CN102485418B - 用于车铣复合加工的单摆铣头 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于车铣复合加工的单摆铣头，由主轴单元、拉刀单元、打刀单元、主轴防护单元和摆动单元组成。本发明中，主轴电机和摆动电机均采用内置电机，电机直接驱动主轴，减小了采用机械传动结构复杂程度，减小了传动链，减小了传动误差，提高了回转轴传动精度、刚度和随动性。另外，本发明主轴转速高、刚性好、能够实现定向锁紧。

Description

用于车铣复合加工的单摆铣头

技术领域

本发明涉及一种机床，具体涉及一种加工中心类机床用的单轴摆动铣头.

背景技术

目前，我国加工中心、龙门镗铣床所用单轴摆动铣头主要有3类，一类铣头主轴旋转由主传动引出，多为机械传动，传动链长，误差大，易振动，铣头回转分度多采用分度盘定位，不可连续分度；第二类铣头主轴旋转同一类，铣头回转分度采用蜗轮、齿轮实现连续分度，运动由主传动引或附加电机带动，结构较大，不能参与联动加工；第三类铣头主轴、回转轴采用内置电机，能参与联动加工，但结构采用叉形、直角形式，回转轴承受加工力矩大，刚性差；三类铣头总体存在主轴转速低、刚性差、不具备定向锁紧的车削功能。

发明内容

本发明要解决的技术问题是现有铣头主轴转速低、刚性差、不具备定向锁紧功能，提供一种主轴转速高、刚性好、能够实现定向锁紧的用于车铣复合加工的单摆铣头。

   本发明的技术方案是以下述方式实现的：一种用于车铣复合加工的单摆铣头，由主轴单元、拉刀单元、打刀单元、主轴防护单元和摆动单元组成，所述主轴单元包括连接在回转座上的铣头体，铣头体上连有前轴承架和后轴承架，回转座固定在固定套下端面上，其中

A. 前轴承架内装有铣头主轴和前轴承冷却套，铣头主轴和前轴承架之间设有前轴承，前轴承冷却套内设有喷油轴承隔离套，喷油轴承隔离套内设有前轴承隔离套，前轴承外圈由轴承法兰固定，轴承法兰固定在前轴承架上，前轴承内圈由挡水隔套固定；

B. 后轴承架内安装有铣头主轴，铣头主轴和后轴承架之间设有后轴承，后轴承外圈由第一定位套限位，后轴承内圈设置在轴承隔离套和挡油环之间，

C．后轴承架内安装有后轴承和后轴承冷却套，后轴承外圈固定在第一定位套上，后轴承内圈固定在轴承隔离套和挡油环之间；

D．铣头体内装有电机定子，电机定子内装有电机转子，电机转子装在铣头主轴上，电机定子固定在后轴承架上。

所述摆动单元包括回转座，回转座固定在固定套下端面上，固定套、第二定位套通过螺钉和工作台轴承内圈联成一体，工作台轴承外圈固定在摆动轴承座上，摆动轴承座与铣头滑座相连，铣头滑座内设有摆动扭矩电机定子。

固定套尾端设有磁栅编码器，铣头主轴尾端设计有定位接近开关。

第二定位套处设有摆动锁紧套，摆动锁紧套通过两端螺钉固定在铣头滑座，铣头主轴上设有主轴锁紧套。

铣头主轴轴线与固定套轴线成45°角。

本发明具有下述有益效果：

1.主轴电机和摆动电机均采用内置电机，电机直接驱动主轴，减小了采用机械传动结构复杂程度，减小了传动链，减小了传动误差，提高了回转轴传动精度、刚度和随动性；

2.主轴轴线与摆动回转轴线成45°角，切削加工，刀具受力方向接近摆动回转轴线，摆动回转轴承受加工力矩小；

3.主轴轴承采用油雾润滑，外循环水强制冷却结构，解决了轴承运转过程中产生热量的释放、润滑均匀问题，保证了高速主轴轴承温度、精度的稳定性；

4.主轴尾端设计有定位接近开关，摆动轴尾端设计有角度编码器，接近开关、角度编码器分别与内置电机配合，主轴、摆动轴都能够实现精确定位，并且摆动轴还能够参与联动；

5.主轴和摆动轴，都设计有胀套液压锁紧装置，主轴、摆动轴旋转到任何位置，都可锁紧，由于采用液压胀套锁紧，锁紧靠胀套的微小变形实现，锁紧接触面积大，夹紧力均匀，锁紧可靠，主轴和摆动轴同时涨紧，能够满足车削功能要求；

