CN101018634A - 在机床中使用的消除不平衡的组合式刀盘 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种在机床中使用的组合式刀盘。此组合式刀盘包括一个可绕旋转轴线(13)旋转的基体(10)、一个带有切削刀具的可借助驱动机构沿一条相对旋转轴线在径向定向的移动轴线(16)相对于基体(10)调整的滑块(14)、以及至少一个用于消除由滑块(14)引起的不平衡的平衡体(20)。为了除消除不平衡之外还能减小操纵力，本发明建议，设置至少两个平衡体(20)，它们以其质量重心(28′、28″)侧向伸出于移动轴线(16)，以及它们可在彼此隔开距离布置的位置相对于滑块(14)和相对于基体(10)被强迫导引和/或回转。

Description

在机床中使用的消除不平衡的组合式刀盘

技术领域

本发明涉及一种在机床中使用的组合式刀盘，包括一个可绕旋转轴线旋转的基体、一个带有切削刀具的可沿一条相对旋转轴线在径向定向的移动轴线相对于基体调整的滑块、以及至少一个用于消除由滑块和切削刀具引起的不平衡的平衡体。

背景技术

所有高速旋转物体的平衡***目的均在于将旋转体的质量重心置于旋转轴线上。这例如在组合式刀盘有一些运动零件在旋转时会出现可变的不平衡因素时是必要的。当刀具有在旋转期间可沿径向横向进给的刀刃并从而可以车削加工位置固定的工件时，便是这种情况。在重心可变的旋转***中，例如，对于车端面头架，当其具有一个作为可变的不平衡源的刀具滑块时，便是这种情况，为了平衡，通常使用一个与刀具滑块反向运动的平衡滑块。在这方面，迄今尚未得知任何防止传动链上刀具滑块和平衡滑块离心力累加的***。因此，刀具滑块和平衡滑块在调整时引起离心力相加并必须由传动链克服。

发明内容

以此为出发点，本发明的目的是，对前言所述类型的组合式刀盘作如下改进，即，除了消除不平衡之外，还能实现减小用于滑块调整的操纵力。

为达到此目的提出了在权利要求1中说明的特征组合。由从属权利要求给出本发明有利的设计和进一步发展。

按本发明的方案主要基于下述思想：设置至少两个平衡体，它们以其质量重心侧向伸出于移动轴线，以及它们可在彼此隔开距离布置的位置相对于滑块和相对于基体被强迫导引和/或回转。由此引起的滑块运动与平衡体运动之间的强迫耦合，可以使得传动机构例如只作用在滑块上并使消除不平衡用的平衡体强迫导引地随同运动。因为滑块是组合式刀盘的决定精度的部分，所以传动链恰当地作用在滑块上。由此有可能除了消除不平衡外还与转速无关地同时达到减小操纵力的效果。在理想的情况下，在消除不平衡的同时实现操纵力的均衡。为此，支承力和导引力必须通过彼此相关的支承和导引装置结构的匹配准确地相互调谐。因为对于运动过程而言必须允许有一定的支承和导引间隙，所以这种理想状况不可能完全实现。因此尚余留的也可能与转速有关的力量差，如反作用摩擦力，还应由传动链克服。

本发明的一项优选的设计规定，平衡体可绕对滑块固定的回转轴线回转地支承并在离回转轴线一定距离处相对于基体强迫导引。

特别有利的是一种对称的设计，其中，设置两个平衡体，它们可绕同一条与滑块移动轴线垂直相交的回转轴线向反方向回转地支承。在这种情况下，平衡体恰当地设计和配置为相对于移动轴线基本上镜面对映。

本发明的一项优选的设计规定，滑块有一个用于切削刀具的安装座，它的安装轴线优选平行于平衡体的对滑块固定的回转轴线布置。有利地，所述安装轴线与平衡体的对滑块固定的回转轴线重合。对于特殊的使用情况，也可以设想，所述安装轴线和平衡体的对滑块固定的回转轴线彼此倾斜地定向。

