CN102615298B - 基于bmt刀盘的单伺服动力刀架 - Google Patents
基于bmt刀盘的单伺服动力刀架 Download PDFInfo
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Abstract
基于BMT刀盘的单伺服动力刀架，涉及数控机床用刀架领域。它包括刀架箱体、后盖板、动力输入轴、离合装置、第一中间轴、第二中间轴、第三中间轴、三齿盘结构、动力刀驱动装置和BMT刀盘，伺服电机通过安装在中间轴上的直齿轮系驱动BMT刀盘转位，通过安装在中间轴上的直齿轮和锥齿轮传动驱动动力刀具，利用安装在动力输入轴上的直齿轮和液压拨叉机构的离合实现动力切换。该单伺服动力刀架具有刚性好、反向加工能力强和安装方便的特点。
Description
技术领域
本发明创造属于数控机床用动力刀架领域，具体说涉及一种BMT刀盘的单伺服动力刀架。
背景技术
数控刀架是数控车床和数控车铣复合加工中心的重要核心功能部件，目前刀架设计开发上大多遵循德式快换刀座（VDI Tool holder System）规范，带VDI刀盘的数控刀架通过夹紧块夹紧带齿锥的刀柄，已广泛使用于刀座轴向或径向安装的刀塔，具有换刀速度快的特点。但在VDI刀盘上，刀座的刀柄安装在刀盘安装孔内，为了方便安插一般采用松配合，两者产生的微小间隙会对加工精度造成不良影响；刀柄利用锁紧块上的单一螺钉固定，由于空间限制，锁紧块不能做得很大，使锁紧块无法对刀座进行强力锁压固定，导致固定效果不稳固；切削时，刀具的受力端到刀座的固定端较长，容易产生振动，同时降低了刚性。VDI刀盘的缺点限制了机床整机的加工性能。
发明内容
本发明提供一种单伺服动力刀架，采用BMT刀盘，实现刀盘和动力刀的驱动以及动力切换，解决已有刀架刚性不足、反向加工能力差、装配工艺性不好等问题。
本发明创造的目的是通过下述技术方案实现的：基于BMT刀盘的单伺服动力刀架，其特征在于：包括刀架箱体、后盖板、动力输入轴、离合装置、第一中间轴、第二中间轴、第三中间轴、三齿盘结构、动力刀驱动装置和BMT刀盘，其中：
动力输入轴后端通过轴套和球轴承支撑在刀架后盖板上，前端通过滚针轴承支撑在刀架后盖板上，并通过安全联轴器与伺服电机相连，动力输入轴通过外花键与两个具有内花键的直齿轮a、直齿轮b相连；
离合装置主要包括液压活塞和固定在活塞上的拨叉；
第一中间轴为一双联齿轮轴，该轴上的两个直齿轮c、d分别与刀盘驱动齿轮e、动力输入轴上的直齿轮a啮合；
第二中间轴上安装有直齿轮i，直齿轮i同时与动力输入轴上的直齿轮b和第三中间轴上的直齿轮f相互啮合；
第三中间轴为一齿轮轴；
三齿盘结构主要包括动齿盘、定齿盘和锁紧齿盘，定齿盘安装在刀架箱体上，连接有刀盘的动齿盘靠螺钉连接到刀盘驱动齿轮e上，挡套安装在刀架箱体上，挡套、定齿盘和动齿盘将锁紧齿盘封闭成一活塞结构，在锁紧齿盘上设有弹簧；
动力刀驱动装置主要包括一对安装在齿轮箱上的锥齿轮g、h，其中锥齿轮g通过胀套与第三中间轴相连，锥齿轮h与动力刀驱动接口连接；
所述的动力输入轴上的两个直齿轮a、b的端部均具有套结构，套结构上分别设计有内螺纹和外螺纹，两个套结构通过螺纹连接在一起。