6.回转座于滑动床鞍采用一体设计，结构小，重量轻，刚性高，铣头整体随动性好；

7.摆动铣头主轴转速高，转速达12000rpm/min, 切削加工摆动回转线受力小，运动相应快，主轴能够实现定向锁紧，具有车削功能的优点。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明由主轴单元、拉刀单元、打刀单元、主轴防护单元和摆动单元组成，所述主轴单元包括连接在回转座58上的铣头体20，铣头体20上连有前轴承架14和后轴承架43，其中A. 前轴承架14内装有铣头主轴5和前轴承冷却套9，铣头主轴5和前轴承架14之间设有前轴承12，前轴承冷却套9内设有喷油轴承隔离套10，喷油轴承隔离套10内设有前轴承隔离套7，前轴承12外圈由轴承法兰8固定，轴承法兰8固定在前轴承架14上，前轴承12内圈由挡水隔套6固定； B. 后轴承架43内安装有铣头主轴5和后轴承冷却套24，铣头主轴5和后轴承架43之间设有后轴承25，后轴承25外圈由第一定位套26限位，后轴承25内圈设置在轴承隔离套41和挡油环23之间，C．后轴承架43内安装有后轴承25和后轴承冷却套24，后轴承25外圈固定在第一定位套26上，后轴承25内圈固定在轴承隔离套41和挡油环23之间；D．铣头体20内装有电机定子19，电机定子19内装有电机转子18，电机转子18装在铣头主轴5上，电机定子19固定在后轴承架43上。

所述摆动单元包括回转座58，回转座58固定在固定套57下端面上，固定套57、第二定位套52通过螺钉和工作台轴承56内圈联成一体，工作台轴承56外圈固定在摆动轴承座54上，摆动轴承座54与铣头滑座47相连，铣头滑座47内设有摆动扭矩电机定子50。

固定套57尾端设有磁栅编码器48，铣头主轴5尾端设计有定位接近开关42。

第二定位套52处设有摆动锁紧套53，摆动锁紧套53通过两端螺钉固定在铣头滑座47，铣头主轴5上设有主轴锁紧套22。

铣头主轴5轴线与固定套57轴线之间的夹角ａ是45°角。

本发明中，主轴单元为加工、换刀提供旋转和定向制动，其由冷却液分配套1、前法兰盘2、前锁紧螺母3、端面键4、铣头主轴5、挡水隔套6、前轴承隔套7、轴承法兰8、前轴承冷却套9、喷油轴承隔套10、喷水嘴11、前轴承12、铣头前轴承架14、主轴内置电机转子18、主轴内置电机定子19、铣头体20、主轴锁紧套22、挡油环23、后轴承冷却套24、后轴承25、锁紧螺母27、限位法兰螺母39、限位接近开关40、定位接近开关42、轴承隔离套41和铣头后轴承架43组成，工作原理为，铣头体20为主轴单元的支承体，通过螺钉固定在回转座58上，铣头前轴承架14、后轴承架43分别由螺钉、圆锥销固定在其上，为铣头主轴、内置电机提供支承；铣头主轴5前支承由一对角接触前轴承12完成径向、轴向限位，具体为前轴承冷却套9安装于铣头前轴承架14之中，形成一个带内冷的支承体，两个前轴承12、前轴承隔套7、喷油轴承隔套10安装于前轴承冷却套9内，前轴承12外圈由轴承法兰8通过螺钉固定，内圈由前锁紧螺母3，经挡水隔套6固定；后支承由一对后轴承25完成，只起径向支承作用，具体为后轴承冷却套24安装于铣头后轴承架43内，形成一个带内冷的支承体，两个后轴承25安装于后轴承冷却套24内，外圈由第一定位套26通过螺钉固定，内圈由锁紧螺母27经轴承隔离套41及挡油环23固定；前轴承12、后轴承25冷却由前轴承冷却套9、后轴承冷却套24的外部沟槽中的循环冷却水控制，润滑由内部油气润滑管路提供；铣头主轴5的旋转由内置电机控制，主轴内置电机转子18采用热胀法装于铣头主轴5上，主轴内置电机定子19安装于铣头体20内，由螺钉、销钉固定在铣头后轴承架43上，通过电磁作用，为主轴内置电机转子18提供动力；电机温度的由主轴内置电机定子19的外部沟槽中的循环冷却水控制；铣头主轴5的制动，由主轴锁紧套22其环形槽接通液压油，使其变形夹紧主轴，在环形槽上下加有密封圈，防止液压油外漏，主轴锁紧套22通过螺钉固定于铣头后轴承架43内部，为制动提供力矩；主轴回转定位，刀具松开、夹紧信号，由拉杆锁紧螺母36、限位块37、限位法兰螺母39、限位接近开关40、定位接近开关42组合提供，铣头主轴5回转，限位法兰螺母39凸起到达定位接近开关42处，定位接近开关42发出主轴回转定位信号，油缸活塞30向上运动复位，拉杆锁紧螺母36到达下部限位接近开关40处，下部限位接近开关40发出信号，刀具夹紧，油缸活塞30向下运动，限位块37到达上部限位接近开关40处，上部限位接近开关40发出信号，刀具松开。

