CN103692287A - 实现焊床及数控机床刀具中心点控制功能的机械装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机械领域，尤其涉及实现焊床及数控机床刀具中心点控制功能的机械装置。该机械装置包括平行四连杆机构、动力装置、传动装置和焊枪；平行四连杆机构包括曲柄、曲柄、连杆和连杆；连杆位于连杆的延伸方向并与连杆的一端固定连接；动力装置用于为平行四连杆机构提供动力；传动装置用于将曲柄或曲柄的转动同步传递给位于连杆上的焊枪且焊枪的焊尖的转动半径与曲柄或曲柄的转动半径相同。该机械装置用在数控机床上时，可以以机械方式实现数控机床刀具中心点RTCP功能，使数控机床编程简单、方便。该机械装置用在焊床上时，可以使焊枪调节焊接角度而且焊接轨迹方便，使焊接更可靠、更美观。

Description

实现焊床及数控机床刀具中心点控制功能的机械装置

技术领域

本发明涉及机械领域，尤其涉及一种实现焊床及数控机床刀具中心点控制功能的机械装置。 

背景技术

如图5所示，刀具中心点控制在数控机床领域又称为RTCP。即数控机床加工工件过程中，刀具501的刀尖沿着编程轨迹502运行。当需要从不同角度对工件加工时，与刀具501连接的摆臂转动一定的角度，使刀具501按照预定的角度切削工件。然而摆臂转动时，会带动刀尖位置的移动，即刀具的位置会移动到图5中虚线所示的偏移刀具503的位置，使刀尖的位置偏离编程轨迹502，从而影响工件的加工精度。为了避免摆臂在转动时刀尖位置偏离编程轨迹502，目前数控机床上普遍使用软件对刀尖位置进行补偿，实现刀具中心点控制RTCP的功能，以使刀尖位置在摆臂转动时始终沿着编程轨迹运行。 

在焊接领域，目前工业上通常采用焊床对工件的焊缝进行焊接。在焊接时，工件卡在焊床上，焊枪在X轴、Y轴及Z轴方向直线联动，使焊枪沿着焊缝的轨迹运行，以达到焊接焊缝的目的。 

而对于焊接形状为平面凸轮廓的焊缝时，现有技术的焊床的焊枪随着焊缝的轨迹以固定不动的姿态角运行，不能随着焊缝的曲率变化而调整焊枪的姿态角。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种实现焊床及数控机床刀具中心点控制功能的机械装置，以解决上述问题。 

一种实现焊床刀具中心点控制功能的机械装置，包括平行四连杆机构A、动力装置B、传动装置C和焊枪D；平行四连杆机构A包括曲柄A10、曲柄A20、连杆A30和连杆A40；连杆A40位于连杆A30的延伸方向并与连杆A30的一端固定连接；动力装置B用于为平行四连杆机构A提供动力；传动装置C用于将曲柄A10或曲柄A20的转动同步传递给位于连杆A40上的焊枪D且焊枪D的焊尖的转动半径与曲柄A10或曲柄A20的转动半径相同。 

一种实现数控机床刀具中心点控制功能的机械装置，包括上述动力装置B、平行四连杆机构A、传动装置C和刀具；平行四连杆机构A包括曲柄A10、曲柄A20、连杆A30和连杆A40；连杆A40位于连杆A30的延伸方向并与连杆A30的一端固定连接；动力装置B用于为平行四连杆机构A提供动力；传动装置C用于将曲柄A10或曲柄A20的转动同步传递给位于连杆A40上的刀具且刀具的转动半径与曲柄A10或曲柄A20的转动半径相同。 

与现有技术相比，本发明实施例的优点在于：该机械装置的动力装置B使平行四连杆机构A的曲柄A10和曲柄A20同步转动，由于连杆A40位于连杆A30的延伸方向并与连杆A30的一端固定连接，则连杆A30的摆动会带动连杆A40一起摆动，而焊枪D位于连杆A40上，则焊枪D也会一起摆动，与此同时，传动装置C 会将曲柄A10或曲柄A20的转动同步传递给位于连杆A40上的焊枪D，焊枪在摆动过程中调整焊枪的角度，而且焊枪D的焊尖的转动半径与曲柄A10或曲柄A20的转动半径相同，则焊枪的转动中心（即焊尖）与曲柄A10或曲柄A20的转动中心均固定不动，使焊枪的焊尖的焊接轨迹不变，即可以实现焊枪角度的调节，使焊枪的姿态角随着焊缝的曲率变化而变化。 

