CN102784931B - 一种中心主轴夹紧机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种中心主轴夹紧机构，位于主轴(1)的两侧分别设置压板(4)；每一所述压板(4)的中部设置有用于夹紧主轴的接触面；每一所述压板(4)的上端分别利用固定销(3)铰接于一个固定点上；两个所述压板(4)的下端之间设置有液压夹紧机构和弹簧复位机构(6)；两侧的所述压板(4)上还分别开设有一个长孔，长孔内设置有固定的限位销(5)。本发明主轴夹紧机构尤其适用于车铣或车削复合加工中心主轴尾端，具有结构简单、应用广泛、控制安装简便、利用空间小的特点。

Description

一种中心主轴夹紧机构

技术领域

本发明涉及一种主轴夹紧机构。

背景技术

对于车铣复合加工中心机床，在车削加工和铣削加工条件下，其主轴功能不同。车削时，机床的主轴充当通用车床主轴；铣削加工时，主轴功能为定位轴，通常称为C轴。在进行铣削加工时，往往根据实际零件加工要求，使主轴处于一个特定的加工位置并保持固定。这就需要一个主轴夹紧机构实现C轴的定位。这种夹紧机构，只在铣削加工时锁紧主轴防止主轴转动，在车削加工时松开主轴让主轴高速旋转。夹紧要安全可靠，动作迅速。

发明内容

本发明旨在提供一种结构简单、应用广泛、控制简便的主轴夹紧机构；尤其适宜安装在车铣或车削复合加工中心主轴尾端。

为了达到上述目的，本发明一种中心主轴夹紧机构，位于主轴的两侧分别设置压板；每一所述压板的中部设置有用于夹紧主轴的接触面；每一所述压板的上端分别利用固定销铰接于一个固定点上；两个所述压板的下端之间设置有液压夹紧机构和弹簧复位机构；其中，所述液压夹紧机构的油缸缸筒部分以及油缸杆部分分别通过销连接铰接在一侧的所述压板上；所述弹簧复位机构包括一端为螺纹一端为光杆的螺杆；所述螺杆的螺纹段中部旋接有压紧螺母，端部旋接于螺杆固定端，所述螺杆固定端铰接于一侧的所述压板上；所述螺杆的光杆段中部顶靠于所述压紧螺母穿设有弹簧，所述弹簧的另一端顶靠在穿设于所述光杆段端部的螺杆滑动端；所述螺杆滑动端通过销铰接于另一侧的所述压板上；两侧的所述压板上还分别开设有一个长孔，长孔内设置有固定的限位销。

优选方式下，压板上接触面为V型块接触面或圆弧接触面。此外，压板上端的固定点位于所述主轴端侧的主轴箱端面上，或者位于主轴箱端面外缘连接的固定法兰上。相应的，优选方式下，所述限位销也可固定于所述主轴箱端面或者所述主轴箱端面外缘连接的固定法兰上。

本发明一种结构简单、应用广泛、控制简便的主轴夹紧机构，尤其适宜安装在车铣或车削复合加工中心主轴尾端；具有安装简便，空间小的特点。

附图说明

图1是本发明夹紧机构的组成结构示意图；

图2是夹紧机构中弹簧复位机构结构示意图；

图3是本发明夹紧机构的力学模型。

具体实施方式

本文涉及的夹紧机构安装在主轴尾端，其结构原理如图1所示，两个对称安装的压板4通过固定销3安装到固定法兰2上，固定法兰2安装在主轴箱端面上，如果主轴箱端面结构空间允许，压板4也可直接安装到主轴箱端面上。压板4与主轴1之间可采用V型块接触方式也可以采用圆弧接触方式，采用圆弧接触方式夹紧接触区域为面接触，夹紧可靠，但要求接触圆弧区域加工精度较高，安装是不易调整；采用V型块式的接触方式，接触区域为线接触，压板易于调整。

主轴1的夹紧和松开动作通过油缸7和弹簧复位机构6实现。当机床进行铣削加工时，主轴必须夹紧，此时通过油缸的拉力是夹紧机构夹紧。当机床处于停车状态或者车削加工状态时，要求夹紧机构处于松开状态，主轴可以转动。这就要求夹紧机构在油缸卸压状态下实现机构的松开，松开机构需要克服机构的摩擦阻力，因此通过弹簧复位机构实现机构松开，松开的力由弹簧提供。从夹紧机构的动作时序控制上将，油缸的动作需要Y型阀实现。即当机构夹紧时，油缸拉行程作用，给机构提供锁紧力；当机构松开时，油缸内的液压油返回油箱。机构的松开时的张开角度受限位销钉5限制。限位销钉5固定在固定法兰或主轴箱上，对应在压板上开出长孔以限制压板张开的范围。也就是说，限位销钉5置于长孔内，长孔一个方向孔径大于销钉的直径，以便相对长孔，销钉可以在其中移动；另一方面孔径大小取决于压板松开时需要张开的范围。出于机构安全考虑，限位销钉限制的范围应在油缸行程方位内，并且弹簧复位结构能够提供压紧力是压板靠紧限位销钉。油缸和弹簧复位机构的组合实现了主轴夹紧机构的功能。