拉刀单元位于主轴内部，由拉刀爪13、拉杆15、垫圈16、蝶簧组17、拉杆锁紧螺母36、碟簧压块38、限位法兰螺母39组成，其工作原理为，拉刀爪13用于拉紧刀具，动力由位于其上部采用螺纹连接的拉杆15上下移动传递，拉杆15前端圆柱部分与主轴5前内孔配合，用于拉杆15上下移动前导向，碟簧压块38内孔与拉杆15后端外圆配合，由拉杆锁紧螺母36锁紧，轴向位置由拉杆15后端凸台定位，外圆与主轴5后内孔配合，用于拉杆15上下移动的后导向，垫圈16、蝶簧组17位于主轴5前内孔端面和碟簧压块38前端面之间，提供拉杆15向上移动的拉刀力，蝶簧组17的预压力，由安装于主轴5后端内螺纹处的限位法兰螺母39，通过碟簧压块38预压蝶簧组17产生，限位法兰螺母39的上下端面，同时还起拉杆15上下移动的限位作用，拉杆15向下移动由打刀单元推动拉杆锁紧螺母36产生，拉杆15向上移动由蝶簧组17预压力推动碟簧压块38下端面产生，拉杆15内部为通孔，是刀具内冷和定位锥孔洁净空气的通道。

打刀单元位于铣头体尾部，拉刀单元位上部，为拉刀单元提供向下推力，其由第一定位套26、打刀缸体28、圆锥滚子轴承29、油缸活塞30、油缸盖31、锁紧法兰32、进水、气法兰33、管接头34、锁紧套35组成，工作原理为，打刀缸体28内和油缸盖31通过螺钉连接为一体，油缸活塞30装于两者之内，并且在活塞与缸体，活塞杆与缸体、油缸盖，油缸盖与缸体结合面之间设计有密封圈，形成液压缸，当液压缸下腔供油，油缸活塞30向上运动，刀具锁紧，液压缸上腔供油，油缸活塞30向下运动，刀具松开，锁紧法兰32、锁紧套35、圆锥滚子轴承29安装于油缸活塞30下端内孔，由螺钉锁紧，形成回转体，使油缸活塞30在压紧状态，主轴仍可调整回转位置，进水、气法兰33安装于油缸盖31上，下端配合外圆安装于拉杆15上端配合内孔，由密封圈密封，形成液气输送连接通道，管接头34与其连接，为铣头刀具、刀具定位锥面提供冷却液和洁净空气；打刀缸体28通过第一定位套26安装于铣头后轴承架43上，保证油缸活塞30中心与拉杆15回转中心同轴，打刀缸体28、第一定位套26由螺钉固定在铣头后轴承架43上。

主轴防护单元，用于主轴液压、润滑、冷却、气路、电气线路防护和固定，其由防护罩21、防护管44、管接头45、前盖46组成，防护罩21由螺钉固定于铣头体20上，将主轴单元的各种管路、线路收集在一起，经防护管44、固定在前盖46上管接头45集中送至铣头滑座47。