附图说明

图1为本发明实施例的实现焊床焊枪中心点控制功能的机械装置的轴测图； 

图2为本发明实施例的实现焊床焊枪中心点控制功能的机械装置的前视图； 

图3为本发明实施例的实现焊床焊枪中心点控制功能的机械装置的后视图； 

图4为本发明实施例的焊***构图； 

图5为本发明背景技术的数控机床刀具中心点控制示意图； 

图6为本发明实施例的滑块的结构图。 

具体实施方式

下面通过具体的实施例子并结合附图对本发明做进一步的详细描述。 

如图1、图2、图3所示，本发明实施例提供一种实现焊床刀具中心点控制功能的机械装置，包括平行四连杆机构A、动力装置B、传动装置C和焊枪D；平行四连杆机构A包括曲柄A10、曲柄A20、 连杆A30和连杆A40；连杆A40位于连杆A30的延伸方向并与连杆A30的一端固定连接；动力装置B用于为平行四连杆机构A提供动力；传动装置C用于将曲柄A10或曲柄A20的转动同步传递给位于连杆A40上的焊枪D且焊枪D的焊尖的转动半径与曲柄A10或曲柄A20的转动半径相同。 

该机械装置的动力装置B使平行四连杆机构A的曲柄A10和曲柄A20同步转动，由于连杆A40位于连杆A30的延伸方向并与连杆A30的一端固定连接，则连杆A30的摆动会带动连杆A40一起摆动，而焊枪D位于连杆A40上，则焊枪D也会一起摆动，与此同时，传动装置C会将曲柄A10或曲柄A20的转动同步传递给位于连杆A40上的焊枪D，焊枪在摆动过程中调整焊枪的角度，而且焊枪D的焊尖的转动半径与曲柄A10或曲柄A20的转动半径相同，则焊枪的转动中心即焊尖与曲柄A10或曲柄A20的转动中心均固定不动，使焊枪的焊尖的焊接轨迹不变，即可以实现焊枪角度的调节，使焊枪的姿态角随着焊缝的曲率变化而变化。 

需要说明的是，目前数控机床上实现RTCP功能主要依靠软件实现，即刀具在调整姿态角时刀尖位置偏离编程轨迹，与此同时，软件会对刀尖位置进行补偿，从而使刀具在调整姿态角时刀尖位置不变，在此过程中，数控机床***会进行复杂的运算。而本发明实施例的机械装置在调整姿态角时无需软件进行补偿，直接通过该机械装置实现RTCP功能，大大简化了软件算法，使***运算更简单。另外，该机械装置还可以简化焊床及数控机床的结构。 

具体地，为了实现将曲柄A10或曲柄A20的转动同步传递给焊枪D，传动装置C包括同步轮C10、同步轮C20和同步带C12；同步轮C10与曲柄A10通过转轴键连接；同步轮C10和同步轮C20通过同步带C12配合；同步轮C20设置在连杆A40上；焊枪D设置在同步轮C20上且与同步轮C20同步转动。其中，同步轮C10 与曲柄A10可以通过键连接实现转动连接，使曲柄A10在转动时带动同步轮C10以相同的角速度同时转动。 

具体地，为了使曲柄A10和曲柄A20同步转动，动力装置B包括伺服电机B10、同步轮B20、同步轮B30和同步带B23；同步轮B20与曲柄A10通过转轴键连接；同步轮B30与曲柄A20通过转轴键连接；同步轮B20和同步轮B30通过同步带B23配合；伺服电机B10为同步轮B20及同步轮B30提供转动动力。其中同步轮B20与曲柄A10之间可以采用键连接或者夹具固定，使同步轮B20转动时带动曲柄A10以相同的角速度同时转动。而同步轮B30与曲柄A20之间也可以采用键连接或者夹具固定，使同步轮B30转动时带动曲柄A20以相同的角速度同时转动。另外，同步轮B20和同步轮B30通过同步带B23配合，使同步轮B20和同步轮B30同步转动。 

