专利名称：主轴调整装置及其操作方法
技术领域：
本发明涉及确立和测量立式或卧式机床主轴在它与该机床的工作台、工件保持或刀具保持表面相联系时的垂直度的必要性。
背景技术：
在现有技术中，手动确定机床主轴相对于工件保持轴线的垂直度已习惯于通过多种劳力密集的方法来完成。在装备手动操作主轴型机床之前必需确立和可定量地测量垂直度以便验证工件保持表面相对于工具保持器的正确位置。如果主轴未对准位置，在该位置工件保持表面区域圆周内不同点出现0.001或更小的相同刻度千分表滑过读数，那末任何被执行工件的质量会受到严重损害甚至报废。Wozniak在其专利(见1983年10月Wozniak的美国专利No.5253425，现有技术描述第4段)中清楚地描述了定零或调整立式铣床机头的费力任务。
除了相对于机床工件保持表面调整其主轴十分费力之外，现有技术的缺点如下(a)麻烦地使用许多需在使用前组装和使用后拆开的计量器和固定件；(b)完成该任务需要超量的时间(如同Wozniak陈述以及如同其他熟练机工断言，使用现有技术方法完成此任务平均耗时45分钟)；(c)使用现有技术方法需要机械工作者保持一臂伸出，在此同时长时间重复地向下俯身观察千分表上的读数，从而造成肉体痛苦；(d)每当要在机床上安装新对象时必需执行机头调整任务，这可能是每天或每周多次，取决于工厂的工件计划；(e)由于调整主轴头部时间漫长，工件的后备不稳定；(f)必需使用有经验的机械工作者来执行这种天生耗时和不产生效益的任务。
手动操作主轴机床例如铣床的结构也使调整主轴过程复杂化。这些机床具有一种“偏离中心”的绕枢轴转动，这甚至给有经验机工的调整作业也带来麻烦，其原因是判断使机床主轴进入垂直位置所需的调节量由于相对于机头和工作台的该绕枢轴转动成角度位置而十分困难。通常，公认的经验法则为机床头部应垂直于工件保持表面并在6英寸内0.0005英寸(在15.24cm内0.013mm)的范围内。然而，由于甚至轻微的运动也能因该机床绕枢轴转动的偏离中心特性而造成较大的不对准，就需要频繁而且耗时的调整。
在使主轴对准工件保持表面方面难以克服的另一可变因素是机床主轴头部的齿数间隙量。由于这些机床具有大大超过十年的使用寿命，正常使用就会造成该齿轮磨损。一旦该机床经过适当调整和装备，在该齿轮磨损可能不会危及机床性能的同时，它确实使调整主轴头部的过程复杂化。在这一方面，调整该头部的过程会变成直觉技术多于机械技术，机械工作者时常估定对准量以便适应未知的齿轮间隙程度。
发明内容
本发明提供一种整装的装置，它具有用于永久性安装的测量计量器因而不需重复组装和拆开的性能。
一旦组装完毕，该装置是自校准的。
本装置有效地消除来自机床主轴头部齿轮“间隙”的可变因素。
机械工作者必需采取的调节方向容易知晓并且不必调整该装置就能获得适当读数。
能方便地使用学徒或入门水平的雇员来成功地调整或调整机床的主轴头部并有效地消除现有技术造成的肉体痛苦。
利用该装置调整机床主轴头部耗费的时间值远小于现有技术。
本装置允许用于确认读数的标准调整操作而且不需要辅助装置。
本装置能相对于任何工件保持表面或可用螺栓拧在工作台上的固定件精确地调整主轴头部。
在与正弦规或量规块一起使用时，本装置能将主轴头部精确地校准到多个已知角度或组合角度。
本装置重量较轻并能作为个人工具方便地储存，不象现有技术工具那样累赘、庞大和需要多个不相关构件。
按照本发明者在该领域六十年以上累积经验构成的知识，至今尚不存在如同本发明那样的装置。
图1是安装在手动立式铣床主轴上的本发明主轴调整装置视图。
图2是详述结构构件的本发明主轴调整装置前视图，所述构件包括轴柄[A]；被设计成相对于柄[A]垂直的平基准面[C]。该本发明的多个可变型结构区域包括嵌套或保持器件[G]；多个间隙孔[E]以及多个固定螺钉或紧固件孔[F]，所述保持器件[G]能被改变以便适合具有各种精度等级的多种标准或定制计量器，而所述孔[E]和[F]用来固定住安装在该本发明本体内的计量器。
图3是该主轴调整装置的视图，该装置正与正弦块在一起使用以便按所需角度设置机头。
图4表示装有倾斜机构的主轴调整装置替代实施例。
具体实施例方式
现在更具体地转向附图，图2表示本发明典型实施例，它带有两个安装在该装置本体内的贴近或刻度盘式千分表。该主轴调整装置具有轴[A]、表面硬化的金属本体[B]以及与柄[A]垂直的平基准面[C]。本发明具有保持住接近千分表或者其它类型标准或定制计量器的嵌套结构[G]。该计量器借助于多个适应该千分表柄的通孔[E]以及多个接纳在螺孔[F]内的固定螺钉或其它紧固件保持定位，所述通孔[E]和螺孔[F]位于该主轴调整装置本体[B]的每个端部。
首先将具有安装在本体内的千分表的本发明主轴调整装置以直立状态放置在已知平表面例如一块花岗岩表面板上。再调整两个千分表使指针指向“0”。一旦完成此事，就已经校准该主轴调整装置。因此它是与现有技术不同的自校准装置。
