CN102513556A - 立式电动数控刀架 - Google Patents

Abstract

本发明涉及数控刀架领域，特别涉及一种立式电动数控刀架。该数控刀架设动力传递机构、初定位机构、精定位机构、锁紧机构，方刀台和底座上下设置，底座与方刀台的中心设置丝杆套，丝杆套通过钢背轴承与底座配合；传动盘连接于丝杆套一端的侧面，传动盘的外侧设有连接盘，丝杆套另一端的侧面安装蜗轮、蜗杆传动副；方刀台内侧与丝杆套外侧之间设置动齿盘，动齿盘与丝杆套通过螺旋结构配合，动齿盘与方刀台通过连接盘连接。本发明适用于经济型数控车床，采用力矩电机转位，初定位销预定位，三联齿精确定位，矩型螺纹升降锁紧，解决了现行刀架刚性差、防水性能差、动力传递效率低、初定位故障率高、结构复杂、加工及装配工艺性差等问题。

Description

立式电动数控刀架

技术领域

本发明涉及数控刀架领域，特别涉及一种数控车床使用的立式电动数控刀架。

背景技术

目前，经济型数控卧式车床配备的刀架主要为立式电动数控刀架。数控刀架工作在数控车床最恶劣的环境中，切削的震动、断屑切削产生的强力冲击，刀架频繁的转位、切削过程的热传导等，要求数控刀架具有高强的综合机械性能。经济型数控卧式车床市场需求量极大，这便要求数控刀架可以大批量快速生产。国内现行立式电动数控刀架使存在如下缺点：

1、切削过程中抗冲击性能差，刚性差，加工精度高的零件达不到使用要求。

2、刀架防水性能差：由此造成刀架内部零件锈蚀，刀架精度不准等问题。

3、初定位结构性能差：经常产生夹卡初定位销现象。

4、传动机构与锁紧机构重叠，传动机构中蜗轮、蜗杆传动中心面保证在公差之内困难，严重影响产品的大批量生产，同时严重损耗了电机的传动效率，造成动齿盘的锁紧力不足，严重影响了刀架的精度。

5、传动机构中保证动齿盘升起一定高度再旋转的丝杆套与动齿盘连接机构——传动盘，各生产厂家为配做或使用端齿调整机构，严重影响产品的产出效率。

6、蜗杆支撑轴承预紧方式性能差，轴承故障率高，动力传递效率低。

发明内容

针对现有立式电动数控刀架技术缺陷，本发明的目的是基于能够经济地提供一种精度高、抗震、抗冲击性能强、故障率低、加工装配工艺性好的经济型立式电动数控刀架。

本发明所采用的技术方案：

一种立式电动数控刀架，该立式电动数控刀架设有方刀台、底座、丝杆套、传动盘、上齿盘、下齿盘和动齿盘，其结构如下：

方刀台和底座上下设置，底座与方刀台的中心设置丝杆套，丝杆套通过钢背轴承与底座配合；

传动盘连接于丝杆套一端的侧面，传动盘的外侧设有连接盘，丝杆套另一端的侧面安装蜗轮、蜗杆传动副；

在方刀台一端的内表面处安装上齿盘、下齿盘，上齿盘连接于方刀台上，下齿盘于上齿盘内侧连接于底座上，方刀台与底座通过上齿盘和下齿盘配合；

方刀台内侧与丝杆套外侧之间设置动齿盘，动齿盘与丝杆套通过螺旋结构配合，动齿盘与方刀台通过连接盘连接，动齿盘与上齿盘、下齿盘通过端面鼠牙啮合；

动齿盘内部设置初定位销，初定位销下端与固定于底座上的初定位盘滑动配合，初定位销与传动盘之间具有传动关系。

所述丝杆套另一端的侧面安装有轴用弹性挡圈，在轴用弹性挡圈顶部、丝杆套的侧面安装蜗轮、蜗杆传动副于底座内，蜗轮内侧通过键与丝杆套连接，蜗轮外侧与蜗杆配合。

所述蜗轮、蜗杆传动副的上方、丝杆套外侧与底座内侧之间设置止动垫、背帽，止动垫与背帽连接，止动垫与丝杆套连接。

所述蜗杆通过蜗杆支撑轴承与底座配合，蜗杆的一端设置预紧结构，在蜗杆的轴向采用压缩弹簧的预紧结构，压缩弹簧通过连接件压紧蜗杆支撑轴承。

所述丝杆套的一端设有编码器。

所述方刀台的一端与底座之间通过“VA型密封圈”密封，“VA型密封圈”位于所述方刀台一端的内表面、下齿盘的法兰外侧和底座上表面之间，“VA型密封圈”为径向与轴向同时密封。