弹簧复位机构如图2所示，主要由弹簧10、压紧螺母11、螺杆12、螺杆固定端13、螺杆滑动端9组成及销钉8等组成。螺杆一端为螺纹一端为光杆，螺纹端与螺杆固定端拧紧，螺杆固定端13通过销钉与压板4铰接，光杆端插入螺杆滑动端可以自由滑动。螺杆滑动端9与另一端压板4铰接。弹簧10套装在螺杆12上，一端靠紧连杆滑动端，另一端靠紧压紧螺母。当机构松开时，通过压紧螺母调整弹簧压缩量，控制松开时压板压紧限位销钉的力。应适当调整弹簧压缩量，使得弹簧的压缩量在机构能顺利松开并压紧限位销钉为宜。弹簧预压力会抵消油缸部分的夹紧力，因此弹簧预压不易过大。

主轴的夹紧靠压板与主轴之间的摩擦力实现，夹紧力靠油缸提供。以一般V型接触形式为例，夹紧机构的力学模型如图3所示，根据力平衡原理，可知：

F_ncosθ(L₁-L₃)+F_ncosθ(L₁+L₃)＝F₂(L₁+L₂)(1)

即：

$F_n=\frac{F_2}{2\cos \mathrm{\θ}}(1+\frac{L_2}{L_1})---\left(2\right)$

其中：

F_n-压紧力；

F₂-油缸拉力；

L₁-固定销中心到主轴中心在Y方向的投影距离；

L₂-油缸作用点到主轴中心在Y方向的投影距离；

L₃-压板与主轴接触点到主轴中心在Y方向的投影距离；

θ-压板接触点与主轴中心点间连线的夹角；

此时，夹紧机构提供的夹紧力矩M_f为：

$M_f=\frac{\mathrm{\μ}{F}_{2}d}{\cos \mathrm{\θ}}(1+\frac{L_2}{L_1})---\left(3\right)$

若令F_e＝2F_ncosθ，那么公式(2)可表示为：

F_e＝kF₂(4)

那么，公式(4)中的F_e为等效压紧力；k可理解为力放大倍数。当θ值很小时(＜20°)时，夹紧机构提供的夹紧力矩M_f可近似为：

M_f＝μF_ed＝μkF₂d(5)

无论压板与主轴是V型块接触或者圆弧接触，只要接触区域很小，都可等效成公式(5)的形式。而力放大倍数k也可由压板结构尺寸确定。此时，可以根据压板连接点与接触点的尺寸及油缸拉力计算夹紧扭矩。反过来，可根据要求的夹紧扭矩确定油缸推力及力放大倍数，进而确定夹紧机构的结构尺寸。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种中心主轴夹紧机构，其特征在于，位于主轴(1)的两侧分别设置压板(4)；每一所述压板(4)的中部设置有用于夹紧主轴的接触面；

每一所述压板(4)的上端分别利用固定销(3)铰接于一个固定点上；

两个所述压板(4)的下端之间设置有液压夹紧机构和弹簧复位机构(6)；

其中，所述液压夹紧机构的油缸(7)缸筒部分以及油缸杆部分分别通过销连接铰接在一侧的所述压板(4)上；

所述弹簧复位机构(6)包括一端为螺纹一端为光杆的螺杆(12)；所述螺杆(12)的螺纹段中部旋接有压紧螺母(11)，端部旋接于螺杆固定端(13)，所述螺杆固定端(13)铰接于一侧的所述压板(4)上；所述螺杆(12)的光杆段中部顶靠于所述压紧螺母(11)穿设有弹簧(10)，所述弹簧(10)的另一端顶靠在穿设于所述光杆段端部的螺杆滑动端(9)上；所述螺杆滑动端(9)通过销铰接于另一侧的所述压板(4)上；

两侧的所述压板(4)上还分别开设有一个长孔，长孔内设置有固定的限位销(5)。

2.根据权利要求1所述中心主轴夹紧机构，其特征在于，所述接触面为V型块接触面或圆弧接触面。

3.根据权利要求1所述中心主轴夹紧机构，其特征在于，所述压板(4)上端的固定点位于所述主轴(1)端侧的主轴箱端面上，或者位于主轴箱端面外缘连接的固定法兰(2)上。

4.根据权利要求3所述中心主轴夹紧机构，其特征在于，所述限位销(5)固定于所述主轴箱端面或者所述主轴箱端面外缘连接的固定法兰(2)上。