CN102001008B - 可卸荷的直角头套缸打刀机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可卸荷的直角头套缸打刀机构，主轴12由前后轴承组合16、13支撑于主轴箱体25中；主轴12的中心孔中设置有拉杆22和连接杆11，拉杆22上装有碟型弹簧24，拉杆22前端设有可拉紧刀柄19的拉爪21；主轴12的后部设有由油缸后盖2、油缸筒5、活塞、后轴承套7构成的打刀油缸，所述的活塞由内活塞3和外活塞9套装而成。本发明的优点是，内活塞3通过碟型弹簧24作用在主轴12上向前的打刀力与外活塞9通过反拉板4作用在主轴12上向后的反拉力大小相等、方向相反，因而，主轴12的前轴承组合16不承受打刀力，保证了其精度和寿命；由设于气路中的压力继电器发出电信号，以控制主轴12的运行以及打刀、抓刀、吹气等各个动作，控制性能好、精度高。

Description

可卸荷的直角头套缸打刀机构

技术领域

本发明涉及一种数控机床龙门加工中心的附件头，特别是一种可卸荷直角头套缸打刀机构。

背景技术

龙门加工中心配上不同的附件头之后，只需一次装夹就可实现对工件的五面加工，可以进行铣、镗、钻、攻等各种工序，效率高，加工精度好。可以进行自动换刀的直角头是最常用的附件头，其精度特别是主轴的精度往往决定了工件的加工精度。直角头通常的打刀机构，见图3。

主要包括主轴12、前后轴承组合16、13、前后轴承套17、7、拉杆22、连接杆11、顶杆30、碟型弹簧24、拉爪21、拉钉20、刀柄19和打刀油缸等。打刀油缸由油缸后盖28、油缸筒27、活塞26构成，安装于直角头打刀机构的尾部。活塞26上通过螺栓固定有顶杆30。主轴12上设有前后轴承组合16、13并使用锁紧螺母14、10锁紧，前后轴承组合16、13经前后轴承套17、7安装在主轴箱体25中，主轴12可以在其中进行旋转运动。主轴12的尾部端面通过螺栓固定有挡盖6。主轴12的中心孔中设置有拉杆22和与其相固定的连接杆11，拉杆22上装有多个碟型弹簧24，主轴12尾部的挡盖6将其限制在主轴12内部。拉杆22前端设有拉爪21，碟型弹簧24经拉杆22、拉爪21将拉钉20及与其相联的刀柄19拉紧在主轴12锥孔中固定。

打刀时，见图3中右半部所示，主轴12停止运转，打刀油缸后部环形空腔中通入压力油，推动活塞26向前运动，带动顶杆30，推动连接杆11并压缩碟型弹簧24，带动拉杆22向前运动，使得拉杆22上的拉爪21松开，拉钉20及刀柄19即可从主轴12中拿出，完成打刀动作；同时，气路开通，来自气源的压缩空气经密封盖29和顶杆中的孔进入拉杆22孔中，再从主轴12锥孔中吹出，对锥面进行清洁。

抓刀时，见图3中左半部所示，油缸前部环形空腔中通压力油，活塞26向后退回，顶杆30脱离连接杆11，碟型弹簧24向后伸长，带动连接杆11及拉杆22向后退回，带动拉爪21收缩，抓紧拉钉20和刀柄19，完成抓刀运作，主轴12可以运转。

上述打刀机构存在如下不足：

1、打刀时，油缸的打刀力通过连接杆11、碟型弹簧24作用在主轴12上，再经过前轴承组合16和前端盖组合18向前传递到前轴承套17及主轴箱体25上，这样，轴承26在加工工件时受到主要是向后的切削力，而打刀时又受到向前的打刀力，轴承26不断地受到这样很大的交变力的作用，精度和寿命会受到很大的影响，严重时还会造成其损坏。