所述的动力输入轴上直齿轮a的套结构上设有一挡肩，一球轴承通过直齿轮a的挡肩、挡圈和弹簧卡圈安装在直齿轮a的套结构上，该球轴承的外圈上套有轴承套，在轴承套有凹槽，拨叉的叉部插入该凹槽内。
所述的刀盘驱动齿轮e通过推力轴承和轴承垫顶在挡套的侧面上，挡套的液压油受力面积大于锁紧齿盘的液压油受力面积。
所述的动力刀驱动装置的锥齿轮g通过其轴肩和锁紧螺母固定有球轴承，紧固件利用螺纹连接将球轴承和锥齿轮g固定到齿轮箱上，锥齿轮h通过其轴肩和动力接口轴肩固定有球轴承，球轴承外圈套入支撑套内，支撑套套入齿轮箱，齿轮箱通过支撑件固定在后盖板上，两锥齿轮g、h相互啮合传动。
本发明创造的有益效果：本发明创造采用上述结构，伺服电机通过安全联轴器驱动动力输入轴。动力输入轴通过安装在动力输入轴上的直齿轮，第一中间轴上的直齿轮和刀盘驱动齿轮驱动刀盘旋转。动力输入轴通过动力输入轴上的直齿轮、第二中间轴上的直齿轮、第三中间轴上的直齿轮和齿轮箱上的一对锥齿轮驱动动力刀具。刀盘驱动齿轮通过推力轴承和轴承垫顶在挡套的侧面上，挡套的液压油受力面积大于锁紧齿盘的液压油受力面积。增强了刀具的背向加工能力。刀盘采用BMT刀盘，采用十字定位键与键槽贴合, 无需调节，通过四个锁紧螺栓加紧，高夹紧力，提高刀架的刚性。本发明创造利用安装在动力输入轴上的直齿轮和液压拨叉机构的离合实现动力切换，具有刚性好、反向加工能力强和安装方便的特点。
附图说明
图1是本发明创造的结构示意图。
图2是本发明创造的剖面示意图。
图3是本发明创造的第二中间轴传动原理图。
图4是图2中Ⅰ（离合装置）的局部放大图。
图5是本发明创造的拨叉示意图。
图6是图2中Ⅱ（三齿盘锁紧机构）的局部放大图。
图7是图2中Ⅲ（齿轮箱）的局部放大图。
图中，1伺服电机；2安全联轴器；3轴套；4球轴承；5滚针轴承；6后盖板；7动力输入轴；7.1外花键；8直齿轮a；8.1套结构；8.2内螺纹；8.3内花键；8.4挡肩；9直齿轮b；9.1套结构；9.2外螺纹；9.3内花键；10活塞；10.1油腔a；10.2油腔b；11拨叉；11.1叉部；12轴承套；12.1套挡肩；12.2凹槽；13球轴承；14垫；15螺钉；16挡圈；17弹簧卡圈；18第一中间轴；18.1直齿轮c；18.2直齿轮d；19第二中间轴；20刀盘驱动齿轮e；21第三中间轴；21.1直齿轮f；22定齿盘；23动齿盘；24锁紧齿轮；24.1油腔c；24.2油腔d；25挡套；26推力轴承；27轴承垫；28刀盘；28.1十字键槽；28.2螺纹孔；29刀架箱体；30螺钉；31弹簧；32锥齿轮g；32.1轴肩；33锥齿轮h；33.1轴肩；34齿轮箱；35螺钉；36球轴承；37胀紧套；38压板；39紧固件；40垫；41球轴承；42支撑套；43动力界面；43.1动力界面轴肩；44锁紧螺母；45支撑件；46螺钉；47直齿轮i；48滚针轴承。
具体实施方式
如图1、图2和图3所示，本发明单伺服动力刀架主要包括刀架箱体29、后盖板6、动力输入轴7、离合装置（主要包括活塞10和拨叉11）、第一中间轴18、第二中间轴19、第三中间轴21、三齿盘结构（主要包括动齿盘23、定齿盘22和锁紧齿盘24）、动力刀驱动装置（主要包括齿轮箱34、锥齿轮g32、锥齿轮h33和动力界面43）和刀盘28。
