CN104070189A - 直进式静压伺服动力主轴头及工作方法 - Google Patents

直进式静压伺服动力主轴头及工作方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种既能满足高速运动，又具有高刚性切削能力，同时又能实现主轴套筒与主轴头铸件壳中的主轴套筒壳内壁无摩擦移动的直进式静压伺服动力主轴头及工作方法，伺服电机通过联轴器与丝杆一端连接，丝杆连接板一端与丝杆螺母连接，丝杆连接板另一端与主轴套筒连接，主轴套筒位于主轴头铸件壳中的主轴套筒铸壳内，壳丝杆与丝杆螺母旋且带动主轴套筒前后移动，丝杆连接板两侧对开有螺栓型圆柱滚子滚轮安装孔，两个螺栓型圆柱滚子滚轮分别穿过丝杆连接板两侧的螺栓型圆柱滚子滚轮安装孔且与锁紧螺母旋接，两个螺栓型圆柱滚子滚轮中的两个圆柱滚子滚轮与位于主轴头铸件壳两侧中的长条圆孔内壁面上的螺栓型圆柱滚子滚轮垫板滚动配合。

Description

直进式静压伺服动力主轴头及工作方法
技术领域
本发明涉及一种既能满足高速运动，又具有高刚性切削能力，同时又能实现主轴套筒与主轴头铸件壳中的主轴套筒壳内壁无摩擦移动的直进式静压伺服动力主轴头及工作方法，属动钻、铣、镗床动力主轴头制造领域。
背景技术
CN103801729A、名称“液压振动钻削动力头”，包括钻削动力头机构，所述钻削动力头机构包括第一伺服电机、左端盖、主轴、第一静压滑动轴承、第二静压滑动轴承、外壳体、右端盖、颤振体、弹性端盖和用于装配钻头的卡头，所述第一伺服电机的输出轴与所述主轴连接，所述外壳体内部开有容腔，所述第一静压滑动轴承安装于所述外壳体容腔左端，所述第二静压滑动轴承安装于所述外壳体容腔右端，所述左端盖与所述外壳体左端连接，所述右端盖与所述外壳体右端连接，所述主轴依次穿过左端盖、第一静压滑动轴承、容腔、第二静压滑动轴承和右端盖并伸出所述右端盖，所述第一静压滑动轴承与第二静压滑动轴承的进油口通过所述外壳体中的进油流道连通，所述进油流道与外壳体的进油口连通，所述外壳体的进油口与减压阀的出油口连接，所述第一静压滑动轴承与第二静压滑动轴承的回油口通过所述外壳体中部的回油流道与油箱回油口连接，所述颤振体与所述主轴的右端连接，所述颤振体中部开有进出油孔，高频激振阀的出油口与外壳体的进出油口连接，并通过外壳体中的进出流道和所述主轴中的轴向流道与所述进出油孔连通，所述颤振体右端与弹性端盖连接，所述颤振体右端与所述弹性端盖左端构成一个振动容腔，所述弹性端盖右端与卡头固定连接。其不足之处：一是加工主轴行程范围为固定式，适用范围小；二是无法实现自动换刀；三是加工精度低。
发明内容
设计目的：避免背景技术中的不足之处，设计一种既能满足高速运动，又具有高刚性切削能力，同时又能实现主轴套筒与主轴头铸件壳中的主轴套筒壳内壁无摩擦移动的直进式静压伺服动力主轴头及工作方法。