伺服电机B10转动时会带动同步轮B20及同步轮B30以相同的角速度转动，而同步轮B20和同步轮B30的转动会带动平行四连杆机构A的曲柄A10及曲柄A20转动。曲柄A20的转动会通过传动装置将曲柄A10及曲柄A20的转动传递给焊枪D，实现焊枪D角度的调节。 

进一步，动力装置B还包括同步轮B40、同步轮B50、同步带B45、滚珠丝杠B60和滑块B70；同步轮B40与伺服电机B10的输出轴键连接；同步轮B50与滚珠丝杠B60键连接；同步轮B40和同步轮B50通过同步带B45配合；滑块B70设置的内螺纹孔与滚珠丝杠B60配合；滑块B70与同步带B23固定连接。 

为了使伺服电机B10的转动传递给同步轮B20及同步轮B30，伺服电机B10的输出轴与同步轮B40键连接，使伺服电机B10驱动同步轮B40转动，由于同步轮B40与同步轮B50通过同步带B45 配合，则同步轮B40与同步轮B50同步转动。另外，同步轮B50与滚珠丝杠B60转动连接，而且滑块B70设置的内螺纹孔与滚珠丝杠B60配合，则同步轮B50的转动带动滚珠丝杠B60的转动，进而使滑块B70作直线移动。而滑块B70与同步带B23固定配合，则滑块B70的直线带动同步带B23移动，使得同步轮B20和同步轮B30转动，从而实现将伺服电机B10的转动传递给同步轮B20和同步轮B30。其中滑块B70与同步带B23的固定配合，具体为，将环形的同步带B23截断，一端与滑块B70固定，另一端与滑块B70上设置的夹具配合，其中滑块B70上的夹具可以在滑块B70上直线移动，一方面实现滑块B70与同步带B23的固定，另一方面可以使同步带B23张紧。 

其中，如图6所示，滑块B70包括与滚珠丝杠B60配合的滑动部601，该滑动部601设置有内螺纹孔，该内螺纹孔与滚珠丝杠B60配合，从而使得该滑块B70在滚珠丝杠B60上滑动。另外，该滑块B70还包括连接部605和第一上盖604，第一上盖604的下部设置有与同步带B23的齿配合的直齿，即同步带B23被截断后的一端置于该连接部605上，将第一上盖604的直齿与同步带B23的齿配合后，通过螺钉将第一上盖604、同步带B23和连接部605固定。该滑块B70还包括夹具602和第二上盖603，第二上盖603的下部设置有与同步带B23的齿配合的直齿，即同步带B23被截断后的另一端置于该夹具602上，将第二上盖603的直齿与同步带B23的齿配合后，通过螺钉将第二上盖603、同步带B23和夹具602固定。同时夹具602与连接部605通过螺钉连接，旋转螺钉即可调节夹具602与连接部605之间的距离，从而调节同步带B23的松紧程度。 

在滑块B70作直线移动过程中，为了避免滑块B70与同步轮B20及同步轮B30发生碰撞，动力装置B还包括限位传感器B80和限位传感器B90；限位传感器B80和限位传感器B90分别位于滑块B70沿移动方向上的两侧。即在滑块B70移动方向上设置有限位 传感器B80和限位传感器B90，滑块B70位于限位传感器B80和限位传感器B90之间。当滑块B70使限位传感器B80或限位传感器B90产生限位信号时，限位传感器B80或限位传感器B90将该限位信号发送给伺服电机B10，伺服电机B10接收该限位信号后停止转动。其中限位传感器B80和限位传感器B90可以为接近传感器，也可以为接触传感器。 

另外，同步带B23除了可以通过滑块B70调节张紧外，动力装置B还包括张紧轮B100；张紧轮B100与同步带B23配合。通过滑块B70调节同步带B23的张紧后，同步带B23在运行过程中会不断地松弛，而滑块B70无法在同步带B23运行时对张紧进行调节，因此，采用张紧轮B100后，张紧轮B100与同步带B23配合，使得同步带B23在运行过程中，不断受到张紧轮B100的紧压力，使同步带B23在运行时始终保持张紧状态，以提高同步轮B20和同步轮B30同步转动的精度。 