图1表示如何用本发明来相对于立式铣床的工件夹持工作台调整或调整其机头。将主轴调整装置3的柄A(见图2)放在该铣床主轴2的夹头内。降低主轴2直到主轴调整装置3与该铣床工作台形成可测量接触为止(图1，4)。“可测量接触”可在两千分表上的指针转动一整圈时确定。现在该机床就即将在横向和纵向轴线(分别为X和Y轴线)两者上进行调整。
由于主轴调整装置3已如同上文指出的那样被固定住，该机床能首先在任一轴线上进行调节。为了描述方便起见，先调节Y轴线。在转动Y轴线用的调节螺钉5时，主轴调整装置3的千分表刻度盘上的指针会转动。调节螺钉根据千分表指针的运动向左或右转动直到两指针指向同一数字读数为止。当两千分表指针指向相同数字读数时，主轴2对于该轴线已被调整。然后拧紧多个Y轴锁定螺母6，将主轴2固定在此位置。接着升高主轴2并转动主轴调整装置3，致使后者与“X”轴线平行。再朝机床工作台4降低主轴调整装置3并与该机床工作台4形成可测量接触。转动X轴线调整螺钉7造成千分表刻度盘上的指针转动。当两千分表指针指向相同数字读数时，主轴2在X轴线上已被调整。最后拧紧X轴线锁定螺母8，固定住机头1相对于工作台4的位置。
大多数机械工作者希望验证他们的工作质量。本发明主轴调整装置3适应此事而且不需要引入附加的计量器、工具或者拆除本发明装置。验证垂直度的方法是升高并重新降低主轴2致使千分表触头[图2中的器件H]顶住机床工作台4形成可测量接触(例如在该千分表或计量器的刻度盘上大约五个分度)。然后将主轴调整装置3缓慢地转动360°。仅从千分表的读数观察测量结果。根据经验法则，在整个千分表圆行程期间保持在千分之一英寸(0.001英寸)或0.001英寸TIR(千分之一英寸“总千分表读数”)(等于0.025mm)之内的千分表读数对于大多数工件夹持用途来说是一种可接受的水平。通过观察计量器刻度盘上的运动可方便地确定读数。一旦这些读数被观察和验证，该机床就被调整。主轴调整装置3就被拆除。
图3表示该主轴调整装置3可如何用来将机床主轴2相对于该机床工作台4设置在被选定的非垂直角度处。在该所描述实例中，这是使用已知类型的正弦块组件10来实现的，所述组件10包括正弦块12和一叠规块14。正弦块12的顶表面16借助于把多个所需高度的规块14以已知方式放置在正弦块12一端下方而设定在相对于工作台4顶面的所需角度α处。然后可使用上文描述的程序将主轴2设置成与正弦块12的顶表面16垂直。
图4表示替代实施例主轴调整装置13，它包括倾斜机构，该机构能使机床例如图1所示铣床的主轴到达相对于工作台14不垂直的角度。主轴调整装置13实质上与上文描述的主轴调整装置相同，并包括与装置3相同构件A-G相应的多个构件A’-G’。然而，柄A’是相对于本体B’可绕枢轴转动的，因而其纵向轴线能被设定在相对于基准面C’的选定不垂直角度处，如图4虚线所示。在该所描述实例中柄A’借助于用夹紧螺栓J安装在本体B’上而被允许绕枢轴转动。然而，可以采用任何允许相对于本体B’调节柄A’的已知结构。一旦设定柄A’相对于本体B’的所需角度，就将主轴调整装置13插入机床主轴2(见图1)，然后借助于使用上文描述的程序设置参考平面C’平行于工作台4而将主轴2设定在相对于工作台4顶面的所需角度处。
上文已经描述一种主轴调整装置及其操作方法。在已经描述多个本发明专门实施例的同时，对于熟悉本技术的人员来说十分明显，在不超越本发明精神和范围的情况下能对其作出各种各样的变形。因此，上文所提供的本发明最佳实施例描述和实现本发明的最佳模式仅作描述之用不构成限制，本发明由所附权利要求限定。
权利要求
1.一种用来确定在机床主轴和相关工作表面之间角度关系的装置，该装置包括本体，该本体限定基准面，所述本体包括用来安装一对测量计量器的一对嵌套结构，所述嵌套结构沿着与所述基准面平行的轴线安置在隔开位置处；以及安装在所述本体上的细长柄，所述柄的纵向轴线与所述基准面垂直地对准。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，在每个所述嵌套结构内安装具有轴的计量器，所述轴携带测量触头。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，每个所述嵌套结构具有与所述计量器外壳形状一致的轮廓。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括一对用来接纳所述计量器轴的垂直孔，每个所述孔穿过所述本体形成并从所述嵌套结构之一延伸到所述基准面。
5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括用来将所述轴夹紧在所述本体上的装置。