2、抓刀动作完成后，活塞26回到后端的原位，顶杆30应该离开连接杆11端面，保持一定的间隙，方可使主轴12正常运转。如果顶杆30没有离开连接杆11端面，主轴12就开始运转，就会造成油缸及拉杆22的损坏，严重的还会引起轴承损坏。而现在的打刀机构中，由于无法设置行程开关来控制活塞26的行程位置，特别是原位，只能靠油路中的压力继电器发信号或电控系统中的延时继电器发信号来间接代表活塞26已回到原位，实际上并不能确保活塞26的确已回到原位，可靠性差。

发明内容

本发明所要解决的技术难题是，克服上述现有技术的不足，提供一种可卸荷的直角头套缸打刀机构，打刀时主轴轴承不会直接受到打刀力的作用，并可以确保打刀结束活塞回到原位时发出信号后主轴才可运转。

本发明的技术解决方案是，主轴12上设有前后轴承组合16、13并使用锁紧螺母14、10锁紧，前后轴承组合16、13经前后轴承套17、7安装在主轴箱体25中；主轴12的中心孔中设置有拉杆22以及与其固定的连接杆11，拉杆22上装有碟型弹簧24，拉杆22前端设有可将刀柄19拉紧在主轴12锥孔中的拉爪21；主轴12的后部设有由油缸后盖2、油缸筒5、活塞、后轴承套7构成的打刀油缸，其特征在于：所述的活塞包括内活塞3和外活塞9，外活塞9套装在内活塞3的外侧。

内、外活塞3、9与油缸后盖2、油缸筒5、后轴承套7之间构成有E、F、G三个油腔的打刀油缸，内活塞3和外活塞9上的打刀油压作用面积A、B相等。

内活塞3上固定联接有顶杆8。

主轴12后端部固定有反拉板4，外活塞9可与反拉板4相触碰。

油缸筒5上设有油路a、油路b，打刀油腔E、F与油路a相通，抓刀油腔G与油路b相通；内活塞3和外活塞9上分别设有环槽H、K，油缸后盖2和后轴承套7上分别设有一对气路c、d，且相同气路c-c、d-d相通；油缸后盖2上的气路c、d与内活塞3上的环槽H相通，后轴承套7上的气路c、d与外活塞9上的环槽K相通；内活塞3、顶杆8中设有气路e，拉杆22中设有气路f，气路c、d、e、f可相通，构成气路一，气路一可外接压力继电器、电控系统。

油缸后盖2、内活塞3上设有气路g，构成气路二，气路二可外接压力继电器、电控系统。

内活塞3的内腔中设有可推动内外活塞3、9轴向反向运动的弹簧32。

油路b中也可通入压缩空气来代替压力油。

本发明与现有技术相比所具备的优点：

一是油缸为卸荷式油缸，使内活塞3通过连接杆11、碟型弹簧24作用在主轴12上向前的打刀力与外活塞9通过反拉板4作用在主轴12上向后的反拉力大小相等、方向相反，相互抵消，合力为零，因而，主轴12的前轴承组合16不承受打刀力，保证了其精度和寿命。

二是根据两活塞3、9的行程位置，由设于气路中的压力继电器发出电信号，通过电控系统来控制主轴12的运行，以及打刀、抓刀、吹气等各个动作，控制性能好、精度高。油缸无外露油管，外形规整，密闭性好，体积小。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1中局部结构放大示意图；

图3为现有技术的结构示意图。

图中标号：1-密封盖，2-油缸后盖，3-内活塞，4-反拉板，5-油缸筒，6-挡盖，7-后轴承套，8-顶杆，9-外活塞，10-锁紧螺母，11-连接杆，12-主轴，13-后轴承组合，14-锁紧螺母，15-螺伞齿轮，16-前轴承组合，17-前轴承套，18-端盖组合，19-刀柄，20拉钉，21-拉爪，22-拉杆，23-挡圈，24-碟型弹簧，25-主轴箱体，26-活塞，27-油箱筒，28-油缸后盖，29-密封盖，30-顶杆，31-后轴承套，32-弹簧，A-打刀油压作用面积，B-打刀油压作用面积，E-打刀油腔，F-打刀油腔，G-抓刀油腔，H-环槽，K-环槽，a-油路，b-油路，c-气路，d-气路，e-气路，f-气路，g-气路。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的详细描述：

