CN103341772A - 一种主轴松刀卸荷机构及机床 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种主轴松刀卸荷机构及机床，属于机械制造领域，包括主轴箱1、主轴2、拉刀杆3、液压缸4。主轴2可旋转的设于主轴箱1中。拉刀杆3设于主轴2中。液压缸4包括可向相反方向移动的、推拉刀杆3的第一组件5和拉主轴2的第二组件6。第一组件5和第二组件6之间设有可驱动第一组件5和第二组件6相互移动的第一弹性元件9，还包括沿拉主轴2方向设置的第二弹性元件10，液压缸4的第二组件6通过第二弹性元件10与主轴箱1连接。本发明的技术方案在液压缸4和主轴箱1间设置弹性元件，通过使用弹性元件推动主轴的液压缸4的缸体复位，具有结构简单、可靠性高、成本低的优点。

Description

一种主轴松刀卸荷机构及机床

本发明属于机械设备制造领域，涉及一种松刀机构，尤其涉及一种主轴松刀卸荷机构及数控机床。

背景技术

数控机床主轴自动松拉刀动作是机床加工中心中必不可少的功能。目前数控机床主轴松刀动作均是通过自动松刀装置来实现的，即在机床换刀时，必须首先通过松刀动作后才能将主轴上的刀具取下，待主轴换上新刀后，再进行拉刀动作，将主轴上的刀具拉紧后才可进行加工。目前的机床在为主轴进行换刀动作时，通常的结构都是首先通过松刀油缸的动作推动带有蝶形弹簧的拉刀杆，使主轴夹持刀具的夹头松开来实现松刀动作；当新的刀具被换到主轴上后，松刀油缸泄油，活塞在弹簧的作用下回退，拉刀杆在蝶形弹簧的作用下回退而实现拉紧刀具的目的。

然而，目前这种自动松刀装置在使用过程中，由于其液压缸活塞杆在外界压力的作用下向前移动接触到主轴拉刀杆，之后，液压缸活塞杆在外力的作用下继续向前移动，从而压缩设置在主轴拉刀杆上的蝶形弹簧，将最终约15000N～20000N的松刀力全部作用在主轴的支撑轴承上，因此在长期往复情况下会破坏主轴的回转精度，降低轴承的使用寿命。

随着客户对数控机床精度、可靠性及使用寿命的要求越来越高，主轴作为机床重要部件，其回转精度的保持性及寿命也变得越来越重要。因此在设计主轴时必须注意松刀力对主轴轴承回转精度及使用寿命的影响，设计卸荷装置可改善主轴轴承的受力情况，提高主轴轴承回转精度的保持性，延长轴承的使用寿命。

现有技术中的一种主轴松刀卸荷机构，在主轴后端面同轴固定油缸，同时将油缸的相互产生作用力的缸体和活塞分别与主轴和拉刀杆相连，从而将松刀所需的压力均作用在主轴上，而与主轴轴承无关。

但现有的该结构在主轴拉刀时，采用液压油推动主轴卸荷缸体复位，其结构复杂，成本高；同时液压缸部分的结构复杂，不便于安装和维修；此外，拉刀杆吹气时容易漏气和造成气压不足。

发明内容

有鉴于此，本发明通过使用弹性元件推动主轴的液压缸的缸体复位，具有结构简单、可靠性高、成本低的优点。

为达到上述目的，具体技术方案如下：

一方面，提供一种主轴松刀卸荷机构，包括主轴箱、主轴、拉刀杆、液压缸，所述主轴可旋转的设于所述主轴箱中，所述拉刀杆设于所述主轴中，所述液压缸包括可向相反方向移动的、推所述拉刀杆的第一组件和拉所述主轴的第二组件，所述第二组件上设有拉所述主轴的第一作用面，所述主轴上设有与所述第一作用面相配合的第二作用面，所述第一组件和第二组件之间设有可驱动所述第一组件和第二组件相互移动的第一弹性元件，还包括沿拉所述主轴方向设置的第二弹性元件，所述液压缸的第二组件通过所述第二弹性元件与所述主轴箱连接。

