CN100444999C - 带压脚的主轴装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种带压脚的主轴装置，该装置在即使利用压缩空气作为压脚的加压手段时，也可以提高其机加工效率。带压脚的主轴装置包括在一基座内可旋转并可沿一轴线移动的转子轴；设在该转子轴一端的一筒夹；一线性马达，其用来移动与该转子轴可旋转地连接并可移动地设置在体部内的可移动部件，使其与转子轴一起沿轴线移动从而使一钻头靠近或远离工件；用于使该转子轴旋转的旋转马达；设置在筒夹端部前方并可下压工件的压脚；用于连接可移动部件与压脚以便能相对移动预定量，并在与筒夹分离的方向对压脚施加压力的空气气缸；以及设置在所述体部和所述可移动部件之间的用于在筒夹和压脚从工件分离的方向对可移动部件施加力的作用的弹性部件。

Description

带压脚的主轴装置
技术领域
本发明涉及一种带有压脚的主轴装置，其用于在该压脚把工件下压在工作台上时对工件进行机加工。
背景技术
迄今为止，已经有一种如日本专利特开No.62-107903中所公开的内置马达式主轴装置，其机加工效率通过增加钻头，即机加工工具/刀具的移动速度而得到提高。该主轴装置以能提高钻头移动速度，即机加工速度的方式布置，这种布置就是通过用一壳体，即该主轴装置的一体部部分可旋转且可移动地支承转子轴，即用来保持钻头的主轴而在机加工工件的过程中通过仅上下移动转子轴来提高钻头移动速度。这种布置不仅能提高移动速度，而且减少了机加工过程中的振动。
此外，当用将工件压到工作台上的一压脚，即压脚装置下压待机加工的工件的外周边部分时，现有技术中的主轴装置可以在预定位置精确地钻孔。
然而，现有技术中的带压脚的主轴装置除了要有移动转子轴的驱动装置外，还需要其它驱动装置来移动压脚，以便能在机加工工件的过程中分别移动压脚和转子轴。在这种情况下，压脚的驱动装置还起着用于把压脚压到工件上的加压装置的作用，当加压装置采用压缩空气时由于其对施压方向的转换响应很慢因此很难提高机加工效率。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种带压脚的主轴装置，即使利用压缩空气作为加压装置/手段，其机加工效率也能提高。
一种有创造性的带压脚的主轴装置，包括：
一体部；
一可旋转地设置在该体部内并可沿一轴线移动的主轴；
设置在主轴一端的以可拆卸的方式保持用于机加工工件的机加工工具的保持装置(筒夹)；
可旋转地与主轴连接并沿轴线可移动地设置在体部内的支承装置(垂直连接轴和可移动部件)；
使支承装置和主轴一起沿轴线移动以便使机加工工具靠近或远离工件的线性驱动装置(线性马达)；
设置在体部内用于转动主轴的旋转驱动装置(旋转马达)；
设置在主轴端部前方的用于下压工件的压脚装置(压脚)；
用于连接支承装置和压脚装置以便可以相对移动预定量，并用于在与主轴端部分离的方向对压脚装置施加压力的加压装置(空气气缸)；以及
设置在体部和支承装置(连接板与可移动部件连接为一体)之间的弹性装置(弹簧)，该弹性装置在主轴端部和压脚装置(压脚)从工件分离的方向对该支承装置施加力的作用。
即使在线性驱动装置(线性马达)不工作时，这种布置弹性装置的方式也可防止主轴和压脚装置因自重而下落并损坏工件或机加工工具。
由于带压脚的主轴装置以这样的方式布置，即共用线性驱动装置(线性马达)通过加压装置(空气气缸)移动主轴和与支承装置连接在一起的压脚装置，所以压脚装置可以与主轴同步快速移动，从而提高了其可操作性。而且，由于加压装置在运行过程中总是以预定的压力对工件加压，因此能够防止机加工工具如钻头损坏。这种布置还使得该主轴装置的结构能够简化，其尺寸能够缩小。
优选地，带压脚的主轴装置可被构造成这样，即支承该主轴的体部的一部分可沿与轴线方向交叉的方向(从体部)分离。
这种布置方式可以容易地和快速地更换磨损的主轴。
附图说明
通过下面的描述以及附图，可以清楚看到本发明的特性、以及其它目的、用途和优点。
图1是根据本发明一个实施例的带压脚的主轴装置的部分剖开的正视图；
图2是本实施例的带压脚的主轴装置的正视图；
图3A和图3B是沿图2中A-A的剖视图，其中图3A所示为把主轴装置放入基座的状态，图3B为把主轴装置从基座取出的状态。
具体实施方式