设计方案：为了实现上述设计目的。1、伺服电机通过联轴器带动丝杆旋转，丝杆通过与主轴套筒连接的丝杆连接板带动主轴套筒前后移动的设计，是本发明的技术特征之一。这样设计的目的在于：由于主轴套筒位于主轴头铸件壳中的主轴套筒铸壳内，而主轴套筒铸壳内壁与主轴套筒外壁为高精密间隙油膜配合，该油膜采用静压循环低压给油产生油膜，因而消除主轴套筒与主轴头铸件壳中的主轴套筒铸壳之间的装配公差，其油膜使主轴头铸件壳中的主轴套筒铸壳内壁与主轴套筒外壁之间不会产生摩擦，实现了高精度无摩损移动。2、丝杆连接板两侧对开有螺栓型圆柱滚子滚轮安装孔，两个螺栓型圆柱滚子滚轮分别穿过丝杆连接板两侧的螺栓型圆柱滚子滚轮安装孔且与锁紧螺母旋接的设计，是本发明的技术特征之二。这样设计的目的在于：由于主轴头铸件壳两侧中的长条圆孔系为主轴套筒前后移动行程，而主轴与主轴套筒内壁采用高精密轴承定位一体，主轴带动轴承内套旋转，因而主轴套筒前后移动行程即为主轴的移动行程，为了确保主轴直线行程的高精准，防止主轴转动带动主轴套筒转动，本申请采用两个螺栓型圆柱滚子滚轮中的两个圆柱滚子滚轮与位于主轴头铸件壳两侧中的长条圆孔内壁面上的螺栓型圆柱滚子滚轮垫板滚动配合，其螺栓型圆柱滚子滚轮中螺栓部穿过丝杆连接板两侧的螺栓型圆柱滚子滚轮安装孔且采用锁紧螺母锁紧，这样既实现了螺栓型圆柱滚子滚轮中的滚轮与位于主轴头铸件壳两侧中的长条圆孔内壁面上的螺栓型圆柱滚子滚轮垫板滚动配合，最大限度地降低了摩损，同时通过对螺栓型圆柱滚子滚轮垫板厚度的调整，确保了主轴同心度，使得主轴加工切削平稳进行，提高丝杆传动精度及丝杆使用寿命，避免了主轴启动旋转对丝杆的冲击及损害。3、主轴由动力轴和花键轴采用锥度螺丝插接对接而成的设计，是本发明的技术特征之三。这样设计的目的在于：由于构成主轴的动力轴和花键轴的长度在1米左右，如果不将其分段设计，不仅无法在轴的中心制造长在1米左右的通孔，而且长达1米左右的整体主轴的制造成本非常昂贵，并且难以确保其刚性。本申请将其设计成分体对接结构不仅可以实现动力轴和花键轴轴心的顺长开通孔，而且使动力轴和花键轴轴心的开通孔的目的得以实现，即实现自动快速换刀的目，并且大大地降低了轴的制造成本，确保了其刚性要求。
技术方案1：一种直进式静压伺服动力主轴头，伺服电机通过联轴器与丝杆一端连接，丝杆连接板一端与丝杆螺母连接，丝杆连接板另一端与主轴套筒连接，主轴套筒位于主轴头铸件壳中的主轴套筒铸壳内，壳丝杆与丝杆螺母旋且带动主轴套筒前后移动，丝杆连接板两侧对开有螺栓型圆柱滚子滚轮安装孔，两个螺栓型圆柱滚子滚轮分别穿过丝杆连接板两侧的螺栓型圆柱滚子滚轮安装孔且与锁紧螺母旋接，两个螺栓型圆柱滚子滚轮中的两个圆柱滚子滚轮与位于主轴头铸件壳两侧中的长条圆孔内壁面上的螺栓型圆柱滚子滚轮垫板滚动配合，主轴通过轴承位于主轴套筒内，主轴的动力输入端为花键轴，花键轴上套有花键套，花键套上固有同步带轮，同步带轮通过同步带与电机轴上的同步带轮形成动力传输，主轴为空心通孔主轴，空心通孔主轴设有自动快速换刀机构。
技术方案2：一种直进式静压伺服动力主轴头的工作方法，主轴需要调节工作行程时，伺服电机通过联轴器驱动丝杆转动，套在丝杆上的丝杆螺母带动丝杆连接板转动，丝杆连接板带动主轴套筒移动，主轴套筒带动主轴移动同时，位于丝杆连接板两侧的螺栓型圆柱滚子滚轮中的两个圆柱滚子滚轮分别与位于主轴头铸件壳两侧中的长条圆孔内壁面上的螺栓型圆柱滚子滚轮垫板滚动配合；主轴需要工作时，电机通过同步带轮传动机构带动套在花键轴上的花键轴套转动，花键轴套带动花键轴及主轴旋转。