本发明包括主轴12、前后轴承组合16、13、前后轴承套17、7、拉杆22、连接杆11、顶杆8、碟型弹簧24、拉爪21、拉钉20、刀柄19和打刀油缸，主轴12上设有前轴承组合16、螺伞齿轮15和后轴承组合13，并通过锁紧螺母14、10锁紧在主轴12上。前后轴承组合16、13经前后轴承套17、7支撑在主轴箱体25中。主轴12的中心孔中设置有拉杆22，拉杆22上装有碟型弹簧24和挡圈23，拉杆22的前端设有可将刀柄19拉紧固定在主轴12锥孔中的拉爪21，拉杆22的后端通过螺纹联接有连接杆11，连接杆11可将碟型弹簧24和挡圈23限制在主轴12的孔中。

打刀油缸设于主轴12的后部，由油缸后盖2、油缸筒5、内活塞3、外活塞9、后轴承套7构成，外活塞9套设于内活塞3的外侧，且内活塞3和外活塞9上的打刀油压作用面积A、B相等。内、外两个活塞3、9与油缸后盖2、油缸筒5、后轴承套7之间构成有E、F、G三个环形油腔的套式打刀油缸，E、F为打刀油腔，G为抓刀油腔。

顶杆8通过螺栓固定在内活塞3上，且位于连接杆11的后面，可推动连接杆11带动拉杆22向前运动。顶杆8上的调整垫用于调整打刀位置。主轴12的后端面上通过螺栓固定有挡盖6和反拉板4，外活塞9可与反拉板4相触碰，使外活塞9向后的作用力作用在反拉板4上。

油缸筒5上设有油路a、油路b，打刀油腔E、F与油路a相通，抓刀油腔G与油路b相通；内活塞3和外活塞9上分别设有环槽H、K，油缸后盖2和后轴承套7上分别设有一对气路c、d，且相同气路c-c、d-d相通；油缸后盖2上的气路c、d与内活塞3上的环槽H相通，后轴承套7上的气路c、d与外活塞9上的环槽K相通；内活塞3、顶杆8中设有气路e，拉杆22中设有气路f，气路c、d、e、f可惯通，并构成气路一。油缸后盖2、内活塞3上设有气路g，构成气路二。油路a、油路b可分别外接高压油管，气路c、气路g外接高压气管。气路一和气路二中可分别设置压力继电器，并外接电控系统。

在抓刀油路b中也可通入压缩空气来代替压力油。该方式，可以简化油路结构，减低成本。

内活塞3的内腔中也可通过设置弹簧32，以推动内外活塞3、9轴向反向运动的，以替代抓刀油腔G的功能。

打刀时，见图1中的右半部所示。压力油经油路a分为两路进入环形打刀油腔E、F，使得内活塞3向前、外活塞9向后同时进行相向运动。内活塞3向前带动顶杆8推动连接杆11、压缩碟型弹簧24和挡圈23，将打刀力作用于主轴12上；连接杆11向前带动拉杆22向前伸出，使得拉爪21松开，拉钉20及刀柄19即可以从主轴12中取出；同时，外活塞9向后，内端面压到反拉板4并将反拉力通过反拉板4作用在主轴12上。此时主轴12受到大小相等方向相反的一对力的同时作用，相互抵消，合力为零。内活塞3和外活塞9的相向运动直至两者相碰紧顶在一起且都到达两者位于油缸中部的终点位置方才停止，打刀动作完成。此时，压缩空气一经气路c分为两个支路，当两个活塞3、9各自都到达中部的终点位置后，内活塞3后端的环槽H和外活塞9前端的环槽K分别与对应的两组c、d气路接通，一个支路的空气通过外活塞9的环槽K到达气路d，并进入内活塞3的环槽H，另一个支路的空气直接到达3的环槽H，两个支路的空气合并进入气路e，再进入拉杆22中的气路f，对主轴12锥孔进行吹气清洁，以防切屑、灰尘及冷却液污染锥孔，保证装刀时刀柄19与锥孔联接准确牢固，此时该气路一处于卸荷低压状态，该气路一中外接的压力继电器没有发出电信号；另外，压缩空气二经过气路g进入密封盖1的内部，再进入内活塞3中，因内活塞3的前端和外活塞9的中部内端面紧贴而受阻，导致气路二的气压上升，气路二中外接的压力继电器发出电气信号，表明此时两个活塞3、9都已到达终点位置。