下面参考附图对本发明一优选实施例的带压脚的主轴装置进行说明，其中相同的参考标号代表贯穿若干视图的相同或相应的部件。
图1是本实施例带压脚的主轴装置100的部分剖开的正视图。
主轴装置100的主轴1(下面称为转子轴)的端部1b设置有一筒夹2和一向该筒夹2施加在图中向上的力的弹簧3。筒夹2在钻头40一侧上有多个未在图中示出的沿轴线O-即转子轴1的旋转中心轴线-的狭缝，从而该筒夹2的直径可以径向缩小。
钻头40由筒夹2即保持装置用径向力保持，该径向力是在弹簧3把筒夹2向上拉、并且形成于转子轴1内表面的锥形面1a挤压环绕筒夹2外周面形成的锥形面2a时产生的。
转子轴1在径向上由设置在壳体4内的多个径向空气轴承5支承，并且在其端部处形成的一法兰1f在轴线O方向上由形成于一垂直连接轴6上的推力空气轴承7支承和定位。
一由铜制端环状构件形成的转子8环绕转子轴1设置。在壳体4内一面对线圈/转子8的表面上设有一线圈(定子)9。当线圈9通电时，转子8即转子轴1旋转。这样，线圈9和转子8就组成了一个旋转马达17，即旋转驱动装置。
在筒夹2的上方设置有一压杆10。该压杆10可在转子轴1内沿轴线O移动。壳体4固定在一基座16上。壳体4和基座16构成本(主轴)装置的体部。
垂直连接轴6通过螺栓11与一可移动部件12相连接。该垂直连接轴6和可移动部件12构成支承装置。在可移动部件12的侧面设置有一磁体14，该磁体14和一线圈13共同构成一线性马达18。线圈13设置在基座16内并正对磁体14。当线圈13通电时，可移动部件12沿轴线O移动。应该指出，虽然线性马达18构成了线性驱动装置，但不仅线性马达18，其他线性驱动装置如液压缸也都可以被采用。
轴承15支承可移动部件12以便能在基座16内沿轴线O移动。可移动部件12与一连接板20连接为一体，即将设置在该可移动部件12上端的法兰12f用螺栓21固定在连接板20上。在连接板20和基座16之间插置一弹簧22，亦即弹性装置，用于向连接板20施加在图中向上的力。
在基座16的上方设有一缸体30。缸体30的杆31由导向器32支承，从而杆31沿轴线O移动。导向器32位于可移动部件12内。当杆31位于上端时，该杆31的端部(下端)与压杆10的上端分离。
一对空气气缸50通过螺栓51固定在连接板20上。压脚53通过螺栓54固定在空气气缸50的活塞杆52上。活塞杆52以能进入和伸出空气气缸50的方式布置。空气气缸50则以两侧都能充/放气的方式布置。当可移动部件12移动时，连接板20、空气气缸50以及压脚53整体移动。然而，当充入空气气缸50的空气的方向改变时，压脚53就独立于连接板20上下移动。保持在基座16内的导向器55支承活塞杆52，使其能沿轴线O移动。将空气供应给空气气缸50，以便在机加工过程中总在活塞杆52上作用有向下的压力。空气气缸50构成加压装置。
接下来，将对本实施例带压脚的主轴装置100的工作过程进行说明。
首先，说明钻头40的安装/拆卸步骤。
在更换钻头40时对缸体30进行操作。当降低杆31时，压杆10使筒夹2克服弹簧3的力在图中向下移动。当筒夹2的锥形面2a与转子轴1的锥形面1a分离时，筒夹2保持钻头40的力消失，这样就可把钻头40从筒夹2上拆卸下来。然后，在这种状态下把一个新的钻头40插入筒夹2内，并把杆31向上移动以使筒夹2保持住新钻头40。
接着，对本实施例带有工件压脚的主轴装置100的机加工操作进行说明。
在开始机加工工件时，空气气缸50通过气缸57内空气的作用把压脚53即压脚装置在图中向下压。然后，在把轴线O定位到机加工点后，向线圈13通电以使连接板20克服弹簧22的力下降，直到钻头40的端部(钻进端)到达预定位置。在连接板20下降时，压脚53和转子轴1也一起开始向下移动。然后，当压脚53的下端接触到工件41时，它停止下降，并把工件41向下压，并且由于转子轴1在继续下降，压脚53相对于转子轴1上升。在这期间，压脚53和连接板20压缩空气气缸50而吸收压脚53和转子轴1之间的相对运动。应该指出，甚至在对工件进行钻孔的走刀过程中以及在压脚53和转子轴1端部1b之间的距离变化时，气缸57总是被供给预定的空气压力，而压脚总是以相同的压力压在工件上。也可以在向气缸57中供给预定的空气压力后关闭阀门以保持气缸57具有预定压力。