为了避免产生在调整过程可能作用在刀盘上的动态扭矩，按本发明的一项优选的设计建议，配置有刀具的滑块和平衡体的质量重心就旋转轴线而言基本上布置在相同的轴向高度上。

按本发明的一项结构上有利的设计，对滑块固定的回转支承设计为围绕刀具安装座的环形槽，平衡体分别将至少两个设计为销子或滚柱的支承件***环形槽内。这种结构原则上也可以作下述修改：对滑块固定的强迫导引装置由一个围绕刀具安装座的椭圆槽构成，它椭圆的长轴恰当地平行于滑块的移动轴线定向。

此外，从结构的观点有利的是，平衡体带有一个从中央支承部分扇形伸出的受质量作用的盘，在这种情况下，平衡体的对滑块固定的回转轴线恰当地平行于旋转轴线定向。

按本发明的一项优选的设计，基体和平衡体有直接或间接地互相啮合的作为强迫导引装置的制齿部分。因此达到，平衡体在调整过程中通过对平衡体固定的制齿部分间接地或经由中间齿轮直接地沿互补的对基体固定的制齿部分强迫导引。在这里有利地可将对平衡体固定的制齿部分设计为同心于平衡体的对滑块固定的回转轴线弯曲的齿列，而可将对基体固定的制齿部分设计为平行于滑块移动轴线定向的直线齿列。

在对平衡体固定的制齿部分中至少一个直接啮合在相邻的对基体固定的制齿部分内的情况下，对平衡体固定的制齿部分相对于回转轴线恰当地处在相应平衡体质量重心的那一侧。另一方面若对平衡体固定的制齿部分通过中间齿轮间接地与相邻的对基体固定的制齿部分啮合，则对平衡体固定的制齿部分相对于回转轴线处在与相应平衡体质量重心对置的那一侧。在后一种情况下，中间齿轮可以或支承在对基体固定的旋转支承内，或支承在对滑块固定的旋转支承内。尤其是在对滑块固定的旋转支承的情况下，中间齿轮以旋转支承的轴穿过另一个平衡体上优选细长弯曲的通孔***。

本发明另一项有利的设计规定，平衡体在调整过程中通过至少一个对平衡体固定的支承件沿至少一个对基体固定的导引曲线或导引滑槽强迫导引。一种与之运动学等效的构型是，平衡体在调整过程中通过至少一个对基体固定的支承件沿至少一个对平衡体固定的导引曲线或导引滑槽强迫导引。

有利地，支承件设计为在平衡体上伸出的滑靴或滚柱，它们滑动或滚动地支靠在或流体动力学地支靠到设在基体内的导引曲线或导引滑槽上。导引曲线或导引滑槽有利地按长孔或槽形式成形在基体壁内。

为了避免在支承件与导引曲线或导引滑槽之间会导致不希望地卡死的几何上过定位，按本发明的一项有利的设计，建议：为每个支承件配设一个自己的导引曲线或导引滑槽。对于每个平衡体有两个支承件的情况，则意味着也必须为每个平衡体配设两个导引曲线或导引滑槽。

在对称的情况下宜将不同平衡体的导引曲线或导引滑槽布置为彼此镜面对映。

原则上，按本发明也可以将导引曲线或导引滑槽在平衡体内设计为基本上径向定向的长孔或槽，设在基体上与轴线平行定向的导销、槽键、滑块或相应的导轮***其中。

在特殊情况下，例如为了在干扰轮廓上经过，可以设想在调整时还进行沿轴向的重心转移。在这种情况下，按本发明建议：平衡体可在摇摆导引装置内相对于滑块和/或相对于基体以与旋转轴线平行的运动分量强迫导引和/或回转(摆动)。

在要使用的刀具质量不同的平衡***中的一种特别简单的匹配可采取下列措施实现，即，平衡体配置有彼此可按模件替换的质量元件它们优选地可以在保持平衡体方面的质量重心的情况下彼此替换。