优选的，还包括碟簧，所述拉刀杆通过所述碟簧与所述主轴连接。

优选的，所述液压缸的第一组件包括活塞，所述活塞的一端设有推所述拉刀杆的第三作用面，所述拉刀杆上设有与所述第三作用面配合的第四作用面，所述活塞中还设有与所述拉刀杆配合的气孔，所述气孔中位于所述活塞一端的一端还设有空心轴和第三弹性元件，所述空心轴通过所述第三弹性元件与所述气孔连接。

优选的，所述活塞的第三作用面上还设有推力轴承。

优选的，所述液压缸的第二组件包括相连的缸体和端盖，所述主轴上还设有压盖，所述缸体和压盖上分别设有形成搭接的第一凸台和第二凸台，所述第一作用面和第二作用面分别设于所述第一凸台和第二凸台相邻的端面上，所述端盖通过所述第二弹性元件与所述主轴箱连接。

优选的，还包括导向杆，所述导向杆设于拉所述主轴的方向上，所述导向杆的一端与所述主轴箱连接，所述导向杆的另一端通过所述第二弹性元件与所述端盖连接。

优选的，所述端盖上还设有进液口。

优选的，所述主轴、拉刀杆、液压缸的第一组件、第二组件同轴设置。

优选的，所述第一弹性元件、第二弹性元件、第三弹性元件为弹簧。

另一方面，提供一种机床，包括如上述的主轴松刀卸荷机构。

相对于现有技术，本发明的技术方案的优点有：

1）主轴的松、拉刀卸荷机构可改善主轴轴承的受力情况，提高主轴轴承回转精度的保持性，延长主轴轴承的使用寿命；

2）在主轴拉刀时，采用弹性元件推动主轴的卸荷油缸复位，结构简单，可靠性高，成本低；

3）将液压卸荷油缸分成两个零件，方便安装和维修；

4）在拉刀杆吹气结构中，增加弹簧，用弹簧力压紧吹气表面，防止漏气；

5）在活塞的前端安装推力轴承，防止主轴发生故障（推力轴承与拉刀杆接触时，拉刀杆仍旋转）时，损坏拉刀杆及活塞。

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是本发明实施例的结构示意图；

图2是图1中I部的放大结构示意图。

其中，1为主轴箱、2为主轴、3为拉刀杆、4为液压缸、5为第一组件、6为第二组件、7为第一作用面、8为第二作用面、9为第一弹性元件、10为第二弹性元件、11为活塞、12为气孔、13为空心轴、14为第三弹性元件、15为缸体、16为端盖、17为导向杆。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

以下将结合附图对本发明的实施例做具体阐释。

如图1中所示的本发明的实施例的一种主轴松刀卸荷机构，包括主轴箱1、主轴2、拉刀杆3、液压缸4。主轴2通过主轴轴承可旋转的设于主轴箱1中。拉刀杆3通过碟簧，及蝶形弹簧设于主轴2中。

并结合如图2中所示，液压缸4包括可向相反方向移动的、推拉刀杆3的第一组件5和拉主轴2的第二组件6。通过推拉刀杆3的第一组件5和拉主轴2的第二组件6将松刀时的作用力均转换到主轴2上，而避开主轴轴承。

第二组件6上设有拉主轴2的第一作用面7，主轴2上设有与第一作用面7相配合的第二作用面8。第一组件5和第二组件6之间设有可驱动第一组件5和第二组件6相互移动的第一弹性元件9，利于第一组件5和第二组件6复位。其中，还包括沿拉主轴2方向，及如图1中所示的向右的水平方向设置的第二弹性元件10，液压缸4的第二组件6通过第二弹性元件10与主轴箱1连接。