当钻头40通过其刃部在工件41中开了一个预期深度的孔时，通入线圈13的电流方向反转以通过线性马达18，即线性驱动装置，升起连接板20。这里，压脚53被空气气缸50向下压。因此，钻头40首先从工件41内拔出，然后压脚53从工件41上分离。
因为在上述的操作中，可移动部件12、连接板20、空气气缸50、压脚53、转子轴1以及钻头40在上升/下降方向上连接在一起，所以当连接板20被线性马达18降低时，连接板20、空气气缸50、压脚53及其它部件一起下降，从而不用控制供给空气气缸50的空气就可使压脚53压在工件上。因此，压脚53可以随着可移动部件12以及连接板20被同时和快速地降低，而不必控制图中未示出的连接在空气气缸50上的电磁阀来控制空气流量。这就提高了钻孔工作的效率。
而且，在完成钻孔工作后用线性马达18升起连接板20的过程中，可以在向空气气缸50供给空气的状态下把连接板20、空气气缸50、压脚53及其它部件一起升起。在这种情况下，因为活塞杆52中的活塞紧靠在气缸57的底面上，所以压脚53会一起升起。然而，当开始上升时，压脚53的上升较晚。在这种情况下，也可以通过向空气气缸50的相对一侧充气以使压脚53向离开工件41的方向移动，从而使压脚53与工件41更快地分离并转换到下一钻孔工作。
根据本实施例，压脚53和转子轴1是由线性马达18，即共用驱动源，经由连接板20进行操纵的，从而不需提供任何专门的装置，就能使压脚53和转子轴1同步移动。
应该指出，虽然上面所述的实施例中在可移动部件12的侧面设置了磁体14，但当可移动部件12用磁性材料比如铁制成时就不需再使用该磁体14。
此外，由于主轴体部70是易耗件需要替换，本实施例的主轴装置100被设计成可快速更换该体部70的结构。主轴体部70包括转子轴1、壳体4和垂直连接轴6。该主轴体部70还包括设置于转子轴1内的筒夹2、弹簧3、转子8，设置于壳体4内的径向空气轴承5和线圈9，以及形成于垂直连接轴6内的推力空气轴承7。
图2为本实施例的主轴装置100的正视图，图3A和图3B是沿图2中A-A的剖视图，其中图3A所示为把主轴体部放入基座的状态，图3B为把主轴体部从基座取出的状态。
壳体4装配在形成于基座16内的一U形凹槽61中，并被一碗形盖62通过一压力橡胶件63固定在基座16上。有两个压力橡胶件63沿轴线O布置，当用螺栓64把盖62固定到基座16上时，这两个压力橡胶件63在盖62和壳体4之间被压缩，这样就通过其弹性把壳体4压在基座16上。
因为主轴装置100为上述结构，所以通过旋开螺栓11时旋开螺栓64，并从基座16上取下盖62，就能如图3B所示容易地把主轴体部70从基座16内取出。从而，就能够容易地更换主轴体部或对装置内部进行维护。
应该指出，在这种情况下，预先移走压脚53后，就能较容易地进行更换(主轴体部)。
虽然已就本发明的优选实施例进行了描述，但本领域技术人员能够想到在本发明的概念范围内的各种变型，这些变型都为下面的权利要求书所限定。

Claims (3)

1.一种带压脚的主轴装置，包括：
一体部；
一可旋转地安装于所述体部内并可沿一轴线移动的主轴；
安装在所述主轴一端的以可拆卸的方式保持用于机加工工件的一机加工工具的保持装置；
与所述主轴可旋转地连接并沿该轴线可移动地设置在所述体部内的支承装置；
使所述支承装置和所述主轴一起沿该轴线移动以使所述机加工工具靠近或远离工件的线性马达；
设置在所述体部内的用于使所述主轴转动的旋转驱动装置；
设置在所述主轴端部前方的用于下压工件的压脚装置；
用于连接所述支承装置和所述压脚装置以便能相对移动预定量，并用于在与所述主轴端部分离的方向对所述压脚装置施加压力的加压装置；以及
设置在所述体部和所述支承装置之间的用于在所述主轴端部和所述压脚装置从工件分离的方向对所述支承装置施加力的作用的弹性装置。
2.如权利要求1所述的带压脚的主轴装置，其特征在于：支承所述主轴的所述体部的一部分可沿与所述轴线方向交叉的方向分离。
3.如权利要求1所述的带压脚的主轴装置，其特征在于：所述保持装置是一筒夹；
所述支承装置是一在所述轴线方向与所述主轴可旋转地连接成一体的垂直连接轴和一与所述垂直连接轴连接成一体的可移动部件；
所述旋转驱动装置是一旋转马达；
所述压脚装置是一压脚；以及
所述加压装置是一插置在所述可移动部件和所述压脚之间的空气气缸。
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