与之不同，也可选择用一些在组合式刀盘内可按模件彼此替换的平衡体得到相同的结果。按本发明另一种可以选择的设计，设置一个由基体部分和平衡体组成的可替换的平衡模件，它原则上还可以包括刀具滑块。

附图说明

下面借助附图中示意表示的实施例详细说明本发明。其中：

图1以透视图表示按第一种实施形式的消除不平衡的组合式刀盘；

图2a和b按图1的组合式刀盘透视和俯视图，一个平衡体已取走；

图3按图1和2的组合式刀盘的坐标系；

图4在基体坐标系内其中一个平衡体的导销以及此平衡体质量重心取决于滑块行程的几何位置；

图5a和b带有平衡体的组合式刀盘的相对于图1和2经修改的实施例透视和俯视图；

图6a和b带有平衡体的组合式刀盘的另一种实施例局部透视和俯视图；

图7a、b和c带有平衡体的组合式刀盘的另一种经修改的实施例局部透视和俯视图以及一个局部放大图；

图8a和b组合式刀盘的另一种经修改的实施例局部透视和俯视图；

图9a至d带有平衡体的组合式刀盘的另一种实施例局部透视和俯视图，包含表示不同调整状态的两个透视图；

图10a至c带有滑块和可回转的平衡体以及一个直接啮合的齿导引装置的组合式刀盘侧视图和两个俯视图；

图11a至c带有间接啮合的齿导引装置和支承在滑块上的中间齿轮的实施例的与图10对应的视图；

图12a至c带有支承在基体上的中间齿轮的实施例的与图11对应的视图。

具体实施方式

附图中表示的组合式刀盘规定在机床中使用。它们有一个基体10，在图1所示的实施例中，基体可通过法兰12与图中没有表示的机床主轴的端侧刚性连接，并可随机床主轴一起绕旋转轴线13旋转。刀具滑块14装在基体10上，它可沿一条相对于旋转轴线13在径向定向的移动轴线16相对于基体10调整，并带有一个用于图中未表示的切削刀具的安装座18。此外设置两个平衡体20，它们规定用于消除由滑块14和切削刀具引起的不平衡。这两个平衡体以其质量重心28′、28″侧向伸出于移动轴线16并可相对于滑块14和基体10回转和/或强迫导引。在图1，2a、b，5a、b和6a、b所示的实施例中，平衡体20可绕对滑块固定的与刀具安装座18的轴线对齐的回转轴线15回转地支承，以及离回转轴线15有一定距离地相对于基体强迫导引。

在图1、2a和b所示的实施例中，平衡体20各设有两个设计为滚销的支承件24，它们通过支承件分别沿一个对基体固定的设计为弯曲长孔的导引滑槽26、26′强迫导引。

为了在数学上确定最佳的导引滑槽26、26′，在图3所示的组合式刀盘的坐标系中可考虑：

x/y        基体坐标系

x_S/y_S      滑块坐标系

x_AS/y_AS    平衡体坐标系

在图3中用实线和虚线表示滑块14和相应平衡体20的运动过程。在移动过程中平衡体20的重心28′、28″在一条轨迹曲线上沿滑块14的反方向游移。若将滑块14的移动方向16置于基体的y轴内以及将两个平衡体20的旋转轴线15置于滑块14坐标系的原点，则为在基体x、y坐标系内计算平衡体任意点x_AS、y_AS的几何位置得到下列公式

$\left(\begin{array}{c}x\\ y\end{array}\right)=\left(\begin{array}{c}{x}_S\\ y_S\end{array}\right)+\left(\begin{array}{c}0\\ \mathrm{Hub}\end{array}\right)$

