，如数控系统中的很多分立部件都称为伺服部件，典型部件如伺服电机，实际上它是伺服系统的执行部件。参见说明书附图I所示的一种伺服中心架，包括架体和设置在架体上的支撑部，所述支撑部通过竖直调整机构安装在所述架体上，同时至少在支撑架上设置有用于检测刀架接近的检测装置，以控制所述竖直调整机构下降，并在刀架越过中心架后，所述竖直调整机构复位；
所述支撑部还配有随动于所述支撑部并被所述架体竖直导向的辅助支撑装置。其中，支撑部件，如图I中所示的支撑快3，为滚动支撑或者滑动支撑部件，本文中所使用的支撑部件与现有技术中没有实质的区别，都是一种半封闭的支撑部件，在此不再赘述。同时，对于中心架的密度，同样可以参考现有技术中的中心架密度，需要根据加工工件长度进行选择，一般不少于两个。在本文中所提出的伺服中心架尤其如此，因加工期间含有某一中心架脱离工件的一段时间，为了保证加工精度，在原有的密度基础上，可以适当增加一个中心架，在大多数情况下，短时间的脱离支撑不会对加工精度不会有过大的影响，可以选择不增加。
关于上下调整，精度调整采用丝母丝杠机构，结构比较紧凑，如图I所示，其中的活塞杆13替换为丝杠时，丝杠上端通过轴承支撑支撑块3上，然后通过位置固定的丝杠螺母进行驱动即可。不过丝母丝杠机构成本偏高，且需要伺服控制，
在一种实现是采用杆系机构，通过止点/死点控制可以获得很高的位置精度，并可以通过杆长涉及匹配不同的升降范围。不过这类机构安装控件要求比较大，在安装空间有限的情况下使用相对困难。—种结构紧凑，且位置调整精度比较高的方案是采用流体缸控制，最好采用液压缸，功率密度大，且冲击小。如图I所示，所述竖直调整机构为液压缸12，其缸体构成所述架体或者固装在一独立架体上，而其活塞杆13固定安装所述支撑部。数控机床一般都有独立的液压系统，因此，液压缸12的使用可以满足改动要求。液压缸的缺陷在于可能会因为密封件老化产生的漏油问题。
关于安装，如图I和2，一个参考的安装方法是伺服中心架固定在床体I中间铛内齐子上。升降匹配，就是把检测装置和如液压缸12的控制纳入到数控系统中，由PLC进行控制。一是时机，不宜太早，否则对加工精度会产生影响，也不宜太晚，可能会因此撞伤设备。本领域的技术人员根据工进速度可以很容易的选择检测装置的安装位置。对于以上选择，对于所说的实现，不采用伺服控制，通过如基于手轮的丝母丝杠机构可以进行升降也可以实现，但由于细长轴的加工大多工时比较长，人力的精力必须比较集中才能避免打刀或者损坏机床丝杠，而且手动控制时，需要延伸出相关的控制部件，不利于床身的紧凑性，这里仍然倾向于伺服控制。中心架的刚度的保证一种情况是竖直调整机构自身的刚度，如丝母丝杠机构，其自身具有导向结构，能够形成较好的支撑刚度。本文侧重用采用辅助支撑的结构，结构刚度更容易保证，且由于独立设计，可以更好的匹配机床的结构。基于本文的基本构思，辅助支撑随动于如支撑块2，为避免掣肘，对结构设计更为简单。进一步采用平行轴线两个以上的部件刚性连接容易形成刚性构架的特点，且对平行如轴类件，其径向移动被约束，不会发生翻转，整体刚度可以保证。关于所述辅助支撑机构包括导向杆4及配置的导向结构，结构简单。关于导向结构，可以是单独对导向杆4自身的导向，还可以是附加于其他部件之上的导向，本领域的技术人员可以根据具体结构进行选择。为了便于系统协调，当如导向杆有多支时，可以整体导向，设置专门的导向结构，当独立导向时，可以设置如导套结构。在图I上部所示的结构中，所述导向杆4的上端与支撑块3构成转动副连接，而下端与一调节螺母螺纹14配合，其中该调节螺母14竖直导向于所述竖直调整机构或者所述架体。使用中，通过转动导向杆，使得螺纹配合的部分动作，调整导向杆的长度，进而调整竖直调整机构的止点，从而可以针对不同轴径的工件进行调整，并且在加工过程中，若需切削几刀，可以针对进刀量进行实时的调整。因此，调节螺母14的调整最好并入伺服系统，或者数控车床的PLC。那么，进一步地，所述导向杆4上端装配有一驱动机构的转动输出构件，通过动力调整，以驱动导向杆绕其轴线转动，这种转动表现在所述如调节螺母14上，就是产生导向杆4轴向的移动，从而，如图I所示，液压缸12的上止点就会收到调节螺母14的约束，这里的上止点恰好对应工件的支撑高度。进一步地，如图I所示，构建所述转动副的所述支撑部形成有沿所述导向杆4的轴向延伸并与导向杆4滑动配合的限位套11。限位套11有两个作用，其基础作用是对如调节螺母14的位置约束，也就是导向杆4上止点的约束；另一个作用是可以提高导向杆4的静刚度。限位套11可以固定在图I所示的床体I上，也可以固定在液压缸12的缸体上，还是同时连接与床体I和液压缸12的缸体上，其中，第三种选择为最佳的选择，这样液压缸除了底部的支点外，又通过限位套11获得另一个支点，整体刚度进一步提高。