本发明与背景技术相比，一是主轴头无需滑台既可进行进给切削，且加工精度高、适用范围广；二是位于丝杆连接板两侧的螺栓型圆柱滚子滚轮中的两个圆柱滚子滚轮分别与位于主轴头铸件壳两侧中的长条圆孔内壁面上的螺栓型圆柱滚子滚轮垫板滚动配合的设计，既避免了主轴套筒的转动，又实现了满足了主轴行程前后调节，确保了主轴的平稳加工切削，提高丝杆了传动精度及丝杆使用寿命；三是主轴套筒与主轴头铸件壳中主轴套筒铸壳的配合公差尺寸内注满润滑油，采用油分子全方位支撑主轴套筒的设计，实现了主轴头铸件壳中主轴套筒铸壳全支持主轴套筒的长度尺寸大于两倍主轴套筒直径，从而确保主轴加工轴心度；四是花键主轴与主轴的采用分体式方法设计，既实现了花键主轴与主轴轴心空心通孔的目的，减少主轴与花键主轴生产成本，实现了油压动力头及伺服动力头自动换刀具的目的。
附图说明
图1是直进式静压伺服动力主轴头的立体结构示意图。
图2是图1的局部立体结构示意图。
图3是主轴的剖视结构示意图。
图4是丝杆连接板的结构示意图。
图5是图1的外部结构示意图。
具体实施方式
实施例1：参照附图1-3。一种直进式静压伺服动力主轴头，包括PLC控制器，伺服电机1-1通过联轴器1-2与丝杆1-3一端连接，丝杆1-13另与主轴头铸件壳1-10上丝杆支撑座17配合（如丝杆采用轴承与丝杆支撑座配合），丝杆连接板1-4一端与丝杆螺母1-16连接，丝杆连接板1-4另一端与主轴套筒1-9连接，主轴套筒1-9位于主轴头铸件壳中的主轴套筒铸壳1-14内，壳丝杆1-3与丝杆螺母旋且带动主轴套筒1-9前后移动，丝杆连接板1-4两侧对开有螺栓型圆柱滚子滚轮安装孔，两个螺栓型圆柱滚子滚轮1-5分别穿过丝杆连接板1-4两侧的螺栓型圆柱滚子滚轮安装孔且与锁紧螺母1-8旋接，两个螺栓型圆柱滚子滚轮1-5中的两个圆柱滚子滚轮与位于主轴头铸件壳1-10两侧中的长条圆孔1-15内壁面上的螺栓型圆柱滚子滚轮垫板1-6滚动配合，主轴1-7通过轴承位于主轴套筒1-9内，主轴1-7的动力输入端为花键轴1-13，花键轴1-3上套有花键套，花键套上固有同步带轮，同步带轮通过同步带与电机轴上的同步带轮形成动力传输，主轴1-7为空心通孔主轴，空心通孔主轴设有自动快速换刀机构，即：
自动快速换刀机构由主轴1-7实现快速自动换刀，伺服电机1-1通过联轴器1-2驱动丝杆1-3，丝杆1-3固定于丝杆连接板1-4上，丝杆连接板1-4与主轴套筒1-9连接，主轴套筒1-9与主轴心轴1-11通过轴承配合组装完成主轴，花键主轴1-13安装于主轴心轴1-11尾端，实现花键主轴退到换刀指定点，气缸3-10安装于打刀底板3-12和打刀油缸底板3-9上，气缸3-10与打刀插片3-11通过螺纹连接动作，打刀插片3-11安装在打刀底板3-12中，打刀底板3-12设有内槽可以定位打刀插片3-11，推出打刀插片与花键环槽3-13配合，气缸3-10推出一定行程后感应到换刀信号，打刀插片3-