CN104690602B - 一种机床主轴的冷却结构 - Google Patents
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Abstract
一种机床主轴的冷却结构，包括主轴、以及位于主轴内与主轴同轴设置的抓刀轴，所述主轴外侧固定套有与其同轴的壳体，抓刀轴的中心设有沿其轴向延伸的轴向孔，抓刀轴的第一端固定连接有接头连通至所述轴向孔，抓刀轴上还设有沿其径向延伸的径向通孔，所述主轴上设有沿其径向延伸的径向孔，所述主轴内还设有一端连通至所述径向孔另一端连通至主轴与刀具接触的端面的内孔，所述抓刀轴在进行换刀动作时沿主轴的轴向移动使得所述径向通孔与所述径向孔相连通，所述主轴在工作时所述径向通孔与径向孔相互隔离。该机床主轴的冷却结构，有效延长了主轴的使用寿命，使得主轴工作稳定，加工精度高。并且提高了刀柄安装精度，在自动换刀时，方便换刀。
Description
技术领域
本发明涉及一种机床主轴的冷却结构。
背景技术
机床加工工件时，主轴高速旋转，主轴、抓刀轴、抓刀爪和拉杆螺栓等部件都会产生大量的热，若无法快速散掉，会导致机床主轴寿命缩短。同时机床主轴高温后容易出现工作不稳定的情况，导致加工工件精度降低；刀柄与主轴连接位置容易积切屑，不及时清洗会影响自动换刀以及加工精度。
目前国内加工中机械主轴的冷却系统，通常采用主轴中通空气冷却和主轴内部循环水冷却方式。空气冷却与水冷却相比，其冷却设备庞大，空气冷却只适用于中、低温冷却对象，对于转速要求较高的主轴难以达到冷却效果。水冷却的方式主要靠冷却液的循环流动，但是冷却油路开在轴承外圈，冷却液一般无法冷却轴承内部，容易造成外冷内热的情况。
另外，利用压缩空气的常用主轴清洗方式，当机械手把刀杆从主轴中拔出后，压缩空气通过活塞和拉杆的中孔，把主轴锥孔吹干净。这种清洁方式容易在刀柄尾部留下残余切屑，也不利于主轴锥孔周边部分的清洁，使刀柄安装误差增大。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种既能使主轴快速冷却降温又能实现主轴的清洗的冷却结构。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种机床主轴的冷却结构，包括主轴、以及位于主轴内与主轴同轴设置的抓刀轴，所述主轴外侧固定套有与其同轴的壳体，其特征在于：所述抓刀轴的中心设有沿其轴向延伸的轴向孔，所述抓刀轴的第一端固定连接有接头连通至所述轴向孔，所述抓刀轴上还设有沿其径向延伸的径向通孔，所述径向通孔的一端连通至所述轴向孔，另一端连通至抓刀轴的外周面，所述主轴上设有沿其径向延伸的径向孔，所述径向孔的一端连通至主轴内的中心孔另一端封闭，所述主轴内还设有一端连通至所述径向孔另一端连通至主轴与刀具接触的端面的内孔，所述抓刀轴在进行换刀动作时沿主轴的轴向移动使得所述径向通孔与所述径向孔相连通，所述主轴在工作时所述径向通孔与径向孔相互隔离。
为了使水的流动更加有导向性并且贯通主轴内部的孔，所述主轴内设有沿主轴的轴向延伸的斜孔，所述斜孔一端连通至所述径向孔，另一端封闭，所述内孔的一端通过所述斜孔与径向孔连通。
所述径向通孔设于所述抓刀轴的外周面与主轴的内周面相贴紧的位置上，所述径向孔设于所述主轴的内周面与抓刀轴的外周面之间具有间隙的位置上。
为了使抓刀轴内的水能够顺利进入径向通孔，所述抓刀轴的轴向孔为一阶梯孔，其第一端侧的内径较大，第二端侧的内径较小。
