CN102513554B - 车铣复合机床及其主轴锁紧装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种车铣复合机床及其主轴锁紧装置。该主轴锁紧装置包括：端面齿锁紧装置，位于主轴箱体内且靠近第二轴承的外侧设置，该主轴锁紧装置还包括位于主轴箱体内且靠近第一轴承设置的锥面锁紧装置；该锥面锁紧装置包括：固定至主轴上的静锁紧环形块，静锁紧环形块的外周呈锥形面；可沿主轴轴向滑动的动锁紧环形块，动锁紧环形块朝向静锁紧环形块的一端的内孔呈锥形面。车铣复合机床处于车削状态时，端面齿锁紧装置互相咬合且锥面锁紧装置实现锁紧，通过双锁紧机构保证主轴锁紧，当主轴处于铣削状态时以上两个机构同时放松，实现主轴转动。本发明提供了一种精度高、工艺性好、结构简单的主轴锁紧装置。

Description

车铣复合机床及其主轴锁紧装置

技术领域

本发明涉及机械加工领域，更具体地，涉及一种车铣复合机床及其主轴锁紧装置。

背景技术

车铣复合机床以其普适的加工范围柔性生产能力受到了广泛的关注，其核心为既具备铣削能力还具备广泛的车削能力的铣主轴集成技术。当车铣复合机床处于铣削状态时，主轴可旋转；当车铣复合机床处于车削状态时，需锁紧主轴使主轴不动。当前主要有两种解决方案实现车铣这两种功能的转换。

一种解决方案为使用端齿盘锁紧。即，在主轴前端(主轴的前端指主轴靠近加工刀具的一端)采用端齿盘锁紧装置锁紧。端齿盘锁紧装置包括三片式端齿盘(又称鼠牙盘)，其中一个端齿盘固定在主轴上，一个固定在主轴箱体上，一个可沿主轴轴向滑动，当三个端齿盘啮合在一起时(对应端齿盘的锁紧状态)实现车削加工时对主轴的锁紧；当沿轴向滑动的端齿盘脱离其他两个端齿盘时(对应于端齿盘的解锁状态)实现主轴铣削加工。此方案将端齿盘布置在主轴前轴承前面，只对主轴前端锁紧，使主轴前后受力不均，存在刚性不足、具有反向间隙、不能完全卸载主轴轴承受力和增大主轴轴向力等缺点，一般只适合于小型车铣复合机床使用。

另一解决方案由专利申请号为200720082223.2的专利文献公开，主轴前轴承外侧设置有端齿盘锁紧装置，在主轴的后轴承内侧设置有锥面锁紧装置。锥面锁紧装置包括固定在后轴承座上的静锁紧块和可沿轴向滑动的动锁紧块。当需锁紧主轴时，静锁紧块和动锁紧块的锥面抵压接触产生摩擦力，同时动锁紧块与主轴箱体抵压接触产生摩擦力，静锁紧块的圆锥体部分向内变形收缩并抱死主轴，使得主轴后端锁紧。当静锁紧块和动锁紧块松开，主轴后端解除锁紧。该种方案因主轴前后均锁紧，承受弯矩能力更高刚性更好，适合较大车铣复合机床应用。但是，该方案中，由于静锁紧块固定在后轴承安装座上，当锥面锁紧装置处于锁死状态时，静锁紧块通过后轴承安装座施加给后轴承很大的轴向载荷，后轴承极易损坏，影响主轴的正常工作。