刀盘28上设有定位刀座用的十字键槽28.1，有固定刀座用的螺纹孔28.2。
动力输入轴7后端套有轴套3，轴套3上套有球轴承4，球轴承4支撑在刀架后盖板6上，动力输入轴7前端通过滚针轴承5支撑在刀架后盖板6上，动力输入轴7通过安全联轴器2与伺服电机1相连。超载时安全联轴器2连接失效，伺服电机1的输出轴与动力输入轴7断开连接，起电机保护作用。动力输入轴7上设计有外花键7.1。
直齿轮a8上有内花键8.3，直齿轮a8端部有一套结构8.1，套结构8.1上有内螺纹8.2; 直齿轮b9上有套结构9.1，套结构9.1上有外螺纹9.2，套结构9.1上有外螺纹9.2旋入套结构8.1上有内螺纹8.2内。直齿轮a8和直齿轮b9分别通过内花键8.3和内花键9.2套入动力输入轴上7。直齿轮a8和直齿轮b9可在动力输入轴7上沿A向和A的反方向滑动。
直齿轮a8的套结构8.1上有一挡肩8.4，球轴承13的内圈套在套结构8.1上，利用挡肩8.4和挡圈16、弹簧卡圈17固定球轴承13内圈。球轴承13的外圈上套有轴承套12，利用螺钉15和垫14和轴承套12固定球轴承13的外圈。
第一中间轴18为一双联齿轮轴，直齿轮c18.1与直齿轮a8相互啮合，直齿轮d18.2与刀盘驱动齿轮e20相互啮合。第二中间轴19上安装有直齿轮i47，直齿轮i47同时与直齿轮b9以及第三中间轴21上的直齿轮f21.1相互啮合。第三中间轴21端部通过滚针轴承48支撑在刀架后盖板6上。
离合装置主要包括活塞10和拨叉11，拨叉11固定在活塞10上，拨叉11的叉部11.1套入轴承套12的凹槽12.2。液压由油腔a10.1流入时，活塞10带动拨叉11并推动直齿轮a8沿A反方向移动，直齿轮a8与直齿轮c18.1脱离啮合，直齿轮b9与刀盘驱动齿轮e20啮合传动。液压由油腔b10.2流入时，活塞10带动拨叉11并推动齿轮沿A方向移动, 直齿轮a8与直齿轮c18.1啮合传动，直齿轮b9与刀盘驱动齿轮e20脱离啮合。
三齿盘结构主要包括动齿盘23、定齿盘22和锁紧齿盘24。定齿盘22安装在刀架箱体29上，动齿盘23靠螺钉30与刀盘驱动齿轮e20连接。挡套25安装在刀架箱体29上，刀盘驱动齿轮e20通过推力轴承26和轴承垫27顶在挡套25的侧面上。定齿盘22、动齿盘23、刀盘驱动齿轮e20和挡套25将锁紧齿盘24封闭成为一活塞结构，在锁紧齿盘24上设有弹簧31。当液压由油腔c24.1流进时，定齿盘22、动齿盘23和锁紧齿盘24齿牙脱离，刀盘驱动齿轮e20可带动动齿盘23和刀盘28旋转；当液压由油腔d24.2流入时，定齿盘22、动齿盘23和锁紧齿盘24齿牙接触，锁紧动齿盘23。
刀架在进行背向加工时，刀盘28对动齿盘23的作用力等于切削力Fz，液压油和弹簧31作用到锁紧齿盘24上的合力为F1，液压油和弹簧31作用到挡套25上的合力为F1+F2，其中，F2为挡套25侧面大于锁紧齿盘24侧面部分受液压油的作用力。为动齿盘和与锁紧齿盘间作用力为r F1（0<r<1），刀架加工过程的最大背向加工能力为F2+(1- r) F1。挡套25外环的存在可提高刀架的背向加工能力。