优选地，所述壳体的第一端固定有气缸，所述抓刀轴的第一端与所述气缸的活塞相对设置，所述抓刀轴的第二端与主轴之间套有抓刀爪，所述气缸驱动所述抓刀轴沿所述主轴的轴向运动，进而驱动所述抓刀爪向抓刀轴的径向外侧散开或者向抓刀轴的径向内侧收拢，所述抓刀轴的第一端上固定套有一感应环，所述感应环随着抓刀轴的运动同样沿主轴轴向运动，所述壳体上设置有传感器，所述传感器与感应环相互作用进而使得传感器传出抓刀轴的位置信号。
优选地，所述抓刀轴的中部外侧套有一弹簧，所述弹簧的一端抵于所述主轴的内侧表面上，另一端抵于所述感应环上，所述弹簧使得所述抓刀轴具有始终向其第一端侧运动进而张开抓刀爪的趋势。
优选地，所述抓刀轴的第二端端部上固定连接有拉杆螺栓，所述抓刀爪的内侧端位于主轴的内表面上的凹槽内并且可在该凹槽内转动，所述抓刀轴的第二端上位于所述抓刀爪的内侧还依次套有卡座和衬垫，所述卡座和所述抓刀爪的内侧端相配合，并且所述抓刀轴的第二端相对于该卡座和衬垫的内侧设有沿其径向向外突出的凸圈，所述拉杆螺栓以及所述凸圈在抓刀轴沿其自身轴向运动时驱动所述抓刀爪的张开和收拢。
优选地，所述气缸包括与壳体的第一端固定连接的缸体以及封住缸体一端的端盖，所述活塞位于缸体内并且沿缸体的轴向运动伸出于缸体的另一端。
优选地，所述抓刀轴上设有至少两个径向通孔，所述主轴上设有四个径向孔，所述径向孔沿主轴的周向均匀分布。
与现有技术相比，本发明的优点在于该机床主轴的冷却结构，通过冷却液的流动将主轴内部产生的热量带走，使主轴温度降低，使其在较低温度的环境下工作有效延长了其使用寿命，并且工作稳定，加工精度高，有效提高了其所加工的工件的精度。并且通过在刀柄和主轴接触面开设出水孔，对接触面进行清洗，提高刀柄安装精度，另一个方面，清水对刀柄产生冲力，在自动换刀时，方便换刀。
附图说明
图1为本发明实施例的机床主轴的立体示意图。
图2为沿图1中A-A线的剖视图。
图3为图2中的部分放大图(省略壳体)。
图4为本发明实施例的机床主轴的部分放大图(省略主轴以及壳体)。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
本发明实施例的机床主轴的冷却结构，如图1-4所示，包括主轴1，以及位于主轴1内同轴设置的抓刀轴2，所述主轴1的外侧固定套有与其同轴的壳体3。主轴1和壳体3之间还设有衬套10。所述抓刀轴2的中心设有沿其轴向延伸的轴向孔25。
所述壳体3的第一端固定有一抓刀和松刀的气缸4，该气缸4的轴向与壳体3同向设置，并且包括位于外侧的缸体41和封住缸体41一端的端盖42，以及位于缸体41内相对于缸体41的轴向运动伸出于缸体41的另一端的活塞43。所述活塞43与抓刀轴2的第一端21固定连接，因此，活塞43的运动可带动抓刀轴2沿主轴1以及壳体3的轴向运动。该抓刀轴2的第一端21端部上套有一接头20。该主轴1的第一端通过联轴器5连接至外部带动主轴1转动的电机。该接头20位于联轴器5内并且连通至所述抓刀轴2内的轴向孔25。该壳体3的第一端、主轴1的第一端和抓刀轴2的第一端21同侧设置，壳体3的第二端、主轴1的第二端和抓刀轴2的第二端同侧设置。
所述主轴1的第二端伸出位于壳体3的第二端外侧，并且其内的抓刀轴2的第二端22上与所述主轴1之间套有抓刀爪6，抓刀轴2的第二端22端部上固定连接有拉杆螺栓61，该拉杆螺栓61与抓刀轴2固定，并且位于抓刀爪6的径向内侧，该抓刀爪6可随着抓刀轴2沿主轴1的轴向运动，向抓刀轴2的径向外侧散开或者向径向内侧收拢。该抓刀爪6为沿抓刀轴2的周向均匀分布设有多个，并且其内侧端位于主轴1的内表面上沿主轴1的径向延伸的凹槽12内，所述抓刀爪6的内侧端可在该凹槽12内摆动，外侧端向外伸出于抓刀轴2和主轴1的第二端。