发明内容

本发明旨在提出一种车铣复合机床及其主轴锁紧装置，以解决现有技术中采用锥面锁紧装置的车铣复合机床的后轴承承受很大轴向载荷，后轴承容易损坏的问题。

根据本发明的一个方面，提供了一种车铣复合机床的主轴锁紧装置，主轴穿设在主轴箱体中，且主轴的两端分别通过第一轴承和第二轴承与主轴箱体连接；该主轴锁紧装置包括：端面齿锁紧装置，位于主轴箱体内且靠近第二轴承的外侧设置，该主轴锁紧装置还包括位于主轴箱体内且靠近第一轴承设置的锥面锁紧装置；锥面锁紧装置包括：固定至主轴上的静锁紧环形块，静锁紧环形块的外周呈锥形面；可沿主轴轴向滑动的动锁紧环形块，动锁紧环形块朝向静锁紧环形块的一端的内孔呈锥形面；车铣复合机床处于车削状态时，静锁紧环形块与动锁紧环形块的锥形面互相抵压接触，且动锁紧环形块与主轴箱体抵压接触；车铣复合机床处于铣削状态时，静锁紧环形块与动锁紧环形块的锥形面相分离。

进一步地，动锁紧环形块的两侧形成有两个互相隔离的第一液压腔和第二液压腔，第一液压腔和第二液压腔分别通过设置在主轴箱体上的油路进回油，以推动动锁紧环形块的轴向滑动。

进一步地，锥面锁紧装置位于第一轴承的外侧；静锁紧环形块与主轴一体成型。

进一步地，端面齿锁紧装置包括：第一端面齿，与主轴固定连接；第二端面齿，与主轴箱体固定连接；第三端面齿，可沿主轴轴向滑动；车铣复合机床处于车削状态时，第三端面齿与第一端面齿和第二端面齿相啮合；车铣复合机床处于铣削状态时，第三端面齿与第一端面齿和第二端面齿相分离。

进一步地，第一轴承为前轴承，第二轴承为后轴承。

进一步地，主轴箱体包括：主轴外壳，安装在主轴外壳前端的第一轴承座，安装在第一轴承座上的前盖；安装在主轴外壳后端的连接法兰；安装在连接法兰上的后盖；第一液压腔和第二液压腔形成于前盖、第一轴承座和动锁紧环形块围成的空间内。

进一步地，车铣复合机床处于车削状态时，动锁紧环形块开设锥形面的一端的外周与第一轴承座抵压接触。

进一步地，第一轴承的内侧由主轴外壳内部的第一止挡凸缘限位，第一轴承的外侧由第一轴承座和静锁紧环形块限位。

进一步地，第三端面齿的两侧形成有两个互相隔离的第三液压腔和第四液压腔，第三液压腔和第四液压腔分别通过设置在主轴箱体上的油路进回油，以推动第三端面齿的轴向滑动；第一液压腔、第二液压腔、第三液压腔和第四液压腔共用同一液压系统。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种车铣复合机床，该车铣复合机床设置有上述的主轴锁紧装置。

本发明提供的车铣复合机床的主轴锁紧装置，通过将锥面锁紧装置的静锁紧环形块固定至主轴上的技术方案，当车铣复合机床处于车削状态时，动锁紧环形块和静锁紧环形块的锥形面互相抵压接触，动锁紧环形块与主轴箱体抵压接触，同时其锥形面抱死静锁紧环形块即可直接实现对主轴的锁紧，而不必像现有技术中动锁紧块通过抵压静锁紧块，再由静锁紧块抱死主轴来实现主轴的锁紧，从而简化了结构，可以使主轴结构尺寸较小，且对主轴的锁紧也更直接有效。且因静锁紧环形块固定在主轴上，与动锁紧环形块配合时不会对轴承产生任何影响，避免了现有技术中锥面锁紧装置的静锁紧块受力时，同时使后轴承受到大的轴向载荷而容易损坏的问题。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示意性示出了本发明提供的车铣复合机床的主轴锁紧装置的剖视结构；以及，

图2为图1的局部放大图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

参见图1和图2，示出了本发明提供的车铣复合机床的主轴锁紧装置的结构。主轴1穿设在主轴箱体2中，且主轴1的两端分别通过第一轴承3和第二轴承4与主轴箱体2连接。需要说明的是，通常我们把图1中第一轴承3所在的一端称为主轴1的前端，第一轴承3叫做前轴承。相应地，第二轴承4所在的一端称为主轴1的后端，第二轴承4叫做后轴承。用于车削或者铣削的刀具安装在主轴1的前端。