限位套11在床体I上的安装位置参考图I上部所示的底座10处。另外，在图I所示的结构中，不仅因为存在两个导向杆4而在上部设置两个限位套11对床体I的连结点，即便是只有一个导向杆4，也最好设置两个连接点，以保证整体的连接可靠性。·所述驱动机构为齿轮传动机构，在结构紧凑的情况下，容易获得更加精确的传动。应知，转动的获得在机械领域是一种最常见的传动输出方式，依据此处所公开的技术内容，本领域的技术人员容易选择其他的传动方式，比如链传动、同步带传动等。在图I所示的结构中，导向杆有两根，采用齿轮5、齿轮6和齿轮7进行传动，所要求的是两导向杆的同步驱动，这里的同步是同步升降。单一齿轮传动时，需要考虑导向杆的转向问题，为匹配同步，减少惰轮的使用，可以考虑正反螺纹的使用，以简化结构。进而，如前所述所述导向杆4有两根且共用一套所述导向结构，并轴对称地配置在所述竖直调整机构的两边，调整时的产生平衡，不会产生卡滞。关于所述检测装置优选接近开关，作用距离满足刀架的工进速度与液压缸12的响应速度。接近开关的缺陷是可能会因为某些原因产生误动作，因此，当采用接近开关时，所述检测装置还包括在使用状态下设置在床身上的辅助检测装置。如图I和2所示的接近开关的配置方式，为了保证安全可靠的运行，接近检测是，只要有一个接近开关动作，液压缸12就响应该动作。而在远离检测时，必须两个接近开关都动作液压缸才能响应量接近开关，据此可以保证设备的可靠运行。在另一些实例中，采用行程控制，可以采用行程开关的方式进行行程控制，调整行程开关的力臂，匹配所需要的作用距离。接近开关属于一种不接触检测，行程开关属于一种接触检测，再一些实施例中，采用光电开关或者超声传感器进行检测，成本稍高，但不容易受到干扰。应用于上述伺服中心架，匹配本文提出的升降、刚度和升降与检测匹配一种较佳的伺服中心架的使用方法，通过竖直调整机构支撑工件，并在中心架上和在床身上均设置检测刀架的检测装置；从而，驱动刀架工进，当两所述检测装置之一发出接近信号时，所述竖直调整机构下降到位，使中心架避开刀架，进而在两所述检测装置同时发出离开信号时，所述竖直调整机构复位。当所使用的检测装置误动作率非常低时，可以采用单独的一个检测装置进行检测，在上述的方法中不再进行多检测装置的逻辑配合。
权利要求
1.一种伺服中心架，包括架体和设置在架体上的支撑部，其特征在于，所述支撑部通过竖直调整机构安装在所述架体上，同时至少在支撑架上设置有用于检测刀架接近的检测装置，以控制所述竖直调整机构下降，并在刀架越过中心架后，所述竖直调整机构复位； 所述支撑部还配有随动于所述支撑部并被所述架体竖直导向的辅助支撑装置。
2.根据权利要求I所述的伺服中心架，其特征在于，所述竖直调整机构为液压缸，其缸体构成所述架体或者固装在一独立架体上，而其活塞杆固定安装所述支撑部。
3.根据权利要求I或2所述的伺服中心架，其特征在于，所述辅助支撑机构包括导向杆及配置的导向结构。
4.根据权利要求3所述的伺服中心架，其特征在于，所述导向杆的上端与所述支撑部构成转动副连接，而下端与一调节螺母螺纹配合，其中该调节螺母竖直导向于所述竖直调整机构或者所述架体。
5.根据权利要求4所述的伺服中心架，其特征在于，其特征在于，所述导向杆上端装配有一驱动机构的转动输出构件，以驱动导向杆绕其轴线转动；同时，构建所述转动副的所述支撑部形成有沿所述导向杆的轴向延伸并与导向杆滑动配合的限位套。
6.根据权利要求5所述的伺服中心架，其特征在于，所述驱动机构为齿轮传动机构。
7.根据权利要求3所述的伺服中心架，其特征在于，所述导向杆有两根且共用一套所述导向结构，并轴对称地配置在所述竖直调整机构的两边。
8.根据权利要求I或2所述的伺服中心架，其特征在于，所述检测装置为接近开关。
9.根据权利要求8所述的伺服中心架，其特征在于，所述检测装置还包括在使用状态下设置在床身上的辅助检测装置。
10.一种伺服中心架的使用方法，其特征在于，通过竖直调整机构支撑工件，并在中心架上和在床身上均设置检测刀架的检测装置；从而，驱动刀架工进，当两所述检测装置之一发出接近信号时，所述竖直调整机构下降到位，使中心架避开刀架，进而在两所述检测装置同时发出离开信号时，所述竖直调整机构复位。
全文摘要
本发明公开了一种伺服中心架及其使用方法，其采用支撑部通过竖直调整机构安装在所述架体上，同时至少在支撑架上设置有用于检测刀架接近的检测装置，以控制所述竖直调整机构下降，并在刀架越过中心架后，所述竖直调整机构复位；所述支撑部还配有随动于所述支撑部并被所述架体竖直导向的辅助支撑装置。依据本发明在起到良好支撑的情况下对加工进程影响不大。
文档编号B23Q1/76GK102896503SQ20121045920
公开日2013年1月30日 申请日期2012年11月15日 优先权日2012年11月15日
发明者王晓刚 申请人:山东普利森集团有限公司