所述动齿盘上装有连接销，动齿盘通过连接销与连接盘连接，连接销与连接盘之间为滑动配合，连接盘与方刀台的上表面通过螺钉连接。

所述动齿盘上装有传动销，传动销与传动盘上的定位缺面相对应，当传动盘的定位缺面转至传动销时，传动销与传动盘为单向刚性配合。

所述动齿盘上装有初定位销，初定位销的一端与初定位盘滑动配合，初定位销的另一端与传动盘上的凹槽形成传动中的反带结构，初定位销侧面铣出缺面，形成含油槽的润滑结构。

所述初定位盘上具有均布的初定位槽，对刀架起到初定位作用，初定位盘通过螺钉与底座相连。

本发明的有益效果是：

1、本发明通过先进的蜗轮、蜗杆传动副定位方式提高蜗轮蜗杆传动效率，提升锁紧力从而提升刀架刚性。

2、本发明通过先进的“VA型密封圈“密封，及其它传统密封方式相配合保证的刀架的优良密封性能，有效降低刀架的外部故障率。

3、本发明通过在初定位销上设计优良的含油槽形式，增加含油量，保证良好的润滑效果，有效的保证了刀架的初定位效果。

4、本发明通过先进的设计理念及加工工艺，保证传动机构中动齿盘升起一定高度再旋转的丝杆套与动齿盘连接机构——传动盘的完全互换。

5、本发明通过可靠的轴承预紧方式，提高了轴承的传动效率，降低了故障率。

6、本发明通过钢背轴承将丝杆套固定于底座，有效的保证了刀架的刚性。

7、本发明采用全新设计理念，全新的工艺方式，形成了一种高性能、结构稳定、故障率低，加工、装配效率高可快速大批量生产的全新立式电动数控刀架。

附图说明

图1(a)-(b)是本发明立式电动数控刀架四工位外观图；其中，图1(a)为主视图；图1(b)为俯视图。

图2(a)-(b)是本发明的结构示意图。其中，图2(a)为主剖视图；图2(b)为图2(a)中蜗杆支撑轴承及预紧结构剖视图。

图中，1、底座；2、轴用弹性挡圈；3、蜗轮；4、VA型密封圈；5、方刀台(分为四工位或六工位)；6、初定位盘；7、钢背轴承；8、丝杆套；9、传动销；10、传动盘；11、编码器；12、连接盘；13、传动盘定位缺面；14、连接销；15、初定位销；16、初定位销含油缺面；17、动齿盘；18、上齿盘；19、下齿盘；20、止动垫；21、背帽；22、蜗杆；23、压缩弹簧；24、蜗杆支撑轴承；25、电机；26、预紧结构。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1(a)-(b)本发明立式电动数控刀架四工位外观图，是根据市场情况研制的一种应用于经济型卧式数控车床高性能立式电动数控刀架。

如图1(a)-(b)、图2(a)-(b)所示，本发明立式电动数控刀架可以分为以下机构：动力传递机构(传动机构)、初定位机构、精定位机构、锁紧机构。锁紧机构与传动机构各自独立，保证了刀架动力传递的最大化与锁紧时刀架刚性的最大化。传动机构中的传动盘环节实现完全互换，为产品的大批量生产提供了技术条件。锁紧机构中丝杆套的固定方式，保证刀架刚性的最大化。传动机构中的蜗杆支撑轴承采用压缩弹簧的预紧方式，有效的解决了轴承的预紧问题，给产品的大批量生产提供了技术支持，同时有效的降低了产品的故障率。本发明主要包括底座1、轴用弹性挡圈2、蜗轮3、VA型密封圈4、方刀台(分为四工位或六工位)5、初定位盘6、钢背轴承7、丝杆套8、传动销9、传动盘10、编码器11、连接盘12、连接销14、初定位销15、动齿盘17、上齿盘18、下齿盘19、止动垫20、背帽21、蜗杆22、压缩弹簧23、蜗杆支撑轴承24、电机25、预紧结构26等，具体结构如下：

方刀台5和底座1上下设置，底座1与方刀台5的中心设置丝杆套8，丝杆套8通过钢背轴承7与底座1配合。

在方刀台5一端的内表面处安装上齿盘18、下齿盘19，上齿盘18、下齿盘19为法兰形状，上齿盘18通过螺钉连接于方刀台5上，下齿盘19于上齿盘18内侧、通过螺钉连接于底座1上，方刀台5与底座1通过上齿盘18和下齿盘19配合，上齿盘18和下齿盘19之间滑动旋转配合。所述方刀台5的一端与底座1之间通过“VA型密封圈4”密封，“VA型密封圈4”位于所述方刀台5一端的内表面、下齿盘19的法兰外侧和底座1上表面之间，“VA型密封圈4”为径向与轴向同时密封，通过“VA型密封圈4”实现方刀台与底座之间的有效密封。