由图中可以看出，该主轴锁紧装置包括端面齿锁紧装置和锥面锁紧装置。

端面齿锁紧装置位于主轴箱体2内且靠近第二轴承4的外侧设置。端面齿锁紧装置可以为三片式端齿盘，包括：与主轴1固定连接第一端面齿61，与主轴箱体2固定连接的第二端面齿62，和可沿主轴1轴向滑动的第三端面齿63。第三端面齿63的轴向滑动可以由液压油推动，由图1中可以看出，第三端面齿63的两侧形成有两个互相隔离的第三液压腔64和第四液压腔65，第三液压腔64和第四液压腔65分别通过设置在主轴箱体2上的油路进回油。当车铣复合机床转换为车削状态时，第四液压腔65进压力油，第三液压腔64回油，推动第三端面齿63向前移动以与第一端面齿61和第二端面齿62相啮合，锁紧主轴1以限制主轴1的转动自由度。当车铣复合机床转换为铣削状态时，第三液压腔64进压力油，第四液压腔65回油，推动第三端面齿63向后移动以与第一端面齿61和第二端面齿62相分离，主轴1解锁以可以转动进行铣削作业。

锥面锁紧装置位于主轴箱体2内且靠近第一轴承3设置。锥面锁紧装置包括静锁紧环形块51和动锁紧环形块52。静锁紧环形块51固定至主轴1上，且静锁紧环形块51的外周呈锥形面。优选地，静锁紧环形块51与主轴1一体成型，为一体式结构。动锁紧环形块52可沿主轴1轴向滑动，且动锁紧环形块52朝向静锁紧环形块51的一端的内孔呈锥形面。

动锁紧环形块52的轴向滑动也可以由液压油推动，具体参见图2，动锁紧环形块52的两侧形成有两个互相隔离的第一液压腔53和第二液压腔54，第一液压腔53和第二液压腔54分别通过设置在主轴箱体2上的油路进回油。当车铣复合机床转换为车削状态时，第二液压腔54进压力油，第一液压腔53回油，推动动锁紧环形块52向后滑动，使静锁紧环形块51与动锁紧环形块52的锥形面互相抵压接触并产生压力，同时，动锁紧环形块52与主轴箱体2之间也抵压接触并也产生压力，这样，动锁紧环形块52与主轴箱体2和静锁紧环形块51之间均产生摩擦力，通过涨紧的方式实现主轴前端的锁紧。当车铣复合机床转化为铣削状态时，第一液压腔53进压力油，第二液压腔54回油，推动动锁紧环形块52向前滑动，静锁紧环形块51与动锁紧环形块52的锥形面相分离，主轴1前端解锁。

通过在主轴的两端分别由锥面锁紧装置和端面齿锁紧装置锁紧，可以保证主轴车削状态时所承受的扭矩和弯矩都同时被很好的锁紧。由图中可以看出，端面齿锁紧装置中第三端面齿63的轴向锁紧方向与锥面锁紧装置中动锁紧环形块52的轴向锁紧方向相向设置。例如在本实施例中，第三端面齿63的锁紧方向为轴向向左，动锁紧环形块52的锁紧方向为轴向向右，第三端面齿63和动锁紧环形块52均由外向内移动时可以锁紧主轴。两锁紧装置的锁紧方向相向设置，对主轴1施加相反方向的力，可以通过精确地计算主轴的轴向受力，使主轴1轴向受力平衡，避免额外施加主轴轴向力，造成主轴轴承预紧额外增加后降低轴承的寿命。

优选地，第一液压腔53、第二液压腔54、第三液压腔64和第四液压腔65共用同一液压系统，更容易实现同时锁紧同时解锁，以简化结构，节约成本。当然，还可以通过其他方式实现动锁紧环形块52和第三端面齿63的轴向滑动，其他具体实施方式在此不再详述。