结合这两个公式导致下列轨迹曲线：

为了消除不平衡，在滑块行程(Hub)与平衡体转角之间得到下列公式

式中y_Ausgleich表示平衡体重心的位置。因此可通过选择y_Ausgleich影响转角。

图4作为范例表示两个支承件24、24′和平衡体20之一的重心28、28′的轨迹。在基体坐标系内的轨迹曲线同时构成两个支承件24、24′在所涉及平衡体20上的强迫导引。不平衡的消除通过使提供使用的自由参数与滑块-平衡体***的具体要求相匹配实现。为此提供下列变量：

a)支承件的x_AS/y_AS坐标

b)平衡体的质量重心的x_AS坐标

c)平衡体的质量

d)比例因子

在恰当选择所列举的参数时，在规定的行程范围内获得刀具滑块14与平衡体20之间离心力的平衡。

图5a和b中表示的实施例与按图1和2a及b的实施例的区别在于，取代导引滑槽26、26′，在基体10外壳壁附近设导引曲线36、36′，形式上为沿径向从平衡体20伸出的滚轮的支承件24、24′贴靠在导引曲线上。

在按图6a和b的实施例中，平衡体20通过形式上为滑销或滚柱的支承件40支承在围绕刀具安装座18的环形槽38中。此外，各一个沿径向向外指的导引滑槽44处于平衡体20内，其中***一个对基体固定的形式上为销子的支承件43。采取此措施同样可以得到一种规定的导致平衡的移动和回转运动。

相应地适用于图7a至c所示的实施例，其中，刀具安装座18被椭圆形槽42围绕，平衡体20仍通过销子状支承件40***槽内。在这里也在平衡体20中设有形式上为长孔44的导引曲线，其中***对基体固定的形式上为椭圆形销子的支承件43′。

按8a和b的实施例与按图7a至c所示的实施形式基本一致，与它有一个区别在于，在平衡体20上取代长孔而设一个导块46，它贴靠在对基体固定的导引曲线48上并在偏移运动时相对其滚动。

按图9a至d所示的实施形式原则上与按图6a和b的实施例一致，与它有一个区别在于，平衡体20除了绕对滑块固定的刀具安装座18回转运动外附加地轴向偏转。为了能实现这一点，平衡体20的旋转支承50、50′设计为球支承，而对平衡体固定的支承件54在其中导引的对基体固定的导引滑槽52引起沿轴向的摇摆运动。为了能实施所述的摇摆运动过程，平衡体20和滑块14有彼此贴靠的球状支承面56′、56″、56。采取此措施有可能在滑块14移动过程中通过平衡体20避开某些意外的干扰轮廓。

在按图10a至c、11a至c和12a至c所示的实施形式中，平衡体20与基体10之间的强迫导引装置设计为直接或间接地互相啮合的制齿部分60、62。在那里可绕对滑块固定的回转轴线15回转的平衡体20在调整过程中通过一个对平衡体固定的同轴于回转轴线15弯曲的齿列60直接地，或经由中间齿轮64间接地沿一个对基体固定的直线齿列62强迫导引。构成所述对基体固定的制齿部分的齿列62平行于移动轴线16定向。在图10a至c所示的实施例中，两个制齿部分的齿列60、62互相直接啮合。与此相应地，对平衡体固定的齿列在这种情况下相对于回转轴线15布置在与相应平衡体的质量重心28′、28″的同一侧。与之不同，在图11a至c和12a至c所示的具有附加的中间齿轮64的实施例中，对平衡体固定的制齿部分60相对于回转轴线15分别布置在与质量重心28′、28″对置的那一侧。这两种实施形式的区别主要在于，中间齿轮64在图11a至c的情况下支承在滑块14内，而在图12a至c的情况下支承在基体10内。尤其当支承装置对滑块固定时，应有必要令中间齿轮64之一以其旋转轴66穿过另一个平衡体20上优选细长弯曲的通孔68***。必要时具有中间齿轮64的制齿部分60、62彼此协调为，在规定的行程范围内获得刀具滑块14与平衡体20之间的离心力平衡。