摆动单元，采用内置电机、回转轴线与主轴轴线成45°和滑鞍一体化结构设计，安装于Z向直线导轨之上，为铣头提供参与数控联动的摆动和上下运动；其由铣头滑座47、磁栅编码器48、摆动扭矩电机转子49、摆动扭矩电机定子50、固定套51、第二定位套52、摆动锁紧套53、摆动轴承座54、密封环55、工作台轴承56、固定套57、回转座58组成；工作原理为：固定套57、第二定位套52通过螺钉和工作台轴承56内圈联成一体，形成回转体，回转座58通过螺钉固定在固定套57下端面上，为安装铣头提供连接，摆动扭矩电机定子50通过螺钉、销钉固定在固定套57上端圆柱部分，为形成的回转体提供回转动力；工作台轴承56外圈通过螺钉、销钉固定在摆动轴承座54上，摆动轴承座54通过螺钉、销钉与铣头滑座47连接，为回转体提供支承；固定套51通过螺钉、销钉固定铣头滑座47内，摆动扭矩电机定子50装在其中，固定在铣头滑座47上，形成固定体，与摆动扭矩电机定子50通过电磁作用，提供转动力矩；摆动扭矩电机定子50的冷却，由摆动扭矩电机定子50外部与固定套51内孔结合面处凹槽内的循环液体控制；铣头摆动分度由安装于固定套57上部和铣头滑座47内部的磁栅编码器48控制，制动由安装在铣头滑座47内孔和第二定位套52外圆之间的摆动锁紧套53控制，摆动锁紧套53通过两端螺钉固定在铣头滑座47上，内部凹槽接通压力油，摆动锁紧套53膨胀，锁紧，压力油卸荷，摆动锁紧套53膨胀回缩，松开，压力油密封由内部凹槽两侧的密封圈实现。

Claims (4)

1.一种用于车铣复合加工的单摆铣头，由主轴单元、拉刀单元、打刀单元、主轴防护单元和摆动单元组成，其特征在于：所述主轴单元包括连接在回转座（58）上的铣头体（20），铣头体（20）上连有前轴承架（14）和后轴承架（43），回转座（58）固定在固定套（57）下端面上，其中

A. 前轴承架（14）内装有铣头主轴（5）和前轴承冷却套（9），铣头主轴（5）和前轴承架（14）之间设有前轴承（12），前轴承冷却套（9）内设有喷油轴承隔离套（10），喷油轴承隔离套（10）内设有前轴承隔离套（7），前轴承（12）外圈由轴承法兰（8）固定，轴承法兰（8）固定在前轴承架（14）上，前轴承（12）内圈由挡水隔套（6）固定；

B. 后轴承架（43）内安装有铣头主轴（5），铣头主轴（5）和后轴承架（43）之间设有后轴承（25），后轴承（25）外圈由第一定位套（26）限位；

C．后轴承架（43）内安装有后轴承（25）和后轴承冷却套（24），后轴承（25）外圈固定在第一定位套（26）上，后轴承（25）内圈固定在轴承隔离套（41）和挡油环（23）之间；

D．铣头体（20）内装有电机定子（19），电机定子（19）内装有电机转子（18），电机转子（18）装在铣头主轴（5）上，电机定子（19）固定在后轴承架（43）上；

所述摆动单元包括回转座（58），固定套（57）、第二定位套（52）通过螺钉和工作台轴承（56）内圈联成一体，工作台轴承（56）外圈固定在摆动轴承座（54）上，摆动轴承座（54）与铣头滑座（47）相连，铣头滑座（47）内设有摆动扭矩电机定子（50）；摆动单元由铣头滑座（47）、磁栅编码器（48）、摆动扭矩电机转子（49）、摆动扭矩电机定子（50）、固定套（51）、第二定位套（52）、摆动锁紧套（53）、摆动轴承座（54）、密封环（55）、工作台轴承（56）、固定套(57)、回转座（58）组成。

2.根据权利要求1所述的用于车铣复合加工的单摆铣头，其特征在于：固定套（57）尾端设有磁栅编码器（48），铣头主轴（5）尾端设计有定位接近开关（42）。

3.根据权利要求1所述的用于车铣复合加工的单摆铣头，其特征在于：第二定位套（52）处设有摆动锁紧套（53），摆动锁紧套（53）通过两端螺钉固定在铣头滑座（47），铣头主轴（5）上设有主轴锁紧套（22）。

4.根据权利要求1~3之一所述的用于车铣复合加工的单摆铣头，其特征在于：铣头主轴（5）轴线与固定套（57）轴线成45°角。