需要说明的是，在本实施例中，端面齿锁紧装置设置在后轴承4的一侧，锥面锁紧装置设置在前轴承3的一侧。容易理解，主轴1前端的定位精度对刀具加工精度的影响最大，端齿盘锁紧装置存在定位精度低的缺点，而将锥面锁紧装置设置在主轴1的前端则可以很好解决这个问题。因锥面结构的加工比三片式端齿盘的加工难度低很多，且能实现更高精度的加工，将锥面锁紧装置设置于对精度要求更高的主轴前端，可以降低端齿盘加工难度，提高锁紧精度进而提高主轴刀具加工精度。

优选地，由图1中还可以看出，锥面锁紧装置位于第一轴承3的外侧，端面齿锁紧装置位于第二轴承4的外侧。这样，在装配时，可以先调整好主轴结构及精度，然后再装配端面齿锁紧装置和锥面锁紧装置，大大降低了主轴锁紧装置的装配难度并提高了装配精度；当维修时，不用拆卸前轴承3和后轴承4即可以方便地进行维修。

结合参考图1和图2，示出了本发明的主轴箱体2的一种优选结构。如图所示，该主轴箱体2至少包括：主轴外壳21、第一轴承座22、前盖23、连接法兰24和后盖25。

其中，主轴外壳21套设在主轴1外部。第一轴承座22为第一轴承3的轴承座，第一轴承座22安装在主轴外壳21的前端，前盖23安装在第一轴承座22上。第一液压腔53和第二液压腔54形成于前盖23、第一轴承座22和动锁紧环形块52围成的空间内。连接法兰24安装在主轴外壳21的后端。后盖25安装在连接法兰24上。第三液压腔64和第四液压腔65形成于后盖25、连接法兰24和第三端面齿63围成的空间内。由图中可以看出，本发明提供的车铣复合机床的主轴锁紧装置结构简单，主轴结构整体尺寸小。

由图中可以看出，当车铣复合机床处于车削状态时，动锁紧环形块52开设锥形面的一端的外周与主轴箱体2的第一轴承座22抵压接触。主轴箱体2在动锁紧环形块52的作用力下直径有一定增大，可以增大第一轴承3的径向间隙，降低第一轴承3的径向预载，提高第一轴承3的使用寿命。另外，高刚性的锥面接触，可以降低在主轴1弯矩冲击下的变形，进一步保护第一轴承3。

优选地，在本实施例中，第一轴承3的内侧由主轴外壳21内部的第一止挡凸缘211限位。第一轴承3的内侧还可以由第一止挡凸缘211和主轴1上的挡块配合限位。第一轴承3的外侧由第一轴承座22和静锁紧环形块51限位，进一步简化了结构。第二轴承4由主轴1上的固定挡块限制轴向位移。

由图1中还可以看出，为使第二端面齿62与主轴外壳21的固定可靠，在第二端面齿62和主轴外壳21之间还夹持有调整垫66。另外，为保证各液压腔的密封性，在形成各液压腔的零部件上还设置有密封圈。

需要说明的是，本发明中所涉及的车铣复合机床是一种至少能进行车削加工和铣削加工的复合机床，即该车铣复合机床的加工方式并不仅限于车削加工和铣削加工。例如，在一种未示出的方式中，该车铣复合机床还设置有可以磨削加工的装置。

综上所述，该车铣复合机床的主轴锁紧装置具有如下优点：将锥面锁紧装置设置在主轴前端，精度高，锁紧刚性高；充分考虑主轴的受力情况，主轴前后端受到的轴向锁紧力可以互相抵消，使主轴受力更加平衡；整体结构尺寸更小，装配维修方便，受力好，对轴承保护更佳，且工艺性更好。

本发明还提供了一种车铣复合机床，设置有上述的主轴锁紧装置。另外，本发明中提供的车系复合铣机床还可以增加检测装置，用于检测主轴锁紧装置的锁紧状态和解锁状态的可靠性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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)

1.一种车铣复合机床的主轴锁紧装置，所述主轴（1）穿设在主轴箱体（2）中，且所述主轴（1）的两端分别通过第一轴承（3）和第二轴承（4）与所述主轴箱体（2）连接；该主轴锁紧装置包括：端面齿锁紧装置，位于所述主轴箱体（2）内且靠近所述第二轴承（4）的外侧设置，其特征在于，