6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，用来夹紧所述轴的所述装置包括在所述本体上形成的一对具有螺纹的固定螺钉孔，每个所述固定螺钉孔横切所述垂直孔之一；以及容纳在每个所述固定螺钉孔内使其可以贴靠在所述轴上的固定螺钉。
7.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述柄可以活动致使所述柄的纵向轴线相对于所述基准面以不垂直的选定角度对准。
8.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述本体的下部包括一对隔开、向下伸出并被横向延伸区段连接的部分，而且每个所述向下伸出部分具有形成其上并与所述基准面共面的平面。
9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，还包括一对穿过所述本体形成并用来容纳计量器轴的隔开垂直孔，每个所述垂直孔从所述嵌套结构之一延伸到相应的所述平面之一。
10.一种用来在机床主轴头部刀具安装组件和工件保持表面之间设置预选角度关系的方法，该方法包括以下步骤提供包括本体、柄以及一对计量器的调整装置，所述本体具有平基准面，所述柄从所述本体向上延伸并与所述基准面垂直，而所述一对计量器沿着横过所述柄的轴线放置并且相对于所述柄呈相互隔开关系，而且每个所述计量器具有可沿着与所述基准面垂直的轴线移动的测量触头；贴靠平校准表面放置所述调整装置，使得所述测量触头与所述基准面齐平而且所述基准面接触所述校准表面；调节所述计量器以便指示相等的预选测量结果；将所述柄安装在所述刀具安装组件上；定位所述调整装置，使得所述测量触头接触所述工件保持表面，而所述基准面不接触所述工件保持表面，并且所述横向轴线定向在相应于第一平面的第一所需方向上；以及调节所述刀具安装组件相对于所述工件保持表面的角度关系，使得所述计量器指示相应于所述刀具安装组件和所述工件保持表面在所述第一平面内的所述预选角度取向的测量结果。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，调节所述刀具安装组件相对于所述工件保持表面的角度关系，使得所述计量器指示相等的测量结果。
12.如权利要求10所述的方法，其特征在于，还包括转动所述刀具安装组件和所述调整装置，使得所述横向轴线对准相应于第二平面的第二方向；以及调节所述刀具安装组件相对于所述工件保持表面的角度关系，使得所述计量器指示相应于所述刀具安装组件和所述工件保持表面在所述第二平面内的所述预选角度取向的测量结果。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，调节所述刀具安装组件相对于所述工件保持表面的角度关系，使得所述计量器指示相等的测量结果。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，还包括在将所述调整装置安装在所述刀具安装组件内的同时围绕所述柄的轴线转动所述调整装置，并观察所述测量触头之一的运动指示值；以及将测得的所述测量触头运动值与预选上限进行比较。
15.一种用来确定在机床主轴头部刀具安装组件和工件保持表面之间角度关系的方法，它包括以下步骤提供包括本体、柄以及一对计量器的调整装置，所述本体具有平基准面，所述柄从所述本体向上延伸并与所述基准面垂直，而所述一对计量器沿着横切所述柄的轴线放置并且相对于所述柄呈相互隔开关系，而且每个所述计量器具有可沿着与所述基准面垂直的轴线移动的测量触头；贴靠平校准表面放置所述调整装置，使得所述测量触头与所述基准面齐平而且所述基准面接触所述校准表面；调节多个所述计量器以便指示相等的预选测量结果；将所述柄安装在所述刀具安装组件上；定位所述调整装置，使得所述测量触头接触所述工件保持表面，而所述基准面不接触所述工件保持表面，并且所述横向轴线定向在相应于第一平面的第一所需方向上；以及观察由所述计量器指示的测量结果。
全文摘要
披露一种用来测量和设置在机床刀具保持主轴和工作表面之间垂直度的方法和装置。该装置是单件或多个组装构件形式的固定件，它包括轴或柄以及本体，所述柄用来将该装置安装在机床主轴内，而所述本体具有与柄垂直的基准面以便与座或嵌套结构一起提供参考读数，所述座或嵌套结构用来固定安装两个沿着轴线排列的精密计量器。
文档编号G01B5/24GK1723383SQ200480001988
公开日2006年1月18日 申请日期2004年1月7日 优先权日2003年1月8日
发明者老约瑟夫·R·纳瓦罗, 玛丽安·M·纳瓦罗 申请人:老约瑟夫·R·纳瓦罗, 玛丽安·M·纳瓦罗