11支撑花键环槽3-13，防止换刀时油缸3-7压力对丝杆1-3及轴承的的损伤，实现自动换刀或按下换刀按钮，使得油缸3-7动作，油缸3-7通过油缸支撑圈3-6安装于打刀油缸底板3-9上，打刀油缸底板3-9固定在打刀底板3-12上，打刀油缸底板3-9压住打刀插片3-11；油缸活塞伸出，油缸接头与油缸连接，油缸接头3-8与打刀连接杆3-16接触，推动打刀连接杆3-16往前走动，打刀连接杆3-16与主轴打刀杆3-21接触，压缩主轴打刀杆3-21上的碟簧3-20，使得与主轴打刀杆3-21上连接的拉爪3-22往前动作，松开拉爪3-22，实现快速换刀具3-23；按下换刀按钮，油缸3-7连接油缸接头3-8退回到原行程位置，主轴打刀杆3-21上的碟簧3-20反作用力拉紧刀具，同时把打刀连接杆3-21往后顶出，打刀连接杆3-21安装有O型圈3-14和3-17可以防止打刀连接杆3-21窜动，当PLC检测到油缸活塞复位信号后，气缸3-10拉动打刀插片3-11复位，气缸活塞复位后，允许直进式静压伺服动力主轴头操作。
主轴1-7由主轴心轴1-11和花键轴1-13采用锥度螺丝1-12插接对接而成，其动力轴1-11和花键轴1-13的轴心为通孔空心轴。主轴头铸件壳1-10中主轴套筒铸壳1-14内壁与主轴套筒1-9外壁为间隙油膜配合。主轴头铸件壳中的主轴套筒铸壳1-14内壁开有一道一以上油环槽。主轴套筒1-9位于主轴头铸件壳中的主轴套筒壳1-14内且主轴套筒壳1-14开有注油孔。
丝杆连接板1-4呈葫芦形丝杆连接，葫芦形丝杆连接板上部与丝杆螺母连接、下部与主轴套筒1-9连接。调压螺母3-18旋接在碟簧3-20一端的主轴打刀杆3-21上。
实施例2：在实施例1的基础上，一种直进式静压伺服动力主轴头的工作方法，主轴1-7需要调节工作行程时，伺服电机1-1通过联轴器驱动丝杆1-3转动，套在丝杆1-3上的丝杆螺母带动丝杆连接板1-4转动，丝杆连接板1-4带动主轴套筒1-9移动，主轴套筒1-9带动主轴1-7移动同时，位于丝杆连接板1-4两侧的螺栓型圆柱滚子滚轮1-5中的两个圆柱滚子滚轮分别与位于主轴头铸件壳1-10两侧中的长条圆孔1-15内壁面上的螺栓型圆柱滚子滚轮垫板1-6滚动配合；主轴1-7需要工作时，电机通过同步带轮传动机构带动套在花键轴1-3上的花键轴套转动，花键轴套带动花键轴及主轴旋转。
需要理解到的是：上述实施例虽然对本发明的设计思路作了比较详细的文字描述，但是这些文字描述，只是对本发明设计思路的简单文字描述，而不是对本发明设计思路的限制，任何不超出本发明设计思路的组合、增加或修改，均落入本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种直进式静压伺服动力主轴头，包括PLC控制器，其特征是：伺服电机通过联轴器与丝杆一端连接，丝杆连接板一端与丝杆螺母连接，丝杆连接板另一端与主轴套筒连接，主轴套筒位于主轴头铸件壳中的主轴套筒铸壳内，壳丝杆与丝杆螺母旋且带动主轴套筒前后移动，丝杆连接板两侧对开有螺栓型圆柱滚子滚轮安装孔，两个螺栓型圆柱滚子滚轮分别穿过丝杆连接板两侧的螺栓型圆柱滚子滚轮安装孔且与锁紧螺母旋接，两个螺栓型圆柱滚子滚轮中的两个圆柱滚子滚轮与位于主轴头铸件壳两侧中的长条圆孔内壁面上的螺栓型圆柱滚子滚轮垫板滚动配合，主轴通过轴承位于主轴套筒内，主轴的动力输入端为花键轴，花键轴上套有花键套，花键套上固有同步带轮，同步带轮通过同步带与电机轴上的同步带轮形成动力传输，主轴为空心通孔主轴，空心通孔主轴设有自动快速换刀机构。