该主轴锁紧装置还包括位于所述主轴箱体（2）内且靠近所述第一轴承（3）设置的锥面锁紧装置；

所述锥面锁紧装置包括：固定至所述主轴（1）上的静锁紧环形块（51），所述静锁紧环形块（51）的外周呈锥形面；可沿所述主轴（1）轴向滑动的动锁紧环形块（52），所述动锁紧环形块（52）朝向所述静锁紧环形块（51）的一端的内孔呈锥形面；所述车铣复合机床处于车削状态时，所述静锁紧环形块（51）与所述动锁紧环形块（52）的锥形面互相抵压接触，且所述动锁紧环形块（52）与主轴箱体（2）抵压接触；所述车铣复合机床处于铣削状态时，所述静锁紧环形块（51）与所述动锁紧环形块（52）的锥形面相分离；

所述锥面锁紧装置和所述端面齿锁紧装置的锁紧方向相向设置。

2.根据权利要求1所述的主轴锁紧装置，其特征在于，所述动锁紧环形块（52）的两侧形成有两个互相隔离的第一液压腔（53）和第二液压腔（54），所述第一液压腔（53）和第二液压腔（54）分别通过设置在所述主轴箱体（2）上的油路进回油，以推动所述动锁紧环形块（52）的轴向滑动。

3.根据权利要求2所述的主轴锁紧装置，其特征在于，所述锥面锁紧装置位于所述第一轴承（3）的外侧；所述静锁紧环形块（51）与所述主轴（1）一体成型。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的主轴锁紧装置，其特征在于，所述端面齿锁紧装置包括：第一端面齿（61），与所述主轴（1）固定连接；第二端面齿（62），与所述主轴箱体（2）固定连接；第三端面齿（63），可沿所述主轴（1）轴向滑动；所述车铣复合机床处于车削状态时，所述第三端面齿（63）与所述第一端面齿（61）和第二端面齿（62）相啮合；所述车铣复合机床处于铣削状态时，所述第三端面齿（63）与所述第一端面齿（61）和第二端面齿（62）相分离。

5.根据权利要求4所述的主轴锁紧装置，其特征在于，所述第一轴承（3）为前轴承，所述第二轴承（4）为后轴承。

6.根据权利要求2或3所述的主轴锁紧装置，其特征在于，所述主轴箱体（2）包括：主轴外壳（21），安装在所述主轴外壳（21）前端的第一轴承座（22），安装在所述第一轴承座（22）上的前盖（23）；安装在所述主轴外壳（21）后端的连接法兰（24）；安装在所述连接法兰（24）上的后盖（25）；

所述第一液压腔（53）和所述第二液压腔（54）形成于所述前盖（23）、第一轴承座（22）和动锁紧环形块（52）围成的空间内。

7.根据权利要求6所述的主轴锁紧装置，其特征在于，所述车铣复合机床处于车削状态时，所述动锁紧环形块（52）开设所述锥形面的一端的外周与所述第一轴承座（22）抵压接触。

8.根据权利要求6所述的主轴锁紧装置，其特征在于，所述第一轴承（3）的内侧由所述主轴外壳（21）内部的第一止挡凸缘（211）限位，所述第一轴承（3）的外侧由所述第一轴承座（22）和所述静锁紧环形块（51）限位。

9.根据权利要求4所述的主轴锁紧装置，其特征在于，所述第三端面齿（63）的两侧形成有两个互相隔离的第三液压腔（64）和第四液压腔（65），所述第三液压腔（64）和第四液压腔（65）分别通过设置在所述主轴箱体（2）上的油路进回油，以推动所述第三端面齿（63）的轴向滑动；所述第一液压腔（53）、第二液压腔（54）、第三液压腔（64）和第四液压腔（65）共用同一液压系统。

10.一种车铣复合机床，其特征在于，设置有权利要求1至9中任一项所述的主轴锁紧装置。

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