本发明的实施例在液压缸4和主轴箱1间设置弹性元件，通过使用弹性元件推动主轴的液压缸4的缸体复位，具有结构简单、可靠性高、成本低的优点。

如图2中所示，在本发明的实施例中，液压缸4的第一组件5包括活塞11。活塞11的一端设有推拉刀杆3的第三作用面，拉刀杆3上设有与第三作用面配合的第四作用面。活塞11中还设有与拉刀杆3配合的气孔12。在松刀时，第三作用面推动第三作用面。

气孔12中位于活塞11一端的一端还设有空心轴13和第三弹性元件14，空心轴13通过第三弹性元件14与气孔12连接。优选第三作用面包括空心轴13的一端面，在松刀时，空心轴13的一端面与第四作用面配合，通过第三弹性元件14的作用，将空心轴13的中心通孔压紧第四作用面，即将气孔12与拉刀杆3中的通气孔相连并通过弹力压紧，防止漏气。

此外，活塞11的第三作用面上还设有推力轴承，防止旋转的主轴2和拉刀杆3、以及活塞11损坏。并优选拉刀杆3的第四作用面上还设有螺母，通过螺母与第三作用面作用。

另如图2中所示，在本发明的实施例中，液压缸4的第二组件6包括相连的缸体15和端盖16，分成两个零件，方便安装和维修。主轴2上还设有压盖，缸体15和压盖上分别设有形成搭接的第一凸台和第二凸台，第一作用面7和第二作用面8分别设于第一凸台和第二凸台相邻的端面上。

其中，还包括导向杆17。导向杆17设于拉主轴2的方向上，导向杆17的一端与主轴箱1连接，另一端17通过第二弹性元件10与端盖16连接。

另外，优选主轴箱1上还设有缸套，并通过缸套与导向杆17相连。端盖16上还设有进液口。活塞11的另一端还设有安装螺母，安装螺母通过第一弹性元件9与端盖16连接。

在本发明的实施例中，优选主轴2、拉刀杆3、液压缸4的第一组件5、第二组件6同轴设置。第一弹性元件、第二弹性元件、第三弹性元件为弹簧。液压缸4为油缸。

此外，在本发明的实施例中，在主轴2拉刀状态下，压盖的第二凸台与缸体15的第一凸台的第二作用面8和第一作用面7之前有间隙S，保证主轴2在运转时压盖不会与缸体15发生干涉。

当主轴2松刀时，液压缸4进液口进油，液压油进入液压缸4油腔并推动活塞11向推拉刀杆3的方向，及如图1中所示向左的水平方向运动。当安装在活塞11上的推力轴承顶住拉刀杆3的第四作用面时，由于碟簧的弹力作用，使活塞11不能继续想前运动。此时，在液压油的作用下，缸体15与端盖16形成的第二组件6将克服第二弹性元件10的弹力作用向右移动，直到第二组件6的第一作用面7与主轴2的第二作用面8贴合，即S=0。此时第二组件6停止运动，第二组件6和主轴2的压盖一起构成一个“拉拔结构”；随着液压缸4右腔油压的进一步升高，活塞11的输出力逐渐加大，当大于碟簧的弹力后就推动拉刀杆3压缩碟簧向左移动，同时拉刀杆3带动拉爪向前运动，到达形成后拉爪张开将刀柄松开并推出，完成松刀动作。

当新刀柄被换上后，在换向阀的作用下，液压油从进液口撤回，活塞11在碟簧和第一弹性元件9的作用下向右移动复位。与此同时，第二组件6在第二弹性元件10的作用下向左移动复位，恢复第一作用面7和第二作用面8之间的间隙S。拉刀杆3在碟簧的作用下复位，同时带动拉爪拉紧刀柄，完成拉刀动作。