抓刀时，见图1中的左半部所示。压力油经油路b进入油缸的环形抓刀油腔G，使得内活塞3向后、外活塞9向前同时进行反向运动，内活塞3向后带动顶杆8，直至顶到油缸后盖2才停在位于油缸后部的原位，碟型弹簧24向后伸展，顶紧连接杆11带动拉杆22向后收缩，使得拉爪21抓紧拉钉20及刀柄19，此时连接杆11不再向后收缩，与顶杆8脱离；同时，外活塞9向前脱离反拉板4，直至顶到后轴承套7才停在位于油缸前部的原位，抓刀动作完成。当两个活塞各自都回到原位后，内活塞3后端上的环槽H和外活塞9前端上的环槽K分别离开后端和前端的c、d气路，压缩空气一经气路c分为两个支路，一个支路的空气到达外活塞9前端被其阻断，另一个支路的空气到达内活塞3后端也被其阻断，此时气路c、d之间以及c、e之间互相不通，吹气结束，并且该气路一的气压上升，该气路一中的压力继电器发出电气信号，表明此时两个活塞3、9都已到达原位位置；另外，压缩空气二经过气路g进入密封盖1，再经内活塞3进入直角头内部空间中，从轴承端盖迷宫处及别的缝隙中逸出，此时该气路二处于卸荷低压状态，该气路一中的压力继电器未发出电信号。

本发明具有以下特点：

1、由于内活塞3与外活塞9打刀油压作用面积A、B相等，当进行打刀动作时，内活塞3通过连接杆11、碟型弹簧24作用在主轴12上的向前的打刀力与外活塞9通过反拉板4作用在主轴12上的向后的反拉力相等，即主轴12同时受到内活塞3和外活塞9的大小相等方向相反的一对力的作用，合力为零，因而主轴12不会有力传递到前轴承组合16上，轴承不承受打刀力，保证了其精度和寿命。该打刀油缸为卸荷式打刀油缸，无外露油管，外形规整，密闭性好，体积小。

2、抓刀动作完成时，由于两个活塞必须全部回到各自位于前后端的原位，方可堵住气路c位于内活塞3和外活塞9的出气口，缺一不可，这样才能完全阻断气路一的空气导致其气压上升、并使气路一中的压力继电器发出电信号，因此，当电控系统收到该电气信号时，即可完全直接表明两个活塞都已回到了原位，此信号即可作为两个活塞的原位信号，亦即抓刀完成信号，代表抓刀动作已经完成，内活塞3和连接杆11、外活塞9和反拉板4都已分别脱离接触，此时主轴12即可进行运转。该控制方式完全不同于使用油路中的压力继电器发信号或电控系统中的延时继电器发信号来间接代表活塞已回到原位，而是直接发出两个活塞的行程信号，可靠性大幅提高。

3、打刀动作完成时，由于两个活塞必须全部到达位于中部的终点位置，方可堵住气路g位于内活塞3的出气口，缺一不可，这样才能完全阻断气路二的空气导致其气压上升、并使气路二中的压力继电器发出电信号，因此，当电控系统收到该电气信号时，即可完全直接表明两个活塞都已到达了终点位置，此信号即可作为两个活塞的终点信号，亦即打刀完成信号，代表打刀动作已经完成，拉钉20和刀柄19可以取出，这样机床可以进行下一步的取刀动作。该控制方式的可靠性优于使用油路中的压力继电器发信号或电控系统中的延时继电器发信号，是直接发出两个活塞的行程信号来代表打刀完成。