2.根据权利要求1所述的直进式静压伺服动力主轴头，其特征是：自动快速换刀机构由主轴实现快速自动换刀，气缸安装于打刀底板和打刀油缸底板上，气缸与打刀插片通过螺纹连接动作，打刀插片安装在打刀底板中，打刀底板设有内槽可以定位打刀插片，推出打刀插片与花键环槽配合，气缸推出一定行程后感应到换刀信号，打刀插片支撑花键环槽，防止换刀时油缸压力对丝杆及轴承的的损伤，实现自动换刀或按下换刀按钮，使得油缸动作，油缸通过油缸支撑圈安装于打刀油缸底板上，打刀油缸底板固定在打刀底板上，打刀油缸底板压住打刀插片；油缸活塞伸出，油缸接头与油缸连接，油缸接头与打刀连接杆接触，推动打刀连接杆往前走动，打刀连接杆与主轴打刀杆接触，压缩主轴打刀杆上的碟簧，使得与主轴打刀杆上连接的拉爪往前动作，松开拉爪，实现快速换刀具；按下换刀按钮，油缸连接油缸接头退回到原行程位置，主轴打刀杆上的碟簧反作用力拉紧刀具，同时把打刀连接杆往后顶出，打刀连接杆安装有O型圈可以防止打刀连接杆窜动，当PLC检测到油缸活塞复位信号后，气缸拉动打刀插片复位，气缸活塞复位后，允许直进式静压伺服动力主轴头操作。
3.根据权利要求1所述的直进式静压伺服动力主轴头，其特征是：主轴由主轴心轴和花键轴采用锥度螺丝插接对接而成，其动力轴和花键轴的轴心为通孔空心轴。
4.根据权利要求1所述的直进式静压伺服动力主轴头，其特征是：主轴头铸件壳中主轴套筒铸壳内壁与主轴套筒外壁为间隙油膜配合。
5.根据权利要求1所述的直进式静压伺服动力主轴头，其特征是：主轴套筒位于主轴头铸件壳中的主轴套筒壳内且主轴套筒壳开有注油孔。
6.根据权利要求1所述的直进式静压伺服动力主轴头，其特征是：丝杆连接板呈葫芦形丝杆连接，葫芦形丝杆连接板上部与丝杆螺母连接、下部与主轴套筒连接。
7.根据权利要求1所述的直进式静压伺服动力主轴头，其特征是：主轴头铸件壳中的主轴套筒铸壳内壁开有一道一以上油环槽。
8.根据权利要求1所述的直进式静压伺服动力主轴头，其特征是：调压螺母旋接在碟簧一端的主轴打刀杆上。
9.一种直进式静压伺服动力主轴头的工作方法，其特征是：主轴需要调节工作行程时，伺服电机通过联轴器驱动丝杆转动，套在丝杆上的丝杆螺母带动丝杆连接板转动，丝杆连接板带动主轴套筒移动，主轴套筒带动主轴移动同时，位于丝杆连接板两侧的螺栓型圆柱滚子滚轮中的两个圆柱滚子滚轮分别与位于主轴头铸件壳两侧中的长条圆孔内壁面上的螺栓型圆柱滚子滚轮垫板滚动配合；主轴需要工作时，电机通过同步带轮传动机构带动套在花键轴上的花键轴套转动，花键轴套带动花键轴及主轴旋转。
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