另外，平行四连杆机构A在运行过程中，当曲柄A10、曲柄A20及连杆A30处于一条直线时，平行四连杆机构A处于死点位置，可能会导致平行四连杆机构A卡死，为了消除平行四连杆机构A的死点位置，该机械装置还包括用于消除平行四连杆机构A的死点位置的平行四连杆机构E；平行四连杆机构E包括曲柄E10、曲柄E20和连杆E12；曲柄E10与同步轮B20通过转轴键连接；曲柄E20与同步轮B30通过转轴键连接；连杆E12的两端分别与曲柄E10和曲柄E20铰接。即平行四连杆机构A在运行时，平行四连杆机构E与其一起运行，同时平行四连杆机构A在处于死点位置时，平行四连杆机构E不处于死点位置，而平行四连杆机构E在处于死点位置时，第一平行四连杆结构109不处于死点位置，消除了平行四连杆机构A的死点位置，从而保证了平行四连杆机构A运行的稳定性。 

进一步，该机械装置还包括支撑装置F；支撑装置F包括底板F10和与底板F10垂直连接的墙板F20；平行四连杆机构A、传动装置C及焊枪D位于墙板F20的一侧；动力装置B及平行四连杆机构E位于墙板F20的另一侧。其中，张紧轮可以设置在墙板F20的一侧。 

进一步，如图4所示，该机械装置还包括用于夹紧焊枪D的夹紧装置G；夹紧装置G与同步轮B20的一侧固定配合。即夹紧装置G与同步轮B20的一侧固定，焊枪D夹持在夹紧装置G内。其中夹紧装置G与同步轮B20之间还可以设置有转角盘402。转角盘402上设置有多个腰型孔401，转角盘402可以通过腰型孔401与同步轮B20的一侧固定连接。腰型孔401可以用于调节转角盘402在同步轮B20的角度，从而调节焊枪D的初始角度，使焊枪D的焊接角度更合适。 

另外，目前数控机床上普遍使用软件对刀尖位置进行补偿，实现刀具中心点控制RTCP的功能，以使刀尖位置在摆臂转动时始终沿着编程轨迹运行，而采用软件实现RTCP功能，编写刀具轨迹程序时，需要提前编写刀具中心点RTCP的程序，编程复杂、难度大，而本发明实施例提供一种实现数控机床刀具中心点控制功能的机械装置，包括如权利要求1-9中任一项的动力装置B、平行四连杆机构A、传动装置C和刀具；平行四连杆机构A包括曲柄A10、曲柄A20、连杆A30和连杆A40；连杆A40位于连杆A30的延伸方向并与连杆A30的一端固定连接；动力装置B用于为平行四连杆机构A提供动力；传动装置C用于将曲柄A10或曲柄A20的转动同步传递给位于连杆A40上的刀具且刀具的转动半径与曲柄A10或曲柄A20的转动半径相同。 

进一步地，该实现数控机床刀具中心点控制功能的机械装置还包括上述实现焊床刀具中心点控制功能的机械装置中的任意一个及多个零部件。 

采用该机械装置，编写刀具轨迹的程序时，不需要采用软件实现RTCP功能，不需要提前编写刀具中心点RTCP的程序，编程简单。该机械装置除了应用于数控焊床外，还可以应用在其它领域设备，如数控铣床、喷漆、涂胶等等设备的结构改造。 

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。 

Claims (10)

1.一种实现焊床刀具中心点控制功能的机械装置，其特征在于，包括平行四连杆机构（A）、动力装置（B）、传动装置（C）和焊枪（D）；

所述平行四连杆机构（A）包括曲柄（A10）、曲柄（A20）、连杆（A30）和连杆（A40）；所述连杆（A40）位于所述连杆（A30）的延伸方向并与所述连杆（A30）的一端固定连接；

所述动力装置（B）用于为所述平行四连杆机构（A）提供动力；

所述传动装置（C）用于将所述曲柄（A10）或所述曲柄（A20）的转动同步传递给位于所述连杆（A40）上的焊枪（D）且所述焊枪（D）的焊尖的转动半径与所述曲柄（A10）或所述曲柄（A20）的转动半径相同。