概括地确定如下：本发明涉及一种在机床中使用的组合式刀盘。此组合式刀盘包括一个可绕旋转轴线13旋转的基体10、一个带有切削刀具的可借助驱动机构沿一条相对旋转轴线13在径向定向的移动轴线16相对于基体10调整的滑块14、以及至少一个用于消除由滑块14引起的不平衡的平衡体20。为了除消除不平衡之外还能减小操纵力，按本发明建议设置至少两个平衡体20，它们以其质量重心28′、28″侧向伸出于移动轴线16，以及它们可在彼此隔开距离布置的位置相对于滑块和相对于基体被强迫导引和/或回转。

Claims (35)

1.一种在机床中使用的组合式刀盘，包括一个可绕旋转轴线(13)旋转的基体(10)、一个带有切削刀具的可借助驱动机构沿一条相对旋转轴线在径向定向的移动轴线(16)相对于基体(10)调整的滑块(14)、以及至少一个用于消除由滑块(14)和切削刀具引起的不平衡的平衡体(20)，其特征为：设置至少两个平衡体(20)，它们以其质量重心(28′、28″)侧向伸出于移动轴线(16)，并可相对于滑块(14)和相对于基体(10)被强迫导引和/或回转。

2.按照权利要求1所述的组合式刀盘，其特征为，平衡体(20)可绕对滑块固定的回转轴线回转地支承并在离回转轴线一定距离处相对于基体强迫导引。

3.按照权利要求1或2所述的组合式刀盘，其特征为，设置两个平衡体(20)，它们可绕同一条与滑块移动轴线(16)垂直相交的回转轴线(15)向反方向回转地支承。

4.按照权利要求1至3之一所述的组合式刀盘，其特征为，平衡体(20)设计和配置为相对于移动轴线(16)基本上镜面对映。

5.按照权利要求1至4之一所述的组合式刀盘，其特征为，滑块(14)有一个用于切削刀具的安装座(18)，它的安装轴线平行于平衡体(20)的对滑块固定的回转轴线(15)布置。

6.按照权利要求1至4之一所述的组合式刀盘，其特征为，滑块(14)有一个用于切削刀具的安装座(18)，它的安装轴线倾斜于平衡体(20)的对滑块固定的回转轴线(15)布置。

7.按照权利要求5或6所述的组合式刀盘，其特征为，所述安装轴线与平衡体的对滑块固定的回转轴线重合。

8.按照权利要求1至7之一所述的组合式刀盘，其特征为，配置有刀具的滑块(14)和平衡体(20)的质量重心(28′、28″)就旋转轴线(13)而言基本上布置在相同的轴向高度上。

9.按照权利要求1至8之一所述的组合式刀盘，其特征为，对滑块固定的回转支承设计为围绕刀具安装座(18)的环形槽(38)，平衡体(20)分别通过至少一个设计为销子或滚柱的支承件(40)***环形槽内。

10.按照权利要求1至9之一所述的组合式刀盘，其特征为，平衡体(20)带有一个从中央支承部分扇形伸出的受质量作用的盘。

11.按照权利要求2至10之一所述的组合式刀盘，其特征为，平衡体(20)的对滑块固定的回转轴线平行于旋转轴线(13)定向。

12.按照权利要求1至11之一所述的组合式刀盘，其特征为，基体(10)和平衡体(20)有直接或间接地互相啮合的作为强迫导引装置的制齿部分(60、62)。

13.按照权利要求1至12之一所述的组合式刀盘，其特征为，平衡体(20)在调整过程中通过对平衡体固定的制齿部分(60)直接地或经由中间齿轮(64)间接地沿互补的对基体固定的制齿部分(62)强迫导引。

14.按照权利要求12或13所述的组合式刀盘，其特征为，对平衡体固定的制齿部分(60)设计为同心于平衡体(20)的对滑块固定的回转轴线(15)弯曲的齿列，以及，对基体固定的制齿部分(62)设计为平行于滑块(14)移动轴线(16)定向的直线齿列。