动力刀驱动装置结构如图7所示，锥齿轮g32的轴肩32.1和锁紧螺母44固定球轴承36的内圈，垫40和球轴承36的外圈沿轴线X1方向套入齿轮箱34。紧固件39上有外螺纹，旋入齿轮箱34固定球轴承36外圈，将球轴承36和锥齿轮g32安装到齿轮箱34上。锥齿轮h33的轴肩33.1和动力界面轴肩43.1固定球轴承41内圈，球轴承41外圈套入支撑套42内，支撑套42沿轴线X2套入齿轮箱34内。锥齿轮g32和锥齿轮h33相互啮合传动。齿轮箱34通过螺钉35固定到支撑件45上，支撑件45通过螺钉46固定在后盖板6上。
刀架装配时，预先将锥齿轮g32、锥齿轮h33安装在齿轮箱34上。再将装配好的齿轮箱34插入第三中间轴21，并通过胀紧套37和压板38胀紧锥齿轮g32和第三中间轴21，通过螺钉35将齿轮箱34固定到支撑件45上。
Claims (1)
1.基于BMT刀盘的单伺服动力刀架，其特征在于：包括刀架箱体、后盖板、动力输入轴、离合装置、第一中间轴、第二中间轴、第三中间轴、三齿盘结构、动力刀驱动装置和BMT刀盘，其中：
动力输入轴后端通过轴套和球轴承支撑在刀架后盖板上，前端通过滚针轴承支撑在刀架后盖板上，并通过安全联轴器与伺服电机相连，动力输入轴通过外花键与两个具有内花键的直齿轮a、直齿轮b相连；
离合装置主要包括液压活塞和固定在活塞上的拨叉；
第一中间轴为一双联齿轮轴，该轴上的两个直齿轮c、d分别与刀盘驱动齿轮e、动力输入轴上的直齿轮a啮合；
第二中间轴上安装有直齿轮i，直齿轮i同时与动力输入轴上的直齿轮b和第三中间轴上的直齿轮f相互啮合；
第三中间轴为一齿轮轴；
三齿盘结构主要包括动齿盘、定齿盘和锁紧齿盘，定齿盘安装在刀架箱体上，连接有刀盘的动齿盘靠螺钉连接到刀盘驱动齿轮e上，挡套安装在刀架箱体上，挡套、定齿盘和动齿盘将锁紧齿盘封闭成一活塞结构，在锁紧齿盘上设有弹簧；
动力刀驱动装置主要包括一对安装在齿轮箱上的锥齿轮g、h，其中锥齿轮g通过胀套与第三中间轴相连，锥齿轮h与动力刀驱动接口连接；
所述的动力输入轴上的两个直齿轮a、b的端部均具有套结构，套结构上分别设计有内螺纹和外螺纹，两个套结构通过螺纹连接在一起；
所述的动力输入轴上直齿轮a的套结构上设有一挡肩，一球轴承通过直齿轮a的挡肩、挡圈和弹簧卡圈安装在直齿轮a的套结构上，该球轴承的外圈上套有轴承套，在轴承套有凹槽，拨叉的叉部插入该凹槽内；
所述的刀盘驱动齿轮e通过推力轴承和轴承垫顶在挡套的侧面上，挡套的液压油受力面积大于锁紧齿盘的液压油受力面积。
2 按照权利要求1所述的基于BMT刀盘的单伺服动力刀架，其特征在于：所述的动力刀驱动装置的锥齿轮g通过其轴肩和锁紧螺母固定有球轴承，紧固件利用螺纹连接将球轴承和锥齿轮g固定到齿轮箱上，锥齿轮h通过其轴肩和动力接口轴肩固定有球轴承，球轴承外圈套入支撑套内，支撑套套入齿轮箱，齿轮箱通过支撑件固定在后盖板上，两锥齿轮g、h相互啮合传动。
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