2.如权利要求1的实现焊床刀具中心点控制功能的机械装置，其特征在于，所述传动装置（C）包括同步轮（C10）、同步轮（C20）和同步带（C12）；

所述同步轮（C10）与所述曲柄（A10）通过转轴键连接；所述同步轮（C10）和所述同步轮（C20）通过所述同步带（C12）配合；

所述同步轮（C20）设置在所述连杆（A40）上；所述焊枪（D）设置在所述同步轮（C20）上且与所述同步轮（C20）同步转动。

3.如权利要求2的实现焊床刀具中心点控制功能的机械装置，其特征在于，所述动力装置（B）包括伺服电机（B10）、同步轮（B20）、同步轮（B30）和同步带（B23）；

所述同步轮（B20）与所述曲柄（A10）通过转轴键连接；所述同步轮（B30）与所述曲柄（A20）通过转轴键连接；所述同步轮（B20）和所述同步轮（B30）通过所述同步带（B23）配合；

所述伺服电机（B10）为所述同步轮（B20）及所述同步轮（B30）提供转动动力。

4.如权利要求3的实现焊床刀具中心点控制功能的机械装置，其特征在于，所述动力装置（B）还包括同步轮（B40）、同步轮（B50）、同步带（B45）、滚珠丝杠（B60）和滑块（B70）；

所述同步轮（B40）与所述伺服电机（B10）的输出轴键连接；所述同步轮（B50）与所述滚珠丝杠（B60）键连接；所述同步轮（B40）和所述同步轮（B50）通过所述同步带（B45）配合；

所述滑块（B70）设置的内螺纹孔与所述滚珠丝杠（B60）配合；所述滑块（B70）与所述同步带（B23）固定连接。

5.如权利要求4的实现焊床刀具中心点控制功能的机械装置，其特征在于，所述动力装置（B）还包括限位传感器（B80）和限位传感器（B90）；

所述限位传感器（B80）和所述限位传感器（B90）分别位于所述滑块（B70）沿移动方向上的两侧。

6.如权利要求5的实现焊床刀具中心点控制功能的机械装置，其特征在于，所述动力装置（B）还包括张紧轮（B100）；

所述张紧轮（B100）与所述同步带（B23）配合。

7.如权利要求6的实现焊床刀具中心点控制功能的机械装置，其特征在于，还包括用于消除所述平行四连杆机构（A）的死点位置的平行四连杆机构（E）；

所述平行四连杆机构（E）包括曲柄（E10）、曲柄（E20）和连杆（E12）；所述曲柄（E10）与所述同步轮（B20）通过转轴键连接；所述曲柄（E20）与所述同步轮（B30）通过转轴键连接；所述连杆（E12）的两端分别与所述曲柄（E10）和所述曲柄（E20）铰接。

8.如权利要求7的实现焊床刀具中心点控制功能的机械装置，其特征在于，还包括支撑装置（F）；

所述支撑装置（F）包括底板（F10）和与所述底板（F10）垂直连接的墙板（F20）；

所述平行四连杆机构（A）、传动装置（C）及焊枪（D）位于所述墙板（F20）的一侧；所述动力装置（B）及所述平行四连杆机构（E）位于所述墙板（F20）的另一侧。

9.如权利要求8的实现焊床刀具中心点控制功能的机械装置，其特征在于，还包括用于夹紧所述焊枪（D）的夹紧装置（G）；

所述夹紧装置（G）与所述同步轮（B20）的一侧固定配合。

10.一种实现数控机床刀具中心点控制功能的机械装置，其特征在于，包括如权利要求1-9中任一项的动力装置（B）、平行四连杆机构（A）、传动装置（C）和刀具；

所述平行四连杆机构（A）包括曲柄（A10）、曲柄（A20）、连杆（A30）和连杆（A40）；所述连杆（A40）位于所述连杆（A30）的延伸方向并与所述连杆（A30）的一端固定连接；

所述动力装置（B）用于为所述平行四连杆机构（A）提供动力；

所述传动装置（C）用于将所述曲柄（A10）或所述曲柄（A20）的转动同步传递给位于所述连杆（A40）上的刀具且刀具的转动半径与所述曲柄（A10）或所述曲柄（A20）的转动半径相同。

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