15.按照权利要求12至14之一所述的组合式刀盘，其特征为，对平衡体固定的制齿部分(60)直接啮合在相邻的对基体固定的制齿部分(62)内，并相对于回转轴线(15)设置在相应平衡体(20)质量重心(28′、28″)的那一侧。

16.按照权利要求12至15之一所述的组合式刀盘，其特征为，对平衡体固定的制齿部分(60)通过中间齿轮(64)间接地与相邻的对基体固定的制齿部分(62)啮合，并相对于回转轴线(15)设置在与相应平衡体(20)质量重心(28′、28″)对置的那一侧。

17.按照权利要求12至14或16之一所述的组合式刀盘，其特征为，中间齿轮(64)中至少一个支承在对基体固定的旋转支承内。

18.按照权利要求12至14或16之一所述的组合式刀盘，其特征为，中间齿轮(64)中至少一个支承在对滑块固定的旋转支承内。

19.按照权利要求17或18所述的组合式刀盘，其特征为，中间齿轮(64)中至少一个以旋转支承的轴(66)穿过另一个平衡体(20)上优选细长弯曲的通孔(68)***。

20.按照权利要求1至11之一所述的组合式刀盘，其特征为，平衡体(20)在调整过程中通过至少一个对平衡体固定的支承件(24、24′)沿至少一个对基体固定的导引曲线(26、26′)或导引滑槽强迫导引。

21.按照权利要求1至11之一所述的组合式刀盘，其特征为，平衡体(20)在调整过程中通过至少一个对基体固定的支承件(40)沿至少一个对平衡体固定的导引曲线或导引滑槽强迫导引。

22.按照权利要求20或21之一所述的组合式刀盘，其特征为，支承件(24、24′)设计为在平衡体(20)上伸出的滑靴或滚柱，它们滑动或滚动地支靠在或流体动力学地支靠到设在基体(10)内的导引曲线(26、26′)或导引滑槽上。

23.按照权利要求20至22之一所述的组合式刀盘，其特征为，导引曲线(26、26′)或导引滑槽按长孔或槽的形式成形在基体壁内。

24.按照权利要求20至23之一所述的组合式刀盘，其特征为，为每个支承件(24、24′)配设一个自己的导引曲线(26、26′)或导引滑槽。

25.按照权利要求24所述的组合式刀盘，其特征为，为每个平衡体(20)配设两个导引曲线(26、26′)或导引滑槽，用于不同的支承件(24、24′)。

26.按照权利要求20至25之一所述的组合式刀盘，其特征为，不同平衡体(20)的导引曲线(26、26′)或导引滑槽布置为彼此镜面对映。

27.按照权利要求20至26之一所述的组合式刀盘，其特征为，导引曲线或导引滑槽在平衡体(20)内设计为基本上径向定向的长孔(44)或槽，设在基体(10)上的支承件(43)***其中。

28.按照权利要求27所述的组合式刀盘，其特征为，对滑块固定的强迫导引装置由一个围绕刀具安装座(18)的椭圆槽(42)构成。

29.按照权利要求28所述的组合式刀盘，其特征为，椭圆的长轴平行于滑块(10)的移动轴线(16)定向。

30.按照权利要求1至29之一所述的组合式刀盘，其特征为，平衡体(20)可在摇摆导引装置(52)内相对于滑块和/或相对于基体以与旋转轴线平行的运动分量强迫导引和/或回转。

31.按照权利要求1至30之一所述的组合式刀盘，其特征为，平衡体(20)配置有彼此可按模件替换的质量元件。

32.按照权利要求31所述的组合式刀盘，其特征为，质量元件可以在保持平衡体方面的质量重心(28′、28″)的情况下替换。

33.按照权利要求1至32之一所述的组合式刀盘，其特征为，平衡体(20)可按模件替换。

34.按照权利要求1至33之一所述的组合式刀盘，其特征为，设置一个由基体部分和平衡体(20)组成的可替换的平衡模件。

35.按照权利要求34所述的组合式刀盘，其特征为，平衡模件附加地包括刀具滑块。

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