传动盘10通过键连接于丝杆套8一端的侧面，所述丝杆套8的一端设有编码器11，传动盘10的外侧设有连接盘12。丝杆套8另一端的侧面安装有轴用弹性挡圈2，在轴用弹性挡圈2顶部、丝杆套8的侧面安装蜗轮3、蜗杆22传动副于底座1内，蜗轮3内侧通过键与丝杆套8连接，蜗轮3外侧与蜗杆22配合。蜗杆22通过蜗杆支撑轴承24与底座1配合，蜗杆22的一端设置预紧结构26，预紧结构26中安装压缩弹簧23，压缩弹簧23通过连接件压紧蜗杆支撑轴承24，从而通过压缩弹簧23来达到对蜗杆支撑轴承24的预紧。

蜗轮3、蜗杆22传动副的上方、丝杆套8外侧与底座1内侧之间设置止动垫20、背帽21，止动垫20、背帽21通过螺钉连接，采用错位沉头孔与螺钉孔紧固的防松形式，止动垫20与丝杆套8通过键连接。

方刀台5内侧与丝杆套8外侧之间设置动齿盘17，动齿盘17与丝杆套8通过螺旋结构配合。方刀台5与动齿盘17之间通过连接销14及连接盘12连接，动齿盘17与上齿盘18、下齿盘19通过端面鼠牙啮合，动齿盘17上装有传动销9、连接销14和初定位销15，动齿盘17与方刀台5通过连接盘12及连接销14连接，动齿盘17通过连接销14与连接盘12连接，连接销14与连接盘12之间为滑动配合，连接盘12与方刀台5的上表面通过螺钉连接。本发明中，动齿盘17内部设置初定位销15，初定位销15下端与固定于底座1上的初定位盘6滑动配合，初定位销15与传动盘10之间具有传动关系。传动销9与传动盘10上的传动盘定位缺面13相对应，当传动盘10的传动盘定位缺面13时转至传动销9，传动盘10与传动销9传为单向刚性配合。初定位销15的一端与初定位盘6滑动配合，初定位销15的另一端与传动盘10中的凹槽形成传动中的反带结构，初定位销侧面铣出初定位销含油缺面16，形成含油槽的润滑结构。工作时，初定位销15的初定位销含油缺面16位置周围加入润滑脂，初定位销15的定位形式及初定位销两侧面具有含有槽的润滑结构，实现了初定位的有效可靠。本发明中，初定位盘6上具有均布的初定位槽，对刀架起到初定位作用，初定位盘6通过螺钉与底座1相连。

传动机构中传动盘10带动动齿盘17上的传动销9，从而带动动齿盘17旋转的结构，及传动盘的完全互换性。

本发明的结构特点如下：

1、本发明将传动机构与锁紧机构分离，刀架锁紧与传动互不干涉(锁紧机构中的背帽21处于传动机构蜗轮3之外)。传动机构中蜗轮3、蜗杆22传动副传动中心面靠蜗杆定位，蜗轮轴向定位由轴用弹性挡圈2辅助支撑，由此降低了对蜗轮、蜗杆定位基准面的加工要求，有力的提高了刀架产出效率。提高了蜗轮蜗杆动力传递效率。

2、本发明通过方刀台5与底座1之间使用“VA型密封圈4”密封，“VA型密封圈4”为径向与轴向同时密封，密封唇具有良好的活动性和适应性，同时可以弥补旋转轴偏心问题，对零件的加工装配要求相对较低，由此提高了刀架的密封性能与刀架的产出效率。

3、本发明通过初定位销15设计优良的含油槽形式——侧面铣缺面(初定位销含油缺面16)，增加含油量，保证了初定位销15良好的润滑效果，由此提高初定位稳定性。

4、本发明通过设计计算传动盘10与动齿盘17的距离，传动盘定位缺面13与传动销9之间的角度，及二者之间的关系，通过先进的加工工艺，保证动齿盘17升起要求高度后，电机25通过丝杆套8与传动盘10开始带动传动销9与动齿盘17来带动方刀台5转位，保证传动盘10的完全互换。

5、本发明通过压缩弹簧23来对蜗杆支撑轴承24进行轴向预紧，由此保证了轴承的预紧力，同时降低了相关零件的加工要求，保证了刀架的大批量生产。

应用有限元软件ANASYS分析，保证各个刀架结构最优，每个零件的刚性充分利用，受力形式最优。

本发明的工作原理为：

机床电气系统启动，发出选刀信号，刀架电机25开始正转，蜗杆22带动蜗轮3与丝杆套8、传动盘10正向旋转。动齿盘17升起，动齿盘17与上齿盘18、下齿盘19的端面鼠牙脱离。电机25继续正向旋转，蜗杆22带动蜗轮3，丝杆套8、传动盘10带动传动销9旋转，动齿盘17与方刀台5通过连接盘12与连接销14连接，方刀台5开始旋转。编码器11反馈选刀信号，电机25开始反转，初定位销15预定位，动齿盘17开始下降与上齿盘18、下齿盘19端面鼠牙啮合，电机25反转延时，动齿盘17与上齿盘18、下齿盘19端面鼠牙啮合锁紧，换刀过程结束。