该抓刀轴2位于抓刀爪6内侧的部位上还依次套有卡座7和衬垫71，该卡座7和衬垫71与抓刀爪6相配合，并且该抓刀轴2的外周面上设有与该衬垫71相匹配的径向向外突出的凸圈23，所述凸圈23相对于卡座7和衬垫71位于抓刀轴2轴向的内侧，随着抓刀轴2沿主轴1的轴向从第一端向第二端的运动，该凸圈23与衬垫71相配合，进而推动抓刀爪6的在凹槽12内的转动，进而驱动抓刀爪6向抓刀轴2的径向内侧收拢，而当抓刀轴2从第二端向第一端运动时，该拉杆螺栓61与抓刀爪6相作用，使得该抓刀爪6向抓刀轴2的径向外侧张开，进而卡紧位于抓刀爪6外侧的刀具，这样实现抓刀爪6的开合进而进行抓刀和松刀动作。优选地，如图4所示，所述拉杆螺栓61的内侧端上设有一沿其径向向内倾斜的斜面62，抓刀爪6的内侧端与该拉杆螺栓61相对的面上设有与该斜面62相匹配的第一倾斜面601，因此，拉杆螺栓61随着抓刀轴2从抓刀轴2的第二端向第一端运动时，由于斜面62和第一倾斜面601的配合，使得抓刀爪6沿抓刀轴2的径向向外张开。所述卡座7向着所述抓刀爪6的端面上设有一圈向着抓刀轴2的第一端向抓刀轴2径向内侧倾斜的斜面72，该抓刀爪6的内侧端与该卡座7上的斜面72相匹配的第二倾斜面602，该卡座7与抓刀爪6相配合，当卡座7受抓刀轴2上的凸圈23驱动向抓刀轴2的第二端运动时，该抓刀爪6可沿抓刀轴2的径向向内收拢。
所述抓刀轴2中部的外侧套有一弹簧8，所述抓刀轴2的第一端21外侧固定套有一感应环9，所述弹簧8的一端抵于主轴1的内侧表面的向内突出的径向面上，另一端抵于所述感应环9上，所述弹簧8使得所述抓刀轴2具有始终向其第一端侧运动进而张开抓刀爪6的趋势。因此，气缸4和弹簧8可驱动所述抓刀轴2沿主轴1的轴向作往复运动，所述感应环9随着抓刀轴2的运动同样沿主轴1前后运动。优选地，如图2所示，该感应环9包括固定套于抓刀轴2的第一端外侧的筒形面91，以及沿所述筒形面91的径向向外侧延伸的与筒形面91的轴向垂直的法兰圈92，所述筒形面91位于主轴1与抓刀轴2之间，所述法兰圈92的径向外侧部分延伸位于主轴1的外侧，因此所述法兰圈92上设有多个供主轴1穿过的轴向通孔93，所述主轴1与该法兰圈92相匹配的外周面上，设有与轴向通孔93相配合的多个长条形缺口，该长条形缺口的一端延伸至所述主轴1的第一端，因此长条形缺口位于通孔93之间，长条形缺口之间的周面插入位于所述轴向通孔93内，所述法兰圈92沿所述长条形缺口移动，这样的结构不但使得主轴1与感应环9相连接，还使得感应环9随着抓刀轴2沿主轴1的轴向运动更加稳定，主轴1起到了导向的作用。该主轴1周面上的缺口11长度大于该法兰圈92的轴向厚度。
所述壳体3上，与该感应环9相对应的位置，分别设有沿壳体3的轴向间隔设置的第一传感器31和第二传感器32，该第一传感器31相比第二传感器32靠近气缸4。优选地，所述壳体3的外周面上设有沿其径向延伸的孔33，该孔33上沿壳体3的轴向相对的内表面上分别固定所述第一传感器31和第二传感器32。
如图2所示，该抓刀轴2上其外周面与主轴1的内周面相贴紧的部分位置上，设有沿其径向设置的径向通孔26，该径向通孔26一端连通至抓刀轴2的轴向孔25，一端连通至抓刀轴2的外周面，所述主轴1的内周面上也设有多个径向孔15，该径向孔15设于主轴1的内周面与抓刀轴2的外周面之间具有间隙30的位置，该径向孔15一端连通至主轴1的中心孔，另一端封闭位于主轴1内，该径向孔15与径向通孔26错开设置，只在抓刀轴2相对于主轴1移动进行换刀动作时相互连通，即抓刀轴2相对于主轴1向第二端侧运动时所述径向通孔26运动至抓刀轴2的外周面与主轴1的内周面之间具有间隙30的位置，该主轴1上的径向孔15即与径向通孔26相连通，抓刀轴2相对于主轴1向第一端侧运动时，所述径向孔15与径向通孔26相隔离不连通。该主轴1内设有沿其轴向延伸的斜孔16，该斜孔16的一端连通至主轴1的第二端的端面，并且该端通过螺孔封闭，该斜孔16的另一端连通至所述主轴1上的径向孔15。