在整个松刀过程中，力的传递过程是：碟簧右端的作用力作用在活塞11上，通过右侧油腔中的液压油传到缸体15上，而缸体15的第一作用面7与主轴2压盖的第二作用面8贴合，所以力就传递到了主轴2压盖上，进而传到了主轴2的后端，主轴2后端受到向右的拉力F₁。而碟簧左端的作用力通过垫圈传到了主轴2的内孔端面上，这样，主轴2受到向左的拉力F₂，这两个力等值反向，使主轴轴承在主轴2松刀时不承受松刀所带来的轴向力，达到卸荷的目的。

本发明的实施例中还包括一种机床，设有如上述的主轴松刀卸荷机构。由于上述主轴松刀卸荷机构具有上述技术效果，因此，设有该主轴松刀卸荷机构的机床也应具备相应的技术效果，其具体实施过程与上述实施例类似，兹不赘述。

以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。

Claims (10)

1.一种主轴松刀卸荷机构，包括主轴箱（1）、主轴（2）、拉刀杆（3）、液压缸（4），所述主轴（2）可旋转的设于所述主轴箱（1）中，所述拉刀杆（3）设于所述主轴（2）中，所述液压缸（4）包括可向相反方向移动的、推所述拉刀杆（3）的第一组件（5）和拉所述主轴（2）的第二组件（6），所述第二组件（6）上设有拉所述主轴（2）的第一作用面（7），所述主轴（2）上设有与所述第一作用面（7）相配合的第二作用面（8），所述第一组件（5）和第二组件（6）之间设有可驱动所述第一组件（5）和第二组件（6）相互移动的第一弹性元件（9），其特征在于，还包括沿拉所述主轴（2）方向设置的第二弹性元件（10），所述液压缸（4）的第二组件（6）通过所述第二弹性元件（10）与所述主轴箱（1）连接。

2.如权利要求1所述的主轴松刀卸荷机构，其特征在于，还包括碟簧，所述拉刀杆（3）通过所述碟簧与所述主轴（2）连接。

3.如权利要求2所述的主轴松刀卸荷机构，其特征在于，所述液压缸（4）的第一组件（5）包括活塞（11），所述活塞（11）的一端设有推所述拉刀杆（3）的第三作用面，所述拉刀杆（3）上设有与所述第三作用面配合的第四作用面，所述活塞（11）中还设有与所述拉刀杆（3）配合的气孔（12），所述气孔（12）中位于所述活塞（11）一端的一端还设有空心轴（13）和第三弹性元件（14），所述空心轴（13）通过所述第三弹性元件（14）与所述气孔（12）连接。

4.如权利要求3所述的主轴松刀卸荷机构，其特征在于，所述活塞（11）的第三作用面上还设有推力轴承。

5.如权利要求4所述的主轴松刀卸荷机构，其特征在于，所述液压缸（4）的第二组件（6）包括相连的缸体（15）和端盖（16），所述主轴（2）上还设有压盖，所述缸体（15）和压盖上分别设有形成搭接的第一凸台和第二凸台，所述第一作用面（7）和第二作用面（8）分别设于所述第一凸台和第二凸台相邻的端面上，所述端盖（16）通过所述第二弹性元件（10）与所述主轴箱（1）连接。

6.如权利要求5所述的主轴松刀卸荷机构，其特征在于，还包括导向杆（17），所述导向杆（17）设于拉所述主轴（2）的方向上，所述导向杆（17）的一端与所述主轴箱（1）连接，所述导向杆（17）的另一端通过所述第二弹性元件（10）与所述端盖（16）连接。

7.如权利要求1所述的主轴松刀卸荷机构，其特征在于，所述端盖（16）上还设有进液口。

8.如权利要求7所述的主轴松刀卸荷机构，其特征在于，所述主轴（2）、拉刀杆（3）、液压缸（4）的第一组件（5）、第二组件（6）同轴设置。

9.如权利要求8所述的主轴松刀卸荷机构，其特征在于，所述第一弹性元件（9）、第二弹性元件（10）、第三弹性元件（14）为弹簧。

10.一种机床，其特征在于，包括如权利要求1至9任一项所述的主轴松刀卸荷机构。

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