4、抓刀动作进行中以及完成后主轴12开始运转时，内活塞3和外活塞9相互间脱离紧压状态，气路二的压缩空气可以经过内活塞3前端的出气口进入内部空间中，再从轴承端盖迷宫处及别的缝隙中逸出，保持内部对外部的空气正压，防止主轴12运转时灰尘及水气进入，起到一定的密封作用，有利于保持内部的清洁。气路二兼作发出打刀完成信号和主轴12通气密封。

5、打刀动作进行中以及完成后，顶杆8顶紧在连接杆11上，压缩空气一经气路c、d、e进入气路f，对主轴12锥孔进行吹气清洁，此时空气可从拉爪21、挡圈23、碟型弹簧24、连接杆11、挡盖6、反拉板4等处的缝隙处泄漏，也可直接由主轴12锥孔泄出，不会形成高压致使该气路一的压力继电器发出误信号。气路一兼作发出抓刀完成信号和主轴锥孔吹气清洁。

Claims (7)

1.一种可卸荷的直角头套缸打刀机构，主轴（12）上设有前后轴承组合（16、13）并使用锁紧螺母（14、10）锁紧，前后轴承组合（16、13）经前后轴承套（17、7）安装在主轴箱体（25）中；主轴（12）的中心孔中设置有拉杆（22）以及与其固定的连接杆（11），拉杆（22）上装有碟型弹簧（24），拉杆（22）前端设有可将刀柄（19）拉紧在主轴（12）锥孔中的拉爪（21）；主轴（12）的后部设有由油缸后盖（2）、油缸筒（5）、活塞、后轴承套（7）构成的打刀油缸，其特征在于：所述的活塞包括内活塞（3）和外活塞（9），外活塞（9）套装在内活塞（3）的外侧；内、外活塞（3、9）与油缸后盖（2）、油缸筒（5）、后轴承套（7）之间构成有三个油腔（E、F、G）的打刀油缸，内活塞（3）和外活塞（9）上的打刀油压作用面积（A、B）相等。

2.如权利要求1所述的一种可卸荷的直角头套缸打刀机构，其特征在于：内活塞（3）上固定联接有顶杆（8）。

3.如权利要求1所述的一种可卸荷的直角头套缸打刀机构，其特征在于：主轴（12） 后端部固定有反拉板（4），外活塞（9）可与反拉板（4）相触碰。

4.如权利要求2所述的一种可卸荷的直角头套缸打刀机构，其特征在于：所述打刀油缸的三个油腔（E、F、G），包括二个打刀油腔（E、F）和一个抓刀油腔（G）；油缸筒（5）上设有油路a和油路 b，其中一组油路a与打刀油腔（E、F）相通，另一组油路b与抓刀油腔（G）相通；内活塞（3）和外活塞（9）上分别设有环槽（H、K）；油缸后盖（2）和后轴承套（7）上均设有气路c和气路d，且同一气路在各零件中相通；油缸后盖（2）上的气路c和气路d与内活塞（3）上的环槽（H）相通，后轴承套（7）上的气路c和气路d与外活塞（9）上的环槽（K）相通；内活塞（3）、顶杆（8）中设有气路e，拉杆（22）中设有气路f，气路c、气路d、气路e、气路f之间可相通，构成气路一，气路一外接压力继电器、电控系统。

5.如权利要求1或4所述的一种可卸荷的直角头套缸打刀机构，其特征在于：油缸后盖（2）、内活塞（3）上设有气路g，构成气路二，气路二外接压力继电器、电控系统。

6.如权利要求1所述的一种可卸荷的直角头套缸打刀机构，其特征在于：内活塞（3）的内腔中设有可推动内外活塞（3、9）轴向反向运动的弹簧（32）。

7.如权利要求4所述的一种可卸荷的直角头套缸打刀机构，其特征在于：与抓刀油腔（G）相通的油路b中通入压缩空气来代替压力油。

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