所述主轴1内还设有沿其轴向延伸的内孔17，所述内孔17的一端连通至主轴1的第二端上与外界刀具接触的表面上，另一端连通至所述斜孔16。所述抓刀轴2内的轴向孔25为一阶梯孔，即抓刀轴2的第一端侧的轴向孔内径较大，抓刀轴2第二端22侧的轴向孔25内径较小，因此，当抓刀轴2的第一端21通过接头20注入水或者冷却液时，该阶梯孔起到节流作用，从接头20注入的水可通过抓刀轴2内的轴向孔25，一部分沿轴向向抓刀轴2的第二端流动，另一部分通过抓刀轴2的径向通孔26流入主轴的径向孔15内，并且流至斜孔16和内孔17中，起到清洗的作用。
优选地，所述抓刀轴2上设有至少两个径向通孔26，该主轴1内设有4个径向孔15，以及相对应四个的斜孔16，每个斜孔16连接两个内孔17，即主轴上设有8个内孔。四个径向孔沿主轴1的周向均匀分布。
主轴1进行换刀时，通过气缸4外部的接口，往缸体41内通入压缩空气，使活塞43往主轴1的第二端方向移动，即如图3中向右移动，带动感应环9和抓刀轴2也同时向右移动，推动垫衬垫71，使抓刀爪6的外侧端向内收拢松开刀具，弹簧8被压缩，此时，感应环9从第一传感器31的一侧移到第二传感器32的一侧，通过第二传感器32时，使感应环9与第二传感器32相作用，进而抓刀轴2的位置信号通过传感器传出，控制器接收到该位置信号，即可向机械手发出换刀命令，对主轴进行换刀操作，实现快速换刀。并且同时抓刀轴2的径向通孔26与主轴1上的径向孔15连通，清水从抓刀轴2第一端的接头20通入，一部分通过抓刀轴2的径向通孔26、主轴2的径向孔15，流到主轴1的斜孔16中，抓刀轴2的轴向孔25是一个阶梯孔，由于上部分孔径比下部分孔径大，起到节流作用，大部分清水以较大的冲力从侧面的径向通孔26冲出，通过主轴1的斜孔16和内孔17从与刀具接触面的孔中喷出，对刀具与主轴1的连接位置起到清洗作用；另一部分从抓刀轴2的第二端喷出，对主轴1、抓刀轴2、拉杆螺栓61和抓刀爪6以及刀具起到清洗作用，如图3中虚线所示。
当抓刀爪6上的刀具已经更换后，停止往缸体41通气，由于弹簧8的弹性复位功能，能够带动抓刀轴2、感应环9以及活塞43等部件沿图3中从右向左运动，回到初始位置，此时，抓刀爪6向外张开卡紧套于抓刀爪6外侧和主轴之间的刀具，此时感应环9从第二传感器32的一侧位置回到初始位置，即第一传感器31的一侧，表示刀具已经夹紧，该过程中感应环9与第一传感器31相作用，使抓刀轴2的位置信号通过传感器传出，控制器收到位置信号后，向主轴电机发出待机或者启动命令，进入工作状态。
主轴1进行加工时，抓刀轴2回到初始位置，抓刀轴2上的径向通孔26封闭，不与主轴1上的径向孔15连通，冷却液从抓刀轴2的第一端21的接头20通过抓刀轴2的轴向孔25通入，从抓刀轴2的第二端22流出至刀具的孔中通出，实现对刀具、主轴1、抓刀轴2、抓刀爪6，拉杆螺栓61等部件的冷却。
该机床主轴的冷却结构，在主轴和抓刀轴内开设冷却清洗用的孔，通过冷却液的流动将主轴内部产生的热量带走，使主轴温度降低，使其在较低温度的环境下工作有效延长了其使用寿命，同时由于其处于较低温度工作，其工作稳定，加工精度高，有效提高了其所加工的工件的精度。通过在刀柄和主轴接触面开设出水孔，清水通过主轴斜孔和内控从出水口冲出，一方面，对接触面进行清洗，提高刀柄安装精度，另一个方面，清水对刀柄产生冲力，在自动换刀时，方便换刀。
Claims (7)