结果表明，本发明立式电动数控刀架锁紧机构与传动机构各自独立，保证了刀架动力传递性能与锁紧性能的最优，极其适合产品大量生产。该刀架锁紧机构中的一环丝杆套通过钢背轴承与底座相连，保证了刀架刚性的最大化。该数控刀架适用于经济型数控车床，采用力矩电机转位，初定位销预定位，三联齿精确定位，矩型螺纹升降锁紧，结构紧凑，定位精度高，刚性好。内抬起结构设计，防水性能好，工作灵活使用寿命长。该数控刀架通过先进的设计理念改善了现行刀架刚性差、防水性能差、动力传递效率低、初定位故障率高、结构复杂、加工装配工艺性差等问题。该产品结构设计紧凑，合理，使用性能稳定，给产品的大批量生产提供足够的技术前提，具有很广阔的市场前景。

Claims (10)

1.一种立式电动数控刀架，其特征在于：该立式电动数控刀架设有方刀台、底座、丝杆套、传动盘、上齿盘、下齿盘和动齿盘，其结构如下：

方刀台和底座上下设置，底座与方刀台的中心设置丝杆套，丝杆套通过钢背轴承与底座配合；

传动盘连接于丝杆套一端的侧面，传动盘的外侧设有连接盘，丝杆套另一端的侧面安装蜗轮、蜗杆传动副；

在方刀台一端的内表面处安装上齿盘、下齿盘，上齿盘连接于方刀台上，下齿盘于上齿盘内侧连接于底座上，方刀台与底座通过上齿盘和下齿盘配合；

方刀台内侧与丝杆套外侧之间设置动齿盘，动齿盘与丝杆套通过螺旋结构配合，动齿盘与方刀台通过连接盘连接，动齿盘与上齿盘、下齿盘通过端面鼠牙啮合；

动齿盘内部设置初定位销，初定位销下端与固定于底座上的初定位盘滑动配合，初定位销与传动盘之间具有传动关系。

2.按照权利要求1所述的立式电动数控刀架，其特征在于：所述丝杆套另一端的侧面安装有轴用弹性挡圈，在轴用弹性挡圈顶部、丝杆套的侧面安装蜗轮、蜗杆传动副于底座内，蜗轮内侧通过键与丝杆套连接，蜗轮外侧与蜗杆配合。

3.按照权利要求1或2所述的立式电动数控刀架，其特征在于：所述蜗轮、蜗杆传动副的上方、丝杆套外侧与底座内侧之间设置止动垫、背帽，止动垫与背帽连接，止动垫与丝杆套连接。

4.按照权利要求1或2所述的立式电动数控刀架，其特征在于：所述蜗杆通过蜗杆支撑轴承与底座配合，蜗杆的一端设置预紧结构，在蜗杆的轴向采用压缩弹簧的预紧结构，压缩弹簧通过连接件压紧蜗杆支撑轴承。

5.按照权利要求1所述的立式电动数控刀架，其特征在于：所述丝杆套的一端设有编码器。

6.按照权利要求1所述的立式电动数控刀架，其特征在于：所述方刀台的一端与底座之间通过“VA型密封圈”密封，“VA型密封圈”位于所述方刀台一端的内表面、下齿盘的法兰外侧和底座上表面之间，“VA型密封圈”为径向与轴向同时密封。

7.按照权利要求1所述的立式电动数控刀架，其特征在于：所述动齿盘上装有连接销，动齿盘通过连接销与连接盘连接，连接销与连接盘之间为滑动配合，连接盘与方刀台的上表面通过螺钉连接。

8.按照权利要求1所述的立式电动数控刀架，其特征在于：所述动齿盘上装有传动销，传动销与传动盘上的定位缺面相对应，当传动盘的定位缺面转至传动销时，传动销与传动盘为单向刚性配合。

9.按照权利要求1所述的立式电动数控刀架，其特征在于：所述动齿盘上装有初定位销，初定位销的一端与初定位盘滑动配合，初定位销的另一端与传动盘上的凹槽形成传动中的反带结构，初定位销侧面铣出缺面，形成含油槽的润滑结构。

10.按照权利要求1所述的立式电动数控刀架，其特征在于：所述初定位盘上具有均布的初定位槽，对刀架起到初定位作用，初定位盘通过螺钉与底座相连。

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