1.一种机床主轴的冷却结构，包括主轴(1)、以及位于主轴(1)内与主轴(1)同轴设置的抓刀轴(2)，所述主轴(1)外侧固定套有与其同轴的壳体(3)，其特征在于：所述抓刀轴(2)的中心设有沿其轴向延伸的轴向孔(25)，所述抓刀轴(2)的第一端固定连接有接头(20)连通至所述轴向孔(25)，所述抓刀轴(2)上还设有沿其径向延伸的径向通孔(26)，所述径向通孔(26)的一端连通至所述轴向孔(25)，另一端连通至抓刀轴(2)的外周面，所述主轴(1)上设有沿其径向延伸的径向孔(15)，所述径向孔(15)的一端连通至主轴(1)内的中心孔另一端封闭，所述主轴(1)内还设有一端连通至所述径向孔(15)另一端连通至主轴(1)与刀具接触的端面的内孔(17)，所述抓刀轴(2)在进行换刀动作时沿主轴(1)的轴向移动使得所述径向通孔(26)与所述径向孔(15)相连通，所述主轴(1)在工作时所述径向通孔(26)与径向孔(15)相互隔离；
所述主轴(1)内设有沿主轴(1)的轴向延伸的斜孔(16)，所述斜孔(16)一端连通至所述径向孔(15)，另一端连通至主轴与刀具接触的端部，并且该端通过螺孔封闭，所述内孔(17)的一端通过所述斜孔(16)与径向孔(15)连通；
所述抓刀轴(2)上设有至少两个径向通孔(26)，所述主轴(1)上设有四个径向孔(15)，所述径向孔(15)沿主轴(1)的周向均匀分布。
2.如权利要求1所述的机床主轴的冷却结构，其特征在于：所述径向通孔(26)设于所述抓刀轴(2)的外周面与主轴(1)的内周面相贴紧的位置上，所述径向孔(15)设于所述主轴(1)的内周面与抓刀轴(2)的外周面之间具有间隙(30)的位置上。
3.如权利要求1所述的机床主轴的冷却结构，其特征在于：所述抓刀轴(2)的轴向孔(25)为一阶梯孔，其第一端侧的内径较大，第二端侧的内径较小。
4.如权利要求1所述的机床主轴的冷却结构，其特征在于：所述壳体(3)的第一端固定有气缸(4)，所述抓刀轴(2)的第一端(21)与所述气缸(4)的活塞(43)相对设置，所述抓刀轴(2)的第二端(22)与主轴(1)之间套有抓刀爪(6)，所述气缸(4)驱动所述抓刀轴(2)沿所述主轴(1)的轴向运动，进而驱动所述抓刀爪(6)向抓刀轴(2)的径向外侧散开或者向抓刀轴(2)的径向内侧收拢，所述抓刀轴(2)的第一端(21)上固定套有一感应环(9)，所述感应环(9)随着抓刀轴(2)的运动同样沿主轴(1)轴向运动，所述壳体(3)上设置有传感器，所述传感器与感应环(9)相互作用进而使得传感器传出抓刀轴(2)的位置信号。
5.如权利要求4所述的机床主轴的冷却结构，其特征在于：所述抓刀轴(2)的中部外侧套有一弹簧(8)，所述弹簧(8)的一端抵于所述主轴(1)的内侧表面上，另一 端抵于所述感应环(9)上，所述弹簧(8)使得所述抓刀轴(2)具有始终向其第一端侧运动进而张开抓刀爪(6)的趋势。
6.如权利要求5所述的机床主轴的冷却结构，其特征在于：所述抓刀轴(2)的第二端(22)端部上固定连接有拉杆螺栓(61)，所述抓刀爪(6)的内侧端位于主轴(1)的内表面上的凹槽(12)内并且可在该凹槽(12)内转动，所述抓刀轴(2)的第二端(22)上位于所述抓刀爪(6)的内侧还依次套有卡座(7)和衬垫(71)，所述卡座(7)和所述抓刀爪(6)的内侧端相配合，并且所述抓刀轴(2)的第二端(22)相对于该卡座(7)和衬垫(71)的内侧设有沿其径向向外突出的凸圈(23)，所述拉杆螺栓(61)以及所述凸圈(23)在抓刀轴(2)沿其自身轴向运动时驱动所述抓刀爪(6)的张开和收拢。
7.如权利要求4所述的机床主轴的冷却结构，其特征在于：所述气缸(4)包括与壳体(3)的第一端固定连接的缸体(41)以及封住缸体(41)一端的端盖(42)，所述活塞(43)位于缸体(41)内并且沿缸体(41)的轴向运动伸